高中物理选修3-4教学设计5：13.4 实验 用双缝干涉测量光的波长教案

4 实验：用双缝干涉测量光的波长

㈠设计思想

本堂课主要利用光的干涉现象测量光的波长。通过本实验，我们可以更进一步地了解光波产生稳定的干涉现象的条件，观察白光及单色光的干涉图样，并测定单色光的波长。学生在实验中，通过了解每个实验元件的作用，学会科学设计实验仪器和实验方案的思维方法；同时培养学生的实践能力、自学能力，培养学生的科学态度，让学生体验探究科学的艰辛与喜悦。

㈡教学目标

1．知识目标：

⑴知道波长是光的重要参数

⑵通过实验，学会运用光的干涉测定光的波长

⑶更进一步理解光产生干涉的条件及探究干涉条纹的间距与哪些因素有关

⑷认识物理实验和数学工具在物理学发展过程中的作用，掌握物理实验的一些基本技能，会使用基本的实验仪器，培养学生独立完成实验的能力。

2．能力目标：

学会为达到实验目的而设计各种实验元件，培养学生的创造性思维和实践能力；学习科学探究方法，发展自主学习能力，养成良好的思维习惯，能运用物理知识和科学探究方法解决一些问题。

3．情感目标：

通过本节课，培养学生的科学研究态度，体验探索科学的艰辛与喜悦。

㈢重点与难点

经历科学探究过程，自己设计实验、完成实验并测定光的波长。

㈣教学过程

1．实验装置的介绍——双缝干涉仪。

它由各部分光学元件在光具座上组成。如图—1所示。

2．观察双缝干涉图样——探究干涉条纹的间距与哪些因素有关

光源发出的光经滤光片成为单色光，单色光通过单缝后，相当于线光源，经双缝产生稳定的干涉图样，干涉条纹可从屏上观察到。

把直径约10cm、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，在筒的观察端装上测量头。取下双缝，打开光源，调节光源的高度，使它发出的一束光能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮，然后放好单缝和双缝。单缝和双缝间的距离约为5cm~10cm，使缝相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上。这时在屏上就会看到白光的双缝干涉图样（如图—2）。

在单缝和光源间放上滤光片就可见到单色光的双缝干涉图样（如图—3）。

单色光的双缝干涉图样：明暗相间、等距分布。

3．猜测：

相邻的两条明（暗）条纹的间距△x与哪些因素有关?

4．设计实验方案，探究。

分组实验，分别改变滤光片和双缝，观察干涉图样的变化。

① L 、d 不变，研究△x 与λ的关系用不同的单色光进行实验

②d 、λ不变，研究△x 与L 的关系比较有否安装接长管

③ L 、λ不变，只改变双缝距离d 只改变双缝距离d

6．实验结论：

①L 、d 不变，研究△x 与λ的关系红光的λ最大，条纹间距最大。

②d 、λ不变，研究△x 与L 的关系屏与缝之间的距离L 越大，条纹间距越大． ③ L 、λ不变，只改变双缝距离dd 越小，条纹间距越大．

7．理论研究得到： 8．根据测定单色光的波长 双缝间的距离是已知的，双缝到屏的距离可以用米尺测出，相邻两条亮（暗）纹间的距离用测量头（如图—5）测出。

λd

l x =∆l

x d ∆=λd l x ∆

测量头由分划板、目镜、手轮等构成，转动手轮，分划板会左右移动。

安装测量头时，要卸下观察筒，换上测量头。

调节目镜，在视场中出现清晰的干涉条纹及分划板上的刻线。

测量时，转动测量头，使分划板中心刻线平行于干涉条纹并对齐条纹的中心（如图—6），记下此时手轮上的读数，两次读数之差就表示这两条条纹间的距离。

测出条亮（暗）纹间的距离，就可以求出相邻两条亮（暗）纹间的距离。根据公式可计算出光的波长。 换用不同颜色的滤光片，观察干涉条纹间的距离有什么变化，并根据公式可计算出相应的波长。

n a 1-=∆n a x l

x d ∆=λl x d ∆=

λ