2016年人教版高中选修3-4物理：13.4《实验用双缝干涉测量》精品教案含答案解析.docVIP

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