三节 实验：用双缝干涉测量光的波长
教学目标：
（一）知识与技能
1、掌握明条纹（或暗条纹）间距的计算公式及推导过程。
2、观察双缝干涉图样，掌握实验方法。
（二）过程与方法
培养学生的动手能力和分析处理“故障”的能力。
（三）情感、态度与价值观
体会用宏观量测量微观量的方法，对学生进行物理方法的教育。
教学重点：
双缝干涉测量光的波长的实验原理及实验操作。
教学难点：
x ?、L 、d 、λ的准确测量。
教学方法:
复习提问，理论推导，实验探究。
教学用具：
双缝干涉仪、光具座、光源、学生电源、导线、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头、刻度尺
教学过程：
（一）复习提问，引入新课
提问：在双缝干涉现象中，明暗条纹出现的位置有何规律？
学生回答：当屏上某点到两个狭缝的路程差Δ=2n ·
2λ，n =0、1、2…时，出现明纹；当Δ=（2n +1） 2
λ，n =0、1、2…时，出现暗纹。 教师：那么条纹间距与波长之间有没有关系呢？下面我们就来推导一下。
（二）新课教学
1、实验原理
说明：每条缝的缝款跟两缝之间的距离d 相比可以忽略不计。
设两缝之间的距离为d ，缝中心和屏之间的距离为l ，条纹宽度为△x ，光波 波长为λ，则d 、l 、△x 、λ之间有什么关系？
推导：
设P
1S
1
＝r
1
P
1
S
2
＝r
2
在P
2
S
2
上截取P
1
M＝r
1
则S
2
M＝r
2
－r
1
∵两缝之间的距离远小于缝到屏之间的距离
∴△S
1S
2
M可以看成是直角△
∴r
2－r
1
＝dsinθ
又∵x=lsinθ
∴r
2 －r
1
＝dx/l
∵当波程差为波长的整数倍时，才能出现亮条纹
∴dx/l＝kλ
∴x＝klλ/d..................①
∵当波程差为波长的k倍时出现第k个亮条纹
∴x＝k△x...................②
根据①②得：△x＝lλ/d
教师：改变什么条件可以增大相邻亮条纹之间的距离以便于测量？不同颜色的单色光的干涉条纹会有什么不同？
学生：减小两缝之间的距离，增大缝到屏之间的距离，增大光波波长。在d、l相同的情况下，λ越大，△x也越大。
2、观察双缝干涉图样
（教师指导学生按步骤进行观察，也可引导学生先设计好步骤，分析研究后再进行，教师可将实验步骤投影）
步骤：
（1）按课本图13.3－2，将光源、单缝、遮光管、毛玻璃屏依次安放在光具座上。
（2）接好光源，打开开关，使灯丝正常发光；
（3）调节各器件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏；
（4）安装单缝和双缝，使双缝与单缝平行，二者间距约5~10 cm.；
（5）在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。
（6）拿走滤光片，观察白光的干涉条纹。
（教师指导学生分别观察红色、紫色等不同颜色的单色光的干涉图样，比较不同色光干涉条纹宽度，与课本彩图13.3－3对照，得出结论：红光干涉条纹间距大于紫光干涉条纹间距（注意其他条件相同，进行实验）。对于同种色光，改变双缝间距d ，得出结论：双缝间距d 越小，条纹间距越大。
3、测定单色光的波长
（教师指导学生按步骤进行测量，也可引导学生先设计好步骤，分析研究后再进行，教师可将实验步骤投影）
步骤：
（1）安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹；
（2）使分划板中心刻线对齐某条（记为第1条）亮条纹的中央，记下手轮上的读数a 1，转动手轮，使分划板中心刻线移动，当中心刻线与第n 条亮纹中央
对齐，记下移动的条纹数n 和移动后手轮的读数a 2，则相邻两条纹间的距离
1
12--=?n a a x 。 （3）用刻度尺测量双缝到光屏间距离L ；
（4）用游标卡尺测量双缝间距d （这一步也可省去，d 在双缝玻璃上已标出）；
（5）重复测量、计算，求出波长的平均值；
（6）换用不同滤光片，重复实验。
说明：实验过程中教师要注意指导：
（1）双缝干涉仪是比较精密的实验仪器，实验前教师要指导学生轻拿轻放，不要随便拆分遮光筒，测量头等元件，学生若有探索的兴趣应在教师指导下进行。
（2）滤光片、单缝、双缝、目镜等会粘附灰尘，要指导学生用擦镜纸轻轻擦拭，不用其他物品擦拭或口吹气除尘。
（3）指导安装时，要求学生注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行且竖直，引导学生分析理由。
（4）光源使用线状长丝灯泡，调节时使之与单缝平行且靠近。
（5）实验中会出现像屏上的光很弱的情况，主要是灯丝、单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴线所致；干涉条纹的清晰与否与单缝和双缝是否平行很有关系。因此（3）（4）两步要求应在学生实验中引导他们分析，培养分析问题的能
力。
（6）实验过程中学生还会遇到各种类似“故障”，教师要鼓励他们分析查找原因。
（三）课堂小结
通过今天的学习，我们掌握了干涉条纹的间距与光的波长之间的定量关系，即Δx =d
l ·λ，并利用上式测量了光的波长。该实验为我们提供了一种用宏观量测量微观量的方法。
（四）布置作业
完成“问题与练习”中的题目