13.4 实验：用双缝干涉测量光的波长教案.doc

13.4 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】 、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）引入新课 师：在双缝干涉现象中，明暗条纹出现的位置有何规律？ 生：当屏上某点到两个狭缝的路程差Δ=2n·，n=0、1、2…时，出现明纹；当Δ=（2n+1） ，n=0、1、2…时，出现暗纹。 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）进行新课 1．实验原理 师：［投影下图及下列说明］ 设两缝S1、S2间距离为d，它们所在平面到屏面的距离为l，且ld，O是S1S2的中垂线与屏的交点，O到S1、S2距离相等。 推导：（教师板演，学生表达） 由图可知S1P=r1 师：r1与x间关系如何？ 生：r12=l2+（x-）2 师：r2呢？ 生：r22=l2+（x+）2 师：路程差|r1-r2|呢？（大部分学生沉默，因为两根式之差不能进行深入运算） 师：我们可不可以试试平方差？ r22-r12=（r2-r1）（r2+r1）=2dx 由于ld，且lx，所以r1+r2≈2l，这样就好办了，r2-r1=Δr=x 师：请大家别忘了我们的任务是寻找Δx与λ的关系。Δr与波长有联系吗？ 生：有。 师：好，当Δr=2n·，n=0、1、2…时，出现亮纹。 即·x=2n·时出现亮纹，或写成x= 第n条和第（n-1）条（相邻）亮纹间距离Δx为多少呢？ 生：Δx=xn-xn-1 =［n-（n-1）］ 师：也就是Δx=·λ 我们成功了！大家能用语言表述一下条纹间距与波长的关系吗？ 生：成正比。 师：对，不过大家别忘了这里l、d要一定。暗纹间距大家说怎么算？ 生：一样。 师：结果如何？ 生：一样。 师：有了相邻两个亮条纹间距公式Δx=·λ，我们就可以用双缝干涉实验来测量光的波长了。 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）那走滤光片，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，与课本第59页彩图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。观察线状白炽灯的干涉条纹，与课本60页图彩图对比，得出结论：白光的干涉条纹是彩色的。） 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a1，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a2，则相邻两条纹间的距离。 （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