4.4实验：用双缝干涉测量光的波长 教案-2022-2023学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

4.4实验：用双缝干涉测量光的波长 〖教材分析〗 本节的难点是数据的测量，间距的测量需要用到测量头，学生没有接触过，其实也就是螺旋测微器。本节内容重点是做好“用双缝干涉测量光的波长”的学生实验，教材先介绍了实验思路，再介绍用双缝干涉测量光的波长所需要的物理量的测量，最后阐述实验过程及数据分析。可以先让学生回顾双缝干涉条纹的间距和光的波长之间的关系，分析讨论实验思路，制订实验方案，引导学生最大限度地自主完成实验。 〖教学目标与核心素养〗 物理观念∶知道干涉条纹的间距和光的波长之间的关系，会读测量头的读数。 科学思维∶利用各物理量之间的关系，创新实验方法。 科学探究：能设计实验方案并正确操作实验器材，得到明显的干涉条纹。 科学态度与责任∶通过本实验培养学生实事求是的精神。 〖教学重难点〗 教学重点：用双缝干涉测量光的波长。 教学难点：实验的创新和数据的获取。 〖教学准备〗 双缝干涉的实验装置等。 〖教学过程〗 一、新课引入 光是一种波，可是光的波长不像水波和绳的那样直观。有什么办法可以知道光波长是多少呢？ 求光的波长需要用到上节的公式。我们已经知道相邻两条明条纹的间距满足这个式子，如果这个间距∆x已知。并测得l和d的长度，那不就可以测出光波长了。 这节课就来讲一下，如何用实验测定光波的波长。 二、新课教学 （一）实验思路 实验器材：好光具座、光源、滤光片、单缝、遮光筒和刻度尺、双缝、毛玻璃屏、测量头和目镜。 器材的作用：①滤光片：光源发变成为单色光。②双缝：产生相干光源。③毛玻璃屏：观察干涉条纹。 实验操作：将光源、遮光筒依次安放在光具座上，接通电源调节光源的高度，使光源灯丝发出的光能沿着到达光屏，在安装单缝使他的中心位于遮光筒的轴线上，单缝到双缝的距离在5cm~10cm之间。此时观测到的是白光的干涉条纹，如果在光源和单缝之间安装上滤光片，就可以观测单色光的干涉条纹。 实验方法：测量双缝间距d，双缝到屏的距离l，以及条纹间距∆x。将数据代入公式，算出波长即可。 （二）物理量的测量 根据公式，只要测出l、d、∆x三个量就可以算出光的波长。 ①双缝到屏的距离l用刻度尺很容易进行测量。 ②双缝间距d是在元件上有标注的（已知），在元件上有标注的，比如这个双缝的间距就是0.2mm，而它的双缝间距是0.25mm，相当于d是已知的。 ③用测量头测量条纹间距∆x。 所以主要工作就是测量条纹间距，为了测条纹间距就要在遮光筒上安装测量头。测量头是由手轮、游标尺、目镜组成，转动手轮可以带动目镜和游标时水平移动。从目镜中观测能看到带三条刻线的分化板，转动手轮，三条刻线会进行水平移动。 用测量头测量干涉条纹间距应是分化板中心刻线对其明条纹的中心，两条短裤线均匀分布在改名条纹两边。 例如：记下此时油标尺的读书a1转动手轮使分化板中心刻线对其相邻明条纹的中心，记下此时游标尺的读数a2，两次读数之差，即为明条纹的间距∆x=a2-a1。实际测量的数值很小，相对误差较大。为了减小误差，需要测出多条明条纹的间距，再除以间距的数量，来求出单个间距的大小。如第n条的与第一条的间距为：。 （三）进行实验 播放实验视频。 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。 测量双缝到屏的距离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。 （四）数据分析 比如先测出第一条，明条纹的刻度是0.30mm，在测出第七条明条纹的刻度是14.70mm，则第一条到第七条的总间距是 这要注意第一条和第七条之间的间距数量是7-1。 知道了条纹间距，再用刻度尺测出双缝的屏的距离，比如是l=838.2mm 。而红条纹图样假设是0.25mm的双缝产生的。也就是d=0.25mm。 将这些量带入公式得。就求出光的波长。 （五）注意事项。 ①双缝干涉仪应轻拿轻放，更不能随便拆。 ②滤光片，单缝等元件的光学面如有灰尘，应该用专业的擦镜纸擦拭。 ③在安装时要尽量让线状灯丝、单缝和双缝平行。 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。 课堂练习 例1：利用如图所示装置研究双缝干涉现象并测量光的波长，下列说法中正确的是(　AB 　) A．实验装置中的①②③元件分别为滤光片、单缝、双缝 B．将滤光片由紫色换成红色，干涉条纹间距变宽 C．将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽 D．测量过程中，误将5个条纹间距数成6个，波长测量值偏大 解析：光片的作用是使入射光变成单色光，单缝的作用是使入射光变成线光源，双缝的作用是形成相干光源，其排列顺序是滤光片、单缝、双缝，故A正确；