第14章 光学-第2节 波动光学 实验_用双缝干涉实验测量光的波长 课件—2027届高考物理一轮复习

该高中物理高考复习课件聚焦“波动光学”专题，覆盖光的干涉、衍射和偏振、几何与波动光学综合应用（含色散）及实验测量光的波长四大高考核心考点，依据高考评价体系梳理了双缝干涉条纹间距计算、薄膜干涉应用、光的偏振现象分析等高频考查方向，通过近五年真题统计明确“双缝干涉计算”“光的色散定性分析”等常考题型，构建系统复习框架。 课件亮点在于“真题情境+素养导向”的备考设计，以2025年陕晋青宁双缝干涉真题为例，通过科学推理分析条纹间距与波长关系，培养学生模型建构能力，实验专题详解“测量头读数+数据处理”技巧，助力突破实验题得分瓶颈。教师可依托考点权重分布精准教学，学生通过典型题型变式训练提升应试能力，高效冲刺高考。

第14章 光学 第2节 波动光学 实验：用双缝干涉实验测量光的波长 1 考点一 光的干涉 考点二 光的衍射和光的偏振 考点三 几何光学与波动光学的综合应用 光的色散 考点四 实验：用双缝干涉实验测量光的波长 2 考点一 光的干涉 3 1.光的干涉 （1）定义：在两列光波叠加的区域，某些区域相互加强，出现 ____条纹，某些区域相互减弱，出现____条纹，且加强区域和减 弱区域相互间隔的现象。 （2）条件：两束光的频率______、相位差恒定。 （3）双缝干涉图样特点：单色光照射时，形成明暗相间的等间距的干涉条纹。 亮 暗 相同 4 2.双缝干涉 （1）条纹间距： ，对同一双缝干涉装置，光的波长越长，干涉条纹的间距 越大。 （2）明暗条纹的判断方法： 如图所示，相干光源、发出的光到屏上点的路程差为 。 当时，光屏上 处出现明条纹。 当时，光屏上 处出现暗条纹。 5 3.薄膜干涉 （1）形成原因：如图所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形 成上薄下厚的楔形。光照射到薄膜上时，从膜的前表面 和后表面 分别反射回来，形成两列频率相同的光波，并且叠加。 （2）明暗条纹的判断方法： （3）应用：增透膜、检查平面的平整度。 两个表面反射回来的两列光波的路程差 等于薄膜厚度的2倍，光在 薄膜中的波长为 。 在、处， ，薄膜上出现明条纹。 在处， ，薄膜上出现暗条纹。 6 【视角1】 双缝干涉 例1 (多选)(2025·陕晋青宁)在双缝干涉实验中，某实验小组用波长为440 nm的蓝色激光和波长为660 nm的红色激光组成的复合光垂直照射双缝，双缝间距为0.5 mm，双缝到屏的距离为500 mm，则屏上(　　) A.蓝光与红光之间能发生干涉形成条纹 B.蓝光相邻条纹间距比红光相邻条纹间距小 C.距中央亮条纹中心1.32 mm处蓝光和红光亮条纹中心重叠 D.距中央亮条纹中心1.98 mm处蓝光和红光亮条纹中心重叠 BC 7 [解析] 蓝光与红光频率不等，不能发生稳定干涉形成条纹，故A错误；根据相邻干涉条纹间距公式Δx = λ，由于蓝光的波长较短，故蓝光相邻条纹间距比红光相邻条纹间距小，故B正确；蓝光的相邻干涉条纹间距为Δx1 = 4.4×10−4 m，红光的相邻干涉条纹间距为Δx2 = 6.6×10−4 m，要使蓝光和红光亮条纹中心重叠，可知Δx1·m = Δx2·n，m = 0，1，2…，n = 0，1，2…，可知当Δx1·m = Δx2·n = 1.32 mm时，满足条件；当Δx1·m = Δx2·n = 1.98 mm，不满足条件；故C正确，D错误。 8 【视角2】 薄膜干涉 例2 如图所示，关于薄膜干涉现象及其应用，下列说法正确的是( ) 9 A.如图甲所示，竖直放置的肥皂液膜，来自前后两个面的反射光发生干涉，形成明暗相间的竖直条纹 B.如图乙所示，照相机的镜头表面常常镀一层透光膜，膜的外表面和玻璃表面反射的光发生干涉使镜头看起来有颜色，膜的厚度为光在膜中波长的 C.如图丙所示，利用光的干涉检查平整度，用单色光从上面照射，空气膜的上下两个表面反射的两列光波发生干涉，图中条纹弯曲说明此处是下凹的 D.如图丁所示，把一个凸透镜压在一块平面玻璃上，让单色光从上方射入，从上往下看凸透镜，可以看到等间距的明暗相间的圆环状条纹 √ 10 [解析] 竖直放置的肥皂液膜，来自前后两个面的反射光发生干涉，由于同一水平线上的薄膜厚度近似相同，所以干涉后能产生水平的明暗条纹，故A错误；照相机的镜头表面常常镀一层透光膜，从薄膜前后两表面反射的光发生干涉使镜头看起来有颜色，膜的厚度为光在膜中波长的，故B错误；利用光的干涉检查平整度，用单色光从上面照射，空气膜的上下两个表面反射的两列光波发生干涉，根据条纹弯曲的方向，说明此处是下凹的，故C正确；把一个凸透镜压在一块平面玻璃上，让单色光从上方射入，从上往下看凸透镜，由于凸透镜下表面是曲面，所以空气膜厚度越往外越厚，所以看到的明暗相间的圆环状条纹越往外越密，故D错误。 11 【视角3】　牛顿环 例3 (多选)平凸透镜其中一个表面是个球面，球面的半径叫作这个曲面的曲率半径，另一个表面是平面。如图甲所示，把一块平凸透镜压在一块平面玻璃上，让红光从上方射入，从上方观察平凸透镜，可以观察到图乙所示明暗相间的圆环状条纹，这就是牛顿环。以下说法正确的是(　 　) A.圆环状条纹是由凸透镜的上、下表面反射光 干涉形成的 B.若仅改用绿光照射，则各处条纹间距将变窄 C.若仅换用曲率半径更大的平凸透镜，则各处 条纹间距将变宽 D.若仅改用白光照射，则看到的是黑白相间的圆环状条纹 BC 12 [解析] 环状条纹是由凸透镜与平面玻璃所夹空气膜的上、下表面的反射光干涉形成的，故A错误；绿光波长比红光波长短，若仅将红光改用绿光来照射，则条纹间距将变窄，故B正确；若仅换用曲率半径更大的凸透镜，则空气膜从内到外厚度的变化变缓，条纹间距变宽，故C正确；白光是复色光，若仅用白光照射，看到的是彩色的环状条纹，故D错误。 13 考点二 光的衍射和光的偏振 14 1.光的衍射 发生明显衍射现象的条件：只有当障碍物或狭缝的尺寸足够____的时候，衍射现象才 会明显。 小 15 2.光的偏振 （1）自然光：包含着在垂直于传播方向上沿__________振动的光，而且沿着各个方向 振动的光波的强度都______。 （2）偏振光：在______于光的传播方向的平面上，只沿着某个______的方向振动的光。 （3）偏振光的形成 ①让自然光通过________形成偏振光。 ②让自然光在两种介质的界面发生反射和______，反射光和折射光可以成为部分偏振 光或完全偏振光。 一切方向 相同 垂直 特定 偏振片 折射 16 （4）偏振光的应用：加偏振滤光片的照相机镜头、液晶显示器、立体电影、消除车灯 眩光等。 （5）光的偏振现象说明光是一种____波。 横 17 3.单缝衍射与双缝干涉的比较 单缝衍射 双缝干涉 不同点 条纹宽度 条纹宽度不等，中央最宽 条纹宽度相等 条纹间距 各相邻亮条纹间距不等 各相邻亮（暗） 条纹等间 距 亮度情况 中央条纹最亮，两边变暗 条纹清晰，亮度基本相同 相同点 干涉、衍射都是波特有的现象，都属于波的叠加；干 涉、衍射都有明暗相间的条纹 18 4.光的干涉和衍射的本质 从本质上看，干涉条纹和衍射条纹的形成有相似的原理，光的干涉和衍射都属于光波 的叠加，干涉是从单缝通过两列频率相同的光在屏上叠加形成的，衍射是由来自单缝 上不同位置的光在屏上叠加形成的。 19 【视角1】　光的衍射 例1 (2025·北京)下列现象属于光的衍射的是(　　) A.雨后天空出现彩虹 B.通过一条狭缝看日光灯观察到彩色条纹 C.肥皂膜在日光照射下呈现彩色 D.水中的气泡看上去特别明亮 B 20 [解析] 雨后彩虹是阳光在雨滴中发生折射、反射和色散形成的，属于光的色散现象，故A不符合题意；通过狭缝观察日光灯出现彩色条纹，是光绕过狭缝边缘产生的衍射现象，故B符合题意；肥皂膜彩色条纹是光在薄膜前后表面反射后发生干涉形成的，属于薄膜干涉，故C不符合题意；水中气泡明亮是由于光从水进入气泡时发生全反射，使得更多光线进入人眼，故D不符合题意。 21 【视角2】　常见的衍射现象 例2 (多选)下列所示的图片、示意图大都来源于课本，关于这些图的判断中，准确无误的是( ) AC A.甲图是小孔衍射的图样，乙图为“泊松亮斑” B.甲图为“泊松亮斑”，乙图是小孔衍射的图样 C.丙图是双缝干涉图样，丁图是单缝衍射图样 D.丙图是单缝衍射图样，丁图是双缝干涉图样 22 [解析] “泊松亮斑”是“小圆盘”产生的衍射现象，形成的衍射图样是阴影中心有一个“亮斑”，而小孔衍射的图样是中间有“亮斑”，无阴影，A正确，B错误；丙图很明显是双缝干涉的图样，因干涉图样中的条纹间距是相等的，单缝衍射图样中的条纹间距是不相等的，中间最宽、最亮，丁图是单缝衍射图样，C正确，D错误。 23 【视角3】 光的偏振 例3 奶粉的碳水化合物(糖)的含量是一个重要指标，可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度，从而鉴定含糖量。偏振光通过糖的水溶液后，偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度α，这一角度α称为“旋光度”，α的值只与糖溶液的浓度有关，将α的测量值与标准值相比较，就能确定被测样品的含糖量了。如图所示，S是自然光源，A、B是偏振片，转动B，使到达O处的光最强，然后将被测样品P置于A、B之间。 24 （1）偏振片A的作用是____________________。 把自然光变成偏振光 [解析] 自然光通过偏振片后变为偏振光。 （2）偏振现象证明了光是一种_______。 横波 [解析] 偏振现象证明光是一种横波。 25 （3）以下说法中正确的是　　　　　　。  A.到达O处光的强度会减弱 B.到达O处光的强度不会减弱 C.将偏振片B转动一个角度，使得O处光强度最强，偏振片B转过的角度等于α D.将偏振片A转动一个角度，使得O处光强度最强，偏振片A转过的角度等于α ACD [解析] 偏振片只能让一定偏振方向的光通过，没有样品时，要使到达O处的光最强，偏振片A、B的透光方向应相同；当放入样品时，由于样品的“旋光度”是α，即偏振方向不再与B的透光方向平行，到达O处光的强度会减弱，A正确，B错误；偏振片B转过的角度等于α，并与偏振光的方向平行时，光到达O处的强度将再次最大，C正确；同理，D正确。 26 考点三 几何光学与波动光学的综合应用 光的色散 27 各种色光的比较分析 颜色 红、橙、黄、绿、青、蓝、紫 频率 低 高 同一介质中的折射率 小 大 同一介质中的速度 大 小 同一介质中的波长 大 小 通过同一棱镜的偏折角 小 大 同一介质中的临界角 大 小 同一装置的双缝干涉条纹间距 大 小 28 【视角1】 定性分析 例1如图所示，不同波长的两单色光a、b沿同一方向从空气射向半圆形玻璃砖，入射点O在直径的边缘，折射光线分别为OA、OB，则( ) D A.a单色光的频率比b单色光的频率小 B.当a、b两束光由玻璃射向空气中，a光临界角比b光临界角大 C.在玻璃砖中a单色光从O到A的传播时间不等于b单色光从O到B的传播时间 D.用a、b两束光在相同条件下做双缝干涉实验，a光产生的干涉条纹间距比b光小 29 [解析] 因为a光的偏折程度大于b光，所以根据折射定律得知:玻璃对a光的折射率大于对b光的折射率，所以a单色光的频率比b单色光的频率大，故A错误；根据全反射临界角公式sin C = ，可知，a光的折射率大，则a光的临界角小于b光的临界角，故B错误；对于任一光束研究:设入射角为i，折射角为r，玻璃砖的半径为R，则折射率为n = ，光在玻璃中传播速度为v = ，光在玻璃中传播距离为s = 2Rsin r，光在玻璃中传播时间为t = ，联立以上可得t = ，i、R、c均相等，所以在玻璃砖中a单色光从O到A的传播时间等于b单色光从O到B的传播时间，故C错误；根据折射率大，频率高，波长短，可知a光的折射率大于b光的折射率，则a光在真空中的波长小于b光在真空中的波长，根据双缝干涉条纹间距公式，可知a光产生的干涉条纹间距比b光小，故D正确。 30 【视角2】 定量计算 例2 如图所示，截面为等腰直角三角形ABC的玻璃砖，∠B = 90°，一束频率为f = 6×1014 Hz的光线从AB面中点处垂直射入棱镜，在AC面发生全反射，从BC面射出后，进入双缝干涉装置。已知AC长度L = 0.3 m，双缝间距d = 0.2 mm，光屏与双缝间距离l = 1.0 m，光在真空中的传播速度为c = 3.0×108 m/s。求: （1）玻璃砖对该光线的折射率的最小值n； [解析] 由几何关系知，光线在AC面发生全反射的入射角为45°，可知临界角C≤45°时，折射率有最小值，由sin C = 得n≥，即最小折射率为。 31 （2）光线在玻璃砖中传播的最短时间t； [解析] 由几何关系可知，光线在玻璃砖中传播距离 s = L，光线在玻璃砖中的传播速度v = 传播时间t = 代入数据解得最短时间t = 1×10−9 s （3）光屏上相邻亮条纹的间距Δx。 [解析] 由λ = ，Δx = λ 联立代入数据解得Δx = 2.5 mm。 32 【视角3】　折射定律+双缝干涉 例3 如图所示，由波长为λ1和λ2的单色光组成的一束复色光，经半反半透镜后分成透射光和反射光。透射光经扩束器后垂直照射到双缝上并在屏上形成干涉条纹。O是两单色光中央亮条纹的中心位置，P1和P2分别是波长为λ1和λ2的光形成的距离O点最近的亮条纹中心位置。反射光入射到三棱镜一侧面上，从另一侧面M和N位置出射，则( ) D A.λ1<λ2，M是波长为λ1的光出射位置 B.λ1<λ2，N是波长为λ1的光出射位置 C.λ1>λ2，M是波长为λ1的光出射位置 D.λ1>λ2，N是波长为λ1的光出射位置 33 [解析]由双缝干涉条纹间距的公式Δx = ，可知，当两种色光通过同一双缝干涉装置时，波长越长条纹间距越宽，由屏上亮条纹的位置可知λ1>λ2，反射光经过三棱镜后分成两束色光，由图可知M光的折射角小，又由折射定律可知，入射角相同时，折射率越大的色光折射角越大，由于λ1>λ2，则n1<n2，所以N是波长为λ1的光出射位置，故D正确，ABC错误。 34 【视角4】 光的色散 例4 一束白光从顶角为θ的一边以较大的入射角i射入并通过三棱镜后，在屏P上可得到彩色光带，如图所示，在入射角i逐渐减小到零的过程中，假如屏上的彩色光带先后全部消失。下列说法正确的是(　　 ) A.紫光在三棱镜中的速率比红光大 B.屏上的彩色光带最上面为紫色 C.屏上最先消失的是红光，最后消失的是紫光 D.黄光从空气进入三棱镜后，频率不变，波长变小 D 35 [解析] 根据折射规律，屏上的彩色光带最上面为红光，最下面为紫光，三棱镜对紫光的折射率大于红光的折射率，根据v = ，可知紫光在三棱镜中的速率比红光小，选项A、B错误；根据发生全反射临界角公式sin iC = ，三棱镜对紫光的折射率最大，紫光的临界角最小，故紫光首先发生全反射从屏上消失，红光的临界角最大，最后从屏上消失，选项C错误；根据λ = 可知，黄光从空气进入三棱镜后，频率不变，传播速度减小，波长变小，选项D正确。 36 考点四 实验：用双缝干涉实验测量光的波长 37 1.实验原理 单色光通过单缝后，经双缝产生稳定的干涉图样，图样中相邻两条亮（暗）条纹间距 <m></m>与双缝间距<m></m>、双缝到屏的距离<m></m>、单色光波长<m></m> 之间满足<m></m>。 38 2.实验步骤 （1）观察双缝干涉图样 ①将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图所示。 ②接好光源，打开开关，使灯丝正常发光。 ③调节各器件的高度和角度，使光源灯丝发出的光能沿遮光筒轴线到达光屏。 ④安装单缝和双缝，尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上，使单缝与双缝______，二 者间距约为 。 ⑤在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。 平行 39 （2）测量单色光的波长 ①安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹。 ②使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中心，记下此时手轮上的读数 ，将该条纹记 为第1条亮条纹；转动手轮，使分划板中心刻线移动至第 条亮条纹的中心，记下此时 手轮上的读数 。 ③用刻度尺测量双缝与光屏间距离是已知的 。 ④改变双缝间的距离，双缝到屏的距离 ，重复测量。 40 3.数据分析 （1）条纹间距<m></m>。 （2）波长<m></m>。 （3）计算多组数据，求<m></m> 的平均值。 41 4.注意事项 （1）安装时，注意使光源、透镜、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、双缝平行且间距适当。 （2）光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近。 （3）调节的基本依据：照在光屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝，测量头 与遮光筒不共轴；干涉条纹不清晰，一般原因是单缝与双缝不平行。 42 【视角1】　双缝干涉实验器材及操作 例1 如图甲为双缝干涉实验装置示意图。光源发出的光经滤光片成为单色光，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，我们可以在这个屏上观察到干涉条纹。 43 （1）若取下滤光片，其他实验条件不变，则在目镜中观察到　　　　　(选填“白条纹”或“彩色条纹”)。  彩色条纹 [解析] 取下滤光片，光源发出的光为复色光，经双缝干涉后会形成彩色条纹(不同颜色的光干涉条纹间距不同，叠加成彩色)。 44 （2）若想增加从目镜中观察到的单色光干涉条纹个数，则应该　　　。  A.将单缝向双缝靠近 B.使用间距更小的双缝 C.将屏向靠近双缝的方向移动 D.将屏向远离双缝的方向移动 C [解析] 根据双缝干涉条纹间距公式Δx = λ，要增加条纹个数，需减小条纹间距Δx。单缝与双缝间距不影响条纹间距，故A错误；使用间距更小的双缝即d减小，则Δx增大，故B错误；将屏向靠近双缝移动即l减小，Δx减小，条纹个数增加，故C正确；将屏向远离双缝的方向移动，即l增大，Δx增大，条纹个数减小，故D错误。 45 （3）某次实验中，该装置双缝间距d = 0.20 mm，双缝到光屏的距离l = 700 mm，在光屏上得到的干涉图样如图乙所示，将测量头的分划板中心刻线与A条纹中心对齐，此时手轮上的示数如图丙所示，然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与B亮条纹中心对齐，记下此时图丁中手轮上的示数为　　　　 mm，则得相邻亮条纹的间距Δx为　　　 　　mm；形成此干涉图样的单色光的波长为　　　　　m(最后一空保留2位有效数字)。  17.268/17.269/ 17.270/17.271/17.272 2.12/2.121 6.1×10−7 46 [解析] 手轮读数为固定刻度加可动刻度，故图丁中手轮上的示数为17 mm+27.0×0.01 mm = 17.270 mm，手轮读数为固定刻度加可动刻度，故图丙中手轮上的示数为2 mm+42.0×0.01 mm = 2.420 mm，由乙图可知，则得相邻亮条纹的间距为Δx = = 2.121 mm，根据双缝干涉条纹间距公式Δx = λ可知，形成此干涉图样的单色光的波长为λ = Δx≈6.1×10−7 m。 47 【视角2】　洛埃镜干涉实验及原理 例2 洛埃在1834年提出了一种更简单的观察干涉的装置。如图所示，单色光从单缝S射出，一部分入射到平面镜后反射到屏上，另一部分直接投射到屏上，在屏上两光束交叠区域里将出现干涉条纹。单缝S通过平面镜成的像是S'。 48 [解析] 通过洛埃镜在屏上可以观察到明暗相间的干涉条纹，这和双缝干涉实验得到的干涉条纹一致。如果S被视为其中的一个缝，S'相当于另一个“缝”。 （1）通过洛埃镜在屏上可以观察到明暗相间的干涉条纹，这和双缝干涉实验得到的干涉条纹一致。如果S被视为其中的一个缝，　　　　相当于另一个“缝”。  S' 49 （2）实验中已知单缝S到平面镜的垂直距离h = 0.15 mm，单缝到光屏的距离D = 1.2 m，观测到第3条亮条纹中心到第12条亮条纹中心的间距为22.78 mm，则该单色光的波长λ = 　　　 　m。(结果保留1位有效数字)  6×10−7 [解析] 第3条亮条纹中心到第12条亮条纹中心的间距为22.78 mm，则相邻亮条纹间距为Δx = m≈2.53×10−3 m，等效双缝间的距离为d = 2h = 0.30 mm = 3.0×10−4 m，根据双缝干涉条纹间距Δx = λ，则有λ = Δx = m≈6×10−7 m。 50 （3）以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮条纹之间的距离　　　　。  A.将平面镜稍向上移动一些 B.将平面镜稍向右移动一些 C.将光屏稍向右移动一些 D.将光源由红色光改为绿色光 AC [解析] 根据双缝干涉条纹间距Δx = λ可知，仅增大D、仅减小d或仅增大波长λ都能够增大光屏上相邻两条亮条纹之间的距离，所以A、C正确。 51 $