高中物理 133 实验用双缝干涉测量光的波长教案 新人教版34.docx
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高中物理133实验用双缝干涉测量光的波长教案新人教版34
2019-2020年高中物理13.3实验：
用双缝干涉测量光的波长教案新人教版3-4
【教学目标】
（一）知识与技能
1．掌握明条纹（或暗条纹）间距的计算公式及推导过程。
2．观察双缝干涉图样，掌握实验方法。
（二）过程与方法
培养学生的动手能力和分析处理“故障”的能力。
（三）情感、态度与价值观
体会用宏观量测量微观量的方法，对学生进行物理方法的教育。
【教学重点】
双缝干涉测量光的波长的实验原理及实验操作。
【教学难点】
、L、d、λ的准确测量。
【教学方法】
复习提问，理论推导，实验探究
【教学用具】
双缝干涉仪、光具座、光源、学生电源、导线、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头、刻度尺
【教学过程】
（一）引入新课
师：
在双缝干涉现象中，明暗条纹出现的位置有何规律？
生：
当屏上某点到两个狭缝的路程差Δ=2n·，n=0、1、2…时，出现明纹；当Δ=（2n+1），n=0、1、2…时，出现暗纹。
师：
那么条纹间距与波长之间有没有关系呢？
下面我们就来推导一下。
（二）进行新课
1．实验原理
师：
［投影下图及下列说明］
设两缝S1、S2间距离为d，它们所在平面到屏面的距离为l，且l>>d，O是S1S2的中垂线与屏的交点，O到S1、S2距离相等。
推导：
（教师板演，学生表达）
由图可知S1P=r1
师：
r1与x间关系如何？
生：
r12=l2+（x-）2
师：
r2呢？
生：
r22=l2+（x+）2
师：
路程差|r1-r2|呢？
（大部分学生沉默，因为两根式之差不能进行深入运算）
师：
我们可不可以试试平方差？
r22-r12=（r2-r1）（r2+r1）=2dx
由于l>>d，且l>>x，所以r1+r2≈2l，这样就好办了，r2-r1=Δr=x
师：
请大家别忘了我们的任务是寻找Δx与λ的关系。
Δr与波长有联系吗？
生：
有。
师：
好，当Δr=2n·，n=0、1、2…时，出现亮纹。
即·x=2n·时出现亮纹，或写成x=
第n条和第（n-1）条（相邻）亮纹间距离Δx为多少呢？
生：
Δx=xn-xn-1
=［n-（n-1）］
师：
也就是Δx=·λ
我们成功了！
大家能用语言表述一下条纹间距与波长的关系吗？
生：
成正比。
师：
对，不过大家别忘了这里l、d要一定。
暗纹间距大家说怎么算？
生：
一样。
师：
结果如何？
生：
一样。
师：
有了相邻两个亮条纹间距公式Δx=·λ，我们就可以用双缝干涉实验来测量光的波长了。
2．观察双缝干涉图样
（教师指导学生按步骤进行观察，也可引导学生先设计好步骤，分析研究后再进行，教师可将实验步骤投影）
步骤：
（1）按课本图13.3－2，将光源、单缝、遮光管、毛玻璃屏依次安放在光具座上。
（2）接好光源，打开开关，使灯丝正常发光；
（3）调节各器件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏；
（4）安装单缝和双缝，使双缝与单缝平行，二者间距约5~10cm.；
（5）在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。
（6）那走滤光片，观察白光的干涉条纹。
（教师指导学生分别观察红色、紫色等不同颜色的单色光的干涉图样，比较不同色光干涉条纹宽度，与课本第59页彩图13.3－3对照，得出结论：
红光干涉条纹间距大于紫光干涉条纹间距（注意其他条件相同，进行实验）。
对于同种色光，改变双缝间距d，得出结论：
双缝间距d越小，条纹间距越大。
观察线状白炽灯的干涉条纹，与课本60页图彩图对比，得出结论：
白光的干涉条纹是彩色的。
）
3．测定单色光的波长
（教师指导学生按步骤进行测量，也可引导学生先设计好步骤，分析研究后再进行，教师可将实验步骤投影）
步骤：
（1）安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹；
（2）使分划板中心刻线对齐某条（记为第1条）亮条纹的中央，记下手轮上的读数a1，转动手轮，使分划板中心刻线移动，当中心刻线与第n条亮纹中央对齐，记下移动的条纹数n和移动后手轮的读数a2，则相邻两条纹间的距离。
（3）用刻度尺测量双缝到光屏间距离L；
（4）用游标卡尺测量双缝间距d（这一步也可省去，d在双缝玻璃上已标出）；
（5）重复测量、计算，求出波长的平均值；
（6）换用不同滤光片，重复实验。
说明：
实验过程中教师要注意指导：
（1）双缝干涉仪是比较精密的实验仪器，实验前教师要指导学生轻拿轻放，不要随便拆分遮光筒，测量头等元件，学生若有探索的兴趣应在教师指导下进行。
（2）滤光片、单缝、双缝、目镜等会粘附灰尘，要指导学生用擦镜纸轻轻擦拭，不用其他物品擦拭或口吹气除尘。
（3）指导安装时，要求学生注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行且竖直，引导学生分析理由。
（4）光源使用线状长丝灯泡，调节时使之与单缝平行且靠近。
（5）实验中会出现像屏上的光很弱的情况.主要是灯丝、单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴线所致；干涉条纹的清晰与否与单缝和双缝是否平行很有关系.因此（3）（4）两步要求应在学生实验中引导他们分析，培养分析问题的能力。
（6）实验过程中学生还会遇到各种类似“故障”，教师要鼓励他们分析查找原因。
（三）课堂总结、点评
通过今天的学习，我们掌握了干涉条纹的间距与光的波长之间的定量关系，即Δx=·λ，并利用上式测量了光的波长。
该实验为我们提供了一种用宏观量测量微观量的方法。
（四）课余作业
完成P60“问题与练习”的题目。
附：
课后训练
1．在做双缝干涉实验时，用普通的白光做光源，若在双缝处把一缝用红色玻璃挡住，另一缝用绿色玻璃挡住，则屏上会出现（）
A．红色干涉条纹B．绿色干涉条纹
C．红绿相间的干涉条纹D．无干涉条纹，但有亮光
答案：
D
2．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
3．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
4．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。
5．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
6．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
解析：
因为双缝干涉的条纹宽Δx=，可见条纹宽应是相等的，A正确，BC错，又因为红＞蓝，所以Δx红＞Δx蓝，故D错.
答案：
A
7．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=/2
B．对屏上某点d=n/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
解析：
当路程差d=n时出现亮条纹，路程差d=（2n＋1）/2时出现暗条纹，可见，当n=0时，d=/2，所以A正确。
由Δx=l/d（式中d为两狭缝间的距离）得，频率越大的色光，其波长越短，干涉条纹之间的距离越小，故D正确。
答案：
AD
8．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，毫米刻度尺Δx=λ
9．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
2019-2020年高中物理13.4光的颜色、色散教案新人教版3-4
【教学目标】
（一）知识与技能
1．知道不同颜色的光，波长不同。
2．知道什么是色散，了解什么是光谱。
3．通过实验初步认识薄膜干涉现象，了解其应用。
4．知道光线通过棱镜时的光路，认识折射时的色散现象。
5．知道不同色光在同一介质中传播速度不同；知道同一介质对红光的折射率最小，对紫光的折射率最大。
（二）过程与方法
经历不同物理过程中光的色散现象的探究过程，了解色散在生活中的应用。
（三）情感、态度与价值观
通过自然界中的光现象——虹霓的教学及色散现象的教学激发学生对大自然的热爱以及对自然之谜的求知欲望。
【教学重点】
1．薄膜干涉的成因，干涉时的色散。
2．棱镜对光线的作用，折射时的色散。
【教学难点】
薄膜干涉的成因，干涉时的色散。
【教学方法】
复习提问，理论分析，实验探究，多媒体辅助教学
【教学用具】
多媒体电脑及投影装置，酒精灯一盏，金属圈一个，大烧杯一个，适量肥皂液（或洗衣粉液），少量食盐，牛顿环，凸透镜，三棱镜若干。
【教学过程】
（一）引入新课
师：
在双缝干涉现象中，明暗条纹出现的位置有何规律？
生：
当屏上某点到两个狭缝的路程差Δ=2n·，n=0、1、2…时，出现明纹；当Δ=（2n+1），n=0、1、2…时，出现暗纹。
师：
干涉条纹的间距与光的波长之间有何定量关系？
生：
Δx=·λ
师：
上节课我们利用上式测量了光的波长，并观察了各种色光的干涉图样。
这节课我们就来学习有关光的颜色和色散的知识。
（二）进行新课
1．光的颜色色散
师：
上节课我们观察了各种色光的干涉图样，用红光做实验，条纹间距最大，用紫光做实验，条纹间距最小，光的颜色不同，条纹间距不同，又因为干涉条纹的间距与光的波长成正比，我们可以得出什么结论？
生：
不同颜色的光，波长不同。
师：
大家还记得我们在用白光照射双缝时得到的干涉图样是怎样的？
生：
彩色的条文。
师：
（投影白光的双缝干涉条纹）怎样解释这种现象呢？
（学生积极讨论，气氛热烈，从讨论中基本能掌握了原因）
生：
不同色光波长不同，条纹宽度不同，红光条纹最宽；紫光条纹最窄，所以出现上面现象。
师：
解释得好。
白光干涉图样也说明白光是由多种色光组成的，在发生干涉时白光被分解了。
含有多种颜色的光被分解为单色光的现象，称为光的色散。
师：
含有多种颜色的光被分解后，各种色光按照波长的长短依次排列成彩色光带，就是光谱。
［投影课本61页表1和太阳的光谱。
］
师：
在各种色光中，波长最长的是什么光？
波长最短的是什么光？
生：
波长最长的是红光，波长最短的是紫光。
师：
频率最小的是什么光？
频率最大的是什么光？
生：
频率最小的是红光，频率最大的是紫光。
师：
除双缝干涉实验外，还有一种干涉现象能够观察到光的色散。
这就是薄膜干涉。
2．薄膜干涉中的色散
教师演示：
点燃酒精灯，在火焰中洒些氯化钠，使火焰发生黄光.把圆环竖直地插入肥皂溶液中，慢慢向上提起形成薄膜，竖直放好，将大烧杯罩住圆环，减小蒸发，以延长演示时间，便于全体观察。
将酒精灯移到膜前，调整好位置，在酒精灯同侧观察到肥皂膜上呈现明暗相间的干涉条纹。
师：
怎样解释这一现象呢？
请大家思考下面几个问题：
［投影图20—12及以下问题］
①肥皂膜有几个面可以反射灯焰的光？
②这些面反射回来的光有没有路程差，如有，它们有什么特点？
③这些反射光是不是相干光？
生1：
膜前后两表面均可反射光。
生2：
因为肥皂膜厚度不同，所以不同位置处的反射光路程差不同，有的地方可能是半波长的奇数倍，有的地方可能是半波长的偶数倍。
生3：
两表面的反射光线来源于同一光线，振动情况一定相同，是相干光。
师：
三位同学回答得非常好，大家能弄清薄膜干涉的原因吗？
生：
能。
师：
好，请大家把自己的想法与课本61页最后一段的分析比较一下。
（学生阅读、理解。
教师准备演示牛顿环实验）
师：
大家分析得很好，我再加一个实验，奖励大家。
（演示牛顿环实验，直接投影在白色墙上，墙上出现了牛顿环反射光干涉形成的一组明暗相间的同心圆，将屏移到环的另一侧，这里可将装置调整，同样可以观察到与反射干涉条纹互补的一组同心明暗相间的圆环）
师：
感兴趣的同学课后抽时间自己来实验，深入研究它，同学们也能给我找点例子吗？
（学生讨论，思考）
生：
水面上的油膜好像也能反射光线，形成明暗相间的条纹。
师：
好，同学们课后去认真观察一下，看来干涉现象在我们生活中是见过的，我们真是“视而不见”，“相逢未必曾相识”，生活中有许多现象，看似很普通寻常，却常常蕴含着很深的科学道理，同学们要多观察、多思考、多探究。
师：
课本62页给大家介绍了一个干涉现象在技术上的应用实例，我们一起来看看。
［学生阅读62页“科学漫步”――用等倾法检查平整度。
并思考文后的问题。
投影下图引导学生分析］
师：
有兴趣的同学可以在我们所掌握的知识基础上进行更进一步的探究。
我这里为大家提供两个课题，大家可以到图书馆或上网查阅相关资料，然后确立课题进行研究。
（1）照相机、摄像机的镜头大多是淡紫色的，为什么？
（2）全息照相是怎么回事？
3．折射时的色散
教师出示若干个棱镜（大约十几个）给学生传着看，让学生知道什么是棱镜。
（讲解棱镜对光线的作用）
a．在黑板上画出棱镜的截面如图，让一个学生到黑板上画出光线从空气入射到AC面时的折射光和从棱镜进入空气时在AB面上的折射情况。
b．用氦氖激光器发出的红光做光源，实验演示验证一下同学画的对不对。
c．归纳结论——光在棱镜的两个侧面发生折射时，每次折射都使光线向棱镜的底面偏折。
d．让学生猜想出入射光的偏折程度可能与哪些因素有关。
生：
与折射率有关。
e．入射光方向不变，若折射率比原来大，再让一位学生画出此时光线的两次偏折情况。
得出折射率越大，偏折越大的结论。
师：
刚才我们是用红光做的实验。
如果让一束白光通过棱镜你能想象出将是什么样的吗？
生1：
还是白色。
（其他学生犹豫）
师：
猜的不是完全没有道理。
因为刚才红光折射后出来时还是红光嘛。
但还是让我们用实验来验证一下，这样心里才踏实对不对？
（1）实验演示白光通过三棱镜后的色散现象。
（2）再让学生用发给他们的棱镜对着太阳光转动。
可在教室墙壁上看到鲜艳的彩色光带。
师：
通过棱镜后，偏折程度最小的是什么光？
生：
红光。
师：
偏折程度最大的是什么光？
生：
紫光。
师：
实验说明了什么道理？
生：
同种介质对波长不同的光，折射率不同。
波长越小，折射率越大。
师：
大家还记得折射率与波速的关系吗？
生：
师：
从公式能够得出结论：
在同一种介质中，不同波长的光波的传播速度不同，波长越短，波速越慢。
（三）课堂总结、点评
今天我们学习了光的颜色和光的色散。
观察了薄膜干涉中的色散和光通过棱镜折射时的色散。
同种介质对波长不同的光，折射率不同。
波长越小，折射率越大。
在同一种介质中，不同波长的光波的传播速度不同，波长越短，波速越慢。
这些都大大丰富了我们对光的认识。
（四）课余作业
完成P64“问题与练习”的题目。
附：
课后训练
1．以下属于薄膜干涉现象的是（）
A．雨后美丽的彩虹B．阳光下肥皂膜上的彩色条纹
C．阳光下水面上油膜的彩色条纹D．阳光通过三棱镜后得到的彩色条纹
答案：
BC
2．如图所示是用干涉法检查某块厚玻璃板的上表面是否平整的装置，检查中所观察到的干涉条纹是由下列哪两个表面的反射光叠加而成的（）
A．a的上表面，b的下表面
B．a的上表面，b的上表面
C．a的下表面，b的上表面
D．a的下表面，b的下表面
答案：
C
3．如图所示，一束白光从左侧射入肥皂薄膜，下列说法中正确的是（）
A．从右侧向左看，可看到彩色条纹
B．从左侧向右看，可看到彩色条纹
C．彩色条纹水平排列
D．彩色条纹竖直排列
答案：
BC
5．图中表示一束白光通过三棱镜的光路图，其中正确的是（）
答案：
D
6．在白光通过玻璃棱镜发生色散的现象中，下列说法正确的是（）
A．红光的偏折角最大
B．白光为复色光，不同色光在玻璃中传播速度相同
C．紫光的偏折角最大，因为紫光在玻璃中的折射率最大
D．红光在玻璃中的传播速度比其他色光小
答案：
C
7．如图所示，两束平行的红光和紫光，相距为d，斜射到玻璃砖上，当它们从玻璃砖的下面射出时（）
A．两条出射光线仍平行，距离可能大于d
B．两条出射光线仍平行，距离可能小于d
C．两条出射光线仍平行，距离可能为零
D．两条出射光线将不再平行
答案：
ABC
8．如图所示，两束单色光a、b自空气射向玻璃，经折射后形成复合光束c，则下列说法中正确的是（）
A．a光在真空中的传播速度比b光在真空中的传播速度大
B．a光在玻璃中的传播速度比b光在玻璃中的传播速度小
C．玻璃对a光的折射率比玻璃对b光的折射率大
D．a光的波长比b光的长
答案：
D
9．用白光做杨氏双缝干涉实验，在屏上呈现明暗相间的彩色条纹，其中
A．正中央的亮纹是白色的
B．离中央亮纹最近的一条彩色条纹是红色的
C．离中央亮纹最近的一条彩色条纹是紫色的
D．中央亮纹是红色的
解析：
由于白光是由七种颜色的光合成的，而每种光经过双缝干涉后在中央都是亮条纹，这些条纹又重合在一起，复合成白光，故A对D错。
由于各种色光的波长不同，红光最大，紫光最小，红光形成的条纹间距最大，紫光形成的条纹间距最小，故B错C对。
答案：
AC
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