第4章 4 实验：用双缝干涉测量光的波长（配套Word）-【精讲精练】2026-2027学年高中物理选择性必修第一册（人教版）

本讲义聚焦“用双缝干涉测量光的波长”核心实验，系统梳理实验原理（基于Δx = lλ/d，通过测量条纹间距Δx、双缝到屏距离l及已知双缝间距d计算波长）、器材、步骤及数据分析，搭建从光的波动性认知到实验操作与数据处理的完整学习支架。 该资料以科学探究为核心，通过规范实验步骤（如调节仪器共轴、测量多组条纹间距）培养科学探究能力，结合探究点题目（如分析双缝间距对条纹数的影响）提升科学思维中的科学推理与模型建构。课中辅助教师引导学生规范操作，课后练习题（如波长计算、误差分析）帮助学生巩固物理观念，有效查漏补缺。

4　实验：用双缝干涉测量光的波长 科学探究 1．掌握用双缝干涉测波长的原理、操作、器材及注意事项。 2．会利用双缝干涉实验测量单色光的波长。 [对应学生用书P114] 一、实验原理 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。 二、实验器材 双缝干涉仪(包括：光具座、光源、透镜、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏及测量头，其中测量头又包括：分划板、目镜、手轮等)、学生电源、导线、米尺。 三、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，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，使双缝与单缝平行，二者间距约为5 cm～10 cm，这时可观察到白光的干涉条纹。 (5)在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。 2．测定单色光的波长 (1)安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹。 (2)使分化板的中心刻线对齐某条亮条纹的中央，如图所示。记下手轮上的读数a1，转动手轮，使分化板中心刻线移到另一亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数a2，得出n个亮条纹间的距离为a＝|a2－a1|，则相邻两亮条纹间距Δx＝。 (3)用刻度尺测量双缝到光屏的距离l(d是已知的)。 (4)重复测量、计算，求出波长的平均值。 (5)换用不同的滤光片，重复实验。 四、数据分析 1．用测量头测量某单色光干涉图样的条纹间距Δx＝。 2．用刻度尺测量双缝到光屏的距离l(双缝间距d是已知的)。 3．将测得的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。 [对应学生用书P115] 探究点一　对实验装置和原理的理解 　(多选)(2024·江西卷)某同学用普通光源进行双缝干涉测光的波长实验。下列说法正确的是(　　) A．光具座上依次摆放光源、透镜、滤光片、双缝、单缝、遮光筒、测量头等元件 B．透镜的作用是使光更集中 C．单缝的作用是获得线光源 D．双缝间距越小，测量头中观察到的条纹数目越多 [解析]　光具座上的双缝应该在单缝和遮光筒之间，先通过单缝得到线光源，然后通过双缝得到两列完全相同的相干光，A错误，C正确；透镜的作用是使射向滤光片的光更集中，B正确；根据双缝干涉条纹间距公式Δx＝λ可知，双缝间距d越小，则条纹间距Δx越大，测量头中观察到的条纹数目越少，D错误。 [答案]　BC ●核心素养·思维升华 本实验注意事项 (1)放置单缝和双缝时，必须使缝互相平行。 (2)要保证光源、滤光片、单缝、双缝和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纹的中心。 (4)要多测几个亮纹中心间的距离，再求Δx。 探究点二　实验数据处理与误差分析 　某同学利用下图所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____________。(填字母) 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 (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。(结果保留三位有效数字) [解析]　(1)由Δx＝，因Δx越小，目镜中观察得条纹数越多，故B符合题意。 (2)由＝，λ＝。 (3)λ＝＝＝6.3×10－7m＝630 nm。 [答案]　(1)B　(2)　(3)630 如图所示是用双缝干涉测光的波长的实验设备示意图，图中①是光源，②是滤光片，③是单缝，④是双缝，⑤是光屏。 (1)下列操作能增大光屏上相邻两亮条纹之间距离的是________。(填字母) A．增大③和④之间的距离 B．增大④和⑤之间的距离 C．将绿色滤光片改成红色滤光片 D．增大双缝之间的距离 (2)如果把光源内灯泡换成激光光源，该实验照样可以完成，这时可以去掉的部件是____________(填数字代号)。 (3)转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对准第1条亮条纹，读出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，读出手轮的读数如图乙所示。则相邻两亮条纹的间距是________mm(结果保留三位有效数字)。 (4)在(3)前提下，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。(结果保留三位有效数字) 解析　本题考查用双缝干涉测量光的波长的实验数据处理。 (1)根据Δx＝λ知，为增大相邻亮纹(暗纹)间的距离，可采取增大双缝到光屏的距离L、减小双缝间距离d或增大入射光的波长λ的措施，而单缝与双缝间距不会影响条纹间距，故B、C正确，A、D错误。 (2)将灯泡换成激光光源，激光的单色性好，相干性好，不需要滤光片与单缝，即不需要②与③。 (3)图甲中固定刻度读数为0 mm，可动刻度读数为0.01×4.5＝0.045 mm，所以最终读数x1＝0.045 mm，图乙中固定刻度读数为14.5 mm，可动刻度读数为0.01×3.5＝0.035 mm，所以最终读数x10＝14.535 mm，则Δx＝ mm＝1.61 mm。 (4)相邻干涉条纹的间距Δx＝1.61 mm＝1.61×10－3 m，由Δx＝λ得λ＝Δx·＝ m＝5.37×10－7 m。 答案　(1)BC　(2)②③　(3)1.61 (4)5.37×10－7 [对应学生用书P116] 1．某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到如图甲所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如图乙所示，他改变的实验条件可能是(　　) A．减小光源到单缝的距离 B．减小双缝之间的距离 C．减小双缝到光屏之间的距离 D．换用频率更高的单色光源 解析　改变条件后亮条纹之间的间距变大，由公式Δx＝λ可知，要使Δx增大，可增大双缝到光屏之间的距离l，C错误；减小双缝之间的距离d，B对；换用波长更长，即频率更低的单色光，D错；改变光源到单缝的距离不会改变Δx，A错。 答案　B 2．(多选)利用如图中装置研究双缝干涉现象时，下面几种说法正确的是(　　) A．将屏移近双缝，干涉条纹间距变窄 B．将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹间距变宽 C．将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽 D．换一个双缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变窄 解析　由条纹间距公式Δx＝λ(d指双缝间距离，l是双缝到屏的距离)，可知：A项中l减小，Δx变小；B项中λ变大，Δx变大；D项中d变大，Δx变小。故A、B、D正确。 答案　ABD 3．在“用双缝干涉测量单色光的波长”实验中(　　) A．光源与屏之间应依次放置双缝、滤光片、单缝 B．光源与屏之间应依次放置滤光片、双缝、单缝 C．实验中，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宽 D．实验中，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 解析　本实验先由滤光片得到单色光，再经单缝必须形成线光源，最后经过双缝，得到频率相同的光，进行干涉，故光源与屏之间应依次放置：滤光片、单缝、双缝，故A、B错误；根据双缝干涉条纹的间距公式Δx＝λ知，增大双缝到屏间的距离，或减小双缝间距，或换波长较长的光照射，可以增大条纹的间距，从而便于测量。单缝与双缝的间距不影响条纹间距。故C正确，D错误。 答案　C 4．(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透镜、③________、④________、⑤________、⑥遮光筒、⑦光屏。 (2)已知双缝到光屏之间的距离l＝500 mm，双缝之间的距离d＝0.50 mm，单缝到双缝之间的距离s＝100 mm，某同学在用测量头测量时，调整手轮，在测量头目镜中先看到分划板中心刻线对准A条亮纹的中心，然后他继续转动，使分划板中心刻线对准B条亮纹的中心，前后两次游标卡尺的读数如图所示。则入射光的波长λ＝________m。(结果保留两位有效数字) (3)实验中发现条纹太密，难以测量，可以采用的改进办法有________。(多选，填字母) A．改用波长较长的光(如红光)作为入射光 B．增大双缝间距 C．增大双缝到单缝的距离 D．增大双缝到屏的距离 解析　(1)由题图可知，③是滤光片，④是单缝，⑤是双缝。 (2)由Δx＝λ可得 λ＝Δx·＝＝ m≈6.6×10－7 m。 (3)由Δx＝λ可知，要使Δx增大，可改用波长较长的红光作为入射光、增大双缝到屏的距离，故选项A、D正确。 答案　(1)滤光片　单缝　双缝　(2)6.6×10－7 (3)AD 5．如图甲是利用双缝干涉测某单色光波长的实验装置，测得双缝屏到毛玻璃屏的距离l为0.2 m，双缝的距离d为0.4 mm，图乙是通过该仪器的观测装置看到毛玻璃屏上的干涉图样，其中1、2、3、4、5、…是亮条纹的编号，图丙、图丁是利用该仪器测光的波长时观察到的情景，图丙是测第1号亮条纹的位置，此时观测装置上千分尺的读数为________mm，图丁是测第4号亮条纹的位置，此时观测装置上千分尺的读数为________mm。根据上面测出的数据可知，相邻两条亮条纹间的距离Δx＝________mm，计算波长的数学表达式λ＝______，被测光的波长为________nm。 解析　题图丙是测第1号亮条纹的位置，此时千分尺的读数为0.5 mm＋0.01×1.0 mm＝0.510 mm。 题图丁是测第4号亮条纹的位置，此时千分尺的读数为1 mm＋0.01×48.5 mm＝1.485 mm。 相邻两条亮条纹间的距离 Δx＝ mm＝0.325 mm。 根据双缝干涉条纹的间距公式 Δx＝λ，得λ＝。 代入数据得： λ＝ m ＝6.5×10－7m＝650 nm。 答案　0.510　1.485　0.325　　650 学科网（北京）股份有限公司 $