4.第4节 实验：用双缝干涉测量光的波长-【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（人教版）

本高中物理讲义聚焦“用双缝干涉测量光的波长”实验，系统梳理实验原理（基于λ=Δx*d/l）、器材组成（光具座、光源、滤光片等）、物理量测量（l和Δx的测量，含累积法测Δx）及误差分析，构建从原理到操作再到数据处理的完整学习支架。 该资料以科学探究为主线，明确器材作用与问题成因，结合典例（测量头读数、波长计算）及创新实验（洛埃镜），渗透科学思维与科学态度，课中助教师引导实验，课后通过练习帮学生巩固，查漏补缺。

第4节　实验：用双缝干涉测量光的波长 [学习目标] 一、实验器材 如图所示为双缝干涉仪，即光具座、光源、透镜、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头。另外还有学生电源、导线、刻度尺等。 二、实验思路 光源发出的光经滤光片(装在单缝前)成为单色光，把单缝照亮，单缝相当于一个线光源，它又把双缝照亮，来自双缝的光在双缝右边的空间发生干涉。遮光筒的一端装有毛玻璃屏，可以在这个屏上观察到干涉条纹，并由λ＝Δx计算出光的波长。透镜的作用是使射向单缝的光更集中。 三、物理量的测量(双缝间的距离d已知) 1．l的测量：双缝到屏的距离l可以用刻度尺测出。 2．Δx的测量：相邻两条亮条纹间的距离Δx需用测量头测出。 (1)测量头的构成：分划板、目镜、手轮等。 (2)测量头的使用： ①使分划板的中心刻线与某一条亮条纹的中心对齐(如图)，记下此时手轮上的读数a1。 ②转动手轮，使分划板中心刻线与第n条亮条纹的中心对齐，再次记下手轮上的读数a2。 ③相邻两条亮条纹间的距离Δx＝。 四、进行实验 1．将光源、透镜、遮光筒、毛玻璃依次安放在光具座上。 2．接好电源，打开开关，使灯丝正常发光。 3．调节光源中心、单缝中心、双缝中心，使它们处在遮光筒的中心轴线上。 4．安装双缝和单缝，中心大致位于遮光筒的轴线上，使双缝与单缝的缝平行，这时可观察白光的双缝干涉条纹。 5．在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。 6．测量双缝到屏的距离l和相邻两条亮条纹间的距离Δx。 7．分别改变滤光片的颜色和双缝的距离，观察干涉条纹的变化，并求出相应的波长。, ►器材作用 透镜：使射向单缝的光更集中。 滤光片(装在单缝前)：使光源发出的光成为单色光。 单缝：得到线光源。 双缝：得到相干光。 遮光筒：避免光照发散。 目镜：装在测量头上，观察干涉条纹。 ►问题及成因 (1)照在像屏上的光很弱：灯丝与单缝、双缝、遮光筒不共轴线。 (2)干涉条纹不清晰：一般是单缝与双缝不平行。 ►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。 (3)测量头在使用时应使中心刻线对应着亮(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。 ►误差分析 1．误差来源 双缝到光屏的距离l和条纹间距Δx的测量不准确。 2．减少误差的方法 (1)l的测量：使用毫米刻度尺测量，可多测几次求平均值。 (2)Δx的测量：使用测量头测量，采用累积法、平均值法。 1．判断下列说法是否正确 (1)滤光片的作用是为了获得相干光源。(×) (2)若看不到干涉条纹，则可能是灯丝与单缝、双缝、遮光筒不共轴线。(√) (3)若仅将绿色滤光片改为红色滤光片，则屏上的干涉条纹间距将变窄。(×) 2．如图所示是“用双缝干涉测量光的波长”实验的装置。实验中： (1)观察到较模糊的干涉条纹，要使条纹变得清晰，值得尝试的是________。(单选) A．旋转测量头 B．增大单缝与双缝间的距离 C．调节拨杆使单缝与双缝平行 (2)要增大观察到的条纹间距，正确的做法是________。(单选) A．减小单缝与光源间的距离 B．减小单缝与双缝间的距离 C．增大透镜与单缝间的距离 D．增大双缝与毛玻璃屏间的距离 提示：(1)C　(2)D 教材原型实验技能 【典例1】 (2025·辽宁抚顺期末)某同学正在做“用双缝干涉测量光的波长”实验，实验装置如图甲所示，该同学正确安装实验器材，接通电源使光源正常工作，准备开始实验。 (1)M、N、P三个光学元件中，________(选填“M”“N”或“P”)是双缝。 (2)该同学通过测量头的目镜观察单色光的干涉图样时，观察到的图像如图乙所示，仔细观察发现干涉的亮条纹与分划板竖线未对齐，若要使两者对齐，该同学应________。 A．适当旋转透镜 B．适当旋转测量头 C．适当旋转单缝 (3)该同学正确调整装置后，某次手轮上的示数如图丙所示，其示数为________mm。 (4)如图丁所示，该同学通过测量头记录的亮条纹A和亮条纹B位置的读数分别为x1、x2，已知双缝的间距为d，N、P间的距离为L1，P和测量头间的距离为L2，则被测光的波长λ＝________(结果用x1、x2、L1、L2和d表示)。 解析：(1)M、N、P三个光学元件依次为滤光片、单缝、双缝。 (2)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。故选B。 (3)游标卡尺的分度值为0.05 mm，读数为 17 mm＋15×0.05 mm＝17.75 mm。 (4)亮条纹A和亮条纹B的间距为 5Δx＝x2－x1 结合条纹间距公式Δx＝λ 解得λ＝。 答案：(1)P　(2)B　(3)17.75　(4) 【典例2】 用双缝干涉测光的波长，实验装置如图甲所示。已知单缝与双缝间的距离L1＝100 mm，双缝与屏的距离L2＝700 mm，双缝间距d＝0.25 mm。用测量头来测量亮条纹中心间的距离，测量头由分划板、目镜、手轮等构成，转动手轮，使分划板左右移动，让分划板的中心刻线对准亮条纹的中心(如图乙所示)，记下此时手轮上的读数；转动手轮，使分划板中心刻线对准另一条亮条纹的中心，记下此时手轮上的读数。 (1)分划板的中心刻线分别对准第1条和第4条亮条纹的中心时，手轮上的读数如图丙所示，则对准第1条时读数x1＝2.190 mm、对准第4条时读数x2＝________mm。 (2)根据以上条件，可算出这种光的波长λ＝________ nm。(保留3位有效数字) (3)在双缝干涉实验中发现条纹太密，难以测量，下列操作中可以使条纹变稀疏的是________。 A．改用波长较短的光做入射光 B．增大双缝到屏的距离 C．减小双缝间距 D．增大双缝间距 解析：(1)分划板中心刻线对准第4条亮条纹中心时，读数x2＝7.5 mm＋37.0×0.01 mm＝7.870 mm。 (2)相邻亮条纹中心的间距Δx＝，根据Δx＝λ，得这种光的波长为λ＝Δx≈676 nm。 (3)根据Δx＝λ知，要使条纹变稀疏，可以增大双缝到屏的距离、减小双缝间距、增大入射光的波长，故选B、C。 答案：(1)7.870　(2)676　(3)BC 实验的改进与创新 除直接利用单缝、双缝获取相干光源外，还可以利用平面镜成像的对称性特点，获取两个等效的相干光源，这就是洛埃镜实验。 【典例3】 1834年，洛埃利用平面镜同样得到了杨氏双缝干涉的结果(称洛埃镜实验)。应用洛埃镜测量单色光波长的原理如下： 如图所示，S′是单缝S通过平面镜成的像，如果S被视为双缝干涉中的一个缝，S′相当于另一个缝。单色光从单缝S射出，一部分入射到平面镜后反射到光屏上，另一部分直接投射到屏上，在屏上两光束交叠区域里出现干涉条纹。 请回答下列问题： (1)以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮纹之间的距离________。 A．将平面镜稍向上移动一些 B．将平面镜稍向下移动一些 C．将光屏稍向右移动一些 D．将光源由红色光改为绿色光 (2)若光源S到平面镜的垂直距离和到光屏的垂直距离分别为h和D，光屏上形成的相邻两条亮条纹(或暗条纹)间距离为Δx，则单色光的波长λ＝________________。 (3)实验表明，光从光疏介质射向光密介质，会在界面发生反射，当入射角接近90°时，反射光与入射光相比，相位有π的变化，称为“半波损失”。已知h远小于D，如果把光屏向左平移到非常接近平面镜处，屏上最下方两束光相遇会相互________(选填“加强”或“减弱”)。 解析：(1)由双缝干涉条纹间距公式有Δx＝λ，若要增大条纹间距，可以增大D，即将光屏向右移动；减小d，即将平面镜稍向上移动一些；或者换用波长更长的单色光，如将光源由绿色改为红色。故选AC。 (2)由题意结合条纹间距公式有Δx＝λ，整理有 λ＝。 (3)如果把光屏移动到和平面镜非常接近，即相当于两者接触，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”，故直接射到光屏上的光和经平面镜反射的光相位差为π，光程差为半波长，所以两束光相遇会减弱。 答案：(1)AC　(2)　(3)减弱 (2025·山东威海期末)如图甲所示为用双缝干涉实验测量光的波长的实验装置。请回答以下问题。 (1)虚线框内从左向右的三个元件依次为________。 A．单缝、双缝、滤光片 B．单缝、滤光片、双缝 C．滤光片、单缝、双缝 (2)用测量头测量相邻两条亮条纹的间距时，先将测量头的分划板中心刻线与某亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮条纹，此时手轮上的示数如图乙所示，然后转动手轮，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丙所示，则相邻两条亮条纹的间距为______mm。(保留3位有效数字) (3)已知双缝间的距离d＝0.8 mm，双缝到光屏间的距离L＝1.60 m，则光的波长为______nm(保留整数)。 解析：(1)实验装置中，虚线框内从左向右放置的光学元件依次为滤光片、单缝、双缝。故选C。 (2)第1、6条亮条纹的读数为 x1＝1.5 mm＋20.5×0.01 mm＝1.705 mm x6＝9 mm＋15.0×0.01 mm＝9.150 mm 由题图可知，条纹间距 Δx＝≈1.49 mm。 (3)根据条纹间距公式Δx＝λ 代入数据可知λ＝＝745 nm。 答案：(1)C　(2)1.49　(3)745 学科网（北京）股份有限公司 $