5.2 第2节　科学测量：用双缝干涉测光的波长-【正禾一本通】2025-2026学年高二物理选择性必修第一册同步课堂高效讲义教师用书（鲁科版）

本讲义聚焦“用双缝干涉测光的波长”实验，核心围绕条纹间距公式Δy = lλ/d，前承光的干涉条件（相干光源获取），后接光的波动性认知，通过器材装配、条纹测量等步骤构建完整探究支架。 资料以科学探究为核心，细化共轴调节、累积法测Δy等操作规范培养严谨态度，结合例题强化螺旋测微器读数、公式推导等数据处理提升科学思维，课中辅助教师突破实验重难点，课后分层练习助力学生巩固误差分析与结论推导，有效落实核心素养。

第2节　科学测量：用双缝干涉测光的波长 一、实验目的 1.用双缝干涉实验装置测量光的波长。 2.学习测量微小距离的方法。 二、实验器材 　光具座、双缝干涉仪[由光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头(如图)组成]、学生电源。 三、实验原理与设计 　根据双缝干涉的条纹间距公式可得λ＝Δy，分别测量d、l和Δy，可求得光波波长。条纹的间隔太密，直接测量相邻条纹间距误差较大。请想一想，如何较准确地测量出相邻两条亮条纹(或暗条纹)的间距？ 四、实验步骤 1.如图所示，在光具座上把各光学元件装配好。从遮光筒上取下双缝，打开电源，调节光源的高度，直到光 束能沿遮光筒的轴线射到毛玻璃屏的中心。放上单缝和双缝，使它们的距离为5～10 cm，并保持缝相互平行。注意各光学元件中心应大致位于遮光筒的轴线上。 2.观察光屏上的白光干涉条纹的特点。给光源加上不同的滤光片，看条纹的色彩、间距发生了什么变化，相邻亮条纹(或暗条纹)的间距是否相等。 3.记下双缝间的距离d和双缝到光屏的距离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。 5.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。 类型一　实验操作过程 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.测量头的分划板中心刻线要对准条纹的中心。 5.要多测几条亮条纹(或暗条纹)中心间的距离，再求Δy。 (1)如图所示，在“用双缝干涉测光的波长”实验中，光具座上的光学元件依次为①光源、②滤光片、③　　　　、④　　　　、⑤遮光筒、⑥光屏。其中，双缝的作用是：　　　　　　　。 (2)本实验的步骤有 ①调节单缝与双缝的间距为5～10 cm，并使单缝与双缝相互平行； ②按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上； ③取下遮光筒左侧的元件，打开光源，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮： ④用米尺测出双缝到屏的距离；用测量头(读数方法同螺旋测微器)测量数条亮纹间的距离； ⑤将测得的数据代入公式求出红光的波长。 以上步骤合理的顺序是　　　　。(只填步骤代号) 答案：(1)③单窄缝片　④双窄缝片　得到两个相干光源　(2)③②①④⑤ 解析：(1)根据实验的原理，光具座上放置的光学元件依次为：①光源、②滤光片、③单窄缝片、④双窄缝片、⑤遮光筒、⑥光屏。其中，双缝的作用是得到两个相干光源。 (2)实验的排列顺序应为③②①④⑤。 针对练.在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中。 (1)图1中的a、b、c三个位置对应的器材分别为　　　　。 A.滤光片、单缝、双缝 B.单缝、双缝、滤光片 C.双缝、单缝、滤光片 (2)该同学正确操作后观察到的干涉条纹如图2甲所示，转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对准a位置，手轮的读数如图2乙所示，此时手轮的读数为　　　　mm。 (3)已知双缝间距为d，双缝到毛玻璃屏的距离为l，分划板中心刻线对准a位置时手轮的读数记作y1，继续转动手轮，分划板中心刻线对准b位置时手轮的读数记作y2(y2＞y1)，则所测单色光的波长λ＝　　　　(用题中物理量符号表示)。 (4)为减小误差，该实验先测量n个亮条纹的间距，再求出相邻亮条纹间距Δy。下列实验采用了类似方法的有　　　　。 A.“用单摆测量重力加速度的大小”的实验中单摆周期的测量 B.“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中合力的测量 C.“探究弹簧弹力与形变量的关系”的实验中弹簧的形变量的测量 答案：(1)C　(2)15.575　(3)　(4)A 解析：(1)题图1中的a、b、c三个位置对应的器材分别为双缝、单缝、滤光片。故选C。 (2)手轮的读数为 15.5 mm＋7.5×0.01 mm＝15.575 mm。 (3)条纹间距Δy＝，根据Δy＝λ，可得λ＝。 (4)为减小误差，该实验先测量n个亮条纹的间距，再求出相邻亮条纹间距Δy，本实验采用的是累积放大测量取平均值。A选项是测量至少30次全振动的周期然后取平均值，用的是累积放大测量取平均值；B选项采用的是等效思想；C选项采用多次测量求平均值的方法。故选A。 类型二　数据分析 1.列d、l、Δy数据收集表 实验次数 双缝间的距离d 双缝到光屏的距离l 相邻条纹的平均间距Δy 2.实验结论：通过实验数据求得光的波长。 某同学通过双缝干涉实验测量发光二极管(LED)发出光的波长。图甲为实验装置示意图，双缝间距d＝0.450 mm，双缝到毛玻璃屏的距离l＝365.0 mm，实验中观察到的干涉条纹如图乙所示。 当分划板中心刻线对齐第1条亮条纹中心，手轮上的读数为y1＝2.145 mm；当分划板中心刻线对齐第5条亮条纹中心，手轮上的读数为y5＝4.177 mm。完成下列填空： (1)相邻两条亮条纹间的距离Δy＝　　　　mm。 (2)根据　　　　可算出波长(填正确答案标号)。 A.λ＝ B.λ＝Δy 　C.λ＝ 学生用书⬇第96页 (3)则待测LED发出光的波长为λ＝　　　　nm(结果保留3位有效数字)。 答案：(1)0.508　(2)B　(3)626 解析：(1)相邻两条亮条纹间的距离为Δy＝＝ mm＝0.508 mm。 (2)根据相邻两条亮条纹间的距离与光的波长关系Δy＝λ可得波长为λ＝Δy。故选B。 (3)待测LED发出光的波长为λ＝Δy＝×0.508×10－3 m≈6.26×10－7 m＝626 nm。 针对练.用某种单色光做双缝干涉实验时，已知双缝间的距离d＝0.20 mm，双缝到毛玻璃屏间的距离L＝75.0 cm，如图甲所示，实验时先转动如图乙所示的测 量头上的手轮，使与游标卡尺相连的分划线对准如图丙所示的第1条明条纹，此时卡尺的主尺和游标尺的位置如图戊所示，则游标卡尺的读数y1＝　　　　mm，然后再转动手轮，使与游标卡尺相连的分划线向右边移动，直到对准第5条明条纹，如图丁所示，此时卡尺的主尺和游标尺的位置如图己所示，则游标卡尺的读数y2＝　　　　mm，由以上已知数据和测量数据，该单色光的波长是　　　mm。 答案：0.3　9.6　6.2×10－4 解析：图戊的示数主尺为0 mm；游标尺的第3刻度与上面对齐，读数为0.1×3 mm＝0.3 mm，总读数为0.3 mm；图己的示数主尺为9 mm，游标尺的第6刻度与上面对齐，读数为0.1×6 mm＝0.6 mm，总读数为9.6 mm。根据Δy＝λ得，λ＝＝ mm＝6.2×10－4 mm。 1.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。 (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)在狭缝间的距离和狭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”)。 答案：(1)越大　(2)越大　(3)小 解析：(1)根据Δy＝λ知，d越小，Δy越大； (2)l越大，Δy越大； (3)红色光的波长长，蓝色光的波长短，根据Δy＝λ知，用蓝色光照射条纹间距比用红色光小。 2.在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，将实验器材按要求安装在光具座上，如图所示。在实验前已获知的数据有：双缝的间距为d，双缝到屏的距离为L。 (1)为了达到实验目的，根据已标明的实验器材，可判断出M处的实验器材是　　　　。 (2)分别选用红色和蓝色滤光片做实验，得到的干涉图样是四幅图中的两幅。则用红色滤光片做实验得到的干涉图样是其中的　　　　。 (3)经测量，红光干涉相邻两条亮条纹间的距离为Δy，请据此写出能够反映红光波长大小的表达式λ＝　　　　。 (4)该实验中L＝700 mm，已知d的数量级为10－4 m，相邻两条亮条纹间距的数量级为10－3 m，由此可推断红光的波长数量级约为　　　　m。 A.10－3　 B.10－5 C.10－7 D.10－9 答案：(1)单缝　(2)A　(3)d　(4)C 解析：(1)为获取单色线光源，白色光源后面要有滤光片、单缝，然后让单色线光源通过双缝在光屏上形成干涉图样，M处的实验器材是单缝。 (2)干涉图样应是间距相等，明暗相间的条纹，由于红光的波长大于蓝光的波长，根据Δy＝λ可知，红光的干涉图样的明暗相间的条纹更宽，故A项与题意相符，B、C、D项与题意不相符。 (3)根据Δy＝λ得，红光波长的表达式λ＝d。 (4)根据λ＝d知，λ＝ m≈1.4×10－7 m 故A、B、D项与题意不相符，C项与题意相符。 学生用书⬇第97页 3.图甲为利用双缝干涉仪测量单色光波长的实验装置，已知双缝间距为d，双缝到光屏的距离为L。小明同学在实验过程中，用某种单色光进行实验得到的干涉条纹如图乙所示，请回答下列问题： (1)将测量头的分划板中心刻线分别与A、B两条亮纹的中心对齐，A位置对应的读数为yA，B位置对应的读数为yB(yA＜yB)，则相邻亮纹间距表示为Δy＝　　　　。 (2)该单色光的波长可表示为λ＝　　　　(用L、d、Δy表示，Δy的结果不用代入表达式)。 (3)关于实验过程的具体操作，以下说法正确的是　　　　。 A.实验中发现条纹太密，可通过调换滤光片用波长更长的可见光作为入射光 B.若双缝间距测量值偏大，则波长的测量值偏大 C.减小双缝间距，测得相邻条纹间距变小 D.在测量条纹间距时，若条纹数少记录一条，则波长的测量结果偏小 答案：(1)　(2)　(3)AB 解析：(1)结合题图乙可知，相邻亮纹间距表示为Δy＝。 (2)根据双缝干涉条纹间距公式有Δy＝λ，单色光的波长可表示为λ＝。 (3)根据双缝干涉条纹间距公式Δy＝λ，实验中发现条纹太密，可通过调换滤光片用波长更长的可见光作为入射光，从而增大双缝干涉条纹间距，故A正确；由(2)可知单色光的波长可表示为λ＝，若双缝间距测量值偏大，则波长的测量值偏大，故B正确；根据双缝干涉条纹间距公式，减小双缝间距，测得相邻条纹间距变大，故C错误；在测量条纹间距时，若条纹数少记录一条，Δy偏大，则波长的测量结果偏大，故D错误。故选AB。 学科网（北京）股份有限公司 $