4.5 用双缝干涉实验测定光的波长 课件 -2025-2026学年高二上学期物理粤教版选择性必修第一册

该高中物理课件围绕“用双缝干涉实验测定光的波长”，系统呈现实验目的、原理、器材及步骤，通过观察白光与单色光干涉图样，结合公式λ=dΔx/L，从器材组装到L、Δx测量构建学习支架，衔接光的波动性与实验操作知识。 其亮点是以实验探究为主线，通过例题（如测量头读数、条纹间距计算）培养科学思维（科学推理、模型建构）和科学探究能力（误差分析、数据处理），助学生掌握实验方法，教师可提升教学效率。

第五节　 用双缝干涉实验测定光的波长 [学习目标]　 一、实验目的 1.观察白光及单色光的双缝干涉图样. 二、实验原理 三、实验器材 如图所示为双缝干涉仪,即光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头、学生电源、导线、刻度尺等. 四、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可以用米尺测出. 2.Δx的测量:相邻两条明条纹间的距离Δx用测量头测出. (1)测量头的构成:分划板、目镜、手轮等. (2)使用:①使分划板的中心刻线与某一条明条纹的中心对齐,记下此时手轮上的读数x1. ②转动手轮,使分划板中心刻线与第n条明条纹的中心对齐,再次记下手轮上的读数x2. 五、实验步骤 1.将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上. 2.接好光源,打开开关,使灯丝正常发光. 3.调节各部件的高度,使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏. 4.安装双缝和单缝,中心大致位于遮光筒的轴线上,使缝相互平行,两者间距5～10 cm,这时可观察白光的干涉条纹. 5.在单缝和光源间放上滤光片,观察单色光的双缝干涉条纹. 6.测量双缝到屏的距离L和相邻两条明条纹间的距离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. 六、误差分析 1.光波的波长很小,Δx、L的测量误差对波长λ的影响很大. 2.在测量L时,一般用毫米刻度尺,如果可能,可多次测量,求平均值. 七、注意事项 1.双缝干涉仪是比较精密的仪器,应轻拿轻放,不要随便拆解遮光筒、测量头等元件. 2.滤光片、单缝、双缝、目镜等如有灰尘,应用擦镜纸轻轻擦去. 3.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,间距大约为5～10 cm. 4.测量头在使用时应使中心刻线对应着明(暗)条纹的中心. [例1] (实验原理及步骤)(2025·广东韶关期末)某学习小组要用双缝干涉测量某种单色光的波长,其实验装置如图所示. (1)为测量该单色光的干涉条纹宽度,各仪器安装位置如图所示,图中A为滤光片,B为　　 　　(选填“单缝”或“双缝”),C为　　 　 　(选填“单缝”或 “双缝”). 单缝 双缝 【解析】 (1)题图中A为滤光片,B为单缝,C为双缝. (2)在用双缝干涉实验装置观察双缝干涉条纹时: ①观察到较模糊的干涉条纹,可以调节拨杆使单缝和双缝　　 　　(选填 “垂直”或“平行”),从而使条纹变得清晰.  平行 【解析】 (2)①观察到较模糊的干涉条纹,可以调节拨杆使单缝和双缝平行,使条纹变得更清晰. ②要想增加从目镜中观察到的条纹个数,需将毛玻璃屏向　　　 　(选填“靠近”或“远离”)双缝的方向移动.  靠近 (3)下列图示条纹间距表示正确的是　　　　(填字母).  C 【解析】 (3)条纹间距是相邻两条明条纹或相邻两条暗条纹中央之间的距离,所以图示中条纹间距表示正确的是C. (4)在实验前已获知的数据有双缝间的距离d和双缝与毛玻璃屏之间的距离L,通过测量头观察到第N1条明条纹的读数为Y1,到第N2条明条纹的读数为 Y2,请写出计算该单色光波长的表达式λ=　　　　　　　.  [例2] (实验原理与数据分析)(2025·广东深圳段考)在“用双缝干涉测光的波长”的实验中,实验装置如图甲所示. (1)某同学以线状白炽灯为光源,对实验装置进行调节并观察了实验现象后,总结出以下 几点: A.灯丝、单缝和双缝之间放置无要求 B.干涉条纹的间距与双缝之间的距离无关 C.干涉条纹的间距与双缝到屏之间距离无关 D.干涉条纹的间距与光的波长有关 以上几点,你认为正确的是　　　　.(填字母)  D (2)当测量头中分划板的中心刻线对齐某条纹的中心时,手轮上的示数如图乙所示,该读数为　　　　 mm.  0.700 【解析】 (2)螺旋测微器的读数为0.5 mm+20.0×0.01 mm=0.700 mm. (3)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,如图丙所示,则在这种情况下测量干涉条纹的间距Δx时,测量值　　 　(选填“大于” “小于”或“等于”)实际值.  大于 【解析】 (3)如果测量头的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上,由几何关系知三角形中斜边最长,故干涉条纹的间距的测量值大于实际值. [例3] (实验操作与数据分析)(2025·广东广州期末) “用双缝干涉测光的波长”的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.用测量头来测量明条纹中心间的距离.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明条纹的中心(如图乙所示),记下此时手轮上的读数,转动测量头,使分划板中心刻线对准另一条明条纹的中心,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条明条纹的中心时,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.  7.870 【解析】 (1)分划板中心刻线对准第4条明条纹中心时,读数x2=7.5 mm+ 37.0×0.01 mm=7.870 mm. (2)根据以上条件,可算出这种光的波长λ=　　 　 　 nm(结果保留3位有效数字).  676 (3)在双缝干涉实验中发现条纹太密,难以测量,下列操作可以使条纹变稀疏的是　　　.  (多选) A.改用波长较短的光(如紫光)作入射光 B.增大双缝到屏的距离 C.减小双缝间距 D.增大双缝间距 BC [例4] (实验创新与拓展)(2025·广东东莞期末)在“观察光的干涉现象”的实验中,可以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,观察在光屏上出现的现象. (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”).  越大 (2)保持双缝的间隙不变,光屏到双缝的距离越大,屏上明暗相间的条纹间距 　　　　(选填“越大”或“越小”).  越大 (3)在双缝间的距离和双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”).  小 (4)在该实验中,若所用激光的波长为5.300×10-7 m,屏上P点距双缝S1和S2的路程差为1.855×10-6 m,则在这里出现的应是　 　 　(选填“明条纹”或 “暗条纹”).  暗条纹 【解析】 (4)屏上P点距双缝S1和S2的路程差为所用激光的波长的3.5倍,所以P点应出现暗条纹. 感谢观看 1.掌握用双缝干涉测定光的波长的原理和方法.(重点) 2.观察不同单色光的双缝干涉图样. 3.会用公式Δx=λ进行相关数据处理 .(难点) 2.掌握用公式Δx=λ测定单色光的波长的方法并能计算光的波长. 由公式Δx=λ可知,在双缝干涉实验中,d是双缝间距,是已知的,L是双缝到屏的距离,可以测出,那么,只要测出相邻两明条纹(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. ③相邻两条明条纹间的距离Δx=. 3.将L、d、Δx代入Δx=λ,求出光的波长λ,重复测量、计算,求出波长的平均值. 4.换用不同颜色的滤光片,观察干涉图样的异同,并求相应的波长. 3.测量Δx时,可采用“累积法”测量n条明条纹的间距,再求Δx=,采用多次测量求平均值的方法进一步减小误差. 【解析】 ②要想增加从目镜中观察到的条纹个数,则条纹间距应减小,根据条纹间距Δx=λ,可知需将毛玻璃屏向靠近双缝的方向移动. 【解析】 (4)第N1条明条纹的读数为Y1,第N2条明条纹的读数为Y2,则条纹间距Δx=, 根据Δx=λ,可得λ=. 【解析】 (1)在用单缝观察以线状白炽灯为光源的光的干涉现象时单缝必须与灯丝平行,这时干涉条纹与单缝平行,A错误;根据干涉条纹的间距公式Δx=λ可知,干涉条纹的间距与双缝之间的距离、双缝到屏之间的距离以及光的波长均有关,B、C错误,D正确. 【解析】 (2)相邻明条纹中心的间距Δx=,根据Δx=λ,得这种光的波长为λ=Δx≈676 nm. 【解析】 (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BC. 【解析】 (1)由公式Δx=λ可知,双缝间隙d越小,屏上明暗相间的条纹间距Δx越大. 【解析】 (2)由公式Δx=λ可知,光屏到双缝的距离L越大,明暗相间的条纹间距Δx越大. 【解析】 (3)由公式Δx=λ可知,因蓝色光的波长比红色光的波长小,故用蓝色光做实验时的条纹间距比用红色光做实验时小. $