【核心素养】4.4 实验：用双缝干涉测量光的波长 教学设计

第4节 实验：用双缝干涉测量光的波长 教材分析 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，通过研究干涉条纹的特点，知道干涉条纹的间距，从而得出，知道表达式中各参数代表的物理意义，并能够使用游标卡尺或螺旋测微器测量条纹的宽度。 教学目标与核心素养 【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； 【科学思维】通过公式，求出，清楚公式中各物理参数的意义； 【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。 教学过程 复习实验原理。 思考： 1、怎样才能得到双缝干涉条纹 2、测量波长需要测量哪些量 需要用什么器材测量 3、怎样增大(或减小)亮条纹的宽度 4、换用不同颜色的滤光片进行实验，干涉条纹间的距离怎样变化 5、实验过程中应记录的数据有哪些 6、白光的干涉条纹有什么特点 用白光实验时会存在什么问题 【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。 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，我们可以在这个屏上观察到干涉条纹，并由 λ ＝ x 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 实验：根据 λ ＝ x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 x（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。 x 的测量 相邻两条亮条纹间的距离 x 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。 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 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 个亮条纹间的距离 a，再求出相邻两个亮条纹间的距离 x ＝。 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。 不同双缝、不同色光的双缝干涉条纹 探究点四、数据分析 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 ＝可以求出相邻两个亮条纹间的距离Δx。最后，根据 λ ＝ x算出波长。 注意事项： 1．放置单缝和双缝时，必须使缝平行． 2．要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一条轴线上． 3．测量头的中心刻线要对应着亮(或暗)纹的中心． 4．要多测几个亮纹(或暗纹)中心间的距离，再求Δx. 误差分析： 1．(1)测双缝到屏的距离l带来的误差，可通过选用mm刻度尺，进行多次测量求平均值的办法减小误 ... ...