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第四章光第4节 实验：用双缝干涉测量光的波长教材分折本节课程是在认识了光的波粒二象性，知道了杨氏双缝干涉实验基础上的应用，通过研究干涉I 人° Ax.d条纹的特点，知道干涉条纹的间距* = 3人，从而得出，知道表达式中各参数代表的物 dl理意义，并能够使用游标卡尺或螺旋测微器测量条纹的宽度。救学目标与拔心寮荐【物理观念】通过杨氏双缝干涉实验的结论求解不同频率色光的波长；.- l、Ax.d【科学思维】通过公式A = f，求出M =-，清楚公式中各物理参数的意义；dl【科学探究】通过实验进行探究或验证，对物体双缝干涉加深理解；【科学态度与责任】充分体会物理与数学的关联性，知道物理是一门实验科学需要数学理论的支持 在清楚学习物理时实验的重要性的同时，也要体会数理不分家的学习理念。教学重难点【教学重点】实验中各参数的物理意义、通过游标卡尺或螺旋测微器测量条纹间距；【教学难点】实验数据分析。一、【进行新课】探究点一、实验器材双缝干涉仪，即光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头。另外，还有学 生电源、导线、刻度尺等。双魏干涉的实瞳装置实验：光源发出的光经滤光片（装在单缝前）成为单色光，把单缝照亮。单缝相当于一个线光源，它又把双缝照亮。来自双缝的光在双缝右边的空间发生干涉。遮光筒的一端装有毛玻璃屏，我们可d以在这个屏上观察到干涉条纹，并由入=l Ax计算出光的波长。透镜的作用是使射向单缝的光更 集中。组装实验仪器:探究点二、物理量的测量d实验：根据入=l Ax可知，本实验需要测量的物理量是双缝到屏的距离l和相邻两条亮条纹间的距离Ax （双缝间的距离d已知）。具体操作如下。l的测量 双缝到屏的距离l可以用刻度尺测出。A x的测量相邻两条亮条纹间的距离Ax需用测量头测出。测量头通常有两（图），但都由分划板、目镜、手轮等构成。转动手轮，分划板会左右移动。甲测量头测量时，应使分划板的中心刻线与条纹的中心对齐（图），记下此时手轮上的读数。然后转动测量 头，使分划板中心刻线与另一条纹的中心对齐，再次记下手轮上的读数。两次读数之差表示这两个 条纹间的距离A x。为了减小测量误差，可测多个亮条纹间的距离，再求出相邻两个条纹间的距离。例如，可测出n个 a亮条纹间的距离a，再求出相邻两个亮条纹间的距离A x = n 1。分划板中心刻线探究点三、进行实验实验前先取下双缝，打开光源，调节光源的高度和角度，使它发出的光束沿着遮光筒的轴线把屏照 亮。然后放好单缝和双缝。注意使单缝与双缝相互平行，尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上。做好以上调整后，在单缝与光源之间放上滤光片就可以观察到单色光的双缝干涉图样（图）。测量 双缝到屏的距离l和相邻两条亮条纹间的距离 X。分别改变滤光片的颜色和双缝的距离，观察干涉 条纹的变化，并求出相应的波长。蓝光典间距在36 mm红光倾阿距不同双缝、不同色光的双缝干涉条纹探究点四、数据分析a 设计表格记录实验数据。d是已知的，l和n个亮条纹间的距离a是直接测量值。由 x = TT可d以求出相邻两个亮条纹间的距离Ax。最后，根据入=7 x算出波长。注意事项：1. 单缝、双缝应相互平行，其中心大致位于遮光筒的中心轴线上，双缝到单缝的距离应相等.2. 测双缝到屏的距离l时，用毫米刻度尺多次测量取平均值.3. 测条纹间距Ax时，采用累积法，即用测量头测出n条亮条纹间的距离a,求出相邻的两条亮条a纹间的距离Ax=n 1.拓展学习用光传感器做双缝干涉的实验用光传感器可以更方便地演示双缝干涉现象。图是实验装置图（实验在暗室中进行）。光源在 铁架台的最上端，中间是刻有双缝的挡板，下面是光传感器。这个实验的光路是自上而下的。图中 带有白色狭长矩形的小盒是光传感器，沿矩形的长边分布着许多光敏单元。传感器各个光敏单元得 到的光照信息经计算机处理后，在显示器上显示出来。根据显示器上干涉图像的条纹间距，可以算出光的波长。与右图的方法相比，这种方法除了同样可以测量条纹间距外，它还可以方便、形象地展示亮条纹的分布，并能测出传感器上各点的光照强度。红咒 双瑛问距0.36 inm红光双蟹问距心如ini用传感器和计算机观察双缝干涉的实验装置课堂总结不同双缝、不同色光的双缝干涉条纹随堂练习例1、（多选）利用如图所示装置研究双缝干涉现象并测量光的波长，下列说法中正确的是（）白炽汀CD 遮光筒 屏A. 实验装置中的元件分别为滤光片、单缝、双缝B. 将滤光片由紫色换成红色，干涉条纹间距变宽C. 将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽D. 测量过程中，误将5个条纹间距数成6个，波长测量值偏大【答案】：A、B【解析】：滤光片的作用是使入射光变成单色光，单缝的作用是使入射光变成线光源，双缝的作用 是形成相干光源，其排列顺序是滤光片、单缝、双缝，故A正确；将滤光片由紫色换成红色，透过/的单色光波长入变长，根据双缝干涉条纹的间距公式Ax=d入知，干涉条纹间距Ax变宽，故B正l确；将单缝向双缝移动一小段距离，由Ax=d人可知，干涉条纹间距与此距离无关，故干涉条纹间 距不变，故C错误；测量过程中，误将5个条纹间距数成6个，导致Ax变小，则波长测量值偏小， D错误。例2、在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，装置如图所示。双缝间的距离d=3 mm。（1）若测定红光的波长，应选用色的滤光片。光源 滤光片 单健双袋 遮光筒 屏m I-AT（2）若测得双缝与屏之间的距离为0.70 m，通过测量头（与螺旋测微器原理相似，手轮转动一周，分划 板前进或后退0.500 mm）观察第1条亮纹的位置如图甲所示，观察第5条亮纹的位置如图乙所示，则 可求出红光的波长X=m。（保留三位有效数字）甲【答案】：（1）红 （2） 6.86x10-7【解析】：（1）若测红光波长，则应选红色滤光片，因为红色滤光片能透过红光。（2）图甲中测量头的读数a1 = 0,图乙中测量头的读数a2 = 0.5 mm+14.0x0.01 mm=0.640 mm所以Axa2a0.640=n 1 = 4 mm=1.60x10-4mdAx 3X10-3X1.60X10-4X= l =°.7m=6.86x10-7m。