13.3实验：用双缝干涉测量光的波长

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： 、L、d、λ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=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l>>d，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l>>d，且l>>x，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=x_n-x_n-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，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