人教版 (2019)选择性必修 第一册第四章 光4 实验：用双缝干涉测量光的波长优秀教学设计及反思

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第一册第四章 光4 实验：用双缝干涉测量光的波长优秀教学设计及反思，共5页。教案主要包含了教学目标，教学重难点，教学过程，课堂练习等内容，欢迎下载使用。




【教学目标】


1．了解“双缝干涉测量光的波长”的实验原理和实验器材，进一步理解影响干涉条纹间距的因素。


2．观察干涉图样，加深对干涉图样的认识和理解。


3．通过实验，学会用光的干涉测定单色光的波长。


【教学重难点】


1．观察干涉图样，加深对干涉图样的认识和理解。


2．通过实验，学会用光的干涉测定单色光的波长。


【教学过程】


一、复习导入


1．产生稳定的干涉条纹的条件：两光频率相同。


2．（1）半波长的偶数倍时出现亮条纹；


（2）半波长的奇数倍时出现暗条纹。


3．同样条件的双缝实验，用不同的色光得到的相邻亮（暗）条纹间的宽度不等。


Δx=ldλ


4．单色光干涉条纹的特点是等间距的，明暗相间的。


二、新课教学


（一）实验原理


由Δx=ldλ得λ=dlΔx


这就是用双缝干涉测量光的波长的实验原理。


（二）实验装置


1．了解实验仪器：





2．实验仪器的调节：


①光源、透镜、遮光筒等应该共轴


调节方法：调节光源和透镜的高度，让两者和遮光筒等高。在未安装单缝和双缝时，能从遮光筒的另一端看到光源。


②双缝应该竖直放置


③单缝、双缝的放置方向应平行


调节方法：可以通过拨杆来调节单缝的放置方向。


3．观察白光的干涉图样：


（1）看不到图样或图样较暗。


原因：光源、透镜、遮光筒不共轴。


（2）干涉条纹是斜的。


原因：双缝不是竖直放置的。


（3）条纹不清晰。


原因：单缝、双缝的放置方向不平行。


4．分两大组观察红光和蓝光的干涉图样：





红光 双缝间距0.18mm





红光 双缝间距0.36mm





蓝光 双缝间距0.36mm


（三）物理量的测量


1．??的测量


让学生判断是测量哪一段的距离，最后教师给出结果，并得出测量方式：双缝到屏的距离??可以用刻度尺测出。


2．????的测量


介绍测量头：





提问：如何测量误差较小？


测量??个亮条纹间的距离??，则：∆x=a/(n-1)


教师提醒学生注意在测量n个亮条纹的距离时，要朝同一个方向旋转测量头。


最后用公式求出光的波长：λ=dΔxl。


（四）拓展：其他的测量方法


1．牛顿环


2．菲涅耳双棱镜


3．法布里—珀罗干涉仪


4．光栅


5．分光计


【课堂练习】


1．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


2．用单色光做双缝干涉实验时，测得双缝间距离为0.4mm，双缝到屏的距离为1m，干涉条纹间距为1.5mm，求所用光波的波长。


答案：6×10-7m


3．光纤通信是70年代以后发展起来的新兴技术，世界上许多国家都在积极研究和发展这种技术。发射导弹时，可在导弹后面连一根细如蛛丝的光纤，就像放风筝一样，这种纤细的光纤在导弹和发射装置之间，起着双向传输信号的作用，光纤制导的下行光信号是镓铝砷激光器发出的在纤芯中波长为0.85μm的单色光。而上行光信号是铟镓砷磷发光二极管发射的在纤芯中波长为1.06μm的单色光，这样操纵系统通过这根光纤向导弹发出控制指令，导弹就如同长“眼睛”一样盯住目标。根据以上信息，回答下列问题：


（1）在光纤制导中，上行光信号在真空中波长是多少？


（2）为什么上行光信号和下行光信号要采用两种不同频率的光？（已知光纤纤芯的折射率为1.47）


答案：（1）157μm，（2）如果上行光信号和下行光信号频率相同，会发生干涉现象。相互间产生干扰。


4．在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏幕上观察到了彩色干涉条纹。若在双缝中的一缝前放一红色滤光片（只能透过红光），另一缝前放一绿色滤光片（只能透过绿光），这时（ ）


A．只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其他颜色的双缝干涉条纹消失


B．红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其他颜色的双缝干涉条纹依然存在


C．任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但在屏上仍有光亮


D．屏上无任何光亮


解析：题目中给出的条件是：以白光为光源时，在屏幕上得到了彩色的干涉条纹。若在双缝中的一缝前放一红色滤光片（只能透过红光），另一缝前放一绿色滤光片（只能透过绿光），那么，从双缝射出的则是频率不同的红色光和绿色光，所以不可能产生干涉条纹，故A、D错；而其他颜色的光不可能透过滤光片，故B亦错。虽然不能产生干涉条纹，但仍有光照在屏上，故C对。


答案：C


5．用单色光做双缝干涉实验，下列说法正确的是（ ）


A．相邻干涉条纹之间距离相等


B．中央明条纹宽度是两边明纹宽度的两倍


C．屏与双缝之间距离减小，则屏上条纹间的距离增大


D．在实验装置不变的情况下，红光的条纹间距小于蓝光的条纹间距


答案：A


6．如图所示，用波长为的单色光做双缝干涉实验时，设两个狭缝S1、S2到屏上某点P的路程差为d，则（ ）





A．距O点最近的一条暗纹必是d=λ/2


B．对屏上某点d=nλ/2（n为正整数）时，出现暗纹


C．距O点越远的点d越长，就越容易出现暗条纹


D．用各色光在同一条件下实验，波长越短的色光条纹间距越小


答案：AD


7．在利用双缝干涉测定光波波长时，首先调节________和________的中心均位于遮光筒的中心轴线上，并使单缝和双缝竖直并且互相平行。当屏上出现了干涉图样后，用测量头上的游标卡尺测出n条明纹间距离a，则两条相邻明条纹间的距离Δx=________，双缝到毛玻璃屏的距离L用________测量，用公式________可以测出单色光的波长。


答案：光源、滤光片、单缝、双缝 an-1 毫米刻度尺 ∆x=Ldλ


8．用红光做光的干涉实验时，已知双缝间的距离为0.2×10-3m，测得双缝到屏的距离为0.700m，分划板中心刻线对齐第一级亮条纹中央时手轮读数为0.200×10-3m，第四级亮条纹所在位置为7.470×10-3m，求红光的波长。若改用蓝光做实验，其他条件不变，则干涉条纹宽度如何变化？


答案：6.922×10-7m 变窄