5.2 科学测量：用双缝干涉测光的波长 课件 -2025-2026学年高二上学期物理鲁科版选择性必修第一册

High School Physics 滤光片 经历实验过程，能分析双缝干涉条纹的信息，测得光的波长 会用测量头测量亮条纹的间距 03 02 了解实验装置，知道实验原理 01 重点 难点 1.干涉条件：频率相同、振动情况相同的光 3.条纹间距： λ 意义：λ--照射光的波长、d--双缝间距、l--屏到双缝间距离 2.明暗条件 n=0、1、2、3…… 明纹： 暗纹： n=0、1、2、3…… 知识回顾 同学们，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？ 观察与思考 一、实验目的 1.用双缝干涉实验装置测量光的波长 λ 双缝 屏幕 滤光片 遮光筒 毛玻璃屏 核心知识 一、实验目的 2.学习测量微小距离的方法 核心知识 二、实验器材 光具座(毫米刻度尺)、双缝干涉仪(由光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头等组成)、学生电源。 单缝 双缝 核心知识 遮光筒 毛玻璃屏 分划板 目镜 手轮 螺旋测微器 核心知识 滤光片 遮光筒 毛玻璃屏 l λ=Δy 三、实验原理与设计 第1条a1 第n条a2 相邻条纹间距Δy= 核心知识 1.把各光学元件装配好。 光源 单缝 双缝 遮光筒 拨杆 测量头 各光学元件中心共轴 四、实验步骤 核心知识 2.先观察光屏上的白光干涉条纹的特点。 核心知识 再给光源加上不同的滤光片，观察条纹的变化。 滤光片 3.记下双缝间的距离d，测量并记录双缝到光屏的距离l。 光源 单缝 双缝 遮光筒 拨杆 测量头 d l 核心知识 转动手轮 a1 第1个 a2 第n个 注意：一次测量中不要反向旋转 4.转动手轮 核心知识 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。 双缝干涉（红光） d l x1 x2 a λ d1= l1 l1 l2 d2= l1 l1 l2 核心知识 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？ 答案　|| 第1条a1 第n条a2 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？ (1)看不到图样或图样较暗； (2)条纹不清晰。 原因：单缝、双缝的放置方向不平行。 原因：光源、透镜、遮光筒不共轴。 思考与讨论 六、误差分析 1.测双缝到屏的距离l带来的误差 提示：用毫米刻度尺多次测量求平均值。 问题：如何减小l 的测量误差？ 核心知识 六、误差分析 2.测条纹间距Δy带来的误差 提示：(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。 问题：如何减小相邻条纹间距Δy的测量误差？ 核心知识 七、注意事项 1.双缝干涉仪是比较精密的仪器，应轻拿轻放，不要随便拆卸遮光筒、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。 单缝 双缝 平行 5~10cm 拨杆 核心知识 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。 核心知识 拓展学习（选用） 1.(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)；  滤光片 单缝 双缝 增大双缝到光屏间的距离 例题 (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 例题 (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 例题 (1)根据双缝干涉实验原理可知②③④分别是滤光片、单缝、双缝； 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； (2)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， 相邻两亮条纹的间距是Δy==1.610 mm。 (3)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。 2.(2025·福州市高二期末)在“用双缝干涉测光的波长”实验中，将实验仪器按要求安装在光具座上，如图甲所示。 (1)以下说法正确的是　　。  A.如发现条纹不清晰，可通过拨杆调节，使单缝与双缝平行 B.换用间距较小的双缝，目镜中观察到的亮条纹个数将增多 C.如把红色滤光片换成蓝色滤光片，则屏上的条纹数会变少 D.若取下红色滤光片，则观察不到干涉条纹 A 例题 (3)如图丙所示，若测得第1条暗条纹中心到第5条暗条纹中心之间的距离为x，双缝间距为d，双缝到屏的距 离为l，则单色光的波长λ=　　(用d、l、x表示)。  (4)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，如图丁所示，则在这种情况下测量干涉条纹的间距Δx时，真实值　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)测量值。  小于 (2)某次测量时，手轮上的示数如图乙所示，其示数为　　 　mm。  0.820 (1)如发现条纹不清晰，可通过拨杆调节，使单缝与双缝平行，故A正确； 换用间距较小的双缝，则双缝间距d减小，可知相邻条纹间距变大，故目镜中观察到的亮条纹个数将减少，故B错误； 如把红色滤光片换成蓝色滤光片，因蓝光波长较小，根据Δx=λ，可知条纹间距减小，则屏上的条纹数会变多，故C错误； 若取下红色滤光片，在毛玻璃屏上观察到的是白光(复色光)的干涉条纹，因此观察到的彩色条纹，故D错误。 (2)由题图可知手轮的示数为0.5 mm+0.01×32.0 mm=0.820 mm。 (3)测得第1条暗条纹中心到第5条暗条纹中心之间的距离为x，则相邻暗条纹间距Δx=，根据Δx=λ，可知单色光的波长λ=Δx=。 (4)如果测量头中的分划板中心刻度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Δx时，条纹间距测量值将偏大，即真实值小于测量值。 3.用光传感器进行双缝干涉的实验，如图甲所示是实验装置图。 (1)下列关于本实验的操作与叙述正确的是　　。  A.干涉图像中，相邻两个波峰之间的距离即相邻两条 　亮条纹中心的间距 B.双缝挡板不动，下移光源，使之更靠近刻有双缝 　的挡板，则干涉条纹间距减小 C.光源不动，下移双缝挡板，使之更靠近光传感器，则干涉条纹间距不变 D.减小双缝间距，干涉条纹间距也减小 A 例题 (2)在不改变双缝的间距和双缝到光传感器的距离的前提下，用红光和绿光做了两次实验，如图中的乙、丙分别对应这两次实验得到的干涉图像，红光的图像是　　　(选填“乙”或“丙”)。  丙 例题 (1)相邻两个波峰之间的距离即相邻两条亮条纹中心的间距，A正确； 根据双缝干涉条纹的间距公式Δx=λ知，若下移光源，干涉条纹间距不变，B错误；光源不动,下移双缝挡板，使之更靠近光传感器，即减小双缝与光传感器间距离，根据双缝干涉条纹的间距公式Δx=λ知,干涉条纹间距会减小，C错误；减小双缝间距，根据双缝干涉条纹的间距公式Δx=λ知，干涉条纹间距增大，D错误。 (2)由Δx=λ可知，波长越长，条纹间距越大，故红光的图像是丙。 本 课 结 束 Keep Thinking! Lavf59.27.100 Lavf58.12.100 $今天为大家示范的实验室用双缝干涉测量光的波长。本次实验我们将通过以下环节来测量光的波长。一安装实验器材并调整。二观察白光和单色光的干涉图样。三应用公式计算出单色光的波长。在实验中我们需要用到以下实验器材，双缝干涉、实验仪、学生电源。双缝干涉实验仪主要由以下部分组成，光具座、光源。凸透镜。逆光。片、双凤。三风管。遮光。筒、加长。管、测量。头。接下来开始安装。把两个半圆形。支架固定在光具座的滑块上，使两个支架。等高。再把遮光管架在支架上。安装。光源。使光源与遮光管等高。连接。电源。电压调整到6伏，打开开关，安装凸透镜。是凸透镜与遮光管等高。在遮光管的左端装上双缝，双缝间距D等于0.25毫米，记录下来用于测量单色光波长。在双缝外面套上单缝管。拧紧螺丝。调整位置。使光聚集。在丹凤中部。遮光管另一端装上加长管。将测量头安装在遮光管的右端。使得测量头内三根垂直方向的分化线与干涉条纹平行，这样我们就安装完成了。边观察边左右拨动丹凤管上的拨杆，使单双凤平行，直至看到最清晰的干涉条纹。可以看到中央为白色亮条纹，两边是明暗相间且不同间距的彩色条纹。在光源和丹凤间放置红色的滤光片。观察光屏可以看到明暗相间、亮度均匀的红色条纹，且条纹间距相等。取下红色滤光片，换上绿色的滤光片。再观察光屏，可以看到明暗相间、亮度均匀的绿色条纹，且条纹间距相等。在丹凤和光源间放上红色的滤光片，转动测量头手轮，使分划板的中心刻度线与某条亮条纹的中央对齐。读出游标尺的读数为一等于9.62毫米。转动手轮，使分划板中心刻度线向右移至第三条亮条纹的中央，此时游标尺的读数A2等于13.30毫米。N这两条纹间的距离为A等于A2减A1，N等于3。相邻两亮条纹兼具delt，x等于A2减A1除以N减一等于13.30毫米减9.62毫米除以3减1等于1.84毫米。已知说明书中的双缝到屏的距离L等于700毫米，双缝间距D等于0.25毫米，delta x等于1.84毫米。代入公式，红光的波长拉姆达等于B乘delt x除以L等于0.25毫米乘1.84毫米除以700毫米等于零点00065714毫米，等于657.14纳米。换上绿色的滤光片重复实验，转动测量头手轮，使分划板的中心刻度线与某条亮条纹的中央对齐。读出游标尺的读数为E等于9.00毫米，转动手轮，使分划板中心刻度线向右移至第三条亮条纹的中央。此时游标尺的读数A2等于11.90毫米。按各亮条纹间的距离为A等于A2减A1N等于3。相邻两亮条纹。间距DRX等于A2减A1除以N减一等于11.90毫米减9.00毫米除以3减1等于1点四五毫米。已知说明书中的双凤大屏的距离L等于。700毫米. 双缝间距D等于0.25毫米，delta x等于1点四五毫米。代入公式，绿光的波长拉姆达等于D乘delt x除以L等于0.25毫米，乘1点四五毫米除以700毫米等于零点00051786毫米，等于517.86纳米。采用累计法测N调亮纹的间距时，增大N的值，即可减小在测量条纹间距delt x时的误差。实验结束后，要记得关闭电源，并将有关实验用品整理好。 今天为大家示范的实验室用光传感器做双缝干涉的实验。在之前的实验中我们观察了双缝干涉的条纹图样，但是对光的强度分布还没有很好的记录。那么我们就利用光强分布测试仪记录双缝干涉的光强分布规律。如何用光强分布测试仪记录双缝干涉的光强分布？本次实验我们将通过以下几个环节来探究。一了解光强分布测试仪的构造。二测量干涉条纹的光强分布。在实验中我们需要用到以下实验器材，光强分布测试仪。先让我们了解一下光强分布测试仪的结构。光强分布测试仪由半导体激光器。电源、半导体激光器。双凤。片光学。导轨、一维光强测量装置、数字检流计等组成。在使用光强分布测试仪前，需要了解光强分布测试仪的工作原理。接通电源后，半导体激光器的激光通过装载片上的双缝后发生干涉，干涉的条纹投射到一维测量装置的光电探头上，通过数字检流计来检测点光源强度。我们打开半导体激光器的电源，把双缝片安装在滑座上。调节滑座的水平和垂直位置，直到激光透过双缝片在光电探头上呈现出干涉图样。我们打开数字检流计并。进行调0。调节光电探头的旋钮，使可调狭缝露出一个缝隙。平视，意为光强测量装置上的标志。并调节一维光强装置鼓轮，直到把光电探头的缝隙调节到干涉图样某个暗纹位置记录。此时亦为光强测量装置上标尺读数以及数字检流计上电流读数。转动意为光强测量装置鼓轮，使得接收器沿干涉图样展开方向单向平移一枚0.5毫米的位移，对干涉图样的光强进行逐点测量记录。此时亦为光强测量装置上标尺读数以及数字检流计上电流读数。根据以上的方式，我们共测得46组实验数据，并将结果记录下来。画出相对位置与数字检流计读数的折线图，得到双缝干涉的光强分布曲线。在误差范围内，根据光强分布曲线，我们知道双缝干涉图样中干涉条纹为等间隔明暗相间的条纹。误差分析，一、激光电源的稳定性会导致误差，当实验条件电压不稳定时，可以加装交流电子稳压电源。2、环境光线也会导致实验误差，所以实验环境应降低室内环境光线，减小误差。注意事项，一、测量过程中要防止回程误差及测量开始时应将鼓轮按原方向转几圈才开始读数测量。测量过程中鼓轮只能沿一个方向旋转，一旦反转数据无效，需重新调整再开始读数。2、激光器光强极高，切勿直射眼睛及光电接收器。实验结束后，要将实验器材整理好。