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高二物理教案:用双缝干涉测量光的波长

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2013-04-02

(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0.4 mm,双缝到屏的距离为1 m,干涉条纹间距为1.5 mm,求所用光波的波长。

答案:6×10-7 m

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0.85 μm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1.06 μm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)157 μm,(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0.2×10-3 m,测得双缝到屏的距离为0.700 m,分划板中心刻线对齐第一级亮条纹中央时手轮读数为0.200×10-3 m,第四级亮条纹所在位置为7.470×10-3 m,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:6.922×10-7 m,变窄

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