4.5 用双缝干涉实验测定光的波长 课件-2026-2027学年高二上学期物理粤教版选择性必修第一册

该高中物理课件聚焦“用双缝干涉实验测定光的波长”，从三棱镜分解白光无法直接测波长的情境切入，通过“转化可测长度”的核心问题，连接双缝干涉规律，构建从问题提出到用公式λ=dΔx/L解决的学习支架，帮助学生梳理知识脉络。 其亮点在于以科学探究为主线，融合科学思维与科学态度。借助视频辅助观察实验装置及操作流程，采用累积法测量多条条纹间距求Δx以减小误差，体现科学探究中的方案设计与证据获取。数据分析设计表格呈现数据链，误差分析培养严谨性，助力学生提升实验能力与科学思维，为教师提供结构化教学资源和直观演示素材。

第四章 光及其应用 4.5 用双缝干涉实验测定光的波长 这些颜色的波长怎样测出？ 情境：三棱镜可以把白光分解成连续分布的多种色光。 观察任务：不同颜色光的“波长”不能直接用刻度尺测量，怎样把它转化成可测长度？ 核心问题：能否利用双缝干涉条纹间距，反推出单色光的波长？ 可以。先测出条纹间距 Δx、双缝间距 d 和双缝到屏距离 l，再由干涉公式求波长。 一、实验思路 1. 从干涉公式到测量方案 已有规律：双缝干涉中，相邻亮条纹或暗条纹中心间距与波长有关。 思考：如果要测出 λ，实验中需要知道哪些物理量？ 双缝 S1 S2 屏幕 需要测量双缝到屏的距离 l、相邻条纹间距 Δx，并知道双缝间距 d。 一、实验思路 2. 明确可测量与已知量 根据实验器材，双缝间距 d 通常由双缝片标定给出；双缝到屏的距离 l 可用刻度尺测量。 关键难点：屏上条纹很细，怎样更准确地测出相邻条纹间距 Δx？ 测量路径： 条纹位置读数 → 多条条纹间距离 a → 相邻条纹间距 Δx → 光的波长 λ 不直接只量相邻两条，而是测多条亮纹间距离，再用累积法求平均间距。 二、实验器材 1. 双缝干涉仪的组成 光源 透镜 双缝 遮光筒 目镜 毛玻璃 单缝 器材：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、刻度尺等。 思考：滤光片、单缝、双缝分别承担什么作用？ 滤光片获得单色光；单缝形成线光源；双缝形成相干光源。 二、实验器材 2. 观察实验装置 视频 观察任务： 1. 光依次通过哪些元件？ 2. 屏上能观察到什么图样？ 光源→滤光片→单缝→双缝→屏； 屏上出现明暗相间的干涉条纹。 三、物理量的测量 1. 认识测量头 测量头由分划板、目镜、手轮等构成。转动手轮时，分划板左右移动。 测量头把条纹位置转化为可读的长度读数。 三、物理量的测量 2. 条纹中心怎样对齐？ Δx Δx Δx 测量时，应使分划板中心刻线与某一亮条纹或暗条纹中心对齐，记下读数。 思考：为什么不能对齐条纹边缘？ 条纹边缘不清晰，中心位置更稳定；对齐中心可减小读数误差。 三、物理量的测量 3. 用累积法求Δx 第1条 第7条 为了减小测量误差，可测多个亮条纹中心间的距离 a，再求相邻两个亮条纹的平均距离。 思考：若测的是第 1 条到第 n 条亮纹的距离 a，Δx 怎样计算？ 共有 n-1 个条纹间距，故 Δx = a/(n-1)。 四、进行实验 1. 调整光路与装配仪器 光源 滤光片 单缝 双缝 遮光筒 屏 透镜 实验任务： （1）将遮光筒水平放在光具座上。 （2）取下双缝，调节光源高度和角度，使光束沿遮光筒轴线照亮屏。 （3）装好单缝和双缝，使两缝平行且中心在轴线上。 调节的核心是“共轴、平行、成像清楚”，为观察稳定清晰条纹做准备。 四、进行实验 2. 观察不同条件下的条纹 观察任务： （1）放上滤光片后，屏上条纹有什么特点？ （2）比较红光、蓝光条纹间距；再比较同一色光下不同双缝间距的条纹。 单色光形成明暗相间条纹；波长较长时条纹较宽，双缝间距较小时条纹较宽。 四、进行实验 3. 测量 l 和 Δx 视频 观察任务： 视频中先测哪一个量？再测哪一个量？ 先测双缝到屏的距离 l，再用测量头测多条条纹间距。 五、数据分析 1. 设计记录表 已知双缝间距 d，测出双缝到屏距离 l，再记录多个条纹位置读数，计算 a、Δx 和 λ。 色光 x₁/mm xₙ/mm a/mm Δx/mm λ/m 红光 蓝光 绿光 设计的表格要能体现“直接读数 → 间距计算 → 波长计算”的数据链。 五、数据分析 2. 由数据计算波长 示例数据：l = 586 mm，d = 0.25 mm。某次测量得到 n 条亮纹间距 a，先求 Δx，再求 λ。 分析：由∆x =可以求出相邻两个亮条纹间的距离Δx。最后，根据 λ＝算出波长。 思考：若条纹位置读数不准，会直接影响哪个量？最后怎样影响波长？ 先影响 a 和 Δx，再按 λ = dΔx/l 影响波长测量值。 五、数据分析 3. 从公式解释条纹变化 思考1：同一装置中，红光和蓝光条纹间距为何不同？ 思考2：同为红光，改变双缝间距 d 后，条纹间距为何变化？ Δx 与 λ 成正比，红光波长较长，条纹较宽；Δx 与 d 成反比，双缝间距越小，条纹越宽。 六、注意事项 1. 保证清晰条纹的操作要点 （1）单缝、双缝应相互平行，且大致位于遮光筒中心轴线上。 （2）光源、滤光片、单缝、双缝和屏的中心应尽量共轴。 （3）测量头分划板中心刻线要对准条纹中心。 （4）测多条亮纹或暗纹中心间距离，再求平均条纹间距。 这些操作都服务于“条纹清晰、读数稳定、减小偶然误差”。 六、注意事项 2. 误差从哪里来？ 思考1：测双缝到屏距离 l 时，怎样减小误差？ 思考2：测条纹间距 Δx 时，哪些操作会造成误差？ 归纳：实验误差主要来自距离测量和条纹位置读数，应通过共轴调节、多次测量和累积法减小。 用毫米刻度尺多次测量取平均值。 条纹不清晰、刻线未对准中心、单缝双缝不平行、读数不准确等。 1. 在利用测量头测量条纹宽度时，应使分划板中心刻线最好( ) A. 与亮条纹的边缘对齐 B. 与暗条纹的边缘对齐 C. 与亮条纹的中心位置对齐 D. 与亮条纹和暗条纹的交界处对齐 C 2.（多选）利用如图所示装置研究双缝干涉现象并测量光的波长，下列说法正确的是( ) A. 实验装置中的①②③元件分别为滤光片、单缝、双缝 B. 将滤光片由紫色换成红色，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. 测量过程中，误将5个条纹间距数成6个，波长测量值偏大 AB 3. 某同学调节双缝干涉实验装置后能观察到清晰条纹。若希望条纹数目增加，下列改动可能实现的是( ) A. 仅将滤光片移至单缝和双缝之间 B. 仅将单缝远离双缝移动少许 C. 仅将单缝与双缝的位置互换 D. 仅将红色滤光片换成绿色滤光片 D 4. 在“用双缝干涉测光的波长”实验中，双缝间距 d = 3 mm，双缝与屏之间距离为 0.70 m。若测量第1条亮纹和第5条亮纹位置，读数差为 0.640 mm，则相邻亮纹间距应取为( ) A. 0.640 mm B. 0.320 mm C. 0.160 mm D. 0.128 mm C 用双缝干涉测量光的波长 实验原理 测量量 l：双缝到屏的距离 Δx：相邻两条亮条纹间距 实验过程 观察干涉图样 → 测出 l 和 Δx → 代入公式求波长 注意事项 共轴、平行、条纹清晰、累积测量 $