第14章 实验18 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（广东专版）

实验十八　用双缝干涉实验测量光的波长 第十四章　光　电磁波 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 达标检测　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 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)条纹间距Δx与双缝间距d、双缝到屏的距离L、单色光波长λ之间满足Δx＝λ。 2.实验过程 (1)观察双缝干涉图样 ①将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图所示。 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筒轴线到达光屏。 ④安装单缝和双缝，尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上，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)测定单色光的波长 ①安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹。 ②使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数a1， 将该条纹记为第1条亮条纹；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一 亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数a，将该条纹记为第n条亮条纹。 ③用刻度尺测量双缝与光屏间距离l(d是已知的)。 ④改变双缝间的距离d、双缝到屏的距离l，重复测量。 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筒的中心轴线上，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，测量头与遮光筒不共轴；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 10 命题点一　教材原型实验 11 [典例1]　(2024·广东卷)在“用双缝干涉实验测量光的波长”实验调节过程中，在光具座上安装光源、遮光筒和光屏。遮光筒不可调节。打开并调节________，使光束沿遮光筒的轴线把光屏照亮。取下光屏，装上单缝、双缝和测量头。调节测量头，并缓慢调节单缝的角度直到目镜中观察到__________。  角度1　实验原理与操作 [解析]　在“用双缝干涉实验测量光的波长”实验调节过程中，在光具座上安装光源、遮光筒和光屏，遮光筒不可调节，打开并调节光源，使光束沿遮光筒的轴线把光屏照亮，取下光屏，装上单缝、双缝和测量头，调节测量头，并缓慢调节单缝的角度直到目镜中观察到干涉条纹。 光源　 干涉条纹 12 [典例2]　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。 (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 [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取下遮光筒左侧的元件，调 节光源高度，使光束能直接沿 遮光筒轴线把屏照亮； 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筒的轴线上； 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：________________________________ _________________________。  放置单缝、双缝时，必须使缝平行 单缝、双缝间的距离要适当 和 [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3]　如图所示，在“用双缝干涉测量光的波长”实验中： (1)利用图中装置研究双缝干涉 现象时，下列说法中正确的是 ________。  A.将光屏移近双缝，其他条件不变，干涉条纹间距变小 B.将滤光片由蓝色的换成红色的，其他条件不变，干涉条纹间距变大 C.将单缝向双缝移动一小段距离后，其他条件不变，干涉条纹间距变大 D.换一个两缝之间距离更大的双缝，其他条件不变，干涉条纹间距变小 E.去掉滤光片，其他条件不变，干涉现象消失 角度2　数据处理与分析 ABD [解析]　将光屏移近双缝，l减小，则由Δx＝λ可知，在其他条件不变时，干涉条纹间距变小，故A正确；将滤光片由蓝色的换成红色的，则波长λ变大，所以在其他条件不变时，干涉条纹间距变大，故B正确；将单缝向双缝移动一小段距离后，在其他条件不变时，干涉条纹间距不变，故C错误；换一个两缝之间距离更大的双缝，则d变大，在其他条件不变时，干涉条纹间距变小，故D正确；去掉滤光片，其他条件不变，会形成彩色干涉条纹，故E错误。 (2)在某次测量中，将测量头的分划板中心刻线与某条亮条纹中心对齐， 将该亮条纹记为第1条亮条纹，此时手轮上的示数如图甲所示。然后同 方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮条纹中心对齐，此时手 轮上的示数如图乙所示，则此示数为________ mm，由此可求得相邻亮 条纹的间距Δx为________ mm。  13.870　 2.310 [解析]　由题图乙可得读数为x2＝13.5 mm＋37.0×0.01 mm＝13.870 mm，由题图甲可得读数为x1＝2 mm＋32.0×0.01 mm＝2.320 mm，则相邻亮条纹的间距 Δx＝ mm＝2.310 mm。 (3)已知双缝间距d为2.0×10－4 m，测得双缝到屏的距离l为0.700 m，由 计算式λ＝________，求得所测红光波长为________ nm。  [解析]　由Δx＝λ可得λ＝，代入数据解得，波长为 λ＝ m＝6.6×10－7 m＝660 nm。 　 660 命题点二　实验创新设计 22 [典例4]　小沈同学进行“用双缝干涉测量光的波长”的实验。 (1)其中部分器材如下： A.白炽灯　　　B.凸透镜　　　C.单缝片 D.滤光片　　　E.测量头　　　F.双缝片 将以上器材安装在光具座上时，自光源起合理的顺序是：A、B、________、________、F、E。  角度1　实验数据处理创新 D　 C [解析]　根据“用双缝干涉测量光的波长”的实验中仪器的位置可知，从左向右依次为：白炽灯、凸透镜、滤光片、单缝、双缝、测量头。将以上器材安装在光具座上时，自光源起合理的顺序是：A、B、D、C、F、E。 (2)某次观察时，透过测量头观察到了绿光的干涉条纹，但条纹的亮度很低，为了便于测量，下列方法能够使条纹亮度增加的是________。  A.增加光源的功率 B.将毛玻璃换成透明玻璃 C.换一个面积更大的凸透镜 D.调节测量头的位置 AC [解析]　为了便于测量，要使条纹亮度增加，即使单位时间内的光子数目增多，当增加光源的功率时，单位时间内的光子数目增多，故A正确；将毛玻璃换成透明玻璃，不会看到亮条纹，故B错误；换一个面积更大的凸透镜，则光的强度增强，条纹亮度增加，故C正确；调节测量头的位置，条纹亮度不变，故D错误。 (3)下列图示中条纹间距表示正确的是________。  [解析]　干涉条纹的宽度是指一个明条纹与一个暗条纹的宽度的和，为两个相邻的明条纹(或暗条纹)的中心之间的距离，故图C是正确的，图A、B、D错误。 C (4)“用光传感器做双缝干涉的实验”，得到的结果如图所示，甲、乙 分别对应的是第一、二次实验得到的干涉图线。比较甲、乙两图线可判 断，第一次实验中的________。  A.单缝与双缝之间的距离一定较大 B.光强度较小 C.光源离双缝的距离较大 D.双缝离光传感器的距离可能较小 D [解析]　由题图可知，第一次得到的条纹间距较小，根据Δx＝λ可知，单缝与双缝之间的距离对条纹间距无影响，选项A错误；光强度对条纹间距无影响，选项B错误；光源离双缝的距离对条纹间距无影响，选项C错误；双缝离光传感器的距离l较小，则条纹间距较小，选项D正确。 [典例5]　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'。 角度2　实验设计创新 (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”。  [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”。 S' (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)。  [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。 6×10－7 (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 [解析]　根据双缝干涉条纹间距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。 AC 达标检测　巩固提高 三 33 1.(8分)(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。 2 3 4 5 6 1 34 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： 2 3 4 5 6 1 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 35 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。 2 3 4 5 6 1 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 36 2.(8分)某实验小组使用图甲的装置测量某红色激光的波长。用光具座固定激光笔和刻有双缝的纸板，双缝间的宽度d＝0.2 mm。激光经过双缝后投射到光屏中的条纹如图乙所示，由刻度尺读出A、B两亮纹间的距离x＝________ mm。通过激光测距仪测量出双缝到投影屏间的距离L＝2.0 m，已知(Δx为相邻两条亮纹间的距离)，由此则可以计算该激光的波长λ＝_____________ m。如果用紫色激光重新实验，相邻亮纹间距会________(选填“变大”“变小”或“不变”)。  2 3 4 5 6 1 65.0　 6.50×10－7　 变小 37 解析：刻度尺的最小刻度值为1 mm，由刻度尺 读出A、B两亮纹间的距离为 9.00 cm－2.50 cm＝6.50 cm＝65.0 mm。 相邻两条亮纹间的距离 Δx＝ mm＝6.50 mm， 由可得 λ＝ m＝6.50×10－7 m。 如果用紫色激光重新实验，由于紫色激光的波长较小，由可知，d、L不变，则相邻亮纹间距会变小。 2 3 4 5 6 1 38 3.(10分)(2025·广东汕头模拟)做“用双缝干涉测光的波长”实验中，使用的双缝间距d＝0.20 mm，双缝到光屏的距离L＝600 mm，观察到的干涉条纹如图甲所示。 2 3 4 5 6 1 39 (1)在测量头上的是一个螺旋测微器(又叫“千分尺”)，分划板上的刻度线处于x1、x2位置时，对应的示数如图乙所示，则相邻亮纹的间距Δx＝______________ mm(结果保留三位小数)。  2 3 4 5 6 1 解析：螺旋测微器读数为x1＝2 mm＋19.0×0.01 mm＝2.190 mm，x2＝7.5 mm＋36.4×0.01 mm＝7.864 mm 则相邻亮纹的间距Δx＝≈1.419 mm。 1.419 40 (2)计算单色光的波长的公式λ＝__________(用L、d、x1、x2表示)。  2 3 4 5 6 1 解析：根据干涉条纹公式Δx＝λ可得 λ＝Δx＝。 41 (3)代入数据计算单色光的波长λ＝____________m(结果保留两位有效 数字)。  2 3 4 5 6 1 解析：代入数据可得λ＝ m≈4.7×10－7 m。 4.7×10－7 42 (4)图丙为实验装置示意图，S为单缝， S1、S2为双缝，屏上O点处为一亮条纹。 若实验时单缝偏离光轴，向右微微移 动，则可以观察到O点处的干涉条纹 __________。  A.向左移动　　　　　　 B.向右移动 C.间距变大 D.间距变小 2 3 4 5 6 1 A 43 解析：根据Δx＝λ可知，实验时单缝偏离光轴，向右微微移动，因双缝间距、双缝到光屏的距离、波长都不变，所以条纹间距不变，由于主光轴变的倾斜，可以观察到O点处的干涉条纹向左移动，故A正确。 2 3 4 5 6 1 44 4.(10分)在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，实验装置如图所示。 (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_______ (填正确答案标号)。  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 2 3 4 5 6 1 C 45 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 46 (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) 47 (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 48 5.(10分)(2025·广东湛江模拟)可发出红、黄、绿三色光的多层警示灯，被广泛应用于数控机床、电子机械自动化生产线等工业领域。某同学想采用如图甲所示的实验装置测定三种色光的波长。 (1)打开多层警示灯的绿光灯，将遮光筒对准光源放置。在光源和双缝之间还必须放置一个______(选填“滤光片”或“单缝”)，其目的是保证经双缝得到的两列光是________(选填“相干”或“非相干”)光。  2 3 4 5 6 1 单缝　 相干 49 解析：在光源和双缝之间还必须放置一个单缝，其目的是保证经双缝得到的两列光是相干光。 2 3 4 5 6 1 50 (2)已知双缝之间的距离为0.6 mm，双缝到屏的距离为1.5 m，绿光的干涉图样如图乙所示，分划板中心刻线在A位置时螺旋测微器的读数为1.128 mm，在B位置时读数如图丙所示，为________ mm，则该绿光的波长为________ nm(计算结果保留三位有效数字)。  2 3 4 5 6 1 6.526　 540 51 解析：分划板中心刻线在B位置时读数为 6.5 mm＋2.6×0.01 mm＝6.526 mm 条纹间距为Δx＝ mm＝1.349 5 mm 由Δx＝λ解得该绿光的波长 λ＝Δx＝×1.349 5×10－3 m＝5.398×10－7 m≈540 nm。 2 3 4 5 6 1 52 (3)在不改变其他条件的情况下，该同学又进行了几组实验，通过照相底片记录了干涉图样，分别测量了红光、黄光的波长(红光为625 nm、黄光为570 nm)。图(a)、(b)、(c)是实验中记录下的三种色光的干涉图 样，但被不小心弄混了，经判断绿光产生的干涉图样是图________(选填“(a)”“(b)”或“(c)”)。  2 3 4 5 6 1 (c) 53 解析：由波长关系λ红＞λ黄＞λ绿，可知在其他条件不变的情况下，干涉图样条纹间距Δx红＞Δx黄＞Δx绿，所以绿光的条纹间距最小，则绿光产生的干涉图样是题图(c)。 2 3 4 5 6 1 54 6.(10分)在“用双缝干涉测单色光的波长”的实验中： (1)图甲是用双缝干涉测光的波长的实验设备示意图，图中①是光源，②是滤光片，③是单缝，④是双缝，⑤是光屏。下列操作能增大光屏上 相邻两条亮纹之间距离的是________。  A.增大③和④之间的距离 B.增大④和⑤之间的距离 C.将绿色滤光片改成红色滤光片 D.增大双缝之间的距离 2 3 4 5 6 1 BC 55 解析：双缝干涉条纹间距公式Δx＝λ，增大双缝到屏的距离l，可以增大条纹间距，单缝与双缝之间的距离不影响条纹间距，A错误，B正确；将绿色滤光片改成红色滤光片，增大了波长，可以增大条纹间距，C正确；增大双缝之间的距离d，减小了条纹间距，D错误。 2 3 4 5 6 1 56 (2)下列说法正确的是________。  A.如果将灯泡换成激光光源，去 掉单缝，该实验照样可以完成 B.若测量头中的分划板中心刻线 与干涉条纹不平行，不能通过拨动拨杆把干涉条纹调成与分划板中心刻线平行 C.去掉滤光片，不可能观察到干涉图样 D.毛玻璃屏上的干涉条纹与双缝垂直 2 3 4 5 6 1 AB 57 解析：将灯泡换成激光光源，激光是相干光源，单色性好，所以可以去 掉单缝，A正确；拨杆的作用是拨动单缝使单缝和双缝平行，获得清晰 的干涉图像，B正确；去掉滤光片，能够观察到干涉图样，只不过是各 色光重叠产生的彩色条纹，C错误；干涉条纹与双缝是平行的，D错误。 2 3 4 5 6 1 58 (3)转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对准第1条亮纹，读出手轮的读数如图乙所示，x1＝0.045 mm。继续转动手轮，使分划板中心刻线对准第10条亮纹，读出手轮的读数如图丙所示，则相邻两亮条纹的间距是________mm(保留三位有效数字)。  2 3 4 5 6 1 1.61 59 解析：图丙的读数为14.5 mm＋3.0×0.01 mm＝14.530 mm，所以条纹间距Δx＝ mm≈1.61 mm。 2 3 4 5 6 1 60 (4)如果已经量得双缝的间距是0.30 mm、双缝和光屏之间的距离是 800 mm，则待测光的波长是____________m(保留三位有效数字)。  2 3 4 5 6 1 解析：根据Δx＝λ可得λ＝ 代入数据解得λ≈6.04×10－7 m。 6.04×10－7 61 $$