高中物理選修第十三章《用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)》

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1、課題 §13.3實(shí)驗(yàn)：用雙縫干涉測(cè)量 總課時(shí)數(shù) 1 課型 新授課 編定人 審核人 執(zhí)教時(shí)間 學(xué)習(xí) 目標(biāo) 知識(shí) 目標(biāo) 了解“用雙縫測(cè)量光的波長(zhǎng)”的實(shí)驗(yàn)原理，知道影響干涉條紋寬度的因素 能力 目標(biāo) 經(jīng)歷用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)過程，加深對(duì)雙縫干涉圖樣的認(rèn)識(shí)和理解。 情感 目標(biāo) 經(jīng)歷用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)過程，加深對(duì)雙縫干涉圖樣的認(rèn)識(shí)和理解，養(yǎng)成合作意識(shí)。 重點(diǎn) 利用兩相鄰亮條紋中心間距的表達(dá)式測(cè)單色光的波長(zhǎng)。 難點(diǎn) 相鄰兩條亮條紋間距的的表達(dá)式推導(dǎo)。 學(xué)情分析 學(xué)生對(duì)于波的干涉和光的干涉的原理已經(jīng)非常清楚，所以學(xué)的起來比較好學(xué)

2、。 教學(xué)方法 探究合作學(xué)習(xí)、學(xué)案導(dǎo)學(xué) 教學(xué)手段 多媒體課件 教 學(xué) 過 程 師 生 活 動(dòng) 教 學(xué) 活 動(dòng) 過 程 新知預(yù)習(xí) 實(shí)驗(yàn)裝置采用雙縫干涉儀,它由各部分光學(xué)元件在光具座上組成,如圖13-3-1所示. 圖13-3-1 1.根據(jù)公式__________可計(jì)算波長(zhǎng),雙縫間的距離d是已知的,雙縫到屏的距離l可以用米尺測(cè)出,相鄰兩條亮(暗)紋間的距離Δx用測(cè)量頭測(cè)出. 2.實(shí)驗(yàn)中,濾光片作用:__________;單縫作用__________;雙縫作用是獲得___________光源;單縫和雙縫放置時(shí)應(yīng)__________.其中心大致位于遮光筒

3、的__________上. 典題·熱題 知識(shí)點(diǎn)一 利用雙縫干涉測(cè)量波長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn) 例1如圖13-3-4所示是實(shí)驗(yàn)裝置示意圖，甲圖是用綠光進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的，光屏上觀察到的條紋情況，a為中央明紋；乙圖為換另一種顏色的單色光進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)觀察到的條紋情況，b為此時(shí)中央明條紋，則下列說法正確的是( ) 圖13-3-4 A.乙圖可能是用紅光實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的條紋，表明紅光波長(zhǎng)較長(zhǎng) B.乙圖可能是用紫光實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的條紋，表明紫光波長(zhǎng)較長(zhǎng) C.乙圖可能是用紫光實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的條紋，表明紫光波長(zhǎng)較短 D.乙圖可能是用紅光實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的條紋，表明紅光波長(zhǎng)較短 解析：在同一實(shí)驗(yàn)裝置下，l、d相同，由Δx=λ可知，相鄰兩

4、條亮條紋（或暗條紋）之間的距離Δx與λ成正比.由題意知乙中b大于甲中a，所以乙圖所用光的波長(zhǎng)要長(zhǎng)，而對(duì)于可見光紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫，波長(zhǎng)依次變短，由此可知可能是紅光而不是紫光.A選項(xiàng)正確. 答案：A 方法歸納 明確條紋間距公式Δx=λ中各物理量的意義，通過實(shí)驗(yàn)觀察和理論總結(jié)理解條紋間距與波長(zhǎng)成正比關(guān)系，是解決本題的關(guān)鍵. 例2如圖13-3-5所示是用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備示意圖. 圖13-3-5 （1）圖中①是光源，⑤是光屏，它們之間的②③④依次是、和. （2）以下哪些操作能夠增大光屏上相鄰兩條亮紋之間的距離（ ） A.增大③和④之間的距離 B.增大④和⑤

5、之間的距離 C.將紅色濾光片改為綠色濾光片 D.增大雙縫之間的距離 解析：在光的干涉測(cè)波長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)中，光具座上從左向右依次是光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、光屏和測(cè)量頭.由Δx=λ可知，相鄰兩條紋間距離與雙縫間的距離成反比，應(yīng)減小雙縫之間的距離，D選項(xiàng)錯(cuò)，增大雙縫到屏之間的距離，B選項(xiàng)正確，增大光的波長(zhǎng)，C選項(xiàng)錯(cuò)誤. 答案：（1）濾光片 單縫 雙縫 （2）B 方法歸納 掌握光的干涉測(cè)波長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)原理，熟悉實(shí)驗(yàn)步驟，正確運(yùn)用公式計(jì)算光的波長(zhǎng). 知識(shí)點(diǎn)二 條紋間距、雙縫間距、縫屏間距、波長(zhǎng)的關(guān)系 例3在用單色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，屏中央（到兩縫距離相等處）是亮條紋，稱為第零級(jí)亮條紋

6、，緊靠中央亮紋的暗紋稱為第一級(jí)暗紋，那么（ ） A.第三級(jí)暗紋到兩縫距離差為波長(zhǎng)的1.5倍 B.第三級(jí)亮紋到兩縫距離差為波長(zhǎng)的1.5倍 C.第三級(jí)亮紋到兩縫距離之差為波長(zhǎng)的2倍 D.第三級(jí)亮紋到兩縫距離差為波長(zhǎng)的3倍 解析：根據(jù)出現(xiàn)明暗條紋的條件：當(dāng)|S2P-S1P|=nλ時(shí)，在屏上P點(diǎn)出現(xiàn)亮條紋.n=0時(shí)，在屏中央出現(xiàn)第零級(jí)亮紋，n=1時(shí)，在屏上出現(xiàn)第一級(jí)亮紋. 以此類推，|S2P′-S1P′|=(2n-1)在屏上出現(xiàn)暗條紋. n=1時(shí)，在屏上出現(xiàn)第一級(jí)暗紋，n=2時(shí)，在屏上出現(xiàn)第二級(jí)暗紋. 以此類推，根據(jù)以上所述，答案應(yīng)選D. 答案：D 誤區(qū)警示

7、本題只需掌握出現(xiàn)明、暗條紋的條件及出現(xiàn)第幾級(jí)明（暗）紋時(shí)，n就是幾.易錯(cuò)點(diǎn)是切不可把|S2P′-S1P′|=(2n-1)記作|S2P′-S1P′|=(2n+1). 例4用單色光照射雙縫，雙縫間距等于0.06 cm，縫到屏的距離為1.5 m，若測(cè)得屏上7條亮條紋之間共相距9.0 mm，則此單色光的波長(zhǎng)是多少？ 解析：先通過已知條件得出兩個(gè)相鄰條紋間距Δx，然后利用公式λ=Δx進(jìn)行計(jì)算. 答案：兩個(gè)相鄰條紋間距 Δx=9.0 mm/（7-1）=9.0 mm/6=1.5×10-3 m 用Δx=1.5×10-3 m及雙縫間距d=0.06 cm=6×10-4 m，縫到屏的距離l=1.5

8、 m 代入λ=Δx可得：λ=6×10-7 m. 誤區(qū)警示 容易犯的錯(cuò)誤是：兩個(gè)相鄰條紋間距Δx=9.0 mm/7，錯(cuò)誤的原因是沒搞清楚條紋數(shù)和間距數(shù)的關(guān)系. 自主廣場(chǎng) 我夯基我達(dá)標(biāo) 1.在利用雙縫干涉測(cè)光波波長(zhǎng)時(shí)，首先調(diào)節(jié)__________、__________和__________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相互平行，當(dāng)屏幕上出現(xiàn)了干涉圖樣后，用測(cè)量頭上的游標(biāo)卡尺測(cè)出n條明紋的距離a,則兩條明條紋間的距離Δx=__________，雙縫到毛玻璃屏的距離l用__________測(cè)量，用公式__________可以計(jì)算出單色光的波長(zhǎng). 思路解析：理解

9、雙縫干涉的實(shí)驗(yàn)原理，正確操作實(shí)驗(yàn)裝置，會(huì)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，如兩明條紋間距Δx=,波長(zhǎng)用公式Δx=λ推導(dǎo)可得. 答案：濾光片 單縫 雙縫 米尺 Δx=λ 2.用紅光做光的干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，已知雙縫間的距離為0.2×10-3 m,測(cè)得雙縫到屏的距離為0.700 m.分劃板中心刻線對(duì)第一級(jí)亮條紋中央時(shí)手輪讀數(shù)為0.200×10-3 m.第四條亮條紋所在的位置為7.470×10-3 m.則紅光的波長(zhǎng)為__________.若改用藍(lán)光做實(shí)驗(yàn)，其他條件不變，則干涉條紋寬度將變__________（填“寬”或“窄”）. 思路解析：條紋間距Δx=m=2.423×10-3 m. 由Δx=λ得： λ=Δx=m.

10、 答案：6.9×10-7 m窄 3.用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)中采用雙縫干涉儀，它包括以下元件：A.白熾燈,B.單縫片，C.光屏，D.雙縫，E.濾光片.（其中雙縫和光屏連在遮光筒上） （1）把以上元件安裝在光具座上時(shí)，正確的排列順序是：A__________（A已寫好）. （2）正確調(diào)節(jié)后，在屏上觀察到紅光干涉條紋，測(cè)量出10條紅亮紋間的距離為a;改用綠色濾光片，其他條件不變，測(cè)量出10條綠亮紋間的距離為b,則一定有__________大于__________. 思路解析：由于紅光波長(zhǎng)大于綠光，根據(jù)Δx=λ可知，Δx紅>Δx綠，則一定有紅光距離a大于綠光距離b. 答案：（1）EBDC

11、 （2）a b 4.在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，設(shè)單縫寬度為h，雙縫距離為d，雙縫與屏距離為l，當(dāng)采取下列四組數(shù)據(jù)中的哪一組時(shí)，可在光屏上觀察到清晰可辨的干涉條紋（ ) A.h=1 cm d=0.1 mm l=1 m B.h=1 mm d=0.1 mm l=10 cm C.h=1 mm d=10 cm l=1 m D.h=1 mm d=0.1 mm l=1 m 思路解析：根據(jù)Δx=λ可以得知，當(dāng)d較小、l較大時(shí)，干涉條紋間距離明顯，由此可以排除C、B.由于干涉光束是同頻率的，故h要小，才能得到同頻率光，排除A，故選D. 答案：D 5.在雙縫干涉的實(shí)驗(yàn)中，入射光的頻率為5×1014

12、 Hz，從雙縫射出的兩束光到達(dá)屏上某點(diǎn)的路程差為15 000，該點(diǎn)將出現(xiàn)什么樣的條紋？ 思路解析：因?yàn)棣耍紿z=0.6×10-6 m=6×10-7 m=6 000  又因?yàn)棣耍?5 000  所以x=5 由干涉現(xiàn)象規(guī)律可知：該點(diǎn)將出現(xiàn)第三級(jí)暗條紋. 我綜合我發(fā)展 6.某同學(xué)在用雙縫干涉儀做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，測(cè)得雙縫間距d=3.0×10-3 m，雙縫到光屏間的距離為1 m，前兩次測(cè)量手輪上的示數(shù)分別為0.6×10-3 m和6.6×10-3 m，兩次測(cè)量中分劃板中心刻線分別對(duì)齊第一條亮紋和第五條亮紋中心.求該單色光的波長(zhǎng). 圖13-3-8 思路解析：由題意知Δx==1.5×1

13、0-3 m，(Δx不是等于，因?yàn)榉謩澃逯行目叹€位于亮條紋中心，如題圖所示，分劃板兩次中心刻線間四個(gè)亮條紋) λ==2.4×10-3 m. 答案：2.4×10-3 m 7.現(xiàn)有毛玻璃屏A、雙縫B、白光C、單縫D和透紅光的濾片E等元件，要把它們放在圖13-3-9所示的光具座上組裝成雙縫干涉裝置，用以測(cè)量紅光的波長(zhǎng). 圖13-3-9 （1）本實(shí)驗(yàn)的步驟有： ①取下遮光筒左側(cè)的元件，調(diào)節(jié)光源高度，使光束能直接沿遮光筒軸線把屏照亮； ②按合理順序在光具座上放置各光學(xué)元件，并使各元件的中心位于遮光筒的軸線上; ③用米尺測(cè)量雙縫到屏的距離； ④用測(cè)量頭(其讀數(shù)方法同螺旋測(cè)微器)測(cè)量數(shù)條

14、亮紋間的距離. 在操作步驟②時(shí)還應(yīng)注意_________________________. （2）將測(cè)量頭的分劃板中心刻線與某亮紋中心對(duì)齊，將該亮紋定為第1條亮紋，此時(shí)手輪上的示數(shù)如圖13-3-10甲所示，然后同方向轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量頭，使分劃板中心刻線與第6條亮紋中心對(duì)齊，記下此時(shí)圖13-3-10乙中手輪上的示數(shù)為_______________mm，求得相鄰亮紋的間距Δx=__________mm. 圖13-3-10 （3）已知雙縫間距d為2.0×10-4 m，測(cè)得雙縫到屏的距離l為0.700 m，由計(jì)算式λ=_______，求得所測(cè)紅光波長(zhǎng)為____________m. 思路解析：應(yīng)注

15、意調(diào)節(jié)單縫與雙縫間距，并使單縫與雙縫平行以便能形成相干光源，發(fā)生干涉現(xiàn)象. （1）應(yīng)注意調(diào)節(jié)單縫與雙縫間距，并使單縫與雙縫平行以便能形成相干光源，發(fā)生干涉現(xiàn)象. （2）螺旋測(cè)微器的讀法是將固定刻度上的毫米數(shù)加上可變刻度上的讀數(shù)，題圖乙上的讀數(shù)為13.5 mm+37.0×0.01 mm=13.870 mm，圖甲上的讀數(shù)為(2.0+32.0×0.01) mm=2.320 mm，Δx=mm=2.310 mm. （3）Δx=λ，所以λ=Δx=×2.310 mm=6.6×10-7 m. 答案：（1）使單縫和雙縫間距為5—10 cm 使單縫與雙縫相互平行 （2）13.870 2.310 (3)Δx 6.6×10-7 學(xué)生觀察雙縫干涉的實(shí)驗(yàn)裝置并填空（3分鐘） 做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)后做下面練習(xí)題（30分鐘） 學(xué)生獨(dú)立完成同步練習(xí)（10分鐘） 學(xué)生總結(jié)自我練習(xí)（6分鐘）