第四章 5 实验：用双缝干涉测量光的波长-【金版教程】2025-2026学年新教材高中物理选择性必修第一册创新导学案word（教科版2019）

5．实验：用双缝干涉测量光的波长 1．了解“用双缝干涉测量光的波长”的实验原理，知道影响相邻亮(暗)条纹间距的因素。2.通过进行“用双缝干涉测量光的波长”实验，加深对双缝干涉图样的认识和理解。3.认识物理实验和数学工具在物理发展过程中的作用。 一　实验目的 1．观察单色光的双缝干涉图样。 2．测量单色光的波长。 二　实验原理 1．干涉条纹的获得：光源发出的白光通过透镜把单缝照亮，单缝相当于一个线光源，它又把双缝照亮，通过双缝的两束光产生干涉，在屏上出现彩色干涉条纹，为了测量单色光的波长，可在单缝前加上滤光片获得单色光，在屏上将出现明暗相间的干涉条纹。 2．单色光波长的测定：若已知双缝到屏的距离l、双缝的间距d，再通过调节目镜和测量头测出相邻亮条纹(或暗条纹)之间的距离Δx，当l≫d 时，相邻两条亮条纹(或暗条纹)的间距为Δx＝λ，则光的波长为λ＝Δx。 三　实验器材 双缝干涉实验仪(包括：光具座、光源、透镜、滤光片、单缝、双缝、遮光管、测量头，其中测量头又包括：分划板、目镜、手轮等)，另外还有学生电源、导线。 探究　测量过程·获取数据 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 活动1：测量光的波长之前，首先要安装并调整实验装置，请根据图甲说说安装调整实验装置的步骤。 提示：(1)把遮光管架在支架环上，其轴线与光具座的导轨基本平行。 (2)在遮光管的一端装上双缝，并转动双缝座，使双缝与水平面垂直。再装好单缝管，使单缝与双缝平行。 (3)让灯泡灯丝及透镜中心与单缝中心等高。灯丝与单缝之间的距离约为25 cm。点亮灯泡，先把透镜移近单缝，直至在单缝面上见到灯丝的缩小像，然后把透镜移近灯泡，直至在单缝面上形成一放大的灯丝像，若灯丝的放大像不在单缝中心，则上下或左右调节灯泡，反复调节几次，使灯丝的放大像及缩小像均成在单缝中心。 (4)在遮光管的另一端装上测量头。在单缝管上装上拨杆，边观察，边左右移动拨杆，以调节单缝与双缝平行，直至看到白光的干涉条纹最清晰，这时看到的彩色干涉条纹的特征是：中央为一条白色亮条纹，称为零级亮条纹；其余各级亮条纹都是彩色的，彩色条纹的排列以零级亮条纹为中心左右对称。在第一级亮条纹中，红色在最外侧。 活动2：测量头是测量条纹间距的工具，通常有两种，如图乙(a)、(b)，它们的读数方法与学过的什么仪器相同？如何进行操作？如何得到两条亮条纹间的距离？ 提示：螺旋测微器和游标卡尺。转动测量头上的手轮，分划线会左右移动。测量时，应使分划线与亮条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数。然后转动测量头上的手轮，使分划线与另一亮条纹的中心对齐，再次记下手轮上的读数。两次读数之差表示这两条亮条纹间的距离。 活动3：请根据甲、乙、丙图说说测量单色光的波长的实验操作步骤。 提示：(1)按图甲安装实验装置，调节目镜，直至能清晰地看到分划线和干涉条纹，然后绕光轴转动测量头，使分划线与干涉条纹平行，固定好测量头。 (2)先移动测量头上的手轮，把分划线对准最左边的一条干涉亮条纹(或者暗条纹)，并记下它在螺旋测微器(游标卡尺)上的读数x1，然后转动手轮，把分划线移向右边，并对准第n条(一般可取7左右)干涉亮条纹(或暗条纹)，如图丙所示。这时螺旋测微器(游标卡尺)的读数为xn。 (3)改变双缝中心距离d，重复上面的步骤。 (4)换用不同颜色的滤光片，测对应颜色光的波长。 探究　分析数据·得出结论 活动1：请设计合理的表格记录实验数据。 提示：表格略。对每种颜色的光，必须记录滤光片的颜色、双缝间距d，以及每次操作所测得l、n、xn－x1的数据。 活动2：测出n条亮条纹间的距离，如何算出相邻两条亮条纹的间距？ 提示：相邻两条亮条纹间的距离Δx＝。 活动3：测得相邻两条亮条纹间距为Δx，双缝间距为d，单缝与双缝的距离为l1，双缝到屏的距离为l2，则对应的单色光的波长是多少？ 提示：根据双缝干涉相邻亮(暗)条纹的间距公式有Δx＝λ，解得对应的单色光的波长λ＝。 活动4：测量单色光的波长时，实验误差来源于哪些方面？ 提示：根据λ＝，双缝间的距离d和双缝与屏的距离l已知，故误差主要来源于相邻两条亮条纹间的距离Δx的测量。 活动5：如何减小相邻两条亮条纹间的距离Δx的测量误差？ 提示：(1)将干涉条纹调到最清晰的程度；(2)分划线须与干涉条纹调至平行，且使分划线位于亮条纹中心；(3)测出n条亮条纹间的距离xn－x1，然后取平均值求出相邻两条亮条纹间的距离Δx，即Δx＝。 探究　典例探究·提升能力 例　现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和滤光片E等光学元件，要把它们放在如图所示光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量某单色光的波长。 (1)将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，表示各光学元件的字母排列顺序应为：___________