第2节 科学测量：用双缝干涉测光的波长（表格式教学设计） 物理鲁科版2019选择性必修第一册

该高中物理教学设计聚焦用双缝干涉测光的波长，通过牛顿微粒说与托马斯·杨波动说的历史争议导入，结合PhET虚拟仿真实验模拟干涉图样，回顾Δx=Lλ/d公式，搭建“历史情境-虚拟实验-原理推导”的学习支架，明确实验目标。 资料特色在于融合虚拟仿真与实操探究，通过测量头规范读数、多条纹间距取平均等培养误差分析与数据处理能力（科学思维），历史情境与高精度测量科普渗透严谨求实态度（科学态度），例题与分层任务强化应用，助力教师高效教学，学生深化物理观念与实验素养。

第2节 科学测量：用双缝干涉测光的波长（教学设计） 年级 高二 学科 物理 教师 课题 第2节 科学测量：用双缝干涉测光的波长 教学 目标 物理观念 能明确实验原理（利用双缝干涉条纹间距公式 推导 ），理解各物理量（条纹间距、双缝间距、双缝到屏距离）的意义，深化对光的干涉规律的应用认知。 科学思维 能分析实验中误差来源（如条纹间距测量偏差、双缝间距读数误差），推导减小误差的方法（如测多条条纹间距求平均值、规范仪器读数），提升误差分析与数据处理的逻辑能力。 科学探究 能独立完成实验操作（调节双缝干涉仪、测量条纹间距与相关物理量），使用测量头、刻度尺等器材准确获取数据，通过公式计算光的波长，强化实验实操与规律验证能力。 科学态度 与责任 通过体验精密光学测量的严谨过程，认识 “规范操作”“数据客观记录” 的重要性，培养实事求是的实验态度与运用物理方法解决实际测量问题的责任意识。 教学 重难点 重点：掌握用双缝干涉仪测波长的原理（）与操作。 难点：准确测量条纹间距及分析实验误差来源。 教学过程 教师活动 学生活动 教学引入 17世纪牛顿主张“光的微粒说”，认为光由粒子组成；而19世纪初托马斯·杨大胆提出“光的波动说”。“当时代几乎所有人都相信牛顿时，杨却敢于挑战权威。”他说：即使是最微弱的声音，也能在真理的湖面激起涟漪。思考如何化身科学探索者，重现托马斯·杨双缝干涉这一伟大实验，亲手测量光的波长！ 1. 思考并回答教师提出的问题。 2. 明确本节课的学习任务和探究目标。 3. 激发好奇心与探究欲望。 新课讲授 一、原理建构 动手实践 环节1：明确问题 教师活动：用PhET虚拟仿真实验模拟各种颜色的光的双缝干涉图样。 提问：“可见光波长大约为390nm~760nm，如何测量各种颜色光的波长？”引导学生回顾公式Δx= ​λ，明确实验目标。 学生活动：小组讨论公式中各物理量的意义，提出测量思路。 环节2：动手实践 教师活动： 1. 结合图讲解实验装置，强调单缝、双缝平行调节的重要性。 2. 演示测量头使用：分划板对齐条纹、手轮读数记录方法。 3.强调数据记录规则：测n个条纹总间距求Δx= 。 4.波长计算公式：λ= ​ 学生活动：观察演示，记录操作要点，提出疑问。 1. 观察实验器材，认识各部件名称与功能。 2. 观看动画，理解光波叠加形成干涉条纹的过程。 3. 参与公式解读，明确各物理量意义与测量方式。 4. 建立“装置—现象—公式”三位一体的认知结构。 5. 按照步骤组装装置，反复调试直至出现清晰条纹。 6. 使用刻度尺测量多条纹总宽，计算Δx。 7. 代入公式求出λ，填写报告并与理论值比较。 新课讲授 二、数据分析 拓展应用 环节3：数据分析 教师活动：巡回指导，协助解决仪器调试问题，提醒减少误差的方法（如多次测量取平均）。 学生活动： 1.分组完成实验，测量不同滤光片（红、绿）下的条纹间距，计算波长。 2.设计表格记录数据，用公式λ= ​计算波长。 单色光单 色 光 项目 红光 绿光 双缝距离d/mm 手轮读数a1/mm 手轮读数a2/mm 条纹数目n/个 相邻条纹间距∆x/mm 双缝到屏距离l/mm 波长λ/nm 波长平均值 /nm 3.对比不同颜色光波长差异，总结规律。 教师活动：展示学生数据案例，分析典型误差（如l测量不准、条纹计数错误）。 引导学生思考：“为何测n个条纹间距能减小误差？” 学生活动：汇报实验结果，讨论改进方案。 环节4：拓展应用 （1）能否用双缝干涉仪同时观察到不同单色光的干涉条纹？如果能，试比较不同波长的色光对应的干涉条纹的宽窄变化. （2）利用两支铅笔，通过打有小孔的铝箔或者胶片、刀片、羽毛、纱巾等观察发光的光源，可以看到什么现象？如何解释？ （3）科普高精度测量的应用. 【例题1】某同学在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，所用的实验装置如图1所示。 (1)图1的②处固定的元件是________。 A．单缝 B．双缝 C．滤光片 (2)若用激光替代灯泡作为光源，则除灯泡、凸透镜外，光具座上还可以撤除的元件有 （填元件的名称）。 (3)实验测得双缝到光屏之间的距离，双缝之间的距离，实验得到明暗相间的条纹，转动手轮，当分划板的中心刻线对准第条亮条纹的中心时示数，当分划板的中心刻线对准第条亮条纹的中心时的示数如图2所示，则 。 (4)入射光的波长 （结果保留2位有效数字）。 (5)若测量头的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，如图3所示，则在这种情况下测量干涉条纹的间距时，测量值 （填“大于”“小于”或“等于”）实际值。 【答案】(1)A(2)滤光片和单缝(3)17.7(4)(5)大于 【详解】（1）图1中的①处是滤光片，②处固定的元件是单缝，③处是双缝，故选A。 （2）用激光替代灯泡作为光源，由于激光是频率单一的单色光，并具有良好的平行度，故不需要凸透镜、滤光片和单缝。 （3）根据游标卡尺的读数规则，位置读数为 （4）相邻明条纹中心之间的间距 根据 解得 （5）若测量头的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，则在这种情况下测量干涉条纹的间距时，条纹是倾斜的，偏大，测量值大于实际值。 针对训练1如图所示，将一束由两种色光混合的复色光沿SE方向射向一上、下表面平行的厚玻璃平面镜上表面，得到三束光线A、B、C，若平面镜的上、下表面足够宽，则（　　） A．光束A为单色光，光束B、C为复色光 B．玻璃对光束C的折射率大于对光束B的折射率 C．A、B、C三束光线一定互相平行 D．通过相同的双缝干涉装置，光束B产生的相邻亮条纹间距要大于光束C产生的相邻亮条纹间距 【答案】C 【详解】A．两种色光在上表面都发生反射，反射角相同，则由图可知光束A是复色光。而光束B、C由于折射率的不同导致偏折分离，因为厚玻璃平面镜的上下表面是平行的。根据光的可逆性，知两光速仍然平行射出，且光束B、C是单色光。故A错误； B．由图知 光束B的偏折程度大于光束C，根据折射定律可知光束B的折射率大于光束C，故B错误； C．一束由两种色光混合的复色光沿SE方向射出，经过反射、再折射后，光线仍是平行，因为光的反射时入射角与反射角相等。所以由光路可逆可得出射光线平行。改变α角，光线A、B、C仍保持平行，故C正确； D．光束B的折射率大于光束C的折射率，则光束B的频率大于光束C，光束B的波长小于光束C的波长，而双缝干涉条纹间距与波长成正比，则双缝干涉实验中光B产生的条纹间距比光束C的小，故D错误； 故选C。 1. 报告实验数据，参与集体分析。 2. 讨论误差来源，区分误差类型。 3. 思考实验应用，拓展科学视野。 4. 感悟科学精神，树立探究信念。 课 堂 练 习 1.用双缝干涉实验测量某单色光的波长，实验装置如图所示，由左至右依次放置相关光学元件，①、②、③三处放置的元件分别为（　　） A．滤光片、双缝、单缝 B．滤光片、单缝、双缝 C．单缝、滤光片、双缝 D．单缝、双缝、滤光片 【答案】B 【详解】由左至右依次放置在①、②、③三处的元件分别为滤光片、单缝、双缝。 故选B。 2.如图所示的双缝干涉实验，学生用绿光照射单缝S时，在光屏P上观察到干涉条纹。要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，下列说法错误的是（　　） A．减小S1与S2的间距 B．增大双缝屏到光屏的距离 C．将绿光换为红光 D．将绿光换为紫光 【答案】D 【详解】A．根据，减小双缝S1与S2的间距d，相邻条纹间距增大，故A正确； B．根据，增大双缝到光屏的距离L，相邻条纹间距变大，故B正确； C．根据，将绿光换为红光，波长变大，条纹间距变大，故C正确； D．根据，将绿光换为紫光，波长变小，条纹间距变小，故D错误。 由于本题选择错误的，故选D。 3.在杨氏双缝干涉实验中，如果（　　） A．用白光当光源，屏上将呈现黑白相间的条纹 B．用红光当光源，屏上将呈现红黑相间的条纹 C．用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色条纹 D．杨氏双缝干涉实验中的光源必须是相干光源 【答案】BD 【详解】A．杨氏双缝干涉实验中，用白光当光源，屏上将呈现彩色条纹，故A错误； B．用红光当光源，屏上将呈现红色亮条纹与暗条纹（即黑条纹）相间，故B正确； C．红光和紫光频率不同，不能产生干涉条纹，故C错误； D．双缝干涉的条件是必须有相干光源，故D正确。 故选BD。 4.如图所示，某同学对以下实验装置进行调节并观察实验现象。 (1)如图所示，a、b、c、d四个图是不同的双缝干涉或单缝衍射图样。 分析各图样的特点可以得到：c、d是光的 图样（选填“双缝干涉”或“单缝衍射”），若采用的实验装置相同，则形成a图样的光的波长 （选填“大于”“小于”或“等于”）b图样的光的波长。 (2)若实验前已获知的数据有：双缝间的间距为d，双缝到屏的距离为l，经测量，n条亮条纹间的距离为a，写出计算该光波长大小的表达式 。 【答案】(1) 单缝衍射 大于 (2) 【详解】（1）[1]双缝干涉条纹特点是等间距、等宽度、等亮度；衍射条纹特点是中间宽两边窄、中间亮、两边暗，且不等间距。根据此特点知c、d图样是光的单缝衍射图样； [2]根据双缝干涉条纹间距公式可知，若采用的实验装置相同，则相邻亮（暗）条纹之间的间距越大，则光的波长就越长，所以由图可知形成a图样的光的波大于b图样的光的波长； （2）根据双缝干涉条纹间距公式，可得 故改波的波长表达式为 5.用图：在托马斯•杨双缝干涉实验中，调整仪器，从目镜中观察到纵向分布的干涉条纹（　　） A．若在单缝前插入透振方向水平的偏振片，从目镜中将观察到横向分布的干涉条纹 B．若在单缝前插入透振方向水平的偏振片，从目镜中将观察到干涉条纹亮度变暗 C．若在遮光筒内充满折射率较大的透明介质，从目镜中将观察到干涉条纹变密集 D．若单缝和双缝不平行，在屏上将不会产生干涉条纹 【答案】BC 【详解】A．在托马斯•扬双缝干涉实验中，干涉条纹的方向取决于双缝的方向，与光的偏振方向无关。在单缝前插入透振方向水平的偏振片，只是对光的偏振状态进行了改变，不会使干涉条纹的方向从纵向变为横向，故A错误； B．在单缝前插入透振方向水平的偏振片，由于偏振片会吸收一部分光，使得通过的光强减弱，所以从目镜中将观察到干涉条纹亮度变暗，故B正确； C．根据题意，由公式，在遮光筒内充满折射率较大的透明介质，光在介质中的波长 变小，、不变，则变小，则从目镜中将观察到干涉条纹变密集，故C正确； D．若单缝和双缝不平行，仍然会产生干涉条纹，只是干涉条纹的清晰度和对比度会受到影响，故D错误。 故选BC。 6.1801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 (2)通过调整，该同学从目镜中看到如图甲所示的图像，转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对准a时，手轮的读数x1=1.002mm，继续转动手轮，使分划板中心刻线对准b时，手轮的读数如图乙所示，x2= mm。 (3)若已知双缝间距d＝2.0×10-4m，双缝到屏的距离l＝1.0m，则待测光的波长为 nm（此空结果保留三位有效数字）。 【答案】(1)A(2)9.762/9.761/9.763(3)438 【详解】（1）为了获取单色的线光源，光源后面应依次放置滤光片、单缝，单色线光源经过双缝产生干涉现象，可知M、N、P三个光学元件依次为滤光片、单缝、双缝。 故选A。 （2）螺旋测微器的精确值为，由图乙可知手轮的读数为 （3）由题意得 由 可得待测光的波长为 课 堂 小 结 我们从生活现象出发，提出问题→构建双缝干涉模型→解析条纹间距公式→动手实验验证→分析误差改进→展望科技应用。这条路径，正是科学研究的经典范式。 再次强调三个核心： ① 干涉条件：同源、同频、同向、恒相差； ② 关键公式：Δx = Lλ/d； ③ 实验精髓：精细调节、准确测量、诚实记录。 板 书 设 计 第2节 科学测量：用双缝干涉测光的波长 1.波长公式：λ= 2.物理量测量 双缝间距d：已知量 双缝到屏距离l：刻度尺测量 相邻条纹间距∆x：∆x= 测量头读数 3.操作要点 光源、单缝、双缝、遮光筒轴线等高 单缝与双缝平行 分划板中心线对齐条纹中间位置 4.误差分析：仪器精度、读数误差 作业 布置 1.根据双缝干涉实验，推导波长λ的计算公式（λ = dΔx/L），并说明各物理量的测量方法（如d、L、Δx）。 2.若用红色滤光片（波长约660 nm）和双缝间距0.2 mm，估算双缝到光屏的距离L为1 m时，相邻亮条纹的间距Δx（保留两位小数）。 3.列举实验中可能影响测量精度的两个因素（如双缝平行度、条纹间距测量误差），并提出改进建议。 教学反思 目标达成情况：学生能正确操作仪器并计算波长，但对误差分析深度不足。部分小组在分划板对齐时耗时较长，需加强预实验指导。 改进建议：增加“虚拟仿真实验”课前预习，熟悉测量头操作流程。引入光传感器对比实验，直观展示光强分布，辅助理解原理。设计分层任务：基础组完成单色光测量，进阶组探究双缝间距d对条纹的影响。通过优化实验指导和多样化探究任务，可进一步提升学生的科学探究能力与数据分析素养。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $