第2节 科学测量：用双缝干涉测光的波长（导学案）物理鲁科版2019选择性必修第一册

2. 科学测量：用双缝干涉测光的波长 导学案 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。 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。 【知识回顾】 1.螺旋测微器读数方法：读数方法:测量值(mm)=固定刻度数(mm)+可动刻度数(估读一位)× (mm)。 2.相邻两条亮条纹或暗条纹的中心间距Δx＝ 。 【自主预习】 一、实验目的 1．观察白光及单色光的双缝干涉图样。 2．掌握利用公式 测量单色光波长的方法。 二、实验原理 1．测量原理 在双缝干涉实验中，由条纹间距公式 可知，已知双缝间距d，测出双缝到屏的距离l，再测出相邻两明条纹(或相邻两暗条纹)中心间距Δx，即可由公式 计算出入射光波长的大小。 2．条纹间距Δx的测量方法 如图甲所示，测量头由分划板、目镜、手轮等构成，测量时先转动测量头，让分划板中心刻线与亮条纹的中心对齐，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，如图乙所示，记下此时读数，再转动手轮，用同样的方法测出n条亮纹间的距离a，可求出相邻两亮纹间的距离 。 三、实验器材 (包括：光具座、光源、透镜、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃及测量头，其中测量头包括：分划板、目镜、手轮等)、滤光片、学生电源、导线、米尺。 【思考交流1】 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！ 【问题体验1】 1.你见过最精密的尺子是什么？可能是千分尺，千分尺的精确度可以达到10-5m,你知道，可光的波长比这个还有小的很多，光的波长是怎样被测量出来的，你能根据之前学习过的知识设计实验方案吗？ 【问题体验2】 1.为了达到目标，该实验需要测量那些物理量，怎么测量物理量？ l 的测量： 的测量： 2.由于条纹间距宽度较小，如何优化设计？ 3.如何分析得出结论？ 4. 哪些因素会导致实验有误差？ 5.在操作过程中注意哪些事项？ 1.如图所示为双缝干涉的实验装置，图中有四个光学元件的名称空缺，关于它们的名称正确的是（　　） A．①单缝②滤光片③双缝 B．①滤光片②双缝③遮光筒 C．②凸透镜③双缝④遮光筒 D．①凸透镜②单缝③双缝 2．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 3.利用图示装置研究双缝干涉现象并测量光的波长，下列说法中正确的有（　　） A．实验装置中的①②③元件的中心大致位于遮光筒的中心轴线上 B．将滤光片由紫色换成红色，干涉条纹间距变宽 C．将双缝换为间距更小的双缝后，干涉条纹间距变宽 D．测量过程中误将5个条纹间距数成6个，波长测量值偏大 4.物理兴趣小组的同学们用双缝干涉测量光的波长，实验装置如图甲所示。 (1)图甲中，双缝是 （填“A”或“B”）； (2)当分划板的中心刻线对准某亮条纹中心时，手轮示数如图乙所示，其读数为 mm； (3)若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，分划板在图中两处位置时，手轮的读数分别为，则单色光的波长 。 5.（2024·河北·高考真题）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1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： 单色光类别 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 （填“红光”或“绿光”）。 6.（2022·海南·高考真题）在用双缝干涉测量光的波长的实验中，如图所示，则： ①a、b分别是（　　） A．单缝和双缝   B．双缝和单缝   C．单缝和单缝   D．双缝和双缝 ②如果双缝间距是d，双缝到毛玻璃的距离是L，第一条亮纹到第六条亮纹间距是x，则光的波长是 。（用x、d、L表示） 知识梳理与关联 方法与能力提升 疑问与拓展 自我评估 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 2. 科学测量：用双缝干涉测光的波长 导学案 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。 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。 【知识回顾】 1.螺旋测微器读数方法：读数方法:测量值(mm)=固定刻度数(mm)+可动刻度数(估读一位)× 0.01 (mm)。 2.相邻两条亮条纹或暗条纹的中心间距Δx＝λ。 【自主预习】 一、实验目的 1．观察白光及单色光的双缝干涉图样。 2．掌握利用公式Δx＝ λ测量单色光波长的方法。 二、实验原理 1．测量原理 在双缝干涉实验中，由条纹间距公式Δx＝λ可知，已知双缝间距d，测出双缝到屏的距离l，再测出相邻两明条纹(或相邻两暗条纹)中心间距Δx，即可由公式λ＝Δx计算出入射光波长的大小。 2．条纹间距Δx的测量方法 如图甲所示，测量头由分划板、目镜、手轮等构成，测量时先转动测量头，让分划板中心刻线与亮条纹的中心对齐，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，如图乙所示，记下此时读数，再转动手轮，用同样的方法测出n条亮纹间的距离a，可求出相邻两亮纹间的距离Δx＝。 三、实验器材 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，其中测量头包括：分划板、目镜、手轮等)、滤光片、学生电源、导线、米尺。 【思考交流1】 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！ 【问题体验1】 1.你见过最精密的尺子是什么？可能是千分尺，千分尺的精确度可以达到10-5m,你知道，可光的波长比这个还有小的很多，光的波长是怎样被测量出来的，你能根据之前学习过的知识设计实验方案吗？ 【问题体验2】 1.为了达到目标，该实验需要测量那些物理量，怎么测量物理量？ 根据 可知，本实验需要测量的物理量是双缝到屏的距离 l 和相邻两条亮条纹间的距离 （双缝间的距离 d 已知）。具体操作如下。 l 的测量：双缝到屏的距离 l 可以用刻度尺测出。 的测量：相邻两条亮条纹间的距离 需用测量头测出。测量头通常有两种（如图所示），但都由分划板、目镜、手轮等构成。 2.由于条纹间距宽度较小，如何优化设计？ 为了减小测量误差，可测多个亮条纹间的距离，再求出相邻两个条纹间的距离。例如，可测出 n 个亮条纹间的距离 a，再求出相邻两个亮条纹间的距离 。 3.如何分析得出结论？ 设计表格记录实验数据。d 是已知的，l 和 n 条亮条纹间的距离 a 是直接测量值。 4.哪些因素会导致实验有误差？ 1．测双缝到屏的距离l带来的误差，可通过选用mm刻度尺，进行多次测量求平均值的办法减小误差． 2.通过测量多条亮条纹间的距离来减小测量误差． 3．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． 5.在操作过程中注意哪些事项？ 1．放置单缝和双缝时，必须使缝平行． 2．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． 3．测量头的中心刻线要对应着亮(或暗)纹的中心． 4．要多测几个亮纹(或暗纹)中心间的距离，再求Δx. 5．调节的基本依据是：照在像屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴所致；干涉条纹不清晰一般是因为单缝与双缝不平行． 1.如图所示为双缝干涉的实验装置，图中有四个光学元件的名称空缺，关于它们的名称正确的是（　　） A．①单缝②滤光片③双缝 B．①滤光片②双缝③遮光筒 C．②凸透镜③双缝④遮光筒 D．①凸透镜②单缝③双缝 【答案】D 【详解】凸透镜对光有会聚作用，光源后面要有凸透镜、单缝、双缝，则①是凸透镜，②是单缝，③是双缝，遮光筒可防止外界光干扰实验，④是遮光筒。故选D。 2．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 【答案】D 【详解】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。 3.利用图示装置研究双缝干涉现象并测量光的波长，下列说法中正确的有（　　） A．实验装置中的①②③元件的中心大致位于遮光筒的中心轴线上 B．将滤光片由紫色换成红色，干涉条纹间距变宽 C．将双缝换为间距更小的双缝后，干涉条纹间距变宽 D．测量过程中误将5个条纹间距数成6个，波长测量值偏大 【答案】ABC 【详解】A．实验装置中的①②③元件的中心大致位于遮光筒的中心轴线上，选项A正确； B．根据可知，将滤光片由紫色换成红色，红光波长大于紫光，则干涉条纹间距变宽，选项B正确； C．根据可知，将双缝换为间距更小的双缝后，干涉条纹间距变宽，选项C正确； D．测量过程中误将5个条纹间距数成6个，测得的条纹间距变小，则根据波长测量值偏小，选项D错误。故选ABC。 4.物理兴趣小组的同学们用双缝干涉测量光的波长，实验装置如图甲所示。 (1)图甲中，双缝是 （填“A”或“B”）； (2)当分划板的中心刻线对准某亮条纹中心时，手轮示数如图乙所示，其读数为 mm； (3)若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，分划板在图中两处位置时，手轮的读数分别为，则单色光的波长 。 【答案】(1)B(2)7.870(3) 【详解】（1）图甲中，按照实验器材安装顺序，单缝是A，双缝是B； （2）手轮读数为 7.5mm+37.0×0.01mm=7.870mm （3）条纹间距为 根据 可得 5.（2024·河北·高考真题）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1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： 单色光类别 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 （填“红光”或“绿光”）。 【答案】绿光 【详解】根据，可得 由图表带入数据可知 故 则 已知绿光的波长小于红光波长，则单色光1是绿光。 6.（2022·海南·高考真题）在用双缝干涉测量光的波长的实验中，如图所示，则： ①a、b分别是（　　） A．单缝和双缝   B．双缝和单缝   C．单缝和单缝   D．双缝和双缝 ②如果双缝间距是d，双缝到毛玻璃的距离是L，第一条亮纹到第六条亮纹间距是x，则光的波长是 。（用x、d、L表示） 【答案】 A 【详解】①[1]由双缝干涉原理可知，先用滤光片得到单色光，然用单缝得到细长的光源，最后用双缝得到两束相干光，故a、b分别单缝和双缝。 故选A。 ②[2]第一条亮纹到第六条亮纹间距是x，则相邻亮条纹间距为 根据可得光的波长是 知识梳理与关联 方法与能力提升 疑问与拓展 自我评估 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $