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人教版高中物理選擇性必修1第4章第4節(jié)
實驗：用雙縫干涉測量光的波長教學(xué)設(shè)計
課題
用雙縫干涉測量光的波長
單元
4
學(xué)科
物理
年級
高二
教材分析
本節(jié)內(nèi)容重點是做好“用雙縫干涉測量光的波長”的學(xué)生實驗，教材先介紹了實驗思路，再介紹用雙縫干涉測量光的波長所需要的物理量的測量，最后闡述實驗過程及數(shù)據(jù)分析。可以先讓學(xué)生回顧雙縫干涉條紋的間距和光的波長之間的關(guān)系，分析討論實驗思路，制訂實驗方案，引導(dǎo)學(xué)生最大限度地自主完成實驗。
教學(xué)目標與核心素養(yǎng)
物理觀念：了解光波產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象的條件；　科學(xué)思維：掌握觀察干涉圖樣的方法和測量原理；科學(xué)探究：觀察白光及單色光的雙縫干涉圖樣；測定單色光的波長；科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：在實驗過程中培養(yǎng)學(xué)生獨立自主的能力，掌握測定單色光波長的原理，養(yǎng)成科學(xué)嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度。
重點
學(xué)生獨立完成實驗，測定單色光的波長
難點
學(xué)生獨立完成實驗，測定單色光的波長
教學(xué)過程
教學(xué)環(huán)節(jié)
教師活動
學(xué)生活動
設(shè)計意圖
導(dǎo)入新課
前面我們通過理論推導(dǎo)，得到了雙縫干涉實驗中干涉條紋的間距和光的波長之間的關(guān)系，即
。本節(jié)我們利用該結(jié)果，通過雙縫干涉實驗測量光的波長。
結(jié)合上節(jié)課所學(xué)內(nèi)容，思考測量光的波長的方法。
引導(dǎo)學(xué)生回顧上節(jié)課知識，加強知識的連貫性。引出新課題。
講授新課
問題1：雙縫干涉相鄰亮條紋的間距和光的波長有怎樣的關(guān)系?怎樣才能得到雙縫干涉條紋?問題2：測量波長需要測量哪些量?可用什么器材測量?問題3：怎樣增大(或減小)亮條紋的寬度?哪些是可以改變的，哪些是很難改變的?問題4：換用不同顏色的濾光片進行實驗時，干涉條紋間的距離會怎祥變化?問題5：實驗過程中應(yīng)記錄的數(shù)據(jù)有哪些?問題6：白光的干涉條紋有什么特點?用自光實驗時會存在什么問題?一、實驗?zāi)康?1)了解光波產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象的條件；(2)觀察白光及單色光的雙縫干涉圖樣；(2)掌握測定單色光的波長的方法。二、實驗原理單色光通過單縫后，經(jīng)雙縫產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣，圖樣中相鄰兩條亮（暗）紋間的距離△x與雙縫間的距離d、雙縫到屏的距離L、單色光的波長λ之間滿足三、實驗器材雙縫干涉儀(包括：光具座、光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、光屏及測量頭，其中測量頭又包括：分劃板、目鏡、手輪等)、學(xué)生電源、導(dǎo)線、米尺。（教師演示）（學(xué)生操作）四、實驗步驟1、器材的安裝與調(diào)整(1)先將光源(線狀光源)、遮光筒依次放于光具座上，調(diào)整光源的高度，使它發(fā)出的一束光沿著遮光筒的軸線把屏照亮。(2)將單縫和雙縫安裝在光具座上，使線狀光源、單縫及雙縫三者的中心位于遮光筒的軸線上，并注意使雙縫與單縫相互平行，在遮光筒有光屏一端安裝測量頭，調(diào)整分劃板位置到分劃板中心刻線位于光屏中央。（教師演示）（學(xué)生操作）2、觀察
（1）調(diào)單縫與雙縫間距為幾厘米時，觀察白光的干涉條紋.
（2）在單縫和光源間放上濾光片，觀察單色光的干涉條紋.（教師演示）（學(xué)生操作）3、記錄
（1）調(diào)節(jié)測量頭，使分劃板中心刻度線對齊第1條亮條紋的中心，記下手輪上的讀數(shù)a1,轉(zhuǎn)動手輪，使分劃板向一側(cè)移動，當(dāng)分劃板中心刻度線與第n條相鄰的明條紋中心對齊時，記下手輪上的刻度數(shù)a2,則相鄰兩條紋間的距離（條紋寬度）
（2）換用不同的濾光片，測量其他色光的波長.五、數(shù)據(jù)分析；；六、注意事項(1)放置單縫和雙縫時，必須使縫平行。(2)要保證光源、濾光片、單縫、雙縫和光屏的中心在同一條軸線上。(3)測量頭的中心刻線要對著亮(或暗)紋的中心。(4)要多測幾條亮紋(或暗紋)中心間的距離，再求Δx。(5)照在像屏上的光很弱，主要原因是燈絲與單縫、雙縫、測量頭與遮光筒不共軸所致，干涉條紋不清晰一般是因為單縫與雙縫不平行。七、誤差分析(1)測雙縫到屏的距離
l
帶來的誤差，可通過選用毫米刻度尺，進行多次測量求平均值的辦法減小誤差。(2)測條紋間距Δx帶來的誤差。①干涉條紋沒有調(diào)到最清晰的程度。②分劃板刻線與干涉條紋不平行，中心刻線沒有恰好位于條紋中心。③測量多條亮條紋間距離時讀數(shù)不準確。課堂練習(xí)1、在用雙縫干涉測光的波長實驗中(實驗裝置如圖):(1)下列說法錯誤的是　　　　。(填選項前的字母)?A.調(diào)節(jié)光源高度使光束沿遮光筒軸線照在屏中心時,應(yīng)放上單縫和雙縫B.測量某條干涉亮紋位置時,應(yīng)使測微目鏡分劃板中心刻線與該亮紋的中心對齊C.為了減少測量誤差,可用測微目鏡測出n條亮紋間的距離a,求出相鄰兩條亮紋間距(2)測量某亮紋位置時,手輪上的示數(shù)如圖,其示數(shù)為
mm。?解析：(1)應(yīng)先調(diào)節(jié)光源高度、遮光筒中心及光屏中心后再放上單、雙縫,選項A不正確。測微目鏡分劃板中心刻線應(yīng)與亮紋中心對齊,使得移動過程測出的條紋間距較為準確,選項B正確。測微目鏡移過n條亮紋,則亮條紋間距
,選項C正確。故選A。(2)主尺讀數(shù)是1.5
mm,螺旋讀數(shù)是47.0×0.01
mm,因此示數(shù)為1.970
mm。答案：(1)
A　
(2)1.970
學(xué)生進行思考討論。預(yù)想在實驗過程中可能遇到的問題和解決方法。學(xué)習(xí)實驗操作原理和步驟。學(xué)習(xí)器材的安裝和數(shù)據(jù)層的采集辦法。讀采集的數(shù)據(jù)進行處理分析，同時討論數(shù)據(jù)的準確性，并分析整個實驗操作流程是否存在失誤，從而總結(jié)本實驗的注意事項。結(jié)合實驗的足以事項讀實驗結(jié)果進行誤差分析。完成課堂練習(xí)
通過拋出若干個問題，讓學(xué)生在思考與談?wù)摰倪^程中總結(jié)出實驗方法和步驟，總結(jié)出實驗的大體流程。教師為學(xué)生演示操作過程和步驟，讓學(xué)生學(xué)會實驗器材的使用，提高實驗的成功率。知道學(xué)生完成實驗操作，讓學(xué)生學(xué)會實驗數(shù)據(jù)的采集，提高動手操作能力和數(shù)據(jù)采集能力。提高學(xué)生的計算能力和數(shù)據(jù)分析能力。讀實驗作出誤差分析后，在讀實驗數(shù)據(jù)進行再次測量和分析，提高實驗的準確性。通過練習(xí)回顧實驗的操作步驟和相關(guān)需要注意的問題。
拓展提高
1、(多選)某同學(xué)在做雙縫干涉實驗時,安裝好實驗裝置,在光屏上卻觀察不到干涉圖樣,這可能是由于(　　)A.光束的中央軸線與遮光筒的軸線不一致,相差較大B.濾光片、單縫、雙縫的中心在同一高度C.單縫與雙縫不平行D.光源發(fā)出的光束太強解析：光束的中央軸線與遮光筒的軸線不一致,單、雙縫不平行都可能造成看不到干涉圖樣。選項A、C正確。答案：AC2、(多選)某同學(xué)按實驗裝置安裝好儀器后,觀察光的干涉現(xiàn)象,獲得成功。若他在此基礎(chǔ)上對儀器的安裝有如下改動,則仍能使實驗成功的是(
　　)A.將遮光筒的光屏向靠近雙縫的方向移動少許,其他不動B.將濾光片移至單縫和雙縫之間,其他不動C.將單縫向雙縫移動少許,其他不動D.將單縫與雙縫的位置互換,其他不動解析：干涉條紋是雙縫發(fā)出的光疊加的結(jié)果,雙縫后面的區(qū)域處處存在光,所以移動光屏或改變單縫與雙縫間距,條紋仍然形成,故A、C正確;將濾光片移至單縫和雙縫之間,照到雙縫上的光仍是振動情況完全一樣的光源,故B正確;將單縫與雙縫的位置互換,失去了產(chǎn)生干涉的條件,故D錯誤。答案：ABC3、雙縫干涉測光的波長的實驗裝置如圖甲所示,已知單縫與雙縫間的距離l1=100
mm,雙縫與屏的距離l2=700
mm,雙縫間距d=0.25
mm。用測量頭來測量亮紋中心的距離。測量頭由分劃板、目鏡、手輪等構(gòu)成,轉(zhuǎn)動手輪,使分劃板左右移動,讓分劃板的中心刻線對準亮紋的中心(如圖乙所示),記下此時手輪上的讀數(shù),轉(zhuǎn)動測量頭,使分劃板中心刻線對準另一條亮紋的中心,記下此時手輪上的讀數(shù)。(1)分劃板的中心刻線分別對準第1條和第4條亮紋的中心時,手輪上的讀數(shù)如圖丙所示,則對準第1條時讀數(shù)x1=　　　
　
mm,對準第4條時讀數(shù)x2=　　　
　
mm。?(2)寫出計算波長λ的表達式,λ=　
　
(用符號表示),λ=　
　　
m。?解析:(1)讀數(shù)x1=2
mm+0.01×19.0
mm=2.190
mm,x2=7.5
mm+0.01×37.0
mm=7.870
mm。
完成拓展提高練習(xí)題。
通過練習(xí)題，鞏固基礎(chǔ)知識。
課堂小結(jié)
實驗原理操作步驟注意事項數(shù)據(jù)處理誤差分析
總結(jié)本節(jié)課基礎(chǔ)知識。
幫助學(xué)生梳理基礎(chǔ)知識，形成知識框架。
板書
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精品試卷·第
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實驗:用雙縫干涉測量光的波長
人教版
選擇性必修1
新知導(dǎo)入
前面我們通過理論推導(dǎo)，得到了雙縫干涉實驗中干涉條紋的間距和光的波長之間的關(guān)系，即
。本節(jié)我們利用該結(jié)果，通過雙縫干涉實驗測量光的波長。
新知講解
問題1：雙縫干涉相鄰亮條紋的間距和光的波長有怎樣的關(guān)系?怎樣才能得到雙縫干涉條紋?
問題2：測量波長需要測量哪些量?可用什么器材測量?
問題3：怎樣增大(或減小)亮條紋的寬度?哪些是可以改變的，哪些是很難改變的?
問題4：換用不同顏色的濾光片進行實驗時，干涉條紋間的距離會怎祥變化?
問題5：實驗過程中應(yīng)記錄的數(shù)據(jù)有哪些?
問題6：白光的干涉條紋有什么特點?用自光實驗時會存在什么問題?
新知講解
一、實驗?zāi)康?br/>(1)了解光波產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象的條件；
(2)觀察白光及單色光的雙縫干涉圖樣；
(2)掌握測定單色光的波長的方法。
二、實驗原理
單色光通過單縫后，經(jīng)雙縫產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣，圖樣中相鄰兩條亮（暗）紋間的距離△x與雙縫間的距離d、雙縫到屏的距離L、單色光的波長λ之間滿足
新知講解
三、實驗器材
雙縫干涉儀(包括：光具座、光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、光屏及測量頭，其中測量頭又包括：分劃板、目鏡、手輪等)、學(xué)生電源、導(dǎo)線、米尺。
新知講解
1、器材的安裝與調(diào)整
(1)先將光源(線狀光源)、遮光筒依次放于光具座上，調(diào)整光源的高度，使它發(fā)出的一束光沿著遮光筒的軸線把屏照亮。
(2)將單縫和雙縫安裝在光具座上，使線狀光源、單縫及雙縫三者的中心位于遮光筒的軸線上，并注意使雙縫與單縫相互平行，在遮光筒有光屏一端安裝測量頭，調(diào)整分劃板位置到分劃板中心刻線位于光屏中央。
四、實驗步驟
新知講解
2、觀察
（1）調(diào)單縫與雙縫間距為幾厘米時，觀察白光的干涉條紋.
（2）在單縫和光源間放上濾光片，觀察單色光的干涉條紋.
新知講解
3、記錄
（1）調(diào)節(jié)測量頭，使分劃板中心刻度線對齊第1條亮條紋的中心，記下手輪上的讀數(shù)a1,轉(zhuǎn)動手輪，使分劃板向一側(cè)移動，當(dāng)分劃板中心刻度線與第n條相鄰的明條紋中心對齊時，記下手輪上的刻度數(shù)a2,則相鄰兩條紋間的距離（條紋寬度）
（2）換用不同的濾光片，測量其他色光的波長.
新知講解
五、數(shù)據(jù)分析
六、注意事項
(1)放置單縫和雙縫時，必須使縫平行。
(2)要保證光源、濾光片、單縫、雙縫和光屏的中心在同一條軸線上。
(3)測量頭的中心刻線要對著亮(或暗)紋的中心。
(4)要多測幾條亮紋(或暗紋)中心間的距離，再求Δx。
(5)照在像屏上的光很弱，主要原因是燈絲與單縫、雙縫、測量頭與遮光筒不共軸所致，干涉條紋不清晰一般是因為單縫與雙縫不平行。
新知講解
七、誤差分析
(1)測雙縫到屏的距離
l
帶來的誤差，可通過選用毫米刻度尺，進行多次測量求平均值的辦法減小誤差。
(2)測條紋間距Δx帶來的誤差。
①干涉條紋沒有調(diào)到最清晰的程度。
②分劃板刻線與干涉條紋不平行，中心刻線沒有恰好位于條紋中心。
③測量多條亮條紋間距離時讀數(shù)不準確。
課堂練習(xí)
1、在用雙縫干涉測光的波長實驗中(實驗裝置如圖):
(1)下列說法錯誤的是　　　　。(填選項前的字母)?
A.調(diào)節(jié)光源高度使光束沿遮光筒軸線照在屏中心時,應(yīng)放上單縫和雙縫
B.測量某條干涉亮紋位置時,應(yīng)使測微目鏡分劃板中心刻線與該亮紋的中心對齊
C.為了減少測量誤差,可用測微目鏡測出n條亮紋間的距離a,求出相鄰兩條亮紋間距
(2)測量某亮紋位置時,手輪上的示數(shù)如圖,其示數(shù)為
mm。?
A
1.970
課堂練習(xí)
解析：(1)應(yīng)先調(diào)節(jié)光源高度、遮光筒中心及光屏中心后再放上單、雙縫,選項A不正確。測微目鏡分劃板中心刻線應(yīng)與亮紋中心對齊,使得移動過程測出的條紋間距較為準確,選項B正確。測微目鏡移過n條亮紋,則亮條紋間距Δx=
,選項C正確。故選A。
(2)主尺讀數(shù)是1.5
mm,螺旋讀數(shù)是47.0×0.01
mm,因此示數(shù)為1.970
mm。
答案：(1)
A　
(2)1.970
拓展提高
1、(多選)某同學(xué)在做雙縫干涉實驗時,安裝好實驗裝置,在光屏上卻觀察不到干涉圖樣,這可能是由于(　　)
A.光束的中央軸線與遮光筒的軸線不一致,相差較大
B.濾光片、單縫、雙縫的中心在同一高度
C.單縫與雙縫不平行
D.光源發(fā)出的光束太強
解析：光束的中央軸線與遮光筒的軸線不一致,單、雙縫不平行都可能造成看不到干涉圖樣。選項A、C正確。
AC
拓展提高
2、(多選)某同學(xué)按實驗裝置安裝好儀器后,觀察光的干涉現(xiàn)象,獲得成功。若他在此基礎(chǔ)上對儀器的安裝有如下改動,則仍能使實驗成功的是(
　　)
A.將遮光筒的光屏向靠近雙縫的方向移動少許,其他不動
B.將濾光片移至單縫和雙縫之間,其他不動
C.將單縫向雙縫移動少許,其他不動
D.將單縫與雙縫的位置互換,其他不動
解析：干涉條紋是雙縫發(fā)出的光疊加的結(jié)果,雙縫后面的區(qū)域處處存在光,所以移動光屏或改變單縫與雙縫間距,條紋仍然形成,故A、C正確;將濾光片移至單縫和雙縫之間,照到雙縫上的光仍是振動情況完全一樣的光源,故B正確;將單縫與雙縫的位置互換,失去了產(chǎn)生干涉的條件,故D錯誤。
ABC
拓展提高
3、雙縫干涉測光的波長的實驗裝置如圖甲所示,已知單縫與雙縫間的距離l1=100
mm,雙縫與屏的距離l2=700
mm,雙縫間距d=0.25
mm。用測量頭來測量亮紋中心的距離。測量頭由分劃板、目鏡、手輪等構(gòu)成,轉(zhuǎn)動手輪,使分劃板左右移動,讓分劃板的中心刻線對準亮紋的中心(如圖乙所示),記下此時手輪上的讀數(shù),轉(zhuǎn)動測量頭,使分劃板中心刻線對準另一條亮紋的中心,記下此時手輪上的讀數(shù)。
拓展提高
(1)分劃板的中心刻線分別對準第1條和第4條亮紋的中心時,手輪上的讀數(shù)如圖丙所示,則對準第1條時讀數(shù)x1=　　　
　
mm,對準第4條時讀數(shù)x2=　　　
　
mm。?
(2)寫出計算波長λ的表達式,λ=　
　
(用符號表示),λ=　
　　
m。?
解析:(1)讀數(shù)x1=2
mm+0.01×19.0
mm=2.190
mm,x2=7.5
mm+0.01×37.0
mm=7.870
mm。
2.190
7.870
6.762×10-7
課堂總結(jié)
光的波長的測量
原理
誤差分析
操作步驟
數(shù)據(jù)處理
注意事項
累積法測Δx
多次測量求平均值
板書設(shè)計
光的波長的測量
原理
誤差分析
操作步驟
數(shù)據(jù)處理
注意事項
累積法測Δx
多次測量求平均值
作業(yè)布置
課后練習(xí)和同步練習(xí)
謝謝
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