高二物理教案：用雙縫干涉測量光的波長

1、8/8高二物理教案：用雙縫干預測量光的波長【】步入高中 ,相比初中更為緊張的學習隨之而來。在此高二物理欄目的小編為您編輯了此文：高二物理教案：用雙縫干預測量光的波長希望能給您的學習和教學提供幫助。本文題目：高二物理教案：用雙縫干預測量光的波長【教學目標】(一)知識與技能1.掌握明條紋(或暗條紋)間距的計算公式及推導過程。2.觀察雙縫干預圖樣 ,掌握實驗方法。(二)過程與方法培養(yǎng)學生的動手能力和分析處理故障的能力。(三)情感、態(tài)度與價值觀體會用宏觀量測量微觀量的方法 ,對學生進行物理方法的教育。【教學重點】雙縫干預測量光的波長的實驗原理及實驗操作?！窘虒W難點】、L、d、的準確測量?！窘虒W方法】復

2、習提問 ,理論推導 ,實驗探究【教學用具】雙縫干預儀、光具座、光源、學生電源、導線、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測量頭、刻度尺【教學過程】(一)引入新課師：在雙縫干預現(xiàn)象中 ,明暗條紋出現(xiàn)的位置有何規(guī)律?生：當屏上某點到兩個狹縫的路程差=2n ,n=0、1、2時 ,出現(xiàn)明紋;當=(2n+1) ,n=0、1、2時 ,出現(xiàn)暗紋。師：那么條紋間距與波長之間有沒有關(guān)系呢?下面我們就來推導一下。(二)進行新課1.實驗原理師：投影以下圖及以下說明設(shè)兩縫S1、S2間距離為d ,它們所在平面到屏面的距離為l ,且ld ,O是S1S2的中垂線與屏的交點 ,O到S1、S2距離相等。推導：(教師板演 ,學

3、生表達)由圖可知S1P=r1師：r1與x間關(guān)系如何?生：r12=l2+(x- )2師：r2呢?生：r22=l2+(x+ )2師：路程差|r1-r2|呢?(大局部學生沉默 ,因為兩根式之差不能進行深入運算)師：我們可不可以試試平方差?r22-r12=(r2-r1)(r2+r1)=2dx由于ld ,且lx ,所以r1+r22l ,這樣就好辦了 ,r2-r1=r= x師：請大家別忘了我們的任務是尋找x與的關(guān)系。r與波長有聯(lián)系嗎?生：有。師：好 ,當r=2n ,n=0、1、2時 ,出現(xiàn)亮紋。即 x=2n 時出現(xiàn)亮紋 ,或?qū)懗蓌=第n條和第(n-1)條(相鄰)亮紋間距離x為多少呢?生：x=xn-xn-1

4、=n-(n-1)師：也就是x=我們成功了!大家能用語言表述一下條紋間距與波長的關(guān)系嗎?生：成正比。師：對 ,不過大家別忘了這里l、d要一定。暗紋間距大家說怎么算?生：一樣。師：結(jié)果如何?生：一樣。師：有了相鄰兩個亮條紋間距公式x= ,我們就可以用雙縫干預實驗來測量光的波長了。2.觀察雙縫干預圖樣(教師指導學生按步驟進行觀察 ,也可引導學生先設(shè)計好步驟 ,分析研究后再進行 ,教師可將實驗步驟投影)步驟：(1)按課本圖13.3-2 ,將光源、單縫、遮光管、毛玻璃屏依次安放在光具座上。(2)接好光源 ,翻開開關(guān) ,使燈絲正常發(fā)光;(3)調(diào)節(jié)各器件的高度 ,使光源燈絲發(fā)出的光能沿軸線到達光屏;(4)安

5、裝單縫和雙縫 ,使雙縫與單縫平行 ,二者間距約510 cm.;(5)在單縫和光源間放上濾光片 ,觀察單色光的干預條紋。(6)那走濾光片 ,觀察白光的干預條紋。(教師指導學生分別觀察紅色、紫色等不同顏色的單色光的干預圖樣 ,比擬不同色光干預條紋寬度 ,與課本第59頁彩圖13.3-3對照 ,得出結(jié)論：紅光干預條紋間距大于紫光干預條紋間距(注意其他條件相同 ,進行實驗)。對于同種色光 ,改變雙縫間距d ,得出結(jié)論：雙縫間距d越小 ,條紋間距越大。觀察線狀白熾燈的干預條紋 ,與課本60頁圖彩圖比照 ,得出結(jié)論：白光的干預條紋是彩色的。)3.測定單色光的波長(教師指導學生按步驟進行測量 ,也可引導學生先

6、設(shè)計好步驟 ,分析研究后再進行 ,教師可將實驗步驟投影)步驟：(1)安裝測量頭 ,調(diào)節(jié)至可清晰觀察到干預條紋;(2)使分劃板中心刻線對齊某條(記為第1條)亮條紋的中央 ,記下手輪上的讀數(shù)a1 ,轉(zhuǎn)動手輪 ,使分劃板中心刻線移動 ,當中心刻線與第n條亮紋中央對齊 ,記下移動的條紋數(shù)n和移動后手輪的讀數(shù)a2 ,那么相鄰兩條紋間的距離 。(3)用刻度尺測量雙縫到光屏間距離L;(4)用游標卡尺測量雙縫間距d(這一步也可省去 ,d在雙縫玻璃上已標出);(5)重復測量、計算 ,求出波長的平均值;(6)換用不同濾光片 ,重復實驗。說明：實驗過程中教師要注意指導：(1)雙縫干預儀是比擬精密的實驗儀器 ,實驗前

7、教師要指導學生輕拿輕放 ,不要隨便拆分遮光筒 ,測量頭等元件 ,學生假設(shè)有探索的興趣應在教師指導下進行。(2)濾光片、單縫、雙縫、目鏡等會粘附灰塵 ,要指導學生用擦鏡紙輕輕擦拭 ,不用其他物品擦拭或口吹氣除塵。(3)指導安裝時 ,要求學生注意調(diào)節(jié)光源、濾光片、單縫、雙縫的中心均在遮光筒的中心軸線上 ,并使單縫、雙縫平行且豎直 ,引導學生分析理由。(4)光源使用線狀長絲燈泡 ,調(diào)節(jié)時使之與單縫平行且靠近。(5)實驗中會出現(xiàn)像屏上的光很弱的情況.主要是燈絲、單縫、雙縫、測量頭與遮光筒不共軸線所致;干預條紋的清晰與否與單縫和雙縫是否平行很有關(guān)系.因此(3)(4)兩步要求應在學生實驗中引導他們分析 ,

8、培養(yǎng)分析問題的能力。(6)實驗過程中學生還會遇到各種類似故障 ,教師要鼓勵他們分析查找原因。(三)課堂總結(jié)、點評通過今天的學習 ,我們掌握了干預條紋的間距與光的波長之間的定量關(guān)系 ,即x= ,并利用上式測量了光的波長。該實驗為我們提供了一種用宏觀量測量微觀量的方法。(四)課余作業(yè)完成P60問題與練習的題目。附：課后訓練1.在做雙縫干預實驗時 ,用普通的白光做光源 ,假設(shè)在雙縫處把一縫用紅色玻璃擋住 ,另一縫用綠色玻璃擋住 ,那么屏上會出現(xiàn) ( )A.紅色干預條紋 B.綠色干預條紋C.紅綠相間的干預條紋 D.無干預條紋 ,但有亮光答案：D2.在楊氏雙縫干預實驗中 ,保持雙縫到屏的距離不變 ,調(diào)節(jié)

9、雙縫間距離 ,當距離增大時 ,干預條紋距離將變_ ,當距離減小時 ,干預條紋間距將變_.答案：小 ,大3.用單色光做雙縫干預實驗時 ,測得雙縫間距離為0.4 mm ,雙縫到屏的距離為1 m ,干預條紋間距為1.5 mm ,求所用光波的波長。答案：610-7 m4.光纖通信是70年代以后開展起來的新興技術(shù) ,世界上許多國家都在積極研究和開展這種技術(shù)。發(fā)射導彈時 ,可在導彈后面連一根細如蛛絲的光纖 ,就像放風箏一樣 ,這種纖細的光纖在導彈和發(fā)射裝置之間 ,起著雙向傳輸信號的作用 ,光纖制導的下行光信號是鎵鋁砷激光器發(fā)出的在纖芯中波長為0.85 m的單色光。而上行光信號是銦鎵砷磷發(fā)光二極管發(fā)射的在纖

10、芯中波長為1.06 m的單色光 ,這樣操縱系統(tǒng)通過這根光纖向?qū)棸l(fā)出控制指令 ,導彈就如同長眼睛一樣盯住目標。根據(jù)以上信息 ,答復以下問題：(1)在光纖制導中 ,上行光信號在真空中波長是多少?(2)為什么上行光信號和下行光信號要采用兩種不同頻率的光?(光纖纖芯的折射率為1.47)答案：(1)157 m ,(2)如果上行光信號和下行光信號頻率相同 ,會發(fā)生干預現(xiàn)象。相互間產(chǎn)生干擾。5.在雙縫干預實驗中 ,以白光為光源 ,在屏幕上觀察到了彩色干預條紋。假設(shè)在雙縫中的一縫前放一紅色濾光片(只能透過紅光) ,另一縫前放一綠色濾光片(只能透過綠光) ,這時 ( )A.只有紅色和綠色的雙縫干預條紋 ,其他

11、顏色的雙縫干預條紋消失B.紅色和綠色的雙縫干預條紋消失 ,其他顏色的雙縫干預條紋依然存在C.任何顏色的雙縫干預條紋都不存在 ,但在屏上仍有光亮D.屏上無任何光亮解析：題目中給出的條件是：以白光為光源時 ,在屏幕上得到了彩色的干預條紋。假設(shè)在雙縫中的一縫前放一紅色濾光片(只能透過紅光) ,另一縫前放一綠色濾光片(只能透過綠光) ,那么 ,從雙縫射出的那么是頻率不同的紅色光和綠色光 ,所以不可能產(chǎn)生干預條紋 ,故A、D錯;而其他顏色的光不可能透過濾光片 ,故B亦錯.雖然不能產(chǎn)生干預條紋 ,但仍有光照在屏上 ,故C對。答案：C6.用單色光做雙縫干預實驗 ,以下說法正確的選項是A.相鄰干預條紋之間距離

12、相等B.中央明條紋寬度是兩邊明紋寬度的兩倍C.屏與雙縫之間距離減小 ,那么屏上條紋間的距離增大D.在實驗裝置不變的情況下 ,紅光的條紋間距小于藍光的條紋間距解析：因為雙縫干預的條紋寬x= ,可見條紋寬應是相等的 ,A正確 ,BC錯 ,又因為 紅 藍 ,所以x紅x藍 ,故D錯.答案：A7.如下圖 ,用波長為 的單色光做雙縫干預實驗時 ,設(shè)兩個狹縫S1、S2到屏上某點P的路程差為d ,那么A.距O點最近的一條暗紋必是d= /2B.對屏上某點d=n /2(n為正整數(shù))時 ,出現(xiàn)暗紋C.距O點越遠的點d越長 ,就越容易出現(xiàn)暗條紋D.用各色光在同一條件下實驗 ,波長越短的色光條紋間距越小解析：當路程差d

13、=n 時出現(xiàn)亮條紋 ,路程差d=(2n+1) /2時出現(xiàn)暗條紋 ,可見 ,當n=0時 ,d= /2 ,所以A正確。由x=l /d(式中d為兩狹縫間的距離)得 ,頻率越大的色光 ,其波長越短 ,干預條紋之間的距離越小 ,故D正確。答案：AD8.在利用雙縫干預測定光波波長時 ,首先調(diào)節(jié)_和_的中心均位于遮光筒的中心軸線上 ,并使單縫和雙縫豎直并且互相平行.當屏上出現(xiàn)了干預圖樣后 ,用測量頭上的游標卡尺測出n條明紋間距離a ,那么兩條相鄰明條紋間的距離x=_ ,雙縫到毛玻璃屏的距離L用_測量 ,用公式_可以測出單色光的波長。答案：光源、濾光片、單縫、雙縫 ,毫米刻度尺x=9.用紅光做光的干預實驗時 ,雙縫間的距離為0.210-3 m ,測得雙縫到屏的距離為0.700