4.5实验：用双缝干涉测量光的波长 教学设计-2023-2024学年高二上学期物理教科版（2019）选择性必修第一册

5．实验：用双缝干涉测量光的波长 ★课标解析 1．课标内容要求。 会用双缝干涉实验测量光的波长。 2．课标内容解析。 本课为实验课，是对上一节光的干涉内容的巩固及深化，要求学生明白测量原理，了解实验器材并会用实验器材测量。 ★教学目标 1． 学会观察、辨别双缝干涉图样的特征。 2． 掌握用双缝干涉测波长的原理、操作、器材及注意事项。 3． 能够利用双缝干涉实验测量单色光的波长。 4． 学会定量探究双缝干涉图样中相邻亮纹或暗纹的间距Δx与双缝到光屏距离l、双缝距离d、单色光波长λ三者的关系。 5． 通过教师引导设计实验方案，运用控制变量法和对比实验来进行探究。 6． 通过探究活动中动手操作、合作交流，培养学生的科学态度、动手能力和探究精神。 ★教学准备 1．本节的教学用1课时。 2．教学器材：双缝干涉实验仪、教科书、PPT课件、投影仪。 3．教学顺序。 （1）复习双缝干涉明暗条纹出现的规律。 （2）师生共同推导条纹间距与波长之间的关系。 （3）讲解实验仪器、实验原理与操作步骤。 （4）学生实验：观察光的干涉图样。 （5）测定光的波长。 ★教学过程 1．回顾、讲解实验原理。 师：上节课我们学习了光的双缝干涉，条纹是什么样的呢？ 生：明暗相间，条纹间距相等。 师：明暗条纹出现的位置有何规律？ 生：当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的偶数倍时，两列光在该点相互加强，该点出现亮条纹；当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的奇数倍时，两列光在该点相互削弱，该点出现暗条纹。 师：由上节课的探究活动可知，条纹间距与双缝到屏的距离l、双缝的间距d以及入射光的波长λ有关。两条亮条纹（暗条纹）间距表达式。由公式可知，在双缝干涉实验中，d是双缝间距，是已知的，l是双缝到屏的距离，可以测出。那么，只要测出相邻两亮条纹（或相邻两暗条纹）中心间距Δx，即可将上述公式变形为计算出单色光波长的大小。 2．观察双缝干涉图样。 （1）双缝干涉仪讲解。 各组成部分：光具座、光源、透镜、滤光片、单缝、双缝、拨杆、遮光管、测量头。 （2）教师指导带领学生一起将仪器组装（PPT出示组装流程）。 活动1： 师：在单缝前加上红色滤光片，然后再换绿色滤光片，观察红色和绿色的单色光的干涉图样，比较不同色光干涉条纹宽度。 生：出现等间距明暗相间的条纹，红光干涉条纹间距大于绿光干涉条纹。 活动2： 师：放上红色滤光片，观察两次改变缝宽时其干涉图样，并观察有何变化？ 生：双缝间距d越小，条纹间距越大。 活动3： 师：拿走滤光片，再次看一看，白光的干涉条纹有何特点？ 生：白光的干涉条纹中间是亮条纹，向两侧成彩色。 3．测定单色光波长。 教师讲解测量步骤，并结合测量过程得出求单色光波长的公式 教师强调注意事项： （1）单缝、双缝应相互平行，其中心大致位于遮光管的中心轴线上，双缝到单缝的距离应保持不变。 （2）测量头的中心刻线要对应着亮条纹的中心。 （3）测条纹间距Δx时，先利用累积法测量n条亮条纹（或暗条纹）间的距离。 （4）要多次测量减小误差。 活动1： 练习使用测量头，进行读数练习。 活动2： 设计表格，分组实验测量。 ①测双缝中心距离d=0.250mm时，红光的波长和绿光的波长。 ②测双缝中心距离d=0.200mm时，红光的波长和绿光的波长。 学生自己设计表格，将数据填入表格，教师提醒学生注意误差。学生讨论后决定多测几次求平均值以减小误差，学生修改后使用以下表格。 d/mm /mm Δx红光 λ红光 Δx绿光 λ绿光 0.250 700 0.200 700 学生计算求出四种情况下的波长λ。 4．课堂总结。 ★补充例题 例 现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在如图所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长。 （1）将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，表示各光学元件的字母排列顺序应为C、_________、A。 （2）本实验的步骤有： ①取下遮光管左侧的单缝和双缝元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光管轴线把屏照亮。 ②按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光管的轴线上。 ③用米尺测量双缝到屏的距离。 ④用测量头（其读数方法同螺旋测微器）测量数条亮条纹间的距离。 在操作步骤②时还应注意_______________________________。 （3）将测量头的分划板中心刻线与某亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮条纹，此时手轮上的示数如图甲所示。然后，同方向转动