实验用双缝干涉测量光的波长教案

13.4 实验：用双缝干涉测量光的波长

教案目标】

（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。

【教案重点】

双缝干涉测量光的波长的实验原理及实验操作。

【教案难点】

x 、L 、d 、λ的准确测量。

【教案方法】

复习提问，理论推导，实验探究

【教案用具】

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

【教案过程】

（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· ，n=0、1、2⋯时，出现明纹；当Δ=（2n+1）

2

，n=0、1、2⋯时，出现暗纹。

2

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S1、S2间距离为d，它们所在平面到屏面的距离为l，且l>>d，O是S1S2的中垂线与屏的交点，O 到S1、S2距离相等。

推导：（教师板演，学生表达）

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由图可知S1P=r1 师：r1 与x 间关系如何？生：r12=l 2+（x- d）2

2 师：r2 呢？

2 2 d 2 生：r2 = l + （x+ ）

2 师：路程差|r1-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？

22

r2 -r 1 =（r2-r1）（r2+r 1）=2dx d

由于l>> d，且l>> x，所以r1 +r 2≈2l ，这样就好办了，r2-r1=Δr= d x

l 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· ，n=0、1、2⋯时，出现亮纹。

2

即d·x=2n·时出现亮纹，或写成x= n l

l 2 d 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

l =[n-（n-1）]

d 师：也就是Δx= l·λ

d 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= l·λ，我们就可以用双缝干涉实验来测量光的波

d 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a1，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

a2 a1

n 和移动后手轮的读数a2 ，则相邻两条纹间的距离x 2 1。

n1

（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= l·λ，d 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。

（四）课余作业

完成P60“问题与练习”的题目。

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

3．用单色光做双缝干涉实验时，测得双缝间距离为0.4 mm，双缝到屏的距离为1 m，

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