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《实验：用双缝干涉测量光的波长》教案

教材分析

本节课程是在认识了光的波粒二象性，知道了杨氏双缝干涉实验基础上的应用，通过研究干涉条纹的特点，知道干涉条纹的间距，从而得出，知道表达式中各参数代表的物理意义，并能够使用游标卡尺或螺旋测微器测量条纹的宽度。

教学目标与核心素养

【物理观念】通过杨氏双缝干涉实验的结论求解不同频率色光的波长；

【科学思维】通过公式，求出，清楚公式中各物理参数的意义；

【科学探究】通过实验进行探究或验证，对物体双缝干涉加深理解；

【科学态度与责任】充分体会物理与数学的关联性，知道物理是一门实验科学需要数学理论的支持，在清楚学习物理时实验的重要性的同时，也要体会数理不分家的学习理念。

教学重难点

【教学重点】实验中各参数的物理意义、通过游标卡尺或螺旋测微器测量条纹间距；

【教学难点】实验数据分析。

教学过程

复习实验原理。

思考：

1、怎样才能得到双缝干涉条纹?

2、测量波长需要测量哪些量?需要用什么器材测量?

3、怎样增大(或减小)亮条纹的宽度?

4、换用不同颜色的滤光片进行实验，干涉条纹间的距离怎样变化?

5、实验过程中应记录的数据有哪些?

6、白光的干涉条纹有什么特点?用白光实验时会存在什么问题?

【进行新课】

探究点一、实验器材

双缝干涉仪，即光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头。另外，还有学生电源、导线、刻度尺等。

实验：光源发出的光经滤光片（装在单缝前）成为单色光，把单缝照亮。单缝相当于一个线光源，它又把双缝照亮。来自双缝的光在双缝右边的空间发生干涉。遮光筒的一端装有毛玻璃屏，我们可以在这个屏上观察到干涉条纹，并由λ＝?x计算出光的波长。透镜的作用是使射向单缝的光更集中。

组装实验仪器：

探究点二、物理量的测量

实验：根据λ＝?x可知，本实验需要测量的物理量是双

缝到屏的距离l和相邻两条亮条纹间的距离?x（双缝间的距离d已知）。具体操作如下。l的测量双缝到屏的距离l可以用刻度尺测出。?x的测量相邻两条亮条纹间的距离?x需用测量头测出。测量头通常有两（图），但都由分划板、目镜、手轮等构成。转动手轮，分划板会左右移动。

测量头

测量时，应使分划板的中心刻线与条纹的中心对齐（图），记下此时手轮上的读数。然后转动测量头，使分划板中心刻线与另一条纹的中心对齐，再次记下手轮上的读数。两次读数之差表示这两个条纹间的距离?x。

为了减小测量误差，可测多个亮条纹间的距离，再求出相邻两个条纹间的距离。例如，可测出n个亮条纹间的距离a，再求出相邻两个亮条纹间的距离?x＝。

分划板中心刻线

探究点三、进行实验

实验前先取下双缝，打开光源，调节光源的高度和角度，使它发出的光束沿着遮光筒的轴线把屏照亮。然后放好单缝和双缝。注意使单缝与双缝相互平行，尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上。

做好以上调整后，在单缝与光源之间放上滤光片就可以观察到单色光的双缝干涉图样（图）。测量双缝到屏的距离l和相邻两条亮条纹间的距离?x。分别改变滤光片的颜色和双缝的距离，观察干涉条纹的变化，并求出相应的波长。

不同双缝、不同色光的双缝干涉条纹

探究点四、数据分析

设计表格记录实验数据。d是已知的，l和n个亮条纹间的距离a是直接测量值。由?x＝可以求出相邻两个亮条纹间的距离Δx。最后，根据λ＝?x算出波长。

注意事项：

1．放置单缝和双缝时，必须使缝平行．

2．要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一条轴线上．

3．测量头的中心刻线要对应着亮(或暗)纹的中心．

4．要多测几个亮纹(或暗纹)中心间的距离，再求Δx.

误差分析：

1．(1)测双缝到屏的距离l带来的误差，可通过选用mm刻度尺，进行多次测量求平均值的办法减小误差．

(2)通过测量多条亮条纹间的距离来减小测量误差．

2．测条纹间距Δx带来的误差．

(1)干涉条纹没有调到最清晰的程度．

(2)分划板刻线与干涉条纹不平行，中心刻线没有恰好位于条纹中心．

(3)测量多条亮条纹间距离时读数不准确．

拓展学习

用光传感器做双缝干涉的实验

用光传感器可以更方便地演示双缝干涉现象。图是实验装置图（实验在暗室中进行）。光源在铁架台的最上端，中间是刻有双缝的挡板，下面是光传感器。这个实验的光路是自上而下的。图中带有白色狭长矩形的小盒是光传感器，沿矩形的长边分布着许多光敏单元。传感器各个光敏单元得到的光照信息经计算机处理后，在显示器上显示出来。

根据显示器上干涉图像的条纹间距，可以算出光的波长。

与右图的方法相比，这种方法除了同样可以测量条纹间距外，它还可以方便、形象地展示亮条纹的分布，并能测出传感器上各点的光照强度。