4.4 实验：用双缝干涉测量光的波长 课件-2026-2027学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

该高中物理课件聚焦“用双缝干涉测量光的波长”实验，核心围绕Δx = Lλ/d原理及λ = dΔx/L计算，通过“怎样得到干涉条纹”“需测哪些量”等思考问题导入，衔接光的干涉知识，为实验操作与数据处理搭建学习支架。 其亮点在于以科学探究为主线，原理推导体现科学思维，步骤含共轴调节、多条纹测量等关键操作，误差分析及问题解决培养科学态度。典例结合数据处理实例，助学生掌握波长计算，提升实验能力，教师可直接用于教学，提高效率。

第四章 《光》 第4节 《实验：用双缝干涉测量光的波长》 《选择性必修第一册》（人教版） 干涉条纹与光的波长之间的关系 波长为的单色光照射到双缝上。两缝中心间距为d，两缝S1、S2的中垂线与屏的交点为P0，双缝到屏的距离为OP=l。 对于屏上与P0的距离为x的一点P1，两缝与P1的距离分别为r1、r2，且dl 亮纹条件： 相邻两条亮条纹或暗条纹的中心间距是： 一、实验原理 单色光通过单缝后，经双缝产生稳定干涉图样，图中相邻两条亮纹间距△x、双缝间距d、双缝到屏的距离L、单色光的波长λ满足： 一、实验原理 1、怎样才能得到双缝干涉条纹? 2、测量波长需要测量哪些量?需要用什么器材测量? 3、怎样增大(或减小)亮条纹的宽度? 4、换用不同颜色的滤光片进行实验，干涉条纹间的距离怎样变化? 5、实验过程中应记录的数据有哪些? 6、白光的干涉条纹有什么特点?用白光实验时会存在什么问题? 思考 双缝干涉仪(由光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头组成)、学生电源、导线、刻度尺． 二、实验器材 光源 滤光片 双缝 遮光筒 毛玻璃 单缝 测量头 凸透镜 ? 三、实验步骤 1、如图，把长约1m的遮光筒水平放在光具座上，筒的一端装有双缝，另一端装有毛玻璃屏； 2、取下双缝，打开光源，调节光源高度，使它发出的光沿遮光筒轴线照亮屏(中心在同一高度); 3、装好单缝和双缝(缝沿竖直方向)，调节透镜，使灯丝的像成在单缝上，调节单、双缝，使缝平行，这时在屏上会看到白光的干涉图样； 光源 滤光片 单缝 双缝 遮光筒 屏 透镜 三、实验步骤 4、在单缝和光源间放上红色滤光片，观察红光干涉图样； 5、调节测量头，使分划板中心刻线与左端某条(记为第1条)亮纹中心对齐，记下此时测量头刻度a1，将测量头朝右端移动，记下第 n 条亮纹中心位置a2；则第1条亮纹与第 n 条亮纹中心间距为a=a2—a1，则相邻亮纹间距为： 15 20 5 10 0 20 25 15 第1条时读数 第4条时读数 15 20 5 10 0 30 35 40 45 7 Δx Δx Δx Δx Δx 红光 第一条亮纹 第一条暗纹 第一条暗纹 第二条暗纹 第三条暗纹 第二条暗纹 第三条暗纹 第三条亮纹 第二条亮纹 第三条亮纹 第二条亮纹 第1条 第7条 6、已知双缝间的距离d，测出双缝到屏的距离L，由 ，计算红光的波长。 （1）调单缝与双缝间距为几厘米时，观察白光的干涉条纹. （2）在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹. （3）调节测量头，使分划板中心刻度线对齐第1条亮条纹的中心，记下手轮上的读数x1，转动手轮，使分划板向一侧移动，当分划板中心刻度线与第n条相邻的明条纹中心对齐时，记下手轮上的刻度数x2，则 相邻两条纹间的距离 （4）换用不同的滤光片，测量其他色光的波长. 观察与记录 刻度尺 螺旋测微器或游标卡尺 实验演示 四、注意事项 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. 一、照在毛玻璃屏上的光很弱或不亮; 实验中常会出现以下三种情况: 原因：灯丝与单缝、双缝，或测量头与遮光简不共轴， 解决办法：实验前先取下单缝和双缝，打开光源，调节光源的高度和角度，使它发出的光沿着遮光筒的轴线把屏照亮，然后放好单缝和双缝。 解决办法：通过转动遮光筒使条纹与分划板刻线平行。 原因：单缝与双缝不平行所致， 解决办法：耐心仔细地调节拨杆，使单缝和双缝平行，以达到最佳效果。 二、干涉条纹不清晰; 三、干涉条纹与分划板刻线不平行。 五、误差分析 1．(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． 2．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． 红光的条纹间距最大，紫光的最小。 1．红光的波长最长，紫光的波长最短 2．波长越长，频率越小，波长越短，频率越大 （光速=波长×频率） 3．光的颜色由频率决定 在其他条件不变的情况下，不同颜色的光，条纹间距不同。 例1. 某同学利用双缝干涉实验装置测定某一光的波长，已知双缝间距为d，双缝到屏的距离为L， 将测量头的分划板中心刻线与某一亮条纹的中心对齐，并将该条纹记为第一亮条纹，其示数如图所示，此时的示数x1= mm。然后转动测量头，使分划板中心刻线与第n亮条纹的中心对齐，测出第n亮条纹示数为x2。由以上数据可求得该光 的波长表达式λ= （用给出的字母符号表示）。 0.776 0 25 30 20 35 mm 典例分析 —— 实验过程和数据处理 例2．（多选）在杨氏双缝干涉实验中，如果（ ） A.用白光作为光源， 屏上将呈现黑白相间的条纹 B.用红光作为光源， 屏上将呈现红黑相间的条纹 C.用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色条纹 D.用紫光作为光源，遮住其中一条狭缝，屏上将呈现间距不等的条纹 BD 解析：白光作杨氏双缝干涉实验，屏上将呈现彩色条纹，A错 用红光作光源，屏上将呈现红色两条纹与暗条纹（即黑条纹）相间，B对； 红光和紫光频率不同，不能产生干涉条纹，C错；紫光作光源，遮住一条狭缝，屏上出现单缝衍射条纹，即间距不等的条纹，D对。 典例分析 —— 实验过程和数据处理 例3.在“用双缝干涉测光的波长” 的实验中，装置如图，双缝间的距离d=3mm （1）若测定红光的波长，应选用 色的滤光片，实验时需要测定的物理量有： 和 。 红 双缝到屏的距离L n条条纹间距a 光源 滤光片 单缝 双缝 遮光筒 屏 典例分析 —— 实验过程和数据处理 （2）若测得双缝与屏之间距离0.70m，通过测量头（与螺旋测微器原理相似，手轮转动一周，分划板前进或后退0.500mm）观察第1条亮纹的位置如图（a）所示，观察第5条亮纹的位置如图（b）所示，则可求出红光的波长= m.（保留一位有效数字） 0 10 15 20 0 40 0 10 1 2 3 4 5 图（a） 图（b） 7×10-7 典例分析 —— 实验过程和数据处理 由读数得 则 课堂练习 ③②①④⑤ 5．某同学在《用双缝干涉测光的波长》的实验中，实验装置如图所示。使用的双缝的间距为0.025cm。实验时，屏与双缝之间距离需要测量，已知入射光的波长λ为500nm。则： （1）先调节______和_______的中心位于遮光筒的中心轴线上，并使_________和_______竖直且互相平行。 光源 双缝 单缝 双缝 光源 滤光片 单缝 双缝 遮光筒 屏 （2）当屏上出现了干涉图样后，通过测量头观察第1条亮纹的位置如图a所示，第5条亮纹位置如图b所示，则双缝与屏的距离为 mm 594 光源 滤光片 单缝 双缝 遮光筒 屏 已知双缝的间距d=0.025cm,波长λ=500nm, 读数a=a2-a1=(5.880-1.128)mm 实验小结 谢谢观看 物理量的测量 1．l的测量：双缝到屏的距离l可以用________测出． 2．Δx的测量：相邻两条亮条纹间的距离Δx需用 ________________测出． 两种测量头 收集数据填入下表(Δx由Δx＝eq \f(a,n－1)求出) 根据λ＝eq \f(d,l)Δx算出波长 双缝　 得到两个相干光源 1、(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：__________. 单缝 (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取下遮光筒右侧的元件，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光的波长． 以上步骤合理的顺序是________．(只填步骤代号) 2．用双缝干涉实验装置得到白光的干涉条纹，在光源与单缝之间加上红色滤光片后(　　) A．干涉条纹消失 B．彩色条纹中的红色条纹消失 C．中央条纹变成暗条纹 D．中央条纹变成红色 答案：D 3．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． 越大 小 解析：(1)根据Δx＝ eq \f(l,d) λ知，d越小，Δx越大； (2)l越大，Δx越大； (3)红色光的波长长，蓝色光的波长短，根据Δx＝eq \f(l,d) λ知， 用蓝色光照射条纹间距比用红色光小． (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”)． 越大 解析：(1)Δx＝eq \f(λl,d)，因为Δx越小，目镜中观察到的条纹数越多， 将单缝向双缝靠近，对条纹个数无影响，A错误； 如l减小，则条纹个数增多，B正确，C错误； 若d减小，则条纹个数减少，D错误． 4．某同学利用图示装置测量某种单色光的波长．实验时，接通电源使光源正常发光；调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹．回答下列问题： (1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可______． A．将单缝向双缝靠近 B．将屏向靠近双缝的方向移动 C．将屏向远离双缝的方向移动 D．使用间距更小的双缝 B 630 解析：(2)相邻两条暗条纹之间的距离是Δx0＝eq \f(Δx,n－1)， 由公式得Δx0＝eq \f(l,d)λ，所以λ＝eq \f(Δxd,n－1l). (3)把各数据代入波长公式，有： λ＝eq \f(0.300×10－3×7.56×10－3,3×1.20) m＝6.30×10－7 m＝630 nm. (2)若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，测得第1条暗条纹 到第n条暗条纹之间的距离为Δx，则单色光的波长λ＝________. (3)某次测量时，选用的双缝的间距为0.300 mm，测得屏与双缝间的距离为1.20 m，第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56 mm.则所测单色光的波长为______nm(结果保留3位有效数字)． eq \f(Δxd,n－1l) $