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高二物理《用雙縫干涉測量光的波長》優(yōu)秀教案

時間:2021-09-08 09:04:03 物理教案 我要投稿

高二物理《用雙縫干涉測量光的波長》優(yōu)秀教案

  【教學目標】

高二物理《用雙縫干涉測量光的波長》優(yōu)秀教案

  (一)知識與技能

  1.掌握明條紋(或暗條紋)間距的計算公式及推導過程。

  2.觀察雙縫干涉圖樣,掌握實驗方法。

  (二)過程與方法

  培養(yǎng)學生的動手能力和分析處理故障的能力。

  (三)情感、態(tài)度與價值觀

  體會用宏觀量測量微觀量的方法,對學生進行物理方法的教育。

  【教學重點】

  雙縫干涉測量光的波長的實驗原理及實驗操作。

  【教學難點】

  L、d、的準確測量。

  【教學方法】

  復習提問,理論推導,實驗探究

  【教學用具】

  雙縫干涉儀、光具座、光源、學生電源、導線、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測量頭、刻度尺

  【教學過程】

  (一)引入新課

  師:在雙縫干涉現(xiàn)象中,明暗條紋出現(xiàn)的位置有何規(guī)律?

  生:當屏上某點到兩個狹縫的路程差=2n ,n=0、1、2時,出現(xiàn)明紋;當=(2n+1) ,n=0、1、2時,出現(xiàn)暗紋。

  師:那么條紋間距與波長之間有沒有關(guān)系呢?下面我們就來推導一下。

  (二)進行新課

  1.實驗原理

  師:[投影下圖及下列說明]

  設(shè)兩縫S1、S2間距離為d,它們所在平面到屏面的距離為l,且ld,O是S1S2的中垂線與屏的交點,O到S1、S2距離相等。

  推導:(教師板演,學生表達)

  由圖可知S1P=r1

  師:r1與x間關(guān)系如何?

  生:r12=l2+(x- )2

  師:r2呢?

  生:r22=l2+(x+ )2

  師:路程差|r1-r2|呢?(大部分學生沉默,因為兩根式之差不能進行深入運算)

  師:我們可不可以試試平方差?

  r22-r12=(r2-r1)(r2+r1)=2dx

  由于ld,且lx,所以r1+r22l,這樣就好辦了,r2-r1=r= x

  師:請大家別忘了我們的任務是尋找x與的關(guān)系。r與波長有聯(lián)系嗎?

  生:有。

  師:好,當r=2n ,n=0、1、2時,出現(xiàn)亮紋。

  即 x=2n 時出現(xiàn)亮紋,或?qū)懗蓌=

  第n條和第(n-1)條(相鄰)亮紋間距離x為多少呢?

  生:x=xn-xn-1

  =[n-(n-1)]

  師:也就是x=

  我們成功了!大家能用語言表述一下條紋間距與波長的關(guān)系嗎?

  生:成正比。

  師:對,不過大家別忘了這里l、d要一定。暗紋間距大家說怎么算?

  生:一樣。

  師:結(jié)果如何?

  生:一樣。

  師:有了相鄰兩個亮條紋間距公式x= ,我們就可以用雙縫干涉實驗來測量光的波長了。

  2.觀察雙縫干涉圖樣

  (教師指導學生按步驟進行觀察,也可引導學生先設(shè)計好步驟,分析研究后再進行,教師可將實驗步驟投影)

  步驟:(1)按課本圖13.3-2,將光源、單縫、遮光管、毛玻璃屏依次安放在光具座上。

  (2)接好光源,打開開關(guān),使燈絲正常發(fā)光;

  (3)調(diào)節(jié)各器件的高度,使光源燈絲發(fā)出的光能沿軸線到達光屏;

  (4)安裝單縫和雙縫,使雙縫與單縫平行,二者間距約5~10 cm.;

  (5)在單縫和光源間放上濾光片,觀察單色光的干涉條紋。

  (6)那走濾光片,觀察白光的干涉條紋。

  (教師指導學生分別觀察紅色、紫色等不同顏色的單色光的干涉圖樣,比較不同色光干涉條紋寬度,與課本第59頁彩圖13.3-3對照,得出結(jié)論:紅光干涉條紋間距大于紫光干涉條紋間距(注意其他條件相同,進行實驗)。對于同種色光,改變雙縫間距d,得出結(jié)論:雙縫間距d越小,條紋間距越大。觀察線狀白熾燈的干涉條紋,與課本60頁圖彩圖對比,得出結(jié)論:白光的干涉條紋是彩色的。)

  3.測定單色光的波長

  (教師指導學生按步驟進行測量,也可引導學生先設(shè)計好步驟,分析研究后再進行,教師可將實驗步驟投影)

  步驟:(1)安裝測量頭,調(diào)節(jié)至可清晰觀察到干涉條紋;

  (2)使分劃板中心刻線對齊某條(記為第1條)亮條紋的中央,記下手輪上的讀數(shù)a1,轉(zhuǎn)動手輪,使分劃板中心刻線移動,當中心刻線與第n條亮紋中央對齊,記下移動的條紋數(shù)n和移動后手輪的讀數(shù)a2,則相鄰兩條紋間的距離 。

  (3)用刻度尺測量雙縫到光屏間距離L;

  (4)用游標卡尺測量雙縫間距d(這一步也可省去,d在雙縫玻璃上已標出);

  (5)重復測量、計算,求出波長的平均值;

  (6)換用不同濾光片,重復實驗。

  說明:實驗過程中教師要注意指導:

  (1)雙縫干涉儀是比較精密的實驗儀器,實驗前教師要指導學生輕拿輕放,不要隨便拆分遮光筒,測量頭等元件,學生若有探索的興趣應在教師指導下進行。

  (2)濾光片、單縫、雙縫、目鏡等會粘附灰塵,要指導學生用擦鏡紙輕輕擦拭,不用其他物品擦拭或口吹氣除塵。

  (3)指導安裝時,要求學生注意調(diào)節(jié)光源、濾光片、單縫、雙縫的中心均在遮光筒的中心軸線上,并使單縫、雙縫平行且豎直,引導學生分析理由。

  (4)光源使用線狀長絲燈泡,調(diào)節(jié)時使之與單縫平行且靠近。

  (5)實驗中會出現(xiàn)像屏上的光很弱的情況.主要是燈絲、單縫、雙縫、測量頭與遮光筒不共軸線所致;干涉條紋的清晰與否與單縫和雙縫是否平行很有關(guān)系.因此(3)(4)兩步要求應在學生實驗中引導他們分析,培養(yǎng)分析問題的能力。

  (6)實驗過程中學生還會遇到各種類似故障,教師要鼓勵他們分析查找原因。

  (三)課堂總結(jié)、點評

  通過今天的學習,我們掌握了干涉條紋的間距與光的波長之間的定量關(guān)系,即x= ,并利用上式測量了光的波長。該實驗為我們提供了一種用宏觀量測量微觀量的方法。

  (四)課余作業(yè)

  完成P60問題與練習的題目。

  附:課后訓練

  1.在做雙縫干涉實驗時,用普通的白光做光源,若在雙縫處把一縫用紅色玻璃擋住,另一縫用綠色玻璃擋住,則屏上會出現(xiàn) ( )

  A.紅色干涉條紋 B.綠色干涉條紋

  C.紅綠相間的干涉條紋 D.無干涉條紋,但有亮光

  答案:D

  2.在楊氏雙縫干涉實驗中,保持雙縫到屏的距離不變,調(diào)節(jié)雙縫間距離,當距離增大時,干涉條紋距離將變________,當距離減小時,干涉條紋間距將變________.

  答案:小,大

  3.用單色光做雙縫干涉實驗時,測得雙縫間距離為0.4 mm,雙縫到屏的`距離為1 m,干涉條紋間距為1.5 mm,求所用光波的波長。

  答案:610-7 m

  4.光纖通信是70年代以后發(fā)展起來的新興技術(shù),世界上許多國家都在積極研究和發(fā)展這種技術(shù)。發(fā)射導彈時,可在導彈后面連一根細如蛛絲的光纖,就像放風箏一樣,這種纖細的光纖在導彈和發(fā)射裝置之間,起著雙向傳輸信號的作用,光纖制導的下行光信號是鎵鋁砷激光器發(fā)出的在纖芯中波長為0.85 m的單色光。而上行光信號是銦鎵砷磷發(fā)光二極管發(fā)射的在纖芯中波長為1.06 m的單色光,這樣操縱系統(tǒng)通過這根光纖向?qū)棸l(fā)出控制指令,導彈就如同長眼睛一樣盯住目標。根據(jù)以上信息,回答下列問題:

  (1)在光纖制導中,上行光信號在真空中波長是多少?

  (2)為什么上行光信號和下行光信號要采用兩種不同頻率的光?(已知光纖纖芯的折射率為1.47)

  答案:(1)157 m,(2)如果上行光信號和下行光信號頻率相同,會發(fā)生干涉現(xiàn)象。相互間產(chǎn)生干擾。

  5.在雙縫干涉實驗中,以白光為光源,在屏幕上觀察到了彩色干涉條紋。若在雙縫中的一縫前放一紅色濾光片(只能透過紅光),另一縫前放一綠色濾光片(只能透過綠光),這時 ( )

  A.只有紅色和綠色的雙縫干涉條紋,其他顏色的雙縫干涉條紋消失

  B.紅色和綠色的雙縫干涉條紋消失,其他顏色的雙縫干涉條紋依然存在

  C.任何顏色的雙縫干涉條紋都不存在,但在屏上仍有光亮

  D.屏上無任何光亮

  解析:題目中給出的條件是:以白光為光源時,在屏幕上得到了彩色的干涉條紋。若在雙縫中的一縫前放一紅色濾光片(只能透過紅光),另一縫前放一綠色濾光片(只能透過綠光),那么,從雙縫射出的則是頻率不同的紅色光和綠色光,所以不可能產(chǎn)生干涉條紋,故A、D錯;而其他顏色的光不可能透過濾光片,故B亦錯.雖然不能產(chǎn)生干涉條紋,但仍有光照在屏上,故C對。

  答案:C

  6.用單色光做雙縫干涉實驗,下列說法正確的是

  A.相鄰干涉條紋之間距離相等

  B.中央明條紋寬度是兩邊明紋寬度的兩倍

  C.屏與雙縫之間距離減小,則屏上條紋間的距離增大

  D.在實驗裝置不變的情況下,紅光的條紋間距小于藍光的條紋間距

  解析:因為雙縫干涉的條紋寬x= ,可見條紋寬應是相等的,A正確,BC錯,又因為 紅 藍,所以x紅x藍,故D錯.

  答案:A

  7.如圖所示,用波長為 的單色光做雙縫干涉實驗時,設(shè)兩個狹縫S1、S2到屏上某點P的路程差為d,則

  A.距O點最近的一條暗紋必是d= /2

  B.對屏上某點d=n /2(n為正整數(shù))時,出現(xiàn)暗紋

  C.距O點越遠的點d越長,就越容易出現(xiàn)暗條紋

  D.用各色光在同一條件下實驗,波長越短的色光條紋間距越小

  解析:當路程差d=n 時出現(xiàn)亮條紋,路程差d=(2n+1) /2時出現(xiàn)暗條紋,可見,當n=0時,d= /2,所以A正確。由x=l /d(式中d為兩狹縫間的距離)得,頻率越大的色光,其波長越短,干涉條紋之間的距離越小,故D正確。

  答案:AD

  8.在利用雙縫干涉測定光波波長時,首先調(diào)節(jié)________和________的中心均位于遮光筒的中心軸線上,并使單縫和雙縫豎直并且互相平行.當屏上出現(xiàn)了干涉圖樣后,用測量頭上的游標卡尺測出n條明紋間距離a,則兩條相鄰明條紋間的距離x=________,雙縫到毛玻璃屏的距離L用________測量,用公式________可以測出單色光的波長。

  答案:光源、濾光片、單縫、雙縫 ,毫米刻度尺x=

  9.用紅光做光的干涉實驗時,已知雙縫間的距離為0.210-3 m,測得雙縫到屏的距離為0.700 m,分劃板中心刻線對齊第一級亮條紋中央時手輪讀數(shù)為0.20010-3 m,第四級亮條紋所在位置為7.47010-3 m,求紅光的波長.若改用藍光做實驗,其他條件不變,則干涉條紋寬度如何變化?

  答案:6.92210-7 m,變窄

  【總結(jié)】2013年物理網(wǎng)為小編在此為您收集了此文章高二物理教案:用雙縫干涉測量光的波長,今后還會發(fā)布更多更好的文章希望對大家有所幫助,祝您在物理網(wǎng)學習愉快!

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