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人教版高中物理选择性必修1第4章第4节 实验：用双缝干涉测量光的波长教学设计
课题
| 用双缝干涉测量光的波长
| 单元
| 4
| 学科
| 物理
| 年级
| 高二
| 教材分析
| 本节内容重点是做好“用双缝干涉测量光的波长”的学生实验，教材先介绍了实验思路，再介绍用双缝干涉测量光的波长所需要的物理量的测量，最后阐述实验过程及数据分析。可以先让学生回顾双缝干涉条纹的间距和光的波长之间的关系，分析讨论实验思路，制订实验方案，引导学生最大限度地自主完成实验。
| 教学目标与核心素养
| 物理观念：了解光波产生稳定的干涉现象的条件；
科学思维：掌握观察干涉图样的方法和测量原理；
科学探究：观察白光及单色光的双缝干涉图样；测定单色光的波长；
科学态度与责任：在实验过程中培养学生独立自主的能力，掌握测定单色光波长的原理，养成科学严谨的科学态度。
| 重点
| 学生独立完成实验，测定单色光的波长
| 难点
| 学生独立完成实验，测定单色光的波长
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教学过程
| 教学环节
| 教师活动
| 学生活动
| 设计意图
| 导入新课
| 前面我们通过理论推导，得到了双缝干涉实验中干涉条纹的间距和光的波长之间的关系，即<Object: word/embeddings/oleObject1.bin> 。本节我们利用该结果，通过双缝干涉实验测量光的波长。
| 结合上节课所学内容，思考测量光的波长的方法。
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引导学生回顾上节课知识，加强知识的连贯性。引出新课题。
| 讲授新课
| 问题1：双缝干涉相邻亮条纹的间距和光的波长有怎样的关系?怎样才能得到双缝干涉条纹?
问题2：测量波长需要测量哪些量?可用什么器材测量?
问题3：怎样增大(或减小)亮条纹的宽度?哪些是可以改变的，哪些是很难改变的?
问题4：换用不同颜色的滤光片进行实验时，干涉条纹间的距离会怎祥变化?
问题5：实验过程中应记录的数据有哪些?
问题6：白光的干涉条纹有什么特点?用自光实验时会存在什么问题?
一、实验目的
(1)了解光波产生稳定的干涉现象的条件；
(2)观察白光及单色光的双缝干涉图样；
(2)掌握测定单色光的波长的方法。
二、实验原理
单色光通过单缝后，经双缝产生稳定的干涉图样，图样中相邻两条亮（暗）纹间的距离△x与双缝间的距离d、双缝到屏的距离L、单色光的波长λ之间满足<Object: word/embeddings/oleObject2.bin>
三、实验器材
双缝干涉仪(包括：光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏及测量头，其中测量头又包括：分划板、目镜、手轮等)、学生电源、导线、米尺。（教师演示）（学生操作）
四、实验步骤
1、器材的安装与调整
(1)先将光源(线状光源)、遮光筒依次放于光具座上，调整光源的高度，使它发出的一束光沿着遮光筒的轴线把屏照亮。
(2)将单缝和双缝安装在光具座上，使线状光源、单缝及双缝三者的中心位于遮光筒的轴线上，并注意使双缝与单缝相互平行，在遮光筒有光屏一端安装测量头，调整分划板位置到分划板中心刻线位于光屏中央。（教师演示）（学生操作）
2、观察
（1）调单缝与双缝间距为几厘米时，观察白光的干涉条纹.
（2）在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹.（教师演示）（学生操作）
3、记录
（1）调节测量头，使分划板中心刻度线对齐第1条亮条纹的中心，记下手轮上的读数a1,转动手轮，使分划板向一侧移动，当分划板中心刻度线与第n条相邻的明条纹中心对齐时，记下手轮上的刻度数a2,则相邻两条纹间的距离（条纹宽度）
<Object: word/embeddings/oleObject3.bin>
（2）换用不同的滤光片，测量其他色光的波长.
五、数据分析
<Object: word/embeddings/oleObject4.bin>；<Object: word/embeddings/oleObject5.bin>；<Object: word/embeddings/oleObject6.bin>
六、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着亮(或暗)纹的中心。
(4)要多测几条亮纹(或暗纹)中心间的距离，再求Δx。
(5)照在像屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴所致，干涉条纹不清晰一般是因为单缝与双缝不平行。
七、误差分析
(1)测双缝到屏的距离 l 带来的误差，可通过选用毫米刻度尺，进行多次测量求平均值的办法减小误差。
(2)测条纹间距Δx带来的误差。
①干涉条纹没有调到最清晰的程度。
②分划板刻线与干涉条纹不平行，中心刻线没有恰好位于条纹中心。
③测量多条亮条纹间距离时读数不准确。
课堂练习1、在用双缝干涉测光的波长实验中(实验装置如图):
(1)下列说法错误的是。(填选项前的字母)
A.调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时,应放上单缝和双缝
B.测量某条干涉亮纹位置时,应使测微目镜分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐
C.为了减少测量误差,可用测微目镜测出n条亮纹间的距离a,求出相邻两条亮纹间距<Object: word/embeddings/oleObject7.bin>
(2)测量某亮纹位置时,手轮上的示数如图,其示数为 mm。
解析：(1)应先调节光源高度、遮光筒中心及光屏中心后再放上单、双缝,选项A不正确。测微目镜分划板中心刻线应与亮纹中心对齐,使得移动过程测出的条纹间距较为准确,选项B正确。测微目镜移过n条亮纹,则亮条纹间距 ,选项C正确。故选A。
(2)主尺读数是1.5 mm,螺旋读数是47.0×0.01 mm,因此示数为1.970 mm。
答案：(1) A (2)1.970
| 学生进行思考讨论。预想在实验过程中可能遇到的问题和解决方法。
学习实验操作原理和步骤。
学习器材的安装和数据层的采集办法。
读采集的数据进行处理分析，同时讨论数据的准确性，并分析整个实验操作流程是否存在失误，从而总结本实验的注意事项。
结合实验的足以事项读实验结果进行误差分析。
完成课堂练习
| 通过抛出若干个问题，让学生在思考与谈论的过程中总结出实验方法和步骤，总结出实验的大体流程。
教师为学生演示操作过程和步骤，让学生学会实验器材的使用，提高实验的成功率。
知道学生完成实验操作，让学生学会实验数据的采集，提高动手操作能力和数据采集能力。
提高学生的计算能力和数据分析能力。
读实验作出误差分析后，在读实验数据进行再次测量和分析，提高实验的准确性。
通过练习回顾实验的操作步骤和相关需要注意的问题。
| 拓展提高
| 1、(多选)某同学在做双缝干涉实验时,安装好实验装置,在光屏上却观察不到干涉图样,这可能是由于( )
A.光束的中央轴线与遮光筒的轴线不一致,相差较大
B.滤光片、单缝、双缝的中心在同一高度
C.单缝与双缝不平行
D.光源发出的光束太强
解析：光束的中央轴线与遮光筒的轴线不一致,单、双缝不平行都可能造成看不到干涉图样。选项A、C正确。
答案：AC
2、(多选)某同学按实验装置安装好仪器后,观察光的干涉现象,获得成功。若他在此基础上对仪器的安装有如下改动,则仍能使实验成功的是( )
A.将遮光筒的光屏向靠近双缝的方向移动少许,其他不动
B.将滤光片移至单缝和双缝之间,其他不动
C.将单缝向双缝移动少许,其他不动
D.将单缝与双缝的位置互换,其他不动
解析：干涉条纹是双缝发出的光叠加的结果,双缝后面的区域处处存在光,所以移动光屏或改变单缝与双缝间距,条纹仍然形成,故A、C正确;将滤光片移至单缝和双缝之间,照到双缝上的光仍是振动情况完全一样的光源,故B正确;将单缝与双缝的位置互换,失去了产生干涉的条件,故D错误。
答案：ABC
3、双缝干涉测光的波长的实验装置如图甲所示,已知单缝与双缝间的距离l1=100 mm,双缝与屏的距离l2=700 mm,双缝间距d=0.25 mm。用测量头来测量亮纹中心的距离。测量头由分划板、目镜、手轮等构成,转动手轮,使分划板左右移动,让分划板的中心刻线对准亮纹的中心(如图乙所示),记下此时手轮上的读数,转动测量头,使分划板中心刻线对准另一条亮纹的中心,记下此时手轮上的读数。
(1)分划板的中心刻线分别对准第1条和第4条亮纹的中心时,手轮上的读数如图丙所示,则对准第1条时读数x1=mm,对准第4条时读数x2=mm。
(2)写出计算波长λ的表达式,λ= (用符号表示),λ= m。
解析 1)读数x1=2 mm+0.01×19.0 mm=2.190 mm,x2=7.5 mm+0.01×37.0 mm=7.870 mm。
| 完成拓展提高练习题。
| 通过练习题，巩固基础知识。
| 课堂小结
| | 总结本节课基础知识。
| 帮助学生梳理基础知识，形成知识框架。
| 板书
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