第14章 实验十九 用双缝干涉实验测量光的波长-【优化探究】2026高考物理一轮复习高考总复习配套课件（教科版）

实验十九　用双缝干涉实验测量光的波长 第十四章　光 1 实验技能　自主学习 实验要点　互动探究 命题点一　教材原型实验 分层训练　巩固提高 命题点二　实验创新设计 内容索引 2 实验技能　自主学习 一 3 1.实验原理 如图1所示，光源发出的光，经过滤光片后变成单色光，再经过单缝S时发生衍射，这时单缝S相当于一个单色光源，衍射光波同时到达双缝S1和S2之后，S1、S2双缝相当于两个步调完全一致的单色相干光源，相邻两条亮(暗)条纹间的距离Δx与入射光波长λ，双缝S1、S2间距离d及双缝与屏的距离l有关，其关系式为Δx＝λ，因此，只要测出Δx、d、l即可测出波长λ。两条相邻亮(暗)条纹间的距离Δx用测量头测出。测量头由分划板、目镜、手轮等构成，如图2所示。 2.实验器材 双缝干涉仪，即：光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光管、毛玻璃屏、测量头，另外还有学生电源、导线、刻度尺。 3.实验步骤 (1)观察双缝干涉图样 ①将光源、遮光管、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图3所示。 ②接好光源，打开开关，使灯丝正常发光。 ③调节各器件的高度，使光源灯丝发出的光能沿遮光管轴线到达光屏。 ④安装单缝和双缝，尽量使缝的中点位于遮光管的轴线上，使单缝与双缝平行，二者间距约为5~10 cm。 ⑤在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。 (2)测量单色光的波长 ①安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹。 ②如图4，使分划板中心线对齐某条亮条纹的中央，记下手轮上游标卡尺的读数x1，将该条纹记为第1条亮条纹；转动手轮，使分划板中心线移动至另一亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数xn；将该条亮纹记为第n条亮条纹，则相邻两亮条纹间距Δx＝。 ③用刻度尺测量双缝到光屏间的距离l(d是已知的)。 ④重复测量、计算，求出波长的平均值。 1.数据处理 (1)条纹间距Δx＝。 (2)波长λ＝Δx。 (3)计算多组数据，求λ的平均值。 2.注意事项 (1)安装时，要保证光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光管的中心轴线上，并使单缝、双缝平行且间距适当。 (2)光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近。 (3)调节的基本依据：照在光屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝，测量头与遮光管不共轴；干涉条纹不清晰，一般原因是单缝与双缝不平行。 实验要点　互动探究 二 9 命题点一　教材原型实验 10 [典例1]　现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在下图所示的光具座上组成双缝干涉装置，用以测量红光的波长。 角度1　实验原理与操作 (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C、________、________、________、A。  E D B 11 [解析]　滤光片E是用来从白光中选出单色红光的，单缝D是用来获得线光源的，双缝B是用来获得相干光源的，最后成像在毛玻璃屏A上。所以排列顺序为C、E、D、B、A。 (2)本实验的步骤如下： ①取下遮光管左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光管轴线把屏照亮； ②按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光管的轴线上； ③用刻度尺测量双缝到屏的距离； ④用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮纹间的距离。 在操作步骤②时还应注意：__________________________________、__________________________和 ________________________________ ___________________________________。  放置单缝、双缝时，必须使缝平行 单缝、双缝间的距离要适当 要保证光源、滤光片、单缝、双缝和毛玻璃屏的中心在同一轴线上 [解析]　在操作步骤②时应注意的事项有：放置单缝、双缝时，必须使缝平行；单缝、双缝间的距离要适当；要保证光源、滤光片、单缝、双缝和毛玻璃屏的中心在同一轴线上。 [典例2]　(2025·四川南充高级中学诊断)物理实验一般都涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操作、数据分析等。物理小组用如图甲所示的实验装置测光的波长。 角度2　数据处理与分析 (1)实验仪器。如图乙所示，将测量头的分划板中心刻线与A亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮条纹，此时手轮的示数x1＝2.331 mm，然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与B亮条纹中心对齐，记下 此时图丙中手轮上的示数x6＝_________________________mm。  [解析]　由题图丙可知x6＝ 15 mm＋37.5×0.01 mm＝ 15.375 mm。 15.375(15.374~15.376均可) (2)实验原理。已知双缝间距d＝0.3 mm，双缝到屏的距离l＝1.2 m，由 计算式λ＝__________，可得所测光的波长为____________m。(计算式用题中出现的字母表示，波长保留两位有效数字)  [解析]　相邻两亮条纹间距离为Δx＝ 相邻两亮条纹间距公式为Δx＝λ 联立以上两式可得λ＝ 代入数据解得λ≈6.5×10－7 m。 6.5×10－7 (3)误差分析。在其他操作都正确的前提下，下列操作中一定会使测量 结果偏小的是________。  A.数到第7条亮条纹时误记为第6条 B.测量相邻两条亮条纹的间距作为Δx C.测量单缝到屏的距离作为l D.测间距时使分划板中心刻线与暗条 纹中心对齐 C [解析]　数到第7条亮条纹时误记为第6条，由λ表达式可知测量值偏大，故A不符合题意；测量相邻两条亮条纹的间距作为Δx，测量结果不一定偏小，也可能偏大，故B不符合题意；测量单缝到屏的距离作为l，即l比真实值偏大，根据λ表达式可知测量值偏小，故C符合题意；测间距时使分划板中心刻线与暗条纹中心对齐，由于明暗条纹间距相同，所以该操作对实验结果无影响，故D不符合题意。 命题点二　实验创新设计 20 [典例3]　(2024·河北卷)某同学通过双缝干涉实验测量单色光的波长，实验装置如图所示，其中测量头包括毛玻璃、游标尺、分划板、手轮、目镜等。 21 该同学调整好实验装置后，分别用红色、绿色滤光片，对干涉条纹进行测量，并记录第一条和第六条亮纹中心位置对应的游标尺读数，如表所示： 单色光类别 x1/mm x6/mm 单色光1 10.60 18.64 单色光2 8.44 18.08 根据表中数据，判断单色光1为________(选填“红光”或“绿光”)。  绿光 [解析]　根据Δx＝λ，可得λ＝ 由图表代入数据可知 Δx1＝ mm＝1.608 mm Δx2＝ mm＝1.928 mm 故Δx1＜Δx2 则λ1＜λ2，已知绿光的波长小于红光波长，则单色光1是绿光。 [典例4]　洛埃德在1834年提出了一种更简单的观察干涉的装置。如图所示，单色光从单缝S射出，一部分入射到平面镜后反射到屏上，另一部分直接投射到屏上，在屏上两光束交叠区域里将出现干涉条纹。单缝S通过平面镜成的像是S'。 (1)通过洛埃德镜在屏上可以观察到明暗相间的干涉条纹，这和双缝干 涉实验得到的干涉条纹一致。如果S被视为其中的一个缝，________相当于另一个“缝”。  S' [解析]　通过洛埃德镜在屏上可以观察到明暗相间的干涉条纹，这和双缝干涉实验得到的干涉条纹一致。如果S被视为其中的一个缝，S'相当于另一个“缝”。 (2)实验中已知单缝S到平面镜的垂直距离h＝0.15 mm，单缝到光屏的距离D＝1.2 m，观测到第3个亮条纹中心到第12个亮条纹中心的间距为 22.78 mm，则该单色光的波长λ＝___________ m(结果保留一位有效数字)。  6×10－7 [解析]　第3个亮条纹中心到第12个亮条纹中心的间距为22.78 mm，则相邻亮条纹间距为Δx＝ m≈2.53×10－3 m，等效双缝间的距离为d＝2h＝0.30 mm＝3.0×10－4 m，根据双缝干涉条纹间距公式得Δx＝λ，则有λ＝ m≈6×10－7 m。 (3)以下操作能够增大光屏上相邻两条亮条纹之间距离的是________。  A.将平面镜稍向上移动一些 B.将平面镜稍向右移动一些 C.将光屏稍向右移动一些 D.将光源由红色光改为绿色光 AC [解析]　根据双缝干涉条纹间距公式Δx＝λ可知，仅增大D，仅减小d，仅增大波长λ，都能够增大光屏上相邻两条亮条纹之间的距离，所以A、C正确。 分层训练　巩固提高 三 29 1.(8分)在用“双缝干涉测量光的波长”的实验中，装置如图所示： 2 3 4 5 6 1 30 (1)双缝装置是图中的________(选填“A”或“B”)。  2 3 4 5 6 1 解析：根据装置图的排列情况知，双缝装置是图中的B。 B 31 (2)某同学在观察时发现条纹比较模糊，可以通过调节________装置(填装置名称)。  2 3 4 5 6 1 解析：某同学在观察时发现条纹比较模糊，可以通过调节拨杆装置。 拨杆 32 (3)甲、乙两同学通过目镜，分别看到如图所示的甲、乙两种情形。由于条纹清晰，他们没有再进一步进行调节，而是直接进行测量，并根据 公式算出波长，测量得到的波长准确的是________(选填“甲”或“乙”)。  2 3 4 5 6 1 解析：干涉条纹要与分划板中心刻线对齐，由图可知测量得到的波长准确的是甲。 甲 33 2.(8分)在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，用图甲装置测量红光的波长。 2 3 4 5 6 1 34 (1)图甲中标示的器材P应为________。  A.凸透镜　　　　　 B.凹透镜 C.红色滤光片 D.红色毛玻璃片 2 3 4 5 6 1 解析：题图甲中标示的器材P应为红色滤光片，C正确，A、B、D错误。 C 35 (2)图乙为干涉图样，转动测量头上的手轮，使分划板中心刻线对准图乙所示的明条纹A的中心，此时游标卡尺的示数如图丙所示，则游标卡尺的读数x1＝________mm。  2 3 4 5 6 1 解析：游标卡尺的分度值为10，精确值为0.1 mm，题图丙的读数为 0 mm＋4×0.1 mm＝0.4 mm。 0.4 36 (3)再转动手轮，使分划板中心刻线向右边移动，直到对准明条纹B的中 心，此时游标卡尺的示数如图丁所示，已知双缝间距离d＝0.20 mm，双缝 到毛玻璃屏间的距离为l＝75.0 cm，则该单色光的波长是________nm。  2 3 4 5 6 1 解析：题图丁的读数为16 mm＋6×0.1 mm＝16.6 mm 由题图乙可知6Δx＝16.6 mm－0.4 mm＝16.2 mm 解得Δx＝2.7 mm 根据公式Δx＝λ 解得λ＝ m＝720 nm。 720 37 3.(10分)寒假期间小明利用图甲所示生活中的物品，测量了某型号刀片的厚度。 2 3 4 5 6 1 实验过程如下： (1)点燃蜡烛，用蜡烛火焰把玻璃片的一面熏黑。 (2)并齐捏紧两片刀片，在玻璃片的熏黑面划出两条平直划痕。 38 (3)如图乙所示，将激光光源和玻璃片固定在桌上，并将作为光屏的白纸固定在距离足够远的墙上。 2 3 4 5 6 1 (4)打开激光光源，调整光源的高度并使激光沿水平方向射出，恰好能垂直入射在两划痕上。 39 (5)观察白纸上的干涉条纹如图丙所示。用刻度尺测出a、b两点间的距离为________cm，则两相邻暗纹中心之间的距离Δy＝________cm。  2 3 4 5 6 1 解析：用刻度尺测出a、b两点间的距离为10.50 cm 两相邻暗条纹中心之间的距离为 Δy＝ cm＝2.1 cm。 10.50 2.1 40 (6)测量玻璃片到光屏的距离L＝3.00 m，已知该红色激光的波长λ＝ 700 nm，利用公式求出双划痕间距d＝________mm，即为刀片厚度(结果保留两位有效数字)。  2 3 4 5 6 1 解析：由Δy＝λ，得d＝＝0.10 mm。 0.10 41 4.(8分)在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，实验装置如图所示。 2 3 4 5 6 1 (1)单缝宽度为h，双缝间距为d，双缝与屏的距离为l，当采取下列四 组数据中的哪一组时，可能在光屏上观察到清晰可辨的干涉条纹 ________。  A.h＝10 mm，d＝0.2 mm，l＝10 cm B.h＝10 mm，d＝10 mm，l＝80 cm C.h＝1 mm，d＝0.2 mm，l＝80 cm D.h＝1 mm，d＝10 mm，l＝10 cm C 42 解析：光通过单缝后需形成线光源，因此h必须比较小；根据Δx＝λ可知，双缝与屏的距离l越大，双缝间距d越小，干涉条纹间距越大，条纹越清晰，故选C。 2 3 4 5 6 1 43 (2)当测量头中的分划板中心刻线对齐某条纹的中心时，手轮上的示数 如图所示，读数为___________________ mm。  2 3 4 5 6 1 解析：手轮上分度值为0.01 mm，故读数为4.5 mm＋44.5×0.01 mm＝4.945 mm。 4.945(±0.001均可) 44 (3)如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，如图所示，则在这种情况下波长的测量值________(选填“大于”“小于”或“等于”)实际值。  2 3 4 5 6 1 解析：条纹与分划板中心刻线不平行时，实际值Δx实＝Δx测cos θ，θ为条纹与分划板中心刻线间的夹角，故Δx实＜Δx测，由Δx＝λ得波长的测量值大于实际值。 大于 45 5.(10分)某实验小组在用双缝干涉测光的波长的实验中，将双缝干涉实验仪器按要求安装在光具座上，如图甲所示。双缝间距d＝0.20 mm，测得屏与双缝间的距离l＝500 mm。然后，接通电源使光源正常工作。 2 3 4 5 6 1 46 (1)若想增加目镜中观察到的条纹个数，该同学可________。  A.将单缝靠近双缝 B.将屏靠近双缝 C.将屏远离双缝 D.使用间距更大的双缝 2 3 4 5 6 1 解析：相邻亮条纹的间距Δx＝λ，要增加观察到的条纹个数，即减小Δx，需增大d或减小l，因此应将屏靠近双缝，或使用间距更大的双缝，B、D正确，A、C错误。 BD 47 (2)某同学在测量时，转动手轮，在测量头目镜中先看到分划板中心刻 线对准亮条纹A的中心，如图乙所示，则游标卡尺的读数为_____ cm； 然后他继续转动手轮，使分划板中心刻线对准亮条纹B的中心，若游标 卡尺的读数为1.67 cm，此时主尺上的________ cm刻度与游标尺上某条 刻度线对齐；入射光的波长λ＝____________ m。  2 3 4 5 6 1 1.11 2.30 3.2×10－7 48 解析：游标卡尺的读数为1.1 cm＋0.1 mm×1＝1.11 cm；若游标卡尺的读数为1.67 cm，根据游标卡尺的读数原理，主尺刻度为16 mm＝1.6 cm，游标尺读数为0.7 mm，这时游标尺上的第＝7条刻度线与主尺上的刻度线对齐，对齐处主尺示数为16.7 mm＋7× mm＝23.0 mm＝2.30 cm；条纹间距Δx＝ cm＝0.08 cm，则根据Δx＝λ可得λ＝＝3.2× 10－7 m。 2 3 4 5 6 1 49 (3)若实验中发现条纹太密，可采取的改善办法有__________________ __________________________________(至少写一条)。  2 3 4 5 6 1 解析：若实验中发现条纹太密，即条纹间距太小，根据Δx＝λ可知，可采取的改善办法有：减小双缝间距d或者增大双缝到屏的距离l。 减小双缝间距d或者增大双缝到屏的距离l(任选一条即可) 50 6.(10分)某同学利用可伸缩万向支架、激光笔和长 方体透明水槽测量水的折射率，如图所示，激光笔 固定在万向支架上，调节高度和角度，使激光平行 于空水槽正立面(如图中所示的横截面)，从水槽的 左上角射入，用记号笔在水槽正立面记下激光在水槽底部的光点A。往水槽内缓慢注入清水，用记号笔在水槽正立面记下激光在水槽底部光点B(图中未画出)和水面CD的位置，在水槽正立面用记号笔画直线，连接水槽左上角和A点，相交CD于E点，用刻度尺分别测量EA的长度L1＝20.0 cm，EB的长度L2＝15.0 cm，水面CD距水槽底部高度h＝12.0 cm。由此可得： 2 3 4 5 6 1 51 (1)B点处于A点的________(选填“左”或“右”)侧。  2 3 4 5 6 1 解析：由于激光在水面发生折射，而光从光疏介质射入光密介质时，入射角大于折射角，作出光路图如图所示，可知，B点位于A点的左侧。 左 52 (2)激光入射角的正弦值sin i＝________(结果保留两位有效数字)。  2 3 4 5 6 1 解析：根据几何关系可知，激光入射角的正弦值sin i＝＝ 0.80。 0.80 53 (3)水的折射率n＝________(结果保留三位有效数字)。  2 3 4 5 6 1 解析：根据折射定律可知水的折射率为n＝ 而sin r＝＝0.60 代入数据解得n≈1.33。 1.33 54 $$