高中物理选修3-4教学设计3：13.4 实验 用双缝干涉测量光的波长教案

13.4用双缝干涉测量光的波长的教学设计

新课标要求

（一）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。

（二）过程与方法

培养学生的动手能力和分析处理“故障”的能力。

（三）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。

教学重点

双缝干涉测量光的波长的实验原理及实验操作。

教学难点

x ∆、L 、d 、λ的准确测量。

教学方法

复习提问，理论推导，实验探究

教学用具：

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 ·2

λ，n =0、1、2…时，出现明纹；当Δ=（2n +1）

2 ，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S 1、S 2间距离为d ，它们所在平面到屏面的距离为l ，且l >>d ，O 是S 1S 2的中垂线与屏的交点，O 到S 1、S 2距离相等。

推导：（教师板演，学生表达）

由图可知S 1P =r 1

师：r 1与x 间关系如何？

生：r 12=l 2+（x -2d ）2 师：r 2呢？

生：r 22=l 2+（x +2

d ）2 师：路程差|r 1-r 2|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？

r 22-r 12=（r 2-r 1）（r 2+r 1）=2dx

由于l >>d ，且l >>x ，所以r 1+r 2≈2l ，这样就好办了，r 2-r 1=Δr =

l

d 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 ·2

λ

，n =0、1、2…时，出现亮纹。 即l d ·x =2n ·2

λ时出现亮纹，或写成x =d l n λ 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）］d

l λ 师：也就是Δx =

d l ·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 =

d

l ·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a 1，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a 2，则相邻两条纹间的距离1

12--=∆n a a x 。 （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，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。

（三）课堂总结、点评

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 =d

l ·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。 教学体会

思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花，水中月。

附：课后训练

1．在做双缝干涉实验时，用普通的白光做光源，若在双缝处把一缝用红色玻璃挡住，另一缝用绿色玻璃挡住，则屏上会出现（）

A ．红色干涉条纹

B ．绿色干涉条纹

C ．红绿相间的干涉条纹

D ．无干涉条纹，但有亮光

[答案]D

2．在杨氏双缝干涉实验中，保持双缝到屏的距离不变，调节双缝间距离，当距离增大时，干涉条纹距离将变________，当距离减小时，干涉条纹间距将变________.

[答案]小，大