資源簡介

實驗：用雙縫干涉測量光的波長 教學目標 1. 通過楊氏雙縫干涉實驗的結論求解不同頻率色光的波長； 2．通過公式，求出，清楚公式中各物理參數的意義； 3.通過實驗進行探究或驗證，對物體雙縫干涉加深理解； 教學重點： 1. 實驗中各參數的物理意義、通過游標卡尺或螺旋測微器測量條紋間距。
教學難點： 1. 實驗數據分析。
教學過程
一、【進行新課】 探究點一、實驗器材 雙縫干涉儀，即光具座、光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測量頭。另外，還有學生電源、導線、刻度尺等。 實驗：光源發出的光經濾光片（裝在單縫前）成為單色光，把單縫照亮。單縫相當于一個線光源，它又把雙縫照亮。來自雙縫的光在雙縫右邊的空間發生干涉。遮光筒的一端裝有毛玻璃屏，我們可以在這個屏上觀察到干涉條紋，并由 λ ＝ x 計算出光的波長。透鏡的作用是使射向單縫的光更集中。 組裝實驗儀器： 探究點二、物理量的測量 實驗：根據 λ ＝ x可知，本實驗需要測量的物理量是雙 縫到屏的距離 l 和相鄰兩條亮條紋間的距離 x（雙縫間的距離 d 已知）。具體操作如下。l 的測量 雙縫到屏的距離 l 可以用刻度尺測出。 x 的測量 相鄰兩條亮條紋間的距離 x 需用測量頭測出。測量頭通常有兩（圖 ），但都由分劃板、目鏡、手輪等構成。轉動手輪，分劃板會左右移動。 測量頭 測量時，應使分劃板的中心刻線與條紋的中心對齊（圖 ），記下此時手輪上的讀數。然后轉動測量頭，使分劃板中心刻線與另一條紋的中心對齊，再次記下手輪上的讀數。兩次讀數之差表示這兩個條紋間的距離 x。 為了減小測量誤差，可測多個亮條紋間的距離，再求出相鄰兩個條紋間的距離。例如，可測出 n 個亮條紋間的距離 a，再求出相鄰兩個亮條紋間的距離 x ＝。 分劃板中心刻線 探究點三、進行實驗 實驗前先取下雙縫，打開光源，調節光源的高度和角度，使它發出的光束沿著遮光筒的軸線把屏照亮。然后放好單縫和雙縫。注意使單縫與雙縫相互平行，盡量使縫的中點位于遮光筒的軸線上。 做好以上調整后，在單縫與光源之間放上濾光片就可以觀察到單色光的雙縫干涉圖樣（圖 ）。測量雙縫到屏的距離 l 和相鄰兩條亮條紋間的距離 x。分別改變濾光片的顏色和雙縫的距離，觀察干涉條紋的變化，并求出相應的波長。 不同雙縫、不同色光的雙縫干涉條紋 探究點四、數據分析 設計表格記錄實驗數據。d 是已知的，l 和 n 個亮條紋間的距離 a 是直接測量值。由 x ＝可以求出相鄰兩個亮條紋間的距離Δx。最后，根據 λ ＝ x算出波長。 注意事項： 1．單縫、雙縫應相互平行，其中心大致位于遮光筒的中心軸線上，雙縫到單縫的距離應相等． 2．測雙縫到屏的距離l時，用毫米刻度尺多次測量取平均值． 3．測條紋間距Δx時，采用累積法，即用測量頭測出n條亮條紋間的距離a，求出相鄰的兩條亮條紋間的距離Δx＝. 課堂總結 隨堂練習 例1、(多選)利用如圖所示裝置研究雙縫干涉現象并測量光的波長，下列說法中正確的是(　 　) A．實驗裝置中的①②③元件分別為濾光片、單縫、雙縫 B．將濾光片由紫色換成紅色，干涉條紋間距變寬 C．將單縫向雙縫移動一小段距離后，干涉條紋間距變寬 D．測量過程中，誤將5個條紋間距數成6個，波長測量值偏大 【答案】：A、B 【解析】：濾光片的作用是使入射光變成單色光，單縫的作用是使入射光變成線光源，雙縫的作用是形成相干光源，其排列順序是濾光片、單縫、雙縫，故A正確；將濾光片由紫色換成紅色，透過的單色光波長λ變長，根據雙縫干涉條紋的間距公式Δx＝λ知，干涉條紋間距Δx變寬，故B正確；將單縫向雙縫移動一小段距離，由Δx＝λ可知，干涉條紋間距與此距離無關，故干涉條紋間距不變，故C錯誤；測量過程中，誤將5個條紋間距數成6個，導致Δx變小，則波長測量值偏小，D錯誤。 例2、在“用雙縫干涉測光的波長”的實驗中，裝置如圖所示。雙縫間的距離d＝3 mm。 (1)若測定紅光的波長，應選用______色的濾光片。 (2)若測得雙縫與屏之間的距離為0.70 m，通過測量頭(與螺旋測微器原理相似，手輪轉動一周，分劃板前進或后退0.500 mm)觀察第1條亮紋的位置如圖甲所示，觀察第5條亮紋的位置如圖乙所示，則可求出紅光的波長λ＝___________ m。(保留三位有效數字) 【答案】：(1) 紅 （2） 6.86×10－7 【解析】：(1)若測紅光波長，則應選紅色濾光片，因為紅色濾光片能透過紅光。 (2)圖甲中測量頭的讀數a1＝0，圖乙中測量頭的讀數a2＝0.5 mm＋14.0×0.01 mm＝0.640 mm所以Δx＝＝mm＝1.60×10－4m λ＝＝m＝6.86×10－7m。

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