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，从仪器调节（共轴、单双缝平行）入手，衔接光的干涉原理与条纹间距公式，通过累积法测量等学习支架，帮助学生构建实验操作与数据处理的知识脉络。 其亮点在于以科学探究为主线，结合误差分析（如累积法减小Δx测量误差）和拓展实验（如洛埃德镜干涉），培养学生科学思维与创新能力。实例丰富（如例题3的半波损失分析），助力学生深化实验理解，也为教师提供系统教学资源，提升课堂效率。

第四章 4.实验 用双缝干涉测量光的波长 学习目标 1.会调节各个仪器,使各仪器共轴,单、双缝平行。(科学探究) 2.能正确安装、使用测量头,会读数。(科学探究) 3.会用“累积法”测量亮条纹间距,进而测量光的波长。(科学探究) 基础落实　必备知识全过关 一、实验目的 1.观察白光及单色光的双缝干涉图样。 单色光的颜色与滤光 片颜色相同,白光经滤光片后,其他色光大多数被滤光片吸收了 2.利用公式Δx=λ测定单色光波长。 二、实验思路　 d的大小由器材本身给出,不需要测量 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,只要测出相邻两亮条纹(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。 三、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、刻度尺等。 四、实验步骤 1.观察双缝干涉图样 (1)将光源、透镜、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遮光筒轴线把屏照亮。 (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,二者间距为5~10 cm,这时可观察到白光的干涉条纹。　　　　 调节拨杆 (5)在单缝和光源间放上滤光片,观察单色光的干涉条纹。 2.物理量的测量 (1)安装测量头,调节至可清晰观察到干涉条纹。　　　　 分划板会左右移动 (2)转动手轮,使分划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,使分划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)换用不同颜色的滤光片,重复实验。 　每种颜色的滤光片只能透过该种颜色的光 五、数据处理 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。 六、误差分析 实验中的双缝间距d是器材本身给出的,因此本实验要注意l和Δx的测量。光波的波长很小,l、Δx的测量对波长的影响很大。 1.l用毫米刻度尺测量,如果可能,可多次测量求平均值。 2.Δx利用测量头测量。可利用“累积法”测n条亮纹间距,再求Δx=,并且采用多次测量求Δx的平均值的方法进一步减小误差。 重难探究　能力素养全提升 命题角度一 教材原型实验 【例题1】 现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件,要把它们放在下图所示的光具座上组成双缝干涉装置,用以测量红光的波长。 (1)将白光光源C放在光具座最左端,依次放置其他光学元件,由左至右,表示各光学元件的字母排列顺序应为C、　 　　、　 　　、 　　、A。  E D B (2)本实验的步骤如下: ①取下遮光筒左侧的元件,调节光源高度,使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮; 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用刻度尺测量双缝到屏的距离; ④用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮纹间的距离。 在操作步骤②时应注意:__________________________________________   　。  放置单缝、双缝时,必须使缝平行;要保证光源、 滤光片、单缝、双缝和毛玻璃屏的中心在同一轴线上 解析 (1)滤光片E是用来从白光中选出单色红光的,单缝D是用来获得线光源的,双缝B是用来获得相干光源的,最后成像在毛玻璃屏A上。所以排列顺序为C、E、D、B、A。 (2)在操作步骤②时应注意的事项:放置单缝、双缝时,必须使缝平行;要保证光源、滤光片、单缝、双缝和毛玻璃屏的中心在同一轴线上等。 【例题2】 在用双缝干涉测量光的波长的实验中,将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上(如图甲所示),并选用双缝间距d=0.20 mm的双缝屏。从仪器注明的规格可知,光屏与双缝屏间的距离l=700 mm。然后,接通电源使光源正常工作。 　　　　　 精确度为0.02 mm (1)已知测量头主尺的最小刻度是毫米,副尺上有50分度。某同学调整手轮后,从测量头的目镜看去,第一次映入眼帘的干涉条纹如图乙(a)所示,图乙(a)中的数字是该同学给各暗条纹的编号,此时图乙(b)中游标尺上的读数 　从1开始 x1=1.16 mm;接着再转动手轮,映入眼帘的干涉条纹如图丙(a)所示,此时图丙(b)中游标尺上的读数x2=　 　 mm。  　 条纹编号为7,条纹间隔为6个 副尺0刻度前15 mm第1条与主尺对齐的刻度线 15.02 (2)利用上述测量结果,经计算可得两个相邻亮条纹(或暗条纹)间的距离Δx=　　　　 mm,  Δx= 这种色光的波长λ=　　　 nm。 单位为纳米  2.31 660 解析 (1)由游标尺的读数规则可知x2=(15.0+1×0.02) mm=15.02 mm。 (2)题图乙(a)中亮条纹与题图丙(a)中亮条纹间的间隔为6个,故Δx==2.31 mm; 由Δx=λ可知λ==660 nm。 命题角度二 拓展创新实验 例题3洛埃德在1834年提出了一种更简单的观察干涉的装置。如图所示,从单缝S发出的光,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'。 (1)通过洛埃德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”。  (2)实验表明,光从光疏介质射向光密介质界面发生反射时,在入射角接近90°时,反射光与入射光相比,相位有π的变化,即半波损失。如果把光屏移动到和平面镜接触,接触点P处是　　　　　　(选填“亮条纹”或“暗条纹”)。  (3)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个亮条纹到第12个亮条纹的中心间距为22.78 mm,则该单色光的波长λ=　 　　　 m(结果保留三位有效数字)。  S' 暗条纹 6.33×10-7 解析 (1)根据题图可知,如果S被视为其中的一个缝,S经平面镜成的像S'相当于另一个“缝”。 (2)根据题意可知,把光屏移动到和平面镜接触,光线经过平面镜反射后将会有半波损失,因此接触点P处是暗条纹。 (3)每两条相邻亮条纹中心间距为Δx= m=2.53×10-3 m。 根据公式Δx=λ得λ=Δx,代入数据解得λ≈6.33×10-7 m。 学以致用　随堂检测全达标 基础练习 题型1 实验：用双缝干涉测量光的波长 1.（2025浙江宁波市镇海中学期中）在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，装置如图1所示。 图1 图2 图3 21 （1） 下列说法正确的是___。 A.单缝的作用是为了获得线光源，因此将光源换成激光时，没有单缝就无法看到干涉条纹 B.在双缝的两条缝上分别加上红色和蓝色滤光片，则能在光屏上看到红蓝相间的干涉条纹 C.调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在光屏中心时，应取下单缝和双缝 D.为方便起见，可用测量头直接测出相邻两条亮条纹间的距离 代入公式 C 22 【解析】 单缝的作用是为了获得线光源，将光源换成激光后，因为激光的相干性 好，所以没有单缝也能看到干涉条纹。 在双缝的两条缝上分别加上红色和蓝色滤光片，就不是相干光源（ 相干光源 是指频率相同、振动方向相同且相位差恒定的两束光。）了，不会发生光的干涉现象， 则不能在光屏上看到红蓝相间的干涉条纹。 调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在光屏中心时，应取下单缝和双缝。 因为条纹间距比较小，如果用测量头直接测出相邻两条亮条纹间的距离 代入公 式，则误差会非常大，所以都是先读出几个条纹间距，然后计算相邻条纹间距，再代入 公式计算。 . . 23 （2） （多选）安装好实验仪器后，甲同学通过目镜观察到光屏上有光照亮，但没有看 到清晰的干涉条纹，则接下来需要进行的操作是____。 A.调节凸透镜高度，使光聚焦在单缝上 B.保持测量头不动，直接用手转动整个遮光筒 C.保持其他光学元件不动，直接用手转动单缝 D.眼睛继续看目镜视野中的光屏，用手调节拨杆 24 【解析】 凸透镜的作用是将平行的单色光聚焦于一点，以产生相干光源，观察到 干涉条纹不清晰，可调节凸透镜使光聚焦到单缝上。 保持测量头不动，直接用手转动整个遮光筒，这样不能改变到光屏上的光的传播 情况，所以仍不能看到清晰的条纹。 在光屏上看到的干涉条纹不清晰，可能是单缝与双缝不平行，透射到光屏上 的光比较少，可以保持其他光学元件不动，不能直接用手转动单缝，应该眼睛继续看目 镜视野中的光屏，用手调节拨杆，使单缝和双缝平行，使之更容易发生清晰的双缝干涉 现象，从而使条纹变得清晰。 25 （3） 正确操作后，甲同学用某种单色光照射双缝得到干涉条纹如图2所示，分划板在 图中位置时游标卡尺的读数为，在图中 位置时游标卡尺读数如图3所示。 则相邻两条亮条纹中心间距_____ （计算结果保留两位有效数字）。 0.60 【解析】 题图3的读数为 ，则相邻两条亮条纹中心 间距 。 26 （4） （多选）乙同学想要增加目镜视野中观察到的条纹数目，下列做法正确的是____。 A.适当减小单缝和双缝间的距离 B.使用间距更大的双缝 C.使用波长更短的光 D.将光屏向远离双缝的方向移动 27 【解析】 乙同学想要增加目镜视野中观察到的条纹数目，则需要减小条纹间距。 若适当减小单缝和双缝间的距离，根据 ，可知条纹间距不变。 若使用间距更大的双缝，即变大，根据 ，可知条纹间距 减小，则可以 增加观察到的条纹数目。 若使用波长更短的光，根据 ，可知条纹间距 减小，则可以增加观察到 的条纹数目。 若将光屏向远离双缝的方向移动，增大了，根据 ，可知条纹间距 增大， 则观察到的条纹数目减少。 28 2.（2025八省联考云南卷）某同学通过双缝干涉实验测量发光二极管 发出光的波 长。图甲为实验装置示意图，双缝间距 ，双缝到毛玻璃的距离 ，实验中观察到的干涉条纹如图乙所示。 图甲 图乙 当分划板中心刻线对齐第1条亮条纹中心时，手轮上的读数为 ；当分划板 中心刻线对齐第5条亮条纹中心时，手轮上的读数为 。完成下列填空: 29 （1） 相邻两条亮条纹间的距离______ 。 0.508 【解析】 相邻两条亮条纹间的距离为 。 （2） 根据___可算出波长（填正确答案标号）。 A. B. C. B 【解析】 根据相邻两条亮条纹间的距离与光的波长关系 ，解得波长为 ，故选B。 （3） 则待测发出光的波长为_____ （结果保留三位有效数字）。 626 【解析】 待测 发出光的波长为 。 30 3.（2025山西运城期中）在“用双缝干涉测量红光的波长”实验中，实验装置如图甲所示。 图甲 31 （1） 、、 三个光学元件依次为___。 A.单缝、滤光片、双缝 B.单缝、双缝、滤光片 C.滤光片、双缝、单缝 D.滤光片、单缝、双缝 D 【解析】 双缝干涉实验是让单色光通过双缝在光屏上形成干涉图样，所以让光源发出 的光通过滤光片形成单色光，再经过单缝形成线光源，再通过双缝形成相干光源，所以 、、 三个光学元件依次为滤光片、单缝、双缝，故选D。 32 （2） 关于此实验，下列说法正确的是___。 A.调节时应尽量使单缝与双缝在一条直线上且相互垂直 B.仅将红色滤光片换成蓝色滤光片，则相邻两条亮条纹中心的距离将减小 C.将单缝向双缝移动一小段距离后，其他条件不变，干涉条纹间距变大 B 【解析】 调节时应尽量使单缝与双缝在一条直线上且相互平行，这样才能在光屏 上形成明暗相间的条纹。 仅将红色滤光片换成蓝色滤光片，因蓝光波长小于红光波长，根据 ，可 知相邻两条亮条纹中心的距离将减小。 将单缝向双缝移动一小段距离后，其他条件不变，根据 ，可知干涉条纹 间距不变。 33 （3） 实验过程中，分划板的中心刻线对准第1条亮条纹的中心时，手轮上的示数如图 乙所示，读数___________________________ ；对准第6条亮条纹的中心时，手 轮上的读数为。若双缝到光屏的距离为，双缝的间距为，则所测红光的波长 ________（用题中所给字母符号表示）。 （均可） 图乙 图丙 34 【解析】 根据螺旋测微器的读数规则，可知第1条亮条纹的中心位置刻度 ；根据题意，可知相邻两条亮条纹的间距 ，解得 。 35 （4） 若某同学通过目镜，看到如图丙所示的情形，由于条纹清晰，他没有再进一步进 行调节，而是直接进行测量，并根据公式算出波长，则测量得到的波长和准确值相比 ______（选填“偏大”“偏小”或“不变”）。 偏大 【解析】 如题图丙所示的情形，会导致测得的条纹间距偏大，根据 ，可知测 量得到的波长和准确值相比偏大。 36 题型2 实验拓展与创新 4.（2025广东省实验中学月考）小沈同学在做“用双缝干涉测量光的波长”的实验： （1） 某次观察时，透过测量头观察到了绿光的干涉条纹，但条纹的亮度很低，为了便 于测量，下列方法能够使条纹亮度增加的是___。 A.增加光源的功率 B.将毛玻璃换成透明玻璃 C.调节测量头的位置 A 37 【解析】 为了便于测量，要使条纹亮度增加，即使得单位时间内打到毛玻璃上的光子 数目增多。 增加光源的功率，则单位时间内打到毛玻璃上的光子数目增多。 将毛玻璃换成透明玻璃，不容易看到亮条纹。 调节测量头的位置，亮度不变。 38 （2） 下列图示中条纹间距表示正确的是___。 A. B. C. D. . C 【解析】 干涉条纹的宽度是指一个亮条纹与一个暗条纹的宽度的和，为两个相邻的亮 条纹（或暗条纹）的中心之间的距离,故图示中条纹间距表示正确的是C。 39 （3） 如图甲所示是小沈同学又参考课本上“用光传感器做双缝干涉的实验”进行的实验， 图乙、丙分别对应的是第一、二次实验得到的干涉图线（光传感器上强弱分布）。比较 乙、丙两图线可判断，第一次实验中___。 D 图甲 图乙 图丙 A.单缝与双缝的间距一定较大 B.光照强度较小 C.光源到双缝的距离较大 D.双缝到光传感器的距离可能较小 40 【解析】 由题图可知，第一次得到的条纹间距较小，根据 可知： 单缝与双缝的间距对条纹间距无影响。 光照强度对条纹间距无影响。 光源到双缝的距离对条纹间距无影响。 双缝到光传感器的距离 较小，则条纹间距较小。 41 5.（2025湖北宜昌期中）洛埃在1834年提出 了一种更简单的观察干涉现象的装置。如图 所示，单色光从单缝 射出，一部分入射到 （1） 通过洛埃镜在光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 被视为其中的一个缝，___相当于另一个“缝”。 【解析】 通过洛埃镜在光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。如果被视为其中的一个缝， 相当于另一个“缝”。 平面镜后反射到光屏上，另一部分直接投射到光屏上，在光屏上两光束交叠区域里将出 现干涉条纹，单缝通过平面镜成的像是 。 42 （2） 实验中已知单缝到平面镜的垂直距离 ，单缝到光屏的距离 ，观测到第 3个亮条纹中心到第12个亮条纹中心的间距为 ，则该单 色光的波长____________ （结果保留三位有效数字）。 【解析】 第3个亮条纹中心到第 12个亮条纹中心的间距为 ，则相邻亮条纹中 心的间距为 ，等效双缝间的距离为 ，根据双缝干涉条纹间距公式 ，则有 。 43 （3） （多选）以下能够增大光屏上相邻两亮条纹之间的距离的操作有____。 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 【解析】 根据双缝干涉条纹间距公式 可知，增大、减小、增大波长 ，均 能够增大光屏上相邻两条亮纹之间的距离， 正确。 44 （4） 实验表明，光从光疏介质射向光密介质时在界面发生反射，反射光与入射光相比， 相位有 的变化，称为“半波损失”。如果把光屏移动到和平面镜接触，接触点 处是 ________（选填“亮条纹”或“暗条纹”）。 暗条纹 【解析】 如果把光屏移动到和平面镜接触，反射光与入射光相比，相位有 的变化， 即“半波损失”，故直接射到光屏上的光和经平面镜反射的光相位差为 ，所以接触点 处是暗条纹。 45 6.[2026山东聊城模拟考试]某兴趣小组利用如图甲所示装置 研究光的波动性。处为单色激光笔，处为狭缝片, 处为 水平放置的光强传感器。 46 （1）若仅改变图甲中、 间的距离，先后 在电脑上获得的光强关于位置分布的图像 如图乙、丙所示，下列判断正确的是___。 A A.处为双缝，图乙对应的、 间的距离 大 B.处为双缝，图丙对应的、 间的距离大 C.处为单缝，图乙对应的、 间的距离大 D.处为单缝，图丙对应的、 间的距离 大 47 【解析】 题图乙、丙的光强分布中，都出现了一系列间距几乎均匀的明 暗相间条纹，这更符合双缝干涉的条纹特征【 单缝衍射条纹中央 亮纹最宽、最亮，旁侧亮纹迅速减弱】，因此 处为双缝，题图乙的条纹 间距大于题图丙的，根据 可知，题图乙对应的、 间距更大， 故选A。 . . 48 （2）若在处安装双缝，测出、间的距离为，、间的距离为 ， 连续4条亮纹间的距离为，使用的双缝间距为 ，则该激光的波长为 _ ___。 【解析】 根据题意有 ，得 。 49 （3）在利用此装置测量激光的波长时，下列说法正确的是_____。 BC A.适当增加、 间的距离可以减小测量误差 B.适当增加、 间的距离可以减小测量误差 C.实验中应保证、、连线与传感器 垂直 50 【解析】 由可知，波长与、间的距离 无关，所以适当增加 、间的距离并不能减小测量误差，故A错误；适当增加、 间的距离， 测量 的相对误差会减小，同时相邻亮条纹间的距离也会增大，测量的相 对误差也会减小，由 可知，波长的测量误差减小，故B正确；若 、、连线与传感器 不垂直，会导致相邻两条亮条纹间的距离随着平 行于条纹方向或垂直于条纹方向的移动而变化，因此，保证、、 连线 与传感器 垂直可使相邻亮条纹间距离的测量误差减小，故C正确。 51 $