第四章 第五节 用双缝干涉实验测定光的波长-【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教师用书word（粤教版）

本讲义聚焦“用双缝干涉实验测定光的波长”核心知识点，前承光的干涉现象及双缝干涉条件，后接光的波动性及波长与颜色关系。通过实验原理（Δx = Lλ/d）、器材组装、累积法测条纹间距步骤及误差分析构建学习支架，帮助学生掌握实验方法。 该资料突出科学探究与科学思维融合，原型实验（如器材排序、螺旋测微器读数）和拓展创新实验（洛埃德镜）培养操作与推理能力。误差分析强调累积法减小Δx测量误差，课时测评覆盖不同情境，课中辅助教师演示教学，课后助力学生巩固光的波动性观念，查漏补缺。

第五节　用双缝干涉实验测定光的波长 【素养目标】　1.掌握用双缝干涉测量光的波长的原理和方法。 　2.观察不同单色光的双缝干涉图样。　3.会用公式Δx＝λ进行数据处理求光的波长。 一、实验目的 1．观察白光及单色光的双缝干涉图样。 2．掌握用公式Δx＝λ测定单色光的波长的方法并能计算光的波长。 二、实验原理与方法 1．测量原理：由公式Δx＝λ可知，在双缝干涉实验中，d是双缝间距，是已知的，L是双缝到屏的距离，可以测出，那么，只要测出相邻两明条纹(或相邻两暗条纹)中心间距Δx，即可由公式λ＝计算出入射光的波长。 2．测量方法 (1)L的测量：双缝到屏的距离L可以用刻度尺测出。 (2)条纹间距Δx的测定 如图甲所示，测量头由分划板、目镜、手轮等构成。测量时先使分划板的中心刻线对齐某条明条纹的中央，如图乙所示，记下手轮上的读数x1；转动手轮，使分划板中心刻线移至另一明条纹的中央，记下此时手轮上的读数x2，得出n个明条纹间的距离为a＝|x2－x1|，则相邻两明条纹间距Δx＝。 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、毛玻璃屏及测量头，其中测量头又包括分划板、目镜、手轮等)、学生电源、导线、刻度尺等。 四、实验步骤 1．按如图所示的装置安装仪器。 2．将光源中心、单缝中心、双缝中心调节在遮光筒的中心轴线上。 3．使光源发光，在光源和单缝之间加滤光片，使单一颜色的光通过，让通过后的条形光斑恰好落在双缝上，通过遮光筒上的测量头，仔细调节目镜，观察单色光的干涉条纹；撤去滤光片，观察白光的干涉条纹(彩色条纹)。 4．加装滤光片，通过目镜观察单色光的干涉条纹，同时调节手轮，使分划板的中心刻线对齐某一明条纹的中心，记下手轮的读数x1，然后继续转动使分划板移动，直到分划板的中心刻线对齐另一明条纹中心，记下此时手轮读数x2和移过分划板中心刻度线的条纹数n。 5．将两次手轮的读数相减，求出n条明条纹间的距离a，a＝|x2－x1|，利用公式Δx＝，算出条纹间距。 学生用书第116页 6．用刻度尺测量双缝到光屏的距离L(d是已知的)。 7．利用公式λ＝，求出此单色光的波长λ。 8．重复测量、计算，求出波长的平均值。 9．换用另一滤光片，重复实验。 五、误差分析 实验中的双缝间距d是器材本身给出的，因此本实验要注意L和Δx的测量。光波的波长很小，L、Δx的测量是否准确对波长的影响很大。 1．L的测量：L用毫米刻度尺测量。可以多次测量求平均值。 2．条纹间距Δx的测量：Δx利用测量头测量。可利用“累积法”测量n条明条纹间距a，再求Δx＝，并且采用多次测量求Δx的平均值的方法进一步减小误差。 六、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．在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系。 一　教材原型实验 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，要把它们放在如图所示的光具座上组装成双缝干涉装置，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，由左到右，表示各光学元件的字母排列顺序应为C、________、________、________、A。 (2)本实验的步骤有： ①取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能沿遮光筒的轴线把屏照亮； ②按合理的顺序在光具座上放置各光学元件； 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)测量数条明条纹间的距离。 在操作步骤②时还应注意____________________________、__________________________和_____________________________________。 答案：(1)E　D　B　(2)见解析 解析：(1)滤光片E可以从白光中选出单色红光，单缝D是获取线光源，双缝B是获得相干光源，最后成像在毛玻璃屏A上，所以表示各光学元件的字母排列顺序为C、E、D、B、A。 (2)在操作步骤②时应注意放置单缝、双缝时，必须使缝平行且竖直；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位于遮光筒的轴线上。 (2024·深圳市高二校考期中)在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，实验装置如图甲所示。 (1)某同学以线状白炽灯为光源，对实验装置进行调节并观察了实验现象后，总结出以下几点： 学生用书第117页 A．灯丝、单缝和双缝之间放置无要求 B．干涉条纹的间距与双缝之间的距离无关 C．干涉条纹的间距与双缝到屏之间距离无关 D．干涉条纹的间距与光的波长有关 以上几点中，你认为正确的是________。(选填选项字母) (2)当测量头中分划板的中心刻线对齐某条纹的中心时，手轮上的示数如图乙所示，该读数为______mm。 (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，如图丙所示。则在这种情况下来测量干涉条纹的间距Δx时，测量值____________(选填“大于”“小于”或“等于”)实际值。 答案：(1)D　(2)0.700　(3)大于 解析：(1)在用狭缝观察以线状白炽灯为光源的光的干涉现象时狭缝必须与灯丝平行，这时干涉条纹与狭缝平行，故A错误；根据干涉条纹的间距公式Δx＝λ可知，干涉条纹的间距与双缝之间的距离、双缝到屏之间的距离以及光的波长均有关，故B、C错误，D正确。故选D。 (2)螺旋测微器的读数为0.5 mm＋20.0×0.01 mm＝0.700 mm。 (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，由几何关系知三角形中斜边最长，故干涉条纹的间距的测量值偏大。 二　拓展创新实验 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________(选填“越大”或“越小”)。 (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________(选填“越大”或“越小”)。 (3)在双缝间的距离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________(选填“大”或“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________(选填“亮条纹”或“暗条纹”)。 答案：(1)越大　 (2) 越大　(3) 小　(4)暗条纹 解析：(1)由公式Δx＝λ可知，双缝间隙d越小，屏上明暗相间的条纹间距Δx越大。 (2)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。 (3)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小。 (4)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。 针对练．洛埃德(H.Lloyd)在1834年提出了一种更简单的观察光的干涉现象的装置——洛埃德镜。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，在光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”。 (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P处是__________(选填“明条纹”或“暗条纹”)。 (3)实验中，已知单缝S到平面镜的距离为h＝0.15 mm，单缝到光屏的距离为D＝1.2 m，观测到第3条明条纹到第12条明条纹的中心间距为22.78 mm，则该单色光的波长λ＝________m(结果保留3位有效数字)。 答案：(1)S′　 (2) 暗条纹　(3)6.33×10-7 解析：(1)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”。 (2)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P处是暗条纹。 (3)条纹间距为Δx＝ m≈2.53×10-3 m，根据条纹间距公式可得λ＝Δx≈6.33× 10-7 m。 课时测评25　用双缝干涉实验测定光的波长 (时间：30分钟　满分：60分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) 1．(6分)在“双缝干涉测定光的波长”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Δy1与绿光的干涉条纹间距Δy2相比，Δy1________(选填“＞”“＝”或“＜”)Δy2。若双缝之间的距离为0.3 mm，双缝与屏幕的距离为1.00 m，某红光的干涉实验中测得第1条到第6条亮条纹中心间的距离为10.5 mm，则该红光波长为_________m。 答案： >　6.3×10-7 m 解析：根据条纹间距公式Δx＝λ，红光波长大于绿光波长，故红光的干涉条纹间距Δy1大于绿光的干涉条纹间距Δy2。由题可知条纹间距Δx＝ mm＝2.1 mm，故红光波长λ＝Δx＝×2.1×10-3 m＝6.3×10-7 m。 2．(8分)在“用双缝干涉测定光的波长”实验中，选用红色滤光片和间距为0.20 mm的双缝，双缝与屏的距离为600 mm。某同学正确操作后，在目镜中看到如图甲所示的干涉条纹。换成紫色滤光片正确操作后，使测量头分划板刻线与第k级暗条纹中心对齐，在目镜中观测到的是图乙中的______(填字母)，此时测量头的读数为25.70 mm，沿同一方向继续移动测量头使分划板刻线与第k＋5级暗条纹中心对齐，此时测量头标尺如图丙所示，其读数是______mm，紫光的波长等于______nm。 答案：D　19.40　420 解析：换成紫色滤光片后，光的波长变小，条纹间距变小，B错误；条纹方向不变，C错误；分划板中心刻线的位置是不变的，A错误，D正确。游标卡尺的读数为19 mm＋8×0.05 mm＝19.40 mm。则条纹间距Δx＝ mm＝1.26 mm，根据Δx＝λ，解得紫光波长λ＝4.2×10-7 m＝420 nm。 3．(8分)某同学利用图示装置测定某种单色光的波长。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。回答下列问题： (1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可以________； 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 (2)若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为L，测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为Δx，则单色光的波长λ＝________； (3)某次测量时，选用的双缝的间距为0.300 mm，测得屏与双缝间的距离为1.20 m，第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56 mm。则所测单色光的波长为________nm(结果保留3位有效数字)。 答案：(1)B　 (2)　(3)630 解析：(1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，需要减小条纹间距，由公式Δx＝λ可知，需要减小双缝到屏的距离L或增大双缝间的距离d，故B项正确，A、C、D项错误。 (2)由题意可知＝λ，解得λ＝。 (3)将已知条件代入公式解得λ＝630 nm。 4．(8分)(2024·汕尾市高二统考期末)在“用双缝干涉测定光的波长”的实验中，将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上，单缝保持竖直方向，测定红光的波长。 (1)组装如图甲所示的仪器时，下列说法正确的是________。 A．a代表单缝，b代表双缝 B．a代表双缝，b代表单缝 C．单缝和双缝应相互垂直放置 D．单缝和双缝应相互平行放置 (2)如图乙所示为干涉图样，转动测量头上的手轮(图中未画出)，使分划板中心刻线对准如图乙所示的亮条纹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x＝________mm。 (3)将红光改为绿光，其他实验条件不变，在目镜中仍可看见清晰的条纹，则条纹为________(选填“横条纹”或“竖条纹”)，条纹间距________(选填“变宽”或“变窄”)。 答案：(1)AD　(2)0.4　(3)竖条纹　变窄 解析：(1)a代表单缝，b代表双缝，因为单缝在光源和双缝之间，A正确，B错误；单缝和双缝应相互平行放置，C错误，D正确。故选AD。 (2)游标卡尺的读数为x＝0＋4×0.1 mm＝0.4 mm。 (3)将红光改为绿光，波长变短，其他实验条件不变，在目镜中仍可看见清晰的条纹，条纹与双缝平行，是竖条纹，根据Δx＝λ，条纹间距变窄。 5．(10分)(2024·广东高二联考期末)“用双缝干涉测定光的波长”的实验装置如图1所示，光源为白炽奵。 (1)下列说法正确的是______(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．为了减小测量误差，可测出n条亮纹中心间的距离a，求出相邻两条亮纹间距Δx＝ C．将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽 D．去掉滤光片后，干涉现象消失 (2)已知双缝间距d＝0.2 mm，双缝到屏间的距离L＝800 mm。将测量头的分划板中心刻线与某亮条纹的中心对齐，将该两条纹定为第1条亮条纹，此时手轮上的示数如图2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2乙所示，求得这种色光的波长λ＝______nm(结果保留3位有效数字)。 (3)若在目镜中观察到如图3所示的情形。实验中其他操作无误，则此情形下测得的单色光波长将________(选填“偏大”、“不变”或“偏小”)。 答案：(1)B　(2)578　(3)偏大 解析：(1)调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，不需放单缝和双缝，故A错误；n条亮纹之间有n－1个间距，相邻条纹的间距为Δx＝，故B正确；条纹间距与单缝、双缝间的距离无关，所以将单缝向双缝移动之后，不影响条纹间距，故C错误；去掉滤光片后，入射光是复合光，仍能发生干涉现象，但条纹是彩色的，故D错误。故选B。 (2)题图甲的读数为2 mm＋32.0×0.01 mm＝2.320 mm，题图乙的读数为13.5 mm＋37.0×0.01 mm＝13.870 mm，则有Δx＝ mm＝2.310 mm，根据双缝干涉条纹的间距公式Δx＝λ，可得λ＝，代入数据得λ≈5.78×10-7 m＝578 nm。 (3)在目镜中观察到题图3所示的情形，会导致条纹间距测量偏大，由公式Δx＝λ可知，测得的单色光波长将偏大。 6．(10分)(2024·佛山市高二统考期中)某学习小组利用双缝干涉实验测定光的波长，其实验步骤如下： (1)按图1安装实验装置，用白光光源照射单缝，调整仪器位置，获得了清晰彩色条纹，如图2－a所示。 (2)在单缝前插入一块________(选填“蓝色”或“红色”)滤光片，获得蓝色条纹，如图2－b所示；继续在单缝后插入一块_________(选填“单缝”或“双缝”)，获得等宽蓝色条纹，如图2－c所示。 (3)获得等宽条纹图像后，测量头零刻度时中心刻线恰好对准第1条亮纹中心，第1条到第7条亮条纹中心间的距离为x，如图3所示，测量头读数为________mm。 (4)双缝间距为d，双缝到屏的距离为L，则被测定光的波长λ＝_________(用d、L、x表示)。 答案：(2)蓝色　双缝　(3)6.063　(4) 解析：(2)由题图2－b所示，在单缝前插入一块蓝色滤光片，获得蓝色条纹。继续在单缝后插入一块双缝，会产生单色光的干涉现象，因此获得等宽蓝色条纹。 (3)由题图3可知，测量头读数为6 mm＋6.30×0.01 mm＝6.063 mm。 (4)由题意可知，两相邻亮条纹的间距Δx＝＝＝，由双缝干涉两相邻亮条纹或暗条纹的间距Δx＝λ，可得被测定光的波长为λ＝＝。 7．(10分)用双缝干涉仪来测定红光的波长。 (1)在组装仪器时单缝和双缝应该相互________(选填“垂直”或“平行”)放置。 (2)已知测量头主尺的最小刻度是毫米，游标尺是50分度的。某同学调整手轮使测量头的分划板中心刻线与某明条纹中心对齐，并将该明条纹定为第1条明条纹，此时测量头上游标卡尺的读数为1.16 mm；接着再同方向转动手轮，使分划板中心刻线与第6条明条纹中心对齐，此时测量头上游标卡尺的示数如图所示，则读数为________mm。已知双缝间距d＝2.00×10-4m，测得双缝到毛玻璃屏的距离L＝0.800 m，则所测红光的波长λ＝________nm(保留3位有效数字)。 (3)若仅将滤光片更换为蓝色滤光片，其他装置不变，第1条明条纹到第6条明条纹的距离________(选填“变大”“变小”或“不变”)。 答案：(1)平行　(2)15.02　693　(3)变小 解析：(1)只有保证单缝和双缝互相平行，这样才能在屏上出现明暗相间的条纹。 (2)读数为15 mm＋1×0.02 mm＝15.02 mm。相邻两条明条纹间距Δx＝＝2.772×10-3 m 根据Δx＝λ，可得λ＝＝693 nm。 (3)更换为蓝色滤光片，波长变短，由Δx＝λ可知，条纹间距变小，故第1条明条纹到第6条明条纹的距离也变小。 学生用书第118页 学科网（北京）股份有限公司 $