人教版选修3-4 13.4 实验用双缝干涉测量 教案 Word版含答案

高中人教版物理

课时13.4实验:用双缝干涉测量

光的波长

1.了解“用双缝干涉测量光的波长”的实验原理,知道影响干涉条纹宽度的因素。

2.经历用双缝干涉测量光的波长的实验过程,加深对双缝干涉图样的认识和理解,养成合作意识。

重点难点:利用双缝干涉测量光的波长实验,对相邻亮条纹中心间距公式的推导及应用。

教学建议:本节主要讲相邻亮(暗)条纹中心间距的表达式,并依据该式测定单色光的波长。要注意相邻亮条纹中心间距公式的推导,相邻亮条纹距离实际上是其中心的距离。尤其是要处理好两个方面的问题:一是推导过程中的两次近似处理,二是推导过程中出现的正负号的含义和k值的意义。对于用双缝干涉测量光的波长的实验,要使学生先理解实验原理,通过思考与讨论,提出猜想,引导学生积极思考并最大限度地自主完成实验。

导入新课:你见过的最精密的尺子是什么?可能是千分尺。千分尺的精度可以达到10-5 m,但光的波长比这个还要小得多,光的波长是怎样测量的呢?

1.实验原理

如图所示,设双缝S1、S2之间的距离为d,双缝到光屏的距离为l,入射光的波长为λ,相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距是Δx,则在双缝干涉中相邻两个亮条纹或暗条纹中心间距的公式是①Δx=λ。

2.观察双缝干涉图样

(1)双缝干涉的实验装置示意图如图所示(请写出各部分的名称)。

a.②光源、

b.③滤光片、

c.④单缝、

d.⑤双缝。

(2)观察双缝干涉图样时,单缝和双缝要相互⑥平行,尽量使缝的中心位于遮光筒的⑦轴线上。

3.测定单色光的波长

实验中用于测量干涉条纹间距的仪器叫测量头,其外形如图所示。

(1)测量头由⑧分划板、⑨目镜和手轮三部分构成。

(2)转动手轮,⑩分划板会左右移动,测量时从手轮上读取测量数据,手轮的使用与螺旋测微器类似。

1.当角θ很小时,用弧度表示的θ与其正切值、正弦值是什么关系?

解答: 三者近似相等。

2.从公式Δx=λ得知,改变哪些条件便于测量?

解答: 减小两缝间距d,增大缝到屏的距离l。

3.测量头由哪几部分组成?

解答: 由分划板、目镜、手轮等构成。

主题1:双缝干涉实验的原理及现象

问题:(1)做双缝干涉实验时,为什么要加装滤光片?

(2)实验中单缝、双缝和光屏分别有什么作用?

(3)用单色光做实验时,观察到的干涉条纹有何特点?

(4)用同一个实验装置做双缝干涉实验时,为什么加装不同的滤光片做实验时干涉条纹宽度不同?

(5)如果直接用白光(不加装滤光片)做实验,看到的干涉条纹是怎样的?如何解释看到的现象?

解答:(1)从小灯泡发出的光经过滤光片后,就可以得到单色光。

(2)单缝获得线光源,双缝获得相干光,光屏呈现干涉条纹。

(3)等宽、等亮、等间距。

(4)加装不同的滤光片,入射光的波长不同。由Δx=λ可知,入射光波长不同,条纹宽度也不同。

(5)亮条纹中除中央亮条纹是白光外,其余都是彩色的。其原因是白光中含有七种不同颜色的光,而不同颜色的单色光波长不同,条纹间距不同,所以干涉条纹就变成了彩色的。

知识链接:在相同条件下用同一实验装置做双缝干涉实验时,条纹间距仅由相干光的波长决定。

主题2:对双缝干涉条纹间距的测量

问题:(1)实验中干涉条纹间距是由什么仪器测量的?

(2)测量条纹间距时为什么不直接测量相邻亮(暗)条纹的间距?

(3)实验中测得n条亮纹的间距是d,某同学用表示相邻亮条纹间距,那么他计算出的波长准确吗?偏大还是偏小?

解答:(1)测量头。

(2)相邻亮(暗)条纹间距很小,直接测量相邻条纹的间距误差太大。

(3)不准确。此时相邻亮条纹间距应是Δx=,根据Δx=λ可知计算出的波长偏小。

知识链接:双缝干涉实验中测量相邻亮条纹间距时采用了“累积法”来减小测量误差,就像前面测单摆周期一样。

1.(考查实验现象)用白光做双缝干涉实验时,得到彩色的干涉条纹。已知白光中含有红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色光,其波长是在不断减小的。下列说法正确的是()。

A.干涉图样的中央亮纹是白色的

B.干涉图样的中央亮纹是绿色的

C.在靠近中央亮纹两侧最先出现的是红色条纹

D.在靠近中央亮纹两侧最先出现的是紫色条纹

【解析】在可见光中从红光到紫光波长逐渐减小,根据双缝干涉中距O点为x处出现亮条纹公式x=±kλ可知,同一装置中k相同时,对于紫光x最小,对于红光x最大。因此,除中央亮条纹白色以外,两侧出现了彩色条纹,而且紫光更靠近中央亮条纹。

【答案】AD

【点评】白光的干涉条纹中央是白色的,两侧是彩色的。

2.(考查实验的操作)在利用测量头测量条纹宽度时,应使分划板中心刻线最好( )

A.与亮条纹的边缘对齐

B.与暗条纹的边缘对齐

C.与亮条纹的中心位置对齐

D.与暗条纹的中心位置对齐

【解析】在利用测量头测量条纹宽度时,应使分划板中心刻线最好与亮条纹的中心位置对齐,因条纹的边缘轮廓不清晰,如果对准边缘测量,则误差较大。

【答案】C

【点评】要掌握这些基本操作。

3.(考查实验原理)利用图中装置研究双缝干涉现象时,有下面几种说法:

A.将屏移近双缝,干涉条纹间距变窄

B.将滤光片由蓝色的换成红色的,干涉条纹间距变宽

C.将单缝向双缝移动一小段距离后,干涉条纹间距变宽

D.换一个两缝之间距离较大的双缝,干涉条纹间距变窄

E.去掉滤光片后,干涉现象消失

其中正确的是。

【解析】由双缝干涉中条纹宽度公式Δx=λ可得,Δx与单缝和双缝之间的距离无关,选项C错误;只改变l时,l减小,Δx变小,选项A正确;换一个间距较大的双缝时,干涉条纹间距变窄,D正确;只改变λ时,Δx随λ的改变而改变,当入射光由蓝光换成红光时,λ变大,Δx变大,选项B正确;去掉滤光片时,入射光为白光,依然能在屏上观察到干涉条纹,而且是彩色条纹,选项E错误。

【答案】ABD

【点评】要记住公式Δx=λ,并能依据公式作出分析。

4.(考查数据处理)某次实验时,某同学调节分划板的位置,使分划板中心刻线对齐某亮条纹的中心,如图所示,此时测量头的读数为mm。转动手轮,使分划板向一侧移动到另一条亮条纹的中心位置,再次从测量头上读数。若实验测得第1条到第4条亮条纹中心间的距离为a=0.960 mm,已知双缝间距为d=1.5 mm,双缝到屏的距离为l=1.00 m,则对应的光波波长λ应为多少?