第5章 第2节 科学测量：用双缝干涉测光的波长(课件PPT)-【步步高】2024-2025学年高二物理选择性必修第一册学习笔记（鲁科版）

该高中物理课件围绕“用双缝干涉测光的波长”实验展开，涵盖实验装置、原理公式Δy = lλ/d、操作步骤及数据处理，通过学习目标与实验目的衔接光的波动性，以分步指导和误差分析为支架，助力学生构建实验认知体系。 其亮点在于以科学探究为核心，结合思考讨论与例题解析，强化科学思维中的数据处理与误差分析，如通过测量n条条纹间距求Δy培养严谨态度。采用实验操作与问题驱动结合的教学方法，帮助学生提升实验技能与物理观念，也为教师提供系统的教学资源支持。

DIWUZHANG 第5章 第2节　科学测量：用双缝干涉测光的波长 1 1.了解实验装置，知道实验原理。 2.会用测量头测量亮条纹的间距(重点)。 3.经历实验过程，能分析双缝干涉条纹的信息，测得光的波长(难点)。 学习目标 2 一、实验目的 1.用双缝干涉实验装置测量光的波长。 2.学习测量 距离的方法。 二、实验器材 (毫米刻度尺)、双缝干涉仪[由光源、 、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、 (如图)组成]、学生电源。 光具座 滤光片 微小 测量头 三、实验原理与设计 四、实验步骤 1.如图所示，在光具座上把各光学元件装配好。调节各光学元件中心共轴。 2.先观察光屏上的白光干涉条纹的特点，再给光源加上不同的滤光片，观察条纹的变化。 3.记下双缝间的距离d，测量并记录双缝到光屏的距离l。 4.转动手轮，先使分划板中心刻线对准某条亮(或暗)条 纹中心，如图所示，记下此时的读数。继续转动手轮，使分划板中心刻线移过n条条纹，对齐另一亮条纹(或暗条纹)中心，再记下此时的读数。转动手轮进行测量时，一次测量中不要反向旋转。 五、数据记录和处理 把测量结果记录在数据表格中，算出两次读数之差，并求出相邻亮条纹(或暗条纹)的平均间距Δy。求出光的波长。 1.使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央，记下手轮上的读数a1，将该条纹记为第1条亮纹；转动手轮，使分划板中心刻线移动至第n条亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数a2，则相邻两亮条纹间距Δy为多少？ 思考与讨论 2.若照在像屏上的光很弱或干涉条纹不够清晰，主要原因是什么？应如何调节？ 答案　照在像屏上的光很弱，主要原因是光源与单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴所致。干涉条纹不清晰的主要原因一般是单缝与双缝不平行。应调节各光学元件的中心共轴；调节单缝和双缝平行。 六、误差分析 1.测双缝到屏的距离l带来的误差，可通过选用 ，进行多次测量求平均值的办法减小误差。 2.测条纹间距Δy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，中心刻线没有恰好位于条纹中心。 (3)测量多条亮条纹间距离时读数不准确。 毫米刻度尺 七、注意事项 1.双缝干涉仪是比较精密的仪器，应轻拿轻放，不要随便拆解遮光筒、测量头等元件。 2.安装时，注意调节光源、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、双缝平行且竖直，间距大约5～10 cm。 3.测量头在使用时应使中心刻度线对应着亮(暗)条纹的中心。 4.光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行靠近。 　(2023·海南琼中附中高二月考)(1)如图所示，在“用双缝干涉测光的波长”实验中，光具座上放置的光学元件依次为①光源、②________、③________、④________、⑤遮光筒、⑥光屏。对于某种单色光，为增加相邻亮条纹(暗条纹)间的距离，可采取__________________________的方法(写一种方法即可)； 例1 滤光片 单缝 双缝 增大双缝到光屏间的距离 根据双缝干涉实验原理可知②③④分别是滤光片、单缝、双缝； (2)转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对准第1条亮条纹的中央，手轮的读数如图甲所示。继续转动手轮，使分划板中心刻线对准第10条亮条纹的中央，手轮的读数如图乙所示。则相邻两亮条纹的间距是________ mm； 1.610 图甲手轮的读数为x1＝0＋4.5×0.01 mm＝0.045 mm，图乙手轮的读数为x2＝14.5 mm＋3.5×0.01 mm＝14.535 mm， (3)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900 mm，则待测光的波长是_____________ m(取三位有效数字)。 5.37×10－7 　 某同学在做“用双缝干涉测光的波长”的实验时，第一次分划板中心刻线对齐第2条亮条纹的中心时(如图甲中的A)，测量头上的示数如图乙所示，第二次分划板中心刻线对齐第6条亮条纹的中心时(如图丙中的B)，测量头上的示数如图丁所示。已知双缝间距d＝0.5 mm，双缝到屏的距离l＝1 m，则： 针对训练 (1)图乙中游标卡尺的示数为________ cm。 (2)图丁中游标卡尺的示数为________ cm。 (3)所测光波的波长为____________ m(保留两位有效数字)。 1.250 1.775 6.6×10－7 　有位同学做双缝干涉实验时，通过测量头观察到如图所示清晰的干涉图样，出现这种现象的原因是 A.单缝和双缝没有调平行 B.光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻 璃屏没有调共轴 C.光源过于右偏，应调节光源，使它适当左移 D.测量头过于右偏，应调节测量头上的手轮，使它适当左移 例2 √ 由图中干涉图样可知，干涉条纹清晰，亮度正常，干涉条纹偏左，出现这种现象的原因是测量头过于右偏，应调节测量头上的手轮，使它适当左移，故选D。 课时对点练 19 1.(2023·无锡市高二期末)如图甲所示，在“用双缝干涉测光的波长”实验中，下列说法正确的是 A.滤光片应置于双缝和测量头之间 B.拨杆的作用是调节单缝的宽度 C.实验中将6个条纹间距误数成7个， 则波长测量值将偏小 D.如图乙，若通过目镜发现里面的亮条纹与分划板竖线未对齐，可通过 旋转双缝进行调整 1 2 3 4 5 6 基础对点练 √ 1 2 3 4 5 6 滤光片的作用是将复色光变为单色 光，单缝的作用是使入射光变成线 光源，双缝的作用是将单色光分解 成频率相同、振动情况相同的相干 光，因此滤光片应该放在单缝之前，故A错误； 调节拨杆只能调整单缝的角度，使单缝和双缝平行，获得清晰的干涉图样，故B错误； 1 2 3 4 5 6 旋转测量头，分划板竖线随之旋转，可使分划板竖线与亮条纹对齐，故D错误。 2.(多选)在“用双缝干涉测量光的波长”的 实验中(实验装置如图)，下列说法正确的是 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.测量某条干涉亮条纹位置时，应使分划板中心刻线与该亮条纹的中心 对齐 C.为了减小测量误差，可用测量头测出n条亮条纹间的距离a，求出相邻 两条亮条纹间距Δx＝ D.某同学用黄光作为入射光，为了增大干涉条纹的间距，可以采用的方 法是改用蓝光作为入射光 1 2 3 4 5 6 √ √ 1 2 3 4 5 6 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； 测量某条干涉亮条纹位置时，应使分划板中心刻线与该亮条纹的中心对齐，故B正确； 3.实验中需测定的相邻条纹间距Δy指图中的____。 1 2 3 4 5 6 CE 干涉条纹的中心间距是指一个亮条纹与一个暗条纹的宽度的和，等于两个相邻的亮条纹(或暗条纹)的中心之间的距离，故题图C、E是正确的。 4.(2024·福州市高二期末)“用双缝干涉实验测量光的波长”实验装置如图甲所示 1 2 3 4 5 6 13.50 (1)某次测量中，分划板中心刻线对齐某一条亮纹的中心时，游标卡尺的游标尺位置如图乙所示，该读数为________ mm； 1 2 3 4 5 6 读数为13 mm＋10×0.05 mm＝13.50 mm。 (2)下列说法中正确的是_____； A.去掉滤光片后，光屏上的干涉条纹消失 B.去掉单缝后，光屏上仍然呈现清晰的干涉条纹 C.实验中要注意使单缝与双缝相互平行，以便在光屏上得到清晰的干涉 条纹 1 2 3 4 5 6 C 1 2 3 4 5 6 若去掉滤光片，能观察到干涉图样，只不过是各色光重叠产生的彩色条纹，故A错误； 双缝干涉的条件是频率相同、相位差恒定，撤去单缝屏，不能获取相干光源，所以光屏上双缝干涉的条纹不存在了，故B错误； 实验中要注意使单缝与双缝相互平行，以便在光屏上得到清晰的干涉条纹，故C正确。 (3)若双缝间距为d，测出双缝与光屏间的距离L及n条亮纹中心间的距离为x，则计算该单色光波长的表达式为λ＝___________(用题中所给字母表示)。 1 2 3 4 5 6 5.(2023·白城市高二月考)某同学利用双缝干涉实验测量光的波长，实验装置如图所示，操作如下： a.接好电源，打开开关，使光源正常发光； b.调整各器件高度，使光源灯丝发出的光能沿遮光筒轴线到达光屏； c.调节光源到凸透镜的距离，使其光线刚好被聚焦到单缝上； d.调节拨杆，使单缝与双缝平行； e.调整测量头(由分划板、目镜、手轮等构 成)，直至可在目镜端观察到干涉条纹； f.旋转手轮完成测量。 1 2 3 4 5 6 (1)经过以上细心调节，该同学通过目镜观察，发现可以在毛玻璃上观察到彩色条纹，但无法观察到等间距的单色条纹，为了解决这一问题，该同学可在凸透镜和单缝之间增加________(填“偏振片”或“滤光片”)。 1 2 3 4 5 6 滤光片 要观察到等间距的单色条纹，需要用单色光做实验，因此该同学可在凸透镜和单缝之间增加滤光片。 (2)做出适当调整后，该同学再次重复前面操作，终于在毛玻璃上看到了清晰的明暗相间的单色条纹，只不过发现里面的亮条纹与分划板刻线不平行，如图所示，若要使两者平行对齐，该同学应_____。 A.仅左右转动透镜 B.仅旋转单缝 C.仅旋转双缝 D.仅旋转测量头 1 2 3 4 5 6 D 旋转测量头，分划板的竖线随之旋转，可使分划板的竖线与亮条纹平行，故选D。 (3)再次调节之后，测量头的分划板中心刻线与某条亮纹中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图甲所示，然后同方向转动测盘头，使分划板中心刻线与第6条亮 纹中心对齐，记下此时图乙中手轮上的 示数________ mm。 1 2 3 4 5 6 13.870 由题图乙可知，手轮上的示数为13.5 mm＋0.01×37.0 mm＝13.870 mm。 (4)已知双缝间距d为2.1×10－4 m，测得双缝到屏的距离L为0.700 m，求得所测光的波长为________ nm。 1 2 3 4 5 6 693 6.(2023·漳州市高二期中)某同学利用图示装置测量某绿色光的波长。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)若想减小条纹间距，该同学可____。 A.将屏向靠近双缝的方向移动 B.使用间距更小的双缝 C.将屏向远离双缝的方向移动 D.使用间距更大的双缝 1 2 3 4 5 6 能力综合练 AD 1 2 3 4 5 6 (2)若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为L，测得第1条明条纹到第n条明条纹之间的距离为Δx，则单色光 的波长λ＝________。 1 2 3 4 5 6 (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，在这种情况下测出干涉条纹的间距Δx，则波长的测量值________其实际值(填“大于”“小于”或“等于”)。 1 2 3 4 5 6 大于 BENKEJIESHU 本课结束 根据双缝干涉的条纹间距公式可得λ＝Δy，分别测量l和Δy(实验中d已知)，可求得光波波长，为减小测量误差，可先测n个条纹间距，再求相邻条纹间距。 答案　|| 根据双缝干涉相邻条纹间的距离公式 Δy＝λ可知，对于某种单色光，为增加相邻亮条纹间的距离，可采取的方法有：增大双缝到光屏间的距离、减小双缝间的距离； 相邻两亮条纹的间距是Δy＝＝1.610 mm。 根据双缝干涉相邻条纹间的距离公式Δy＝λ 可得待测光的波长为λ＝＝×10－3 m≈5.37×10－7 m。 由公式Δy＝λ得λ＝，可得实 验中将6个条纹间距误数成7个， 则Δy偏小，测得的波长值偏小， 故C正确； n条亮条纹之间有n－1个间距，相邻两条亮条纹的间距Δx＝，故C正确； 某同学用黄光作为入射光，根据Δx＝λ可知，为了增大干涉条纹的间距，应采用波长大于黄光的红光或橙光，不可以改用波长比黄光短的蓝光作为入射光，故D错误。 n条亮纹中心间的距离x，则条纹间距Δx＝＝λ，该单色光波长的表达式为λ＝。 题图甲所示手轮上的示数为2.320 mm，相邻亮条纹的间距Δy＝ mm＝2.310 mm，由Δy＝λ得λ＝Δy，代入数据得λ＝693 nm。 根据题意，由公式Δx＝λ可知，若想减小条纹间距，可以换波长更短的光，将屏向靠近双缝的方向移动，换间距更大的双缝，故选A、D。 由＝得λ＝。 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竖直刻线间的夹角，故Δx实<Δx测，由Δx＝λ得λ＝Δx，可知测量值大于实际值。 $