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13.3实验:用双缝干涉测量光的波长

2017/3/12 18:40:392421人浏览

标题

13.3 实验:用双缝干涉测量光的波长1课时)

二次

备课

主备人

邱修德

审核人

付旭斌

【教学目标】

1.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。

2.过程与方法 培养学生的动手能力和分析处理故障的能力。

3.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。

【重点、难点】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: Ldλ的准确测量。

【实验器材】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

【教学方法】复习提问、理论推导、实验探究

【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=012…)时,出现明纹;当Δ=2n+1 ,(n=012…)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S1S2间距离为d,它们所在平面到屏面的距离为l,且l>>dOS1S2的中垂线与屏的交点,OS1S2距离相等。

推导:(教师板演,学生表达)

由图可知S1P=r1。师:r1x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l>>d,且l>>x,所以r1+r2≈2l,这样就好办了,r2-r1r= x

师:请大家别忘了我们的任务是寻找Δxλ的关系。Δr与波长有联系吗?

生:有。师:好,当Δr=2n· n=012…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ld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13.32,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13.33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,利用λ= Δx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。

【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= ·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。

【课外作业】

完成P55“问题与练习”。全部

课后反思