第四章 第五节 用双缝干涉实验测定光的波长（配套课件PPT）-【步步高】2025-2026学年高二物理选择性必修第一册学习笔记（粤教版）

该高中物理课件围绕“用双缝干涉实验测定光的波长”展开，从观察白光与单色光干涉条纹入手，衔接光的波动性知识，通过实验原理、装置搭建、数据测量等学习支架，引导学生掌握λ=Δxd/L的推导与应用。 其亮点在于以科学探究为主线，结合误差分析（如测n条条纹间距求Δx）和注意事项（调节共轴、单缝双缝平行），培养科学思维与严谨态度。例题与练习题强化数据处理能力，助力学生提升实验技能，也为教师提供系统教学资源，提高课堂效率。

用双缝干涉实验测定光的波长 第五节 第 四 章 1.了解实验装置，知道实验原理及需要测量的物理量，知道测量头的使用方法，会测量明条纹的间距(重点)。 2.知道获得干涉图样的实验操作要求，理解实验中满足干涉条件的方法(重点)。 3.经历实验过程，会设计实验数据记录表并记录数据，会根据给出的波长表达式计算不同颜色光的波长(难点)。 学习目标 一、实验思路 1.实验原理 在双缝干涉实验中，相邻明纹(或暗纹)之间的距离Δx与波长λ、双缝间距 d、双缝到屏的距离L之间的关系为Δx=λ。若测出双缝干涉中的Δx，d与L，即可求出λ=。 2.物理量的测量 (1)L的测量：可以用米尺测出。 (2)Δx的测量：用测量头测出。 说明：①测量头由分划板、目镜、手轮等构成。 ②双缝间距d可从产品铭牌上直接读出。 二、实验装置 1.双缝干涉仪   2.实验器材 包括光具座、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、米尺等。 三、进行实验 1.将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上。 2.调整光源的位置，使光源发出的光平行地进入遮光筒并照亮光屏。 3.放置单缝和双缝，使缝相互平行，调整各部件的间距，观察白光的双缝干涉图样(彩色条纹)。 4.在光源和单缝间放置滤光片，使单一颜色的光通过，观察单色光的双缝干涉图样(明暗相间的单色条纹)。 5.测量双缝到屏的距离L和相邻两条明(或暗)条纹间的距离Δx。 6.换用不同颜色的滤光片并改变双缝的距离，观察干涉条纹的变化，并求出相应的波长。 四、数据分析 1.在屏后紧贴屏幕安装 ，调节至可清晰观察到干涉条纹，如图所示。   2.使分划板中心刻线对齐某条明条纹的中心，记下手轮上的示数x1，将该条纹记为第1条明条纹；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一相邻明条纹的中心，记下此时手轮上的示数x2，两次示数之差就是相邻两条明条纹间的距离，即Δx=|x1-x2|。 3.重复测量、计算，求出波长的平均值。 测量头 五、误差分析 1.误差来源 由于光波的波长很小，双缝到光屏的距离L和条纹间距Δx的测量是否准确对波长的测量影响很大，是本实验误差的主要来源。 2.减少误差的方法 (1)L的测量：使用毫米刻度尺测量，可多测几次求平均值。 (2)Δx的测量：使用测量头测量，测出n条明条纹间的距离a，则Δx=， 同样可以多测几次求平均值，进一步减小实验误差。 六、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、光屏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5~10 cm。 4.常见问题的成因：照在像屏上的光很弱主要是由于灯丝与单缝、双缝、遮光筒不共轴线所致；干涉条纹不清晰的主要原因一般是单缝与双缝不平行。 5.测量头在使用时应使中心刻线对齐明(或暗)条纹的中心。 6.光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行靠近。 (2025·深圳实验学校高二月考)在“用双缝干涉测光的波长”实验中，如图甲所示，光具座上放置的光学元件依次为光源、透镜、M、N、P、遮光筒、毛玻璃屏、放大镜。 (1)M、N、P三个光学元件依次为 　。  A.滤光片、单缝、双缝 B.单缝、滤光片、双缝 C.单缝、双缝、滤光片 D.滤光片、双缝、单缝 例1 A M、N、P三个光学元件依次为滤光片、单缝、双缝，故选A。 (2)观察到干涉条纹如图乙所示。转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对准a时，手轮的读数x1=1.002 mm，继续转动手轮，使分划板中心刻线对准b时，手轮的读数如图丙所示，x2=　　　　 mm。  9.762 螺旋测微器的精确值为0.01 mm， 由题图丙可知x2=9.5 mm+26.1×0.01 mm=9.761 mm (3)若已知双缝间距为d，双缝到毛玻璃屏的距离为l， 则待测光的波长为　　　 　(用x1、x2、l和d表示)。  根据条纹间距公式Δx=λ， 又Δx=， 联立解得待测光的波长为λ=。 (2024·广东省高二期末)“用双缝干涉测光的波长”的实验装置如图所示，光源为白炽灯。 (1)下列说法正确的是　　。  A.调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在 屏中心时，应放上单缝和双缝 B.为了减小测量误差，可测出n条明条纹中 心间的距离a，求出相邻两条明条纹间距Δx= C.将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽 D.去掉滤光片后，干涉现象消失 例2 B 调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，不需放单缝和双缝，故A错误； n条明条纹之间有n-1个间距，相邻明条纹的间距为Δx=，故B正确； 条纹的间距与单缝和双缝间的距离无关，所以将单缝向双缝移动之后，并不影响条纹的间距，故C错误； 去掉滤光片后，入射光是复合光，能发生干涉现象，但条纹是彩色的，故D错误。 (2)已知双缝间距d=0.2 mm，双缝到屏间的距离L=800 mm。将测量头的分划板中心刻线与某明条纹的中心对齐，将该明条纹定为第1条明条纹，此时手轮上的示数如图甲所示。然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条明条纹中心对齐，此时手轮上的示数如图乙所示，求得这种色光的波长λ=　　　 nm(结果保留三位有效数字)。  578 题图甲中螺旋测微器的读数为2 mm+0.01×32.0 mm=2.320 mm， 题图乙中螺旋测微器的读数为13.5 mm+0.01×37.0 mm=13.870 mm， 则有Δx= mm=2.310 mm， 根据干涉条纹的间距公式Δx=λ， 可得λ=， 代入数据得λ≈5.78×10-7 m=578 nm。 (3)若在目镜中观察到如图所示的情形。实验中其他操作无误，则此情形下测得的单色光波长将　　　(选填“偏大” “不变”或“偏小”)。  偏大 由数学知识可知会导致条纹间距测量值偏大，由公式Δx=λ， 可知导致测量的单色光波长偏大。 用光传感器进行双缝干涉的实验，如图甲所示是实验装置图。 (1)下列关于本实验的操作与叙述正确的是　　。  A.干涉图像中，相邻两个波峰之间的距离即相邻两条明条 纹中心的间距 B.双缝挡板不动，下移光源，使之更靠近刻有双缝的挡板， 则干涉条纹间距减小 C.光源不动，下移双缝挡板，使之更靠近光传感器，则干涉条纹间距不变 D.减小双缝间距，干涉条纹间距也减小 例3 A 相邻两个波峰之间的距离即相邻两条明条纹中心的间距，A正确； 根据双缝干涉条纹的间距公式Δx=λ知，若下移光源，干涉条纹间距 不变，B错误； 光源不动，下移双缝挡板，使之更靠近光传感器，即减小双缝与光传 感器间距离，根据双缝干涉条纹的间距公式Δx=λ知，干涉条纹间距 会减小，C错误； 减小双缝间距，根据双缝干涉条纹的间距公式Δx=λ知，干涉条纹间 距增大，D错误。 (2)在不改变双缝的间距和双缝到光传感器的距离的前提下，用红光和绿光做了两次实验，下图中的乙、丙分别对应这两次实验得到的干涉图像，红光的图像是　　(选填“乙”或“丙”)。  丙 由Δx=λ可知，波长越长，条纹间距越大，故红光的图像是丙。 课时对点练 对一对 答案 1 2 3 4 5 6 题号 1 2 3 答案 AC AC 　(1)分划板中心线　(2)B　(3)C 题号 4 5 6 答案 (1)EDBA　(2)115.60　0.64　6.4×10-7　(3)能 (1)a　(2)不能　(3)A (1)S'　(2)6.33×10-7　(3)AC　(4)暗条纹 1.(多选)物理学家托马斯·杨巧妙地解决了相干光源问题，第一次在实验室观察到了光的干涉现象。如图为实验装置简图，M为竖直线状光源，N和O均为有狭缝的遮光屏，P为像屏。现有四种刻有不同狭缝的遮光屏，实验时正确的选择是 A.N应选用遮光屏1 B.N应选用遮光屏3 C.O应选用遮光屏2 D.O应选用遮光屏4 √ 1 2 3 4 5 6 答案 √ 1 2 3 4 5 6 答案 在双缝干涉实验中，光线要先通过单缝，再通过双缝，形成相干光源，且线光源应和单缝、双缝均平行，因此N应选用遮光屏1，O应选用遮光屏2，故选项A、C正确。 2.(多选)某同学在做双缝干涉实验时，按照装置图安装好实验装置，在光屏上却观察不到干涉图样，这可能是由于 A.光束的中央轴线与遮光筒的轴线不一致，相差较大 B.没有安装滤光片 C.单缝与双缝不平行 D.光源发出的光束太强 1 2 3 4 5 6 答案 √ √ 1 2 3 4 5 6 答案 安装实验器材时要注意：光束的中央轴线与遮光筒的轴线要重合，光源与光屏正面相对，滤光片、单缝和双缝中心位置在遮光筒轴线上，单缝与双缝要相互平行，才能使实验成功。与是否安装滤光片无关，当然还要使光源发出的光束不要太暗。故选项A、C正确。 3.某同学在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，所用的装置如图所示。 1 2 3 4 5 6 答案 (1)在通过目镜观察干涉条纹，转动测量头上的手轮时，在视野中看到的是　　　　　　　(选填“干涉条纹”或“分划板中心线”)在移动。  分划板中心线 在通过目镜观察干涉条纹，转动测量头上的手轮时，在视野中看到的是分划板中心线在移动。 1 2 3 4 5 6 答案 (2)用测量头测量相邻亮条纹间的距离Δx时，分划板中心线对准的位置应该是　　。  A.暗条纹的中心 B.亮条纹的中心 C.亮条纹的边缘 D.任意位置 B 用测量头测量相邻亮条纹间的距离Δx时，分划板中心线对准的位置应该是亮条纹的中心。故选B。 (3)测量相邻红色亮条纹间的距离时，转动手轮，使分划板中心线移过的条纹的个数，较为合适的是　　。  A.1条 B.2条 C.5条 D.20条 1 2 3 4 5 6 答案 C 测量相邻红色亮条纹间的距离时，为了减小误差，转动手轮，使分划板中心线移过的条纹的个数不能太多也不能太少，较为合适的是5条。故选C。 4.(2024·肇庆市高二期末)某同学想通过光的双缝干涉实验来测量单色光的波长。 1 2 3 4 5 6 答案 元件代号 A B C D E 元件名称 光屏 双缝 白光光源 单缝 透红光的滤光片 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，表示各光学元件的排列顺序应为C、　　　　(填写元件代号)。  (1)用双缝干涉仪进行实验操作，将表中的光学元件放在如图甲所示的光具座上，用此装置测量红光的波长。 EDBA 1 2 3 4 5 6 答案 为获取单色线光源，并形成相干光发生干涉，白色光源需依次通过透红光的滤光片、单缝、双缝、光屏，则各光学元件的排列顺序应为EDBA。 1 2 3 4 5 6 答案 (2)已知该装置中双缝间距d=0.50 mm，双缝到光屏的距离L=0.50 m，在光屏上得到的干涉图样如图乙所示，分划板中心刻线在图乙中A位置时记下游标卡尺读数为111.10 mm，转动手轮，当分划板中心刻线在B位置时记下游标卡尺读数为xB=　　　　 mm，算出相邻两亮条纹中心间距Δx=　　　 mm。由以上数据可以得出形成此干涉图样的单色光的波长λ= 　　　　 m。(后两空均保留两位有效数字)  115.60 0.64 6.4×10-7 1 2 3 4 5 6 答案 分划板中心刻线在B位置时记下游标卡尺读数为 xB=115 mm+12×0.05 mm=115.60 mm， 双缝干涉条纹间距为Δx== mm≈0.64 mm， 根据双缝干涉条纹间距公式Δx=λ， 可得λ=Δx， 此干涉图样的单色光的波长为λ=Δx=6.4×10-7 m 1 2 3 4 5 6 答案 (3)若该同学利用图甲中装置研究双缝干涉现象时撤去了滤光片，则他　　(选填“能”或“不能”)在光屏上观察到干涉条纹。  能 撤掉滤光片后，光屏上能看到白光干涉形成的彩色条纹。 5.(2024·广州市高二期末)史上最早设计并做出“双缝干涉实验”的是英国物理学家托马斯·杨，如图是这个实验的初始版本，他用蜡烛作为光源，在蜡烛后面挡上一片厚纸片，并在纸片上戳一个很小的孔，让光透 1 2 3 4 5 6 答案 过，并用一面镜子反射透过的光，然后用一个厚约为0.3 mm的纸片把这束光从中间分成两束，结果在光屏上看到明暗相间的条纹。  (1)实验中纸片　　(选填“a”或“b”)处可看成是双缝。  a 光透过小孔，并用一面镜子反射透过的光，然后在a处被分为两束相干光，故a处可看成是双缝。 1 2 3 4 5 6 答案 (2)　　　(填“能”或“不能”)通过上下移动光屏使纸片正下方的O点形成暗条纹。  不能 上下移动光屏两束相干光到光屏O点的光程差不变，所以纸片正下方的O点始终为亮条纹，不能形成暗条纹。 1 2 3 4 5 6 答案 (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0.3 mm的纸片改用0.2 mm B.将蜡烛向厚纸片小孔靠近 C.将光源由黄色光改为绿色光 A 1 2 3 4 5 6 答案 根据相邻亮条纹中心间距公式Δx=λ可知，若将0.3 mm的纸片改用 0.2 mm，则相当于减小双缝距离d，可以增大光屏上相邻两条亮条纹之间的距离；若将蜡烛向厚纸片小孔靠近，则光屏上相邻两条亮条纹之间的距离不变；若将光源由黄色光改为绿色光，则入射光的波长变小，则光屏上相邻两条亮条纹之间的距离减小，故选A。 6.洛埃镜是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'。 (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”。  1 2 3 4 5 6 答案 S' 如果S被视为其中的一个缝，S'相当于另一个“缝”。 (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个明条纹中心到第12个明条纹中心的间距为22.78 mm，则该单色光的波长λ=　　　　 　 m(结果保留3位有效数字)。  1 2 3 4 5 6 答案 6.33×10-7 1 2 3 4 5 6 答案 第3个明条纹中心到第12个明条纹中心的间距为22.78 mm， 则相邻明条纹间距为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公式Δx=λ 则有λ== m≈6.33×10-7 m。 (3)下列操作中能够增大光屏上相邻两条明条纹之间的距离的有　　　。 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 1 2 3 4 5 6 答案 AC 根据双缝干涉条纹间距公式Δx=λ可知，仅增大L，仅减小d，仅增大波 长λ，均能够增大光屏上相邻两条明条纹之间的距离，所以A、C正确，B、D错误。 (4)实验表明，光从光疏介质射向光密介质界面发生反射，在入射角接近90°时，反射光与入射光相比，相位有π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P处是　　　　(填“明条纹”或“暗条纹”)。  1 2 3 4 5 6 答案 暗条纹 如果把光屏移动到和平面镜接触，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”，故直接射到光屏上的光和经平面镜反射的光相位差为π，所以接触点P处是暗条纹。 本课结束 第 四 章 $