第四章 4．实验：用双缝干涉测量光的波长-【金版新学案】2025-2026学年新教材高二物理选择性必修第一册同步课堂高效讲义配套课件（人教版）

该高中物理课件聚焦“用双缝干涉测量光的波长”实验，系统梳理实验原理（Δx = Lλ/d）、器材作用及操作步骤，通过问题链引导学生从基础实验操作过渡到误差分析（如累积法测条纹间距），再延伸至洛埃镜等拓展实验，搭建完整的学习支架。 其亮点在于以科学探究为核心，融合科学思维，通过原型实验与创新实验对比强化模型建构，结合详细误差分析与注意事项培养严谨态度。资料包含丰富例题及测评题，教师可直接用于实验教学，学生能在实践中深化物理观念，提升科学探究与数据处理能力。

4．实验：用双缝干涉测量光的波长 　　　　 第四章　光 1．了解双缝干涉实验装置的各部分元件的作用及使用方法。 2．理解“用双缝干涉测量光的波长”实验原理及需要测量的物理量，知道测量头的使用方法，会测量条纹间距。 3．知道并掌握实验操作步骤，会设计实验数据记录表，并进行数据处理。 素养目标 内容索引 探究过程　梳理要点 1 合作交流　应用拓展 2 课时测评 3 2 3 4 5 1 探究过程　梳理要点 返回 原理探究 活动1．本实验的测量原理是什么？ 提示：在双缝干涉实验中，由条纹间距公式Δx＝λ，可知，若已知双缝间距d，测出双缝到屏的距离l，再测出相邻两条亮条纹(或暗条纹)中心间距Δx，即可由公式λ＝Δx计算出入射光的波长。 活动2．怎样利用测量头测量条纹间距Δx? 提示：如图甲所示，测量头由分划板、目镜、手轮等构成。测量时，使分划板中心刻线与亮条纹的中心对齐，如图乙所示，记下此时手轮上的读数。然后转动手轮，使分划板向左(向右)移动至分划板的中心刻线与另一相邻亮条纹的中心对齐，记下此时读数。为了减小测量误差，可测出n条亮条纹间的距离a，再求出相邻两条亮条纹间的距离Δx＝。 活动3．本实验中需要用到哪些实验器材？ 提示：双缝干涉仪(包括：光具座、光源、透镜、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃及测量头，其中测量头又包括分划板、目镜、手轮等)、滤光片、学生电源、导线、毫米刻度尺等。 实验过程 一、进行实验 1．将光源、透镜、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上。 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的轴线到达光屏。 4．安装双缝和单缝，中心大致位于遮光筒的轴线上，使双缝与单缝相互平行，两者间距5～10 cm，这时可观察白光的双缝干涉条纹。 5．在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。 6．测量双缝到屏的距离l和相邻两条亮条纹间的距离Δx。 7．分别改变滤光片的颜色和双缝的距离，观察干涉条纹的变化，并求出相应的波长。 二、数据记录与分析 1．安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹。 2．使分划板的中心刻线对齐某条亮条纹的中央，如图所 示。记下手轮上的读数a1，转动手轮，使分划板中心刻线 移至另一亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数a2，得出n条亮条纹间的距离a＝|a2－a1|，则相邻两亮条纹的间距Δx＝。用刻度尺测量双缝到光屏的距离l(d是已知的)。 3．重复测量、计算，求出波长的平均值。 4．换用不同的滤光片，重复实验，求出对应光的波长。 误差分析 本实验为测量性实验。实验中的双缝间距d是器材本身给出的，本实验要注意l和Δx的测量。光的波长很小，l、Δx的测量对波长的影响很大。 1．双缝到屏的距离l的测量误差 因本实验中双缝到屏的距离较长，l的测量误差不大，但也应选用毫米刻度尺测量，并多次测量求平均值减小相对误差。 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，中心刻线没有位于条纹中心。 (3)测量多条亮条纹间距时读数不准确。 (4)利用“累积法”测n条亮条纹间距a，再用Δx＝求出条纹间距，并且采用多次测量求Δx的平均值的方法进一步减小误差。 注意事项 1．双缝干涉仪是比较精密的实验仪器，要轻拿轻放，不要随便拆分遮光筒、测量头等元件。 2．安装时，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，并使单缝、双缝相互平行且竖直。 3．光源使用线状长丝灯泡，调节时使之与单缝平行且靠近。 4．实验中会出现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所致；干涉条纹是否清晰与单缝和双缝是否平行有关。 返回 合作交流　应用拓展 返回 一　教材原型实验 (2024·北京亦庄实验中学高二期末)1801年，托马斯·杨成功地观察到了光的干涉现象。在托马斯·杨的双缝干涉实验中，利用双缝干涉可以测量光波的波长。某同学想利用双缝干涉实验来测量某种单色光的波长，该同学所使用的装置如图甲所示，光具座上放置的光学元件依次为光源、透镜、M、 N、P、遮光筒、毛玻璃、屏。 (1)M、N、P三个光学元件依次为___。 A．滤光片、单缝、双缝 B．单缝、滤光片、双缝 C．单缝、双缝、滤光片 D．滤光片、双缝、单缝 例1 A M、N、P三个光学元件依次为滤光片、单缝、双缝。故选A。 (2) 该同学通过测量头的目镜观察单色光的干涉图样时，发现分划板的中心刻线与亮条纹未对齐，如图乙所示，下列操作中可使中心刻线与亮条纹对齐的是___。 A．仅转动双缝 B．仅转动手轮 C．仅转动测量头 C 当分划板的中心刻线与亮条纹不平行时，应该转动测量头，将题图乙中分划板调到竖直方向并与干涉条纹平行。故选C。 (3)通过调整，该同学从目镜中看到如图丙 所示的图像，转动测量头的手轮，使分划 板中心刻线对准a处时，手轮的读数x1＝ 1.002 mm，继续转动手轮，使分划板中心 刻线对准b处时，手轮的读数如图丁所示，x2＝___________________ mm。 由题图丁可得，读数为x2＝9.5 mm＋26.2×0.01 mm＝9.762 mm。 9.762(9.761～9.763) (4)若已知双缝间距d＝2.0×10-4 m，双缝到屏的距离l＝1.0 m，则待测光的波长为____nm(结果保留3位有效数字)。 由Δx＝λ得，波长表达式为λ＝，由题意得Δx＝×10-3 m＝2.19×10-3 m，所以波长λ＝ m＝4.38×10-7 m＝438 nm。 438 用双缝干涉测量光的波长。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 头来测量亮条纹中心间的距离。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 心刻线对准亮条纹的中心(如图乙所示)，记下此时手轮上的读数，转动手轮，使分划板中心刻线对准另一条亮条纹的中心，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条亮条纹的中心时，手轮上的读数如图丙所示，对准第1条时读数为x1＝2.190 mm，对准第4条时读数为x2＝ ______ mm。 例2 7.870 分划板中心刻线对准第4条亮条纹中心时，读数x2＝7.5 mm＋37.0× 0.01 mm＝7.870 mm。 (2)根据以上条件，可算出这种光的波长λ为____nm(结果保留3位有效数字)。 676 相邻两条亮条纹中心的间距Δx＝，根据Δx＝λ，可得这种光的波长λ＝Δx≈676 nm。 根据Δx＝λ知，要使条纹变稀疏，可以增大双缝到屏的距离、减小双缝间距、增大入射光的波长。故选BC。 (3)在双缝干涉实验中发现条纹太密，难以测量，下列操作中可以使条纹变稀疏的是____。 A．改用波长较短的光作入射光 B．增大双缝到屏的距离 C．减小双缝间距 BC 针对练．(2024·河北高考·T11)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。 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： 根据表中数据，判断单色光1为______(填“红光”或“绿光”)。 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 绿光 根据Δx＝λ，可得λ＝，代入题表数据可知Δx1＝ mm＝1.608 mm，Δx2＝λ2，已知绿光的波长小于红光波长，则单色光1是绿光。 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 根据题图可知，如果S被视为其中的一个“缝”，S经平面镜成的像S′相当于另一个“缝”。 二　拓展创新实验 洛埃(H.Lloyd)在1834年提出了一种更简单的观察干涉的装置。如图所示，从单缝S发出的光，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经平面镜成的像是S′。 (1)通过洛埃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′ 例3 根据题意可知，把光屏移动到和平面镜接触，光线经过平面镜反射后将会有半波损失，因此接触点处是暗条纹。 (2)实验表明，光从光疏介质射向光密介质界 面发生反射时，在入射角接近90°时，反射 光与入射光相比，相位有π的变化，即半波 损失。如果把光屏移动到和平面镜接触，接 触点处是_______(填“亮条纹”或“暗条纹”)。 暗条纹 相邻亮条纹中心的间距Δy＝，波长表达式为λ＝Δy，代入数据解得λ≈6.33×10-7 m。 (3)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个亮条纹到第12个亮条纹的中心 间距为22.78 mm，则该单色光的波长λ为 __________m(结果保留3位有效数字)。 6.33×10-7 破题 “三步曲” 针对练．在“观察光的干涉现象”的实验中，将 两片刀片合在一起，在涂有墨汁的玻璃片上划出 不同间隙的双缝；按如图所示的方法，让激光束 通过自制的双缝，观察在光屏上出现的现象。 (1)保持缝到光屏的距离不变，换用不同间隙的双 缝，双缝的间隙越小，屏上明暗相间的条纹间距 ______(填“越大”或“越小”)。 由公式Δx＝λ，可知双缝的间隙d越小，屏上明暗相间的条纹间距Δx越大。 越大 (2)保持双缝的间隙不变，光屏到双缝的距离越大，屏上明暗相间的条纹间距_____(填“越大”或“越小”)。 由公式Δx＝λ，可知光屏到双缝的距离l越大，明暗相间的条纹间距Δx越大。 越大 (3)在双缝的间隙和双缝与屏的距离都不变的条件下，用不同颜色的光做实验，发现用蓝色光做实验在屏上明暗相间的条纹间距比用红色光做实验时的___(填“大”或“小”)。 由公式Δx＝λ，可知因蓝色光的波长比红色光的波长小，故用蓝色光做实验时的条纹间距比用红色光做实验时的小。 小 (4)在该实验中，若所用激光的波长为5.300× 10-7 m，屏上P点(未画出)距双缝S1和S2的路程差为1.855×10-6 m，则在这里出现的应是_______(填“亮条纹”或“暗条纹”)。 屏上P点距双缝S1和S2的路程差为所用激光的波长的3.5倍，所以P点应出现暗条纹。 暗条纹 返回 课时测评 返回 1．(10分)如图所示是“用双缝干涉测量光的波长”实验的装置。实验中： (1)观察到较模糊的干涉条纹，要使条 纹变得清晰，值得尝试的是____。 A．旋转测量头 B．增大单缝与双缝间的距离 C．调节拨杆使单缝与双缝平行 若粗调后看到的是模糊不清的条纹，则最可能的原因是单缝与双缝不平行；要使条纹变得清晰，值得尝试的是调节拨杆使单缝与双缝平行。故选C。 C 2 3 4 5 1 (2)要增大观察到的条纹间距，正确的做法是___。 A．减小单缝与光源间的距离 B．减小单缝与双缝间的距离 C．增大透镜与单缝间的距离 D．增大双缝与测量头间的距离 根据Δx＝λ，可知要增大条纹间距，可以增大双缝到光屏的距离l或减小双缝的间距d。故选D。 D 2 3 4 5 1 2．(10分)某同学利用如图甲所示装置测量某种单色光的波长。实验时，接通电源使光源正常发光，调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。 (1)在双缝干涉实验装置中透镜的 作用是_____________________。 在双缝干涉实验装置中透镜的作用是使射向单缝的光更集中。 使射向单缝的光更集中 2 3 4 5 1 (2)若想减小从目镜中观察到的条纹间距，该同学可___。 A．将单缝向双缝靠近 B．将屏向靠近双缝的方向移动 C．将屏向远离双缝的方向移动 D．使用间距更小的双缝 根据双缝干涉条纹间距公式Δx＝λ可知，将单缝向双缝靠近，条纹间距不变， 故A错误；将屏向靠近双缝的方向移动，即减小l，可减小条纹间距，故B正确；将屏向远离双缝的方向移动，即增大l，将增大条纹间距，故C错误；使用间距更小的双缝，即减小d，将增大条纹间距，故D错误。故选B。 B 2 3 4 5 1 (3)在测量相邻两条亮条纹的距离 Δx0时需要用_______测出，若双 缝的间距为d，屏与双缝间的距离 为l，测得第1条亮条纹中心到第n 条亮条纹中心之间的距离为Δx，则单色光的波长的表达式λ＝______。 在测量相邻两条亮条纹的距离Δx0时需要用测量头测出。 由题意可知相邻两条亮条纹间距Δx′＝，根据双缝干涉条纹间距公式可知Δx′＝λ，联立以上两式解得λ＝。 测量头 2 3 4 5 1 (4)在某次实验中，已知双缝到光屏之 间的距离是600 mm，双缝之间的距离 是0.20 mm，单缝到双缝之间的距离是 100 mm，某同学在用测量头测量时，先将测量头目镜中看到的分划板中心刻线对准某条亮纹(记作第1条)的中心，这时手轮上的示数如图乙所示。然后他转动测量头，使分划板中心刻线对准第6条亮纹的中心，这时手轮上的示数如图丙所示，图丙中示数为_______mm。由此可以计算出这次实验中所测得的单色光波长为_________m(波长结果保留2位有效数字)。 10.300 6.8×10-7 2 3 4 5 1 题图丙的示数为10 mm＋30.0×0.01 mm＝10.300 mm，题图乙的示数为0 mm＋14.0×0.01 mm＝0.140 mm，根据题意可知，相邻两条亮条纹间距Δx′＝×10-3 m≈2.03×10-3 m，根据Δx′＝λ，可得λ＝ m≈6.8×10-7 m。 2 3 4 5 1 3．(10分)(2024·安徽合肥高二期末)某同学利用图甲所示装置测量某种单色光的波长，接通电源使光源正常发光；调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题： (1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可___。 A．将单缝向双缝靠近 B．将屏向靠近双缝的方向移动 C．将屏向远离双缝的方向移动 D．使用间距更小的双缝 Δx越小，目镜中观察到的条纹数越多，由Δx＝λ，可知应将屏向靠近双缝的方向移动或使用间距更大的双缝。故选B。 B 2 3 4 5 1 (2)在双缝干涉实验中，分别用红色 和绿色的激光照射同一双缝，在双 缝后的屏幕上，红光的干涉条纹间 距Δx1与绿光的干涉条纹间距Δx2相 比，Δx1___(填“＞”“＝”或“＜”)Δx2。 红光的波长大于绿光的波长，由Δx＝λ，可知红光的干涉条纹间距Δx1大于绿光的干涉条纹间距Δx2。 ＞ 2 3 4 5 1 (3)已知测量头主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50个刻度。某同学调整手轮后，从测量头的目镜看去，第1次映入眼帘的干涉条纹如图乙所示，图中的数字是该同学给各暗条纹的编号，此时游标卡尺如图丙所示，读数为x1＝1.18 mm；接着再转动手轮，映入眼帘的干涉条纹如图丁所示，此时游标卡尺如图戊所示，读数为x2＝______mm。 由题图戊可知游标卡尺主尺的读数为1.5 cm＝15 mm，游标尺的读数为1× mm＝0.02 mm，所以读数为x2＝15 mm＋0.02 mm＝15.02 mm。 15.02 2 3 4 5 1 (4)利用第(3)问测量结果，已知双缝与屏的距离为l，双缝间距为d，计算波 长的公式λ＝________(用题目中给出的字母x1、x2、l、d表示)。 由Δx＝λ，可得λ＝。 2 3 4 5 1 4．(10分)某同学用双缝干涉实验仪测量光的波长。 (1)在光具座上正确安装好仪器后，他在测量端 观察的同时，不断调节仪器的A部件(如图甲所 示)，这样做的目的是___(填选项)。 A．使各部件的中心在同一直线上 B．使单缝与双缝相互平行 C．使观察到的图样呈现在视野中央 调节仪器的A部件是为了保证单缝与双缝相互平行。故选B。 B 2 3 4 5 1 (2)若该同学分别用间距d1＝0.20 mm和d2＝0.25 mm的双缝来完成实验，你认为在测量头内观察到单色光的干涉条纹是___和___(填选项)，其中对应双缝间距d1的是___(填选项)。 因为单色光的干涉条纹与单缝和双缝都平行，应沿竖直方向，分划板中心刻线位于测量头的中心位置，故选E和F；根据Δx＝λ，可知d越小，则条纹间距越大，所以对应d1的是E。 E F E 2 3 4 5 1 (3)某同学使用间距为0.20 mm的双缝进行实验，调节双缝与屏之间的距离至100.00 cm，当分划板的中心刻线与第k条亮条纹中心重合时，测量头刻度如图乙所示(已加箭头标注)，对应的读数为_____mm，当分划板的中心刻线与第(k＋3)条亮条纹中心重合时，测量头刻度如图丙所示(已加箭头标注)，对应的读数为______ mm，单色光的波长为_________m。 2.76 11.16 5.6×10-7 2 3 4 5 1 题图乙对应的读数为2 mm＋38×0.02 mm＝2.76 mm，题图丙对应的读数为11 mm＋8×0.02 mm＝11.16 mm，则相邻两条亮条纹间距为＝2.80 mm，根据Δx＝，代入数据解得λ＝5.6×10-7 m。 2 3 4 5 1 5．(10分)在“用双缝干涉测光的波长” 实验中(实验装置如图甲所示)： (1)关于观察到的现象，下列说法正确的 是___。 A．观察白光的干涉图样时，可以看到彩色的干涉条纹，中央为一条白亮的零级干涉条纹；彩色条纹的排列，以零级亮条纹为中心左右对称，在第一级亮条纹中紫色在最外侧 B．看到白光的干涉条纹后，在单缝前面放上红色或绿色滤光片，即可看到红黑相间或绿黑相间的干涉条纹，且红条纹的间距比绿条纹的间距大 B 2 3 4 5 1 观察白光的干涉图样时，可以看到彩色的干涉条纹，中央为一条白亮的零级干涉条纹；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，A错误。放上红色或绿色滤光片以后就变成单色的红光或者绿光，因此可以看见红黑相间或绿黑相间的干涉条 纹，由Δx＝λ，红光的波长大，因此条纹间距大。故选B。 2 3 4 5 1 (2)用某种单色光做双缝干涉实验 时，已知双缝间的距离d的大小为 0.25 mm，双缝到毛玻璃屏的距离 的大小为748.8 mm；实验时先移 动测量头(如图乙所示)上的手轮， 把分划板中心刻线对准靠近最左 边的第1条亮条纹(如图丙所示)， 并记下螺旋测微器的读数x1(如图 丁所示)，然后转动手轮，把分划板中刻线向右移动，直到对准第7条亮条纹并记下螺旋测微器的读数x7(如图戊所示)，由以上测量数据求得该单色光的波长为___________m(结果保留3位有效数字)。 8.01 × 10-7 2 3 4 5 1 双缝的间距d＝0.25 mm，双缝到毛玻璃屏的距离为l＝748.8 mm，题图丁螺旋测微器的读数x1＝0.01×30.0 mm＝0.300 mm，题图戊螺旋测微器读数x7＝14.5 mm＋0.01×20.0 mm＝14.700 mm，则相邻亮条纹的间距Δx＝＝＝2.400 mm，根据Δx＝λ得λ＝＝ ≈8.01×10-7 m。 返回 2 3 4 5 1 谢 谢 观 看 实验：用双缝干涉测量光的波长 2 3 4 5 1 $