5.用双缝干涉测量光的波长（表格式教学设计）物理教科版2019选择性必修第一册

该高中物理教学设计聚焦“用双缝干涉测量光的波长”实验，通过生活中太阳光的组成提问，引导学生联系双缝干涉条纹间距公式，明确实验思路，搭建从理论公式到实验操作的学习支架，梳理实验原理与关键测量量的关系。 以实验为载体落实核心素养，学生经历设计方案、动手操作、数据处理、误差分析全流程（科学探究），结合实验视频与小组合作理解装置规范（科学思维），观察白光干涉图样深化误差认知（科学态度与责任）。课堂练习巩固测量方法，助力学生提升实验能力，为教师提供结构化教学方案，便于高效开展实验教学。

第5节 用双缝干涉测量光的波长 年级 高二年级 学科 物理 教师 课题 第5节 用双缝干涉测量光的波长 教学 目标 物理观念 根据干涉条纹的间距和光的波长之间的关系,确定测量光的波长的实验思路。 科学思维 设计实验方案,并正确操作实验器材,得到明显的干涉条纹;研究测量干涉条纹间距的方法,对测量数据进行整理,得到波长的测量值。 科学探究 分析影响干涉条纹清晰度和实验误差的因素,并找到调整办法;通过观察白光的干涉图样,探究误差的成因。 科学态度 与责任 经历确定实验思路、选取实验器材、绘制装置草图、设计实验方案、研究测量方法、处理实验数据、进行误差分析等实验环节,体会物理实验的一般流程,促进实验素养的提升。 教学 重难点 1.了解实验装置，知道实验原理及需要测量的物理量，知道测量头的使用方法，会测量亮条纹的间距(重点)。 2.知道获得干涉图样的实验操作要求，理解实验中满足干涉条件的方法(重点)。 3.经历实验过程，会设计实验数据记录表并记录数据，会根据给出的波长表达式计算不同颜色光的波长(重难点)。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 教师：我们在生活中所看见的太阳光其实是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种单色光组成的.你能想办法测量各种单色光的波长吗? 学生：可以先想办法得到单色光的双缝干涉图样,利用条纹间距公式Δx＝λ，通过测量Δx、l、d,进而计算出单色光的波长λ。 教师：非常好！下面我们就通过双缝干涉测量光的波长。 学生思考并回答问题。 新课讲授 教师：首先说说我们的实验目的。1.观察单色光的双缝干涉图样；2.观察白光及单色光的双缝干涉图样；3.会用测量头测量条纹间距离。 小组合作，说说本实验的实验原理是什么？ 学生：本实验的实验原理是：利用单色光通过单缝后，经双缝产生稳定干涉图样，图中相邻两条亮纹间距Δx、双缝间距d、双缝到屏的距离l、单色光的波长λ满足λ＝Δx。 教师：本实验需要哪些实验器材？ 学生：双缝干涉仪(由光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头组成)、学生电源、导线、刻度尺。 教师：展示实验器材，并分别介绍各实验器材的作用。 教师：具体要怎么做呢？ 学生：1、如图，把长约 1m 的遮光筒水平放在光具座上，筒的一端装有双缝，另一端装有毛玻璃屏； 2、取下双缝，打开光源，调节光源高度，使它发出的光沿遮光筒轴线照亮屏(中心在同一高度); 3、装好单缝和双缝(缝沿竖直方向)，调节透镜，使灯丝的像成在单缝上，调节单、双缝，使缝平行，这时在屏上会看到白光的干涉图样。 4、在单缝和光源间放上红色滤光片，观察红光干涉图样； 5、调节测量头，使分划板中心刻线与左端某条(记为第1条)亮纹中心对齐，记下此时测量头刻度x1，将测量头朝右端移动，记下第 n 条亮纹中心位置x2；则第1条亮纹与第 n 条亮纹中心间距为a=x2-x1，则相邻亮纹间距为： Δx＝ 6、已知双缝间的距离d，测出双缝到屏的距离l，由λ＝Δx，计算红光的波长。 教师：播放实验视频。 学生：观看完实验视频之后，学生动手实验。 教师：巡查指导完成实验。 教师：怎样进行误差分析呢？ 学生：1、双缝到屏的距离l的测距量误差。(1) 测双缝到屏的距离l带来的误差，可通过选用mm刻度尺，进行多次测量求平均值的办法减小误差；(2) 通过测量 多条亮条纹间的距离取平均值来减小测量误差。 2、测条纹间距Δx带来的误差。(1) 干涉条纹没有调到最清晰的程度；(2) 分划板刻线与干涉条纹不平行，中心刻线没有恰好位于条纹中心；(3) 测量多条亮条纹间距离时读数不准确。 教师：实验中有哪些注意事项？ 学生：1、放置单缝和双缝时，必须使缝平行； 2、要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一条轴线上； 3、测量头的中心刻线要对应着亮(或暗)纹的中心； 4、要多测几个亮纹(或暗纹)中心间的距离，再求Δx； 5、调节的基本依据是：照在像屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴所致；干涉条纹不清晰一般是因为单缝与双缝不平行。 小组合作，回答问题。 学生观看视频。 学生动手实验。 课 堂 练 习 1.在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，光具座上放置的光学元件依次为光源、透镜、M、N、P、遮光筒、毛玻璃、放大镜(目镜)，如图所示． (1)M、N、P三个光学元件依次为________． A．滤光片、单缝、双缝 B．双缝、滤光片、单缝 C．单缝、双缝、滤光片 D．滤光片、双缝、单缝 (2)如图所示，测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上．如果想使中心刻线与亮条纹对齐，下列操作中可达到目的的是________． A．仅转动透镜 B．仅转动遮光筒 C．仅转动手轮 D．仅转动测量头 (3)关于该实验，下列说法正确的是________． A．若将滤光片向右平移一小段距离，光屏上相邻两条亮条纹中心的距离增大 B．若将双缝间的距离d减小，光屏上相邻两条暗条纹中心的距离增大 C．若将滤光片由绿色换成红色，光屏上相邻两条暗条纹中心的距离增大 D．为了减小测量误差，可用测微目镜测出n条亮条纹间的距离a，则相邻两条亮条纹间距为Δx＝ 答案　(1)A　(2)D　(3)BC 解析　(1)双缝干涉实验是让单色光通过双缝在光屏上形成干涉图样，所以让白炽灯灯光通过滤光片形成单色光，再经过单缝形成线光源，再通过双缝形成相干光源．故自光源起合理的顺序是滤光片、单缝、双缝，故选A. (2)分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，应转动测量头使其方向一致，故选D. (3)根据双缝干涉的间距公式Δx＝λ，可知Δx由双缝的距离d、双缝到光屏的距离l和入射光的波长λ共同决定，而将滤光片向右平移，条纹间距不变，A错误．将双缝间的距离d减小，由Δx＝λ，知Δx增大，B正确．将滤光片由绿色换成红色，可知波长变大，则光屏上相邻两条暗条纹间的距离增大，C正确．n条亮条纹之间有n－1个间距，则相邻亮条纹的间距为Δx＝，D错误． 2.用双缝干涉测光的波长．实验装置如图甲所示，已知单缝与双缝间的距离L1＝100 mm，双缝与屏的距离L2＝700 mm，双缝间距d＝0.25 mm.用测量头来测量亮条纹中心间的距离．测量头由分划板、目镜、手轮等构成，转动手轮，使分划板左右移动，让分划板的中心刻线对准亮条纹的中心(如图乙所示)，记下此时手轮上的读数，转动测量头，使分划板中心刻线对准另一条亮条纹的中心，记下此时手轮上的读数． (1)分划板的中心刻线分别对准第1条和第4条亮条纹的中心时，手轮上的读数如图丙所示，则对准第1条时读数x1＝2.190 mm、对准第4条时读数x2＝________ mm； (2)根据以上条件，可算出这种光的波长λ＝______ nm；(保留三位有效数字) (3)在双缝干涉实验中发现条纹太密，难以测量，下列操作中可以使条纹变稀疏的是________． A．改用波长较短的光(如紫光)做入射光 B．增大双缝到屏的距离 C．减小双缝间距 D．增大双缝间距 答案　(1)7.870　(2)675　(3)BC 解析　(1)分划板中心刻线对准第4条亮条纹中心时，读数x2＝7.5 mm＋37.0×0.01 mm＝7.870 mm (2)相邻亮条纹中心的间距Δx＝，根据Δx＝λ，得这种光的波长为λ＝Δx≈675 nm (3)根据Δx＝λ知，要使条纹变稀疏，可以增大双缝到屏的距离、减小双缝间距、增大入射光的波长，故选B、C. 3.在“用双缝干涉测光的波长”实验中，将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上(如图甲)，并选用缝间距为d的双缝屏．从仪器注明的规格可知，毛玻璃屏与双缝屏间的距离为L.接通电源使光源正常工作，发出白光． (1)组装仪器时，若将单缝和双缝均沿竖直方向分别固定在a处和b处，则________； A．可观察到水平方向的干涉条纹 B．可观察到竖直方向的干涉条纹 C．看不到干涉现象 (2)若取下红色滤光片，其他实验条件不变，则在目镜中________； A．观察不到干涉条纹 B．可观察到明暗相间的白条纹 C．可观察到彩色条纹 (3)若实验中在像屏上得到的干涉图样如图乙所示，毛玻璃屏上的分划板刻线在图中A、B位置时，游标卡尺的读数分别为x1、x2，则入射的单色光波长的计算表达式为λ＝________.分划板刻线在某条亮条纹位置时游标卡尺如图丙所示，则其读数为________ mm； (4)如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，如图丁所示，则在这种情况下测量干涉条纹的间距Δx时，测量值________实际值．(选填“大于”“小于”或“等于”) 答案　(1)B　(2)C　(3)　31.10　(4)大于 解析　(1)将单缝和双缝均沿竖直方向分别固定在a处和b处，在毛玻璃屏上可观察到竖直方向的干涉条纹，故B正确，A、C错误． (2)若取下红色滤光片，在毛玻璃屏上观察到的是白光(复色光)的干涉条件，因此观察到的是彩色条纹，故C正确，A、B错误． (3)条纹间距为Δx＝＝L 解得单色光波长为λ＝ 游标卡尺读数为31 mm＋2×0.05 mm＝31.10 mm (4)如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，条纹间距测量值将偏大． 课 堂 小 结 本节课是一节实验课,课堂教学主要关注以实验为载体提升学生的物理核心素养。学生自主完成分析实验思路、选取实验器材、绘制装置草图、设计实验方案、研究测量方法、进行实验操作,处理实验数据,进行误差分析等环节。 板 书 设 计 第5节　用双缝干涉实验测定光的波长 1. 实验目的：（1）观察单色光的双缝干涉图样；（2）观察白光的双缝干涉图样；（3）会用测量头测量条纹间距离。 2. 实验原理：由公式λ＝Δx计算出入射光的波长。 3. 实验器材：双缝干涉仪(由光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头组成)、学生电源、导线、刻度尺。 4. 实验步骤：略 5. 数据处理：略 6. 误差分析：（1）双缝到屏的距离l的测量误差。（2）测条纹间距Δx带来的误差。 作业 布置 1.完成教材课后作业：“自我评价”。 2.配套分层作业。 教学反思 本节课的教学重点是做好“用双缝干涉测量光的波长”的学生分组实验。学生经历了分析实验思路、设计实验装置、研究物理量的测量方案、进行实验操作、处理实验数据、进行误差分析等实验环节,最终利用双缝干涉实验装置测量了多种可见光的波长,并观察了改变实验装置时干涉条纹的变化及白光的干涉图样,进一步深化了对光的干涉的认识。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $