4.4 实验：用双缝干涉测量光的波长 （教学课件）物理人教版选择性必修第一册

该高中物理课件聚焦“用双缝干涉测光的波长”实验，系统梳理双缝干涉原理、实验设计及数据处理，通过“最精密的尺子”设问，对比千分尺与光波长，引导学生结合已有知识设计方案，搭建从已知到未知的学习支架。 其亮点在于以科学探究为主线，通过推导波长公式、规范测量双缝到屏距离及多条条纹间距、分析分划板对齐等误差来源培养科学思维，结合典例与分层练习巩固物理观念。学生能提升实验操作与数据处理能力，教师可高效落实教学重难点。

第四章 光 人教版（2019）选择性必修 第一册 4 实验：用双缝干涉测光的波长 目录 学习目标 重点难点 课堂导入 探究新知 课堂小结 课堂练习 布置作业 1 2 3 4 5 6 7 2 01 02 03 04 物理观念 依托双缝干涉理想化模型，理解双缝干涉的产生条件；知道相干光源的要求，认识双缝干涉条纹的分布特征；明白条纹间距会受光的波长、双缝到光屏距离、双缝之间距离这几个因素影响；能够区分单缝衍射、双缝干涉的条纹特点，会用光的干涉观念解释白光双缝干涉出现彩色条纹的现象，为光的波动性建立认知。 科学思维 构建 “光源‑单缝‑双缝‑遮光筒‑光屏” 光路模型；运用模型推理，分析双缝间距、双缝到光屏距离发生改变时，干涉条纹间距如何随之变化；结合几何关系梳理条纹间距的推导逻辑；利用数形结合的思想，通过测量多条亮纹的总宽度，求取单条相邻亮纹的平均间距；通过对比分析，辨析干涉条纹与衍射条纹的差异；借助模型开展抽象推理、逻辑辨析，能够根据实验测得的几组数据估算光的波长，锻炼利用物理模型处理实验测量问题的推理能力。 科学探究 以小组形式开展双缝干涉测光的波长动手探究实验；利用光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、测量头、刻度尺，组装调试整套实验装置，观察单色光产生的双缝干涉条纹；调节单缝、双缝，保证二者相互平行，观察条纹清晰度的变化；多次测量多条亮纹的总宽度，算出相邻亮纹之间的距离；测量双缝到光屏之间的距离，读取仪器标注的双缝间距，代入规律估测光的波长；排查单缝双缝不平行、装置漏光、测量头读数偏差带来的实验误差；记录实验现象与实验数据，归纳实验操作注意事项，提升仪器组装、现象观察、数据处理、误差分析的探究能力。 科学态度与责任 完整经历仪器组装、现象观察、数据估测、规律归纳、误差分析完整流程；体会理想化光路模型在双缝干涉实验中的作用；理性看待仪器缺陷、读数偏差带来的现象与数据偏差，理解多次测量能够减小实验误差，养成尊重客观实验事实、严谨求实的科学习惯；了解双缝干涉测波长在光学检测、精密测量场景当中的应用；感受光的波动性对于科学测量的价值，建立物理实验服务科学研究的意识。 学习目标 实验思路 01 教学内容 物理量的测量 02 数据分析 03 方案设计 04 教学重点 1 教学重点 2 教学难点 3 掌握双缝干涉的产生条件，认识干涉条纹的分布特点，知道影响条纹间距的相关因素。 能够规范完成实验装置组装与调试，正确进行实验操作、读取实验数据，会处理多条条纹的测量数据。 准确调试出清晰的干涉条纹，能够分析实验过程中的各类误差来源，区分干涉与衍射的条纹现象。 重点难点 课堂导入——观察与思考 同学们，你见过最精密的尺子是什么？可能是千分尺，千分尺的精确度可以达到10-5m,你知道，可光的波长比这个还有小的很多，光的波长是怎样被测量出来的，你能根据之前学习过的知识设计实验方案吗？ 01 PART 01 第一部分 实验思路 探究新知 7 探究新知——实验思路 由双缝干涉亮（暗）纹间距的公式 由公式 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 计算出入射光波长的大小。 02 PART 02 第二部分 物理量的测量 探究新知 9 探究新知——实验器材 双缝干涉仪(由光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头组成)、学生电源、导线、刻度尺． 光源 滤光片 双缝 遮光筒 毛玻璃 单缝 测量头 探究新知——物理量的测量 根据 可知，本实验需要测量的物理量是双缝到屏的距离 l 和相邻两条亮条纹间的距离 （双缝间的距离 d 已知）。具体操作如下。 l 的测量：双缝到屏的距离 l 可以用刻度尺测出。 的测量：相邻两条亮条纹间的距离 需用测量头测出。测量头通常有两种（如图所示），但都由分划板、目镜、手轮等构成。 探究新知——物理量的测量 转动手轮，分划板会左右移动。测量时，应使分划板的中心刻线与条纹的中心对齐（如图所示），记下此时手轮上的读数。然后转动测量头，使分划板中心刻线与另一条纹的中心对齐，再次记下手轮上的读数。两次读数之差表示这两个条纹间的距离 。 Δx Δx Δx Δx Δx Δx 红光 探究新知——物理量的测量 为了减小测量误差，可测多个亮条纹间的距离，再求出相邻两个条纹间的距离。例如，可测出 n 个亮条纹间的距离 a，再求出相邻两个亮条纹间的距离 。 第1条 第7条 03 PART 03 第二部分 数据分析 探究新知 14 探究新知——数据分析 设计表格记录实验数据。d 是已知的，l 和 n 条亮条纹间的距离 a 是直接测量值。 双缝干涉 d l x1 x2 a λ d1= l1 l1 l2 d2= l1 l1 l2 探究新知——误差分析 哪些因素会导致实验有误差？ 1．测双缝到屏的距离l带来的误差，可通过选用mm刻度尺，进行多次测量求平均值的办法减小误差． 2.通过测量多条亮条纹间的距离来减小测量误差． 3．测条纹间距Δx带来的误差． (1)干涉条纹没有调到最清晰的程度． (2)分划板刻线与干涉条纹不平行，中心刻线没有恰好位于条纹中心． (3)测量多条亮条纹间距离时读数不准确． 04 PART 04 第二部分 实验方案 探究新知 17 探究新知——实验方案 请根据上述分析设计实验方案，并与其他同学交流？ 1.将光源、透镜、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图所示： 滤光片 探究新知——实验方案 2.取下双缝，打开光源，调节光源高度，使它发出的光沿遮光筒轴线照亮屏(中心在同一高度); 3.装好单缝和双缝(缝沿竖直方向)，调节透镜，使灯丝的像成在单缝上，调节单、双缝，使缝平行，这时在屏上会看到白光的干涉图样； 4.在单缝和光源间放上红色滤光片，观察红光干涉图样； 5.调节测量头，使分划板中心刻线与左端某条(记为第1条)亮纹中心对齐，记下此时测量头刻度x1，将测量头朝右端移动，记下第 n 条亮纹中心位置x2；则第1条亮纹与第n条亮纹中心间距为a=x2-x1，则相邻亮纹间距为： 探究新知——实验方案 探究新知——注意事项 1．放置单缝和双缝时，必须使缝平行． 2．要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光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(或暗)纹的中心． 4．要多测几个亮纹(或暗纹)中心间的距离，再求Δx. 5．调节的基本依据是：照在像屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴所致；干涉条纹不清晰一般是因为单缝与双缝不平行． 探究新知——典例分析 【例1】某实验小组用双缝干涉测量光的波长。 (1)关于本实验下列选项正确的是　　　；  A.单缝和双缝必须平行放置 B.干涉条纹与双缝垂直 C.图甲中P处放置双缝 D.图甲中M处放置滤光片，N处放置双缝 E.干涉条纹的疏密程度与单缝宽度有关 探究新知——典例分析 (2)将测量头分划板中心刻线与某亮条纹的中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮条纹。手轮上的示数为3.730 mm，转动手轮，分划板中心刻线与第6条亮条纹中心对齐时，手轮上的示数如图乙所示，读数为　　　　 mm。已知双缝间距d=0.3 mm，双缝到光屏的距离L=600 mm，则光的波长λ= 　　　 nm；  探究新知——典例分析 (3)以下操作，可使条纹间距变大的是　　　。  A.将滤光片由红色换成蓝色 B.增大单缝与双缝的距离 C.增大双缝与光屏的距离 D.换一个间距更大的双缝 (4)若测量头中观察到的图样如图丙所示，则波长的测量值 　　　(填“大于”“小于”或“等于”)真实值。  探究新知——典例分析 【解析】（1）单缝和双缝必须平行放置，故A正确；干涉条纹与双缝平行，故B错误；本实验应先得到单色光，再得到相干光，所以题图甲中M处放置滤光片，N处放置单缝，P处放置双缝，故C正确，D错误； 由公式Δx=λ，l为双缝到光屏的距离，d为双缝间距，所以干涉条纹的疏密程度与单缝宽度无关，故E错误。 （2）螺旋测微器的精确度为0.01 mm，通过格数估读到0.001 mm，则读数为10 mm+33.0×0.01 mm=10.330 mm。由题有相邻两条亮条纹间距为Δx= mm=1.320 mm，由Δx=λ，得λ== m=660 nm 探究新知——典例分析 【解析】（3）根据双缝干涉条纹的间距公式Δx=λ，红色换成蓝色，波长变短，则条纹间距变小，故A错误；增大单缝到双缝的距离，不能改变条纹间距，故条纹间距不变，故B错误；增大双缝到光屏的距离l，则条纹间距变大，故C正确；换一个间距更大的双缝，即d增大，故条纹间距变小，故D错误。 （4）条纹与分划板中心刻线不平行时，实际值Δx实=Δx测cos θ，θ为条纹与分划板中心竖直刻线间的夹角，则有Δx实<Δx测 由于λ=，可知波长的测量值大于实际值。 探究新知——典例分析 【例2】用光传感器做双缝干涉的实验，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 亮条纹中心的间距 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 探究新知——典例分析 (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，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”)。  探究新知——典例分析 【解析】（1）相邻两个波峰之间的距离即相邻两条亮条纹中心的间距，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）由Δx=λ可知， 波长越长，条纹间距越大，故红光的图像是丙。 课堂小结 二、实验器材 一、实验思路 实验：用双缝干涉测量光的波长 实验原理 三、实验步骤 光具座、光源、滤光片、透镜、 单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头． 实验装置的组装，并做好观察记录 物理量的测量 四、数据分析 数据获取与处理 五、误差分析 误差来源及减小误差的方法 六、注意事项 Δx＝ λ 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 布置作业 1.认真阅读课本本节内容，并完成课后“练习与应用”； 2.完成分层作业。 谢谢聆听 鼎力物理制作，盗版必究 谢谢聆听 Lavf58.29.100 1.如图甲所示是双缝干涉测光的波长的实验装置． (1)用如图甲所示的实验装置观察双缝干涉图样，用的是红色滤光片，在毛玻璃屏上可以看到红色干涉条纹，若要增加从目镜中观察到的条纹个数，可以________；（填选项前字母） A．仅将双缝与光屏之间的距离减小少许 B．仅将单缝与双缝间距增大少许 C．仅将双缝间的距离减小少许 D．仅将红色滤光片换成绿光滤光片 (2)某次实验测得双缝间距d＝0.5 mm，双缝与光屏间距离L＝0.500 m，用某种单色光照射双缝得到干涉图样如图乙，分划板在图乙中A位置时游标卡尺读数为11.1 mm，B位置时游标卡尺读数如图丙所示，则B位置的游标卡尺读数为________ mm，单色光的波长为________ m(结果保留三位有效数字)． 2.用普通小灯泡作为光源完成“用双缝干涉测光的波长”实验，首先将实验仪器按图甲方式安装在光具座上。 （1）下列做法中，有助于减小实验误差的操作为        ； A．将单缝拆下 B．将单缝与双缝的位置互换 C．增大单缝与双缝间的距离 D．一次测出多条亮条纹间的距离，再算出相邻亮条纹间距 （2）某同学选用红色滤光片进行测量，使测量头分划板中心刻线与某一亮条纹A的中心对齐，此时测量头上的游标卡尺如图乙所示，其读数x1=      mm。然后转动手轮，使分划板中心刻线与另一亮条纹B的中心对齐，此时游标卡尺的读数为x2（x2>x1），已知条纹A、B间还有4条亮条纹，则相邻两亮条纹的间距为      （用x1和x2表示）。 （3）若相邻两亮条纹的间距记为Δx，双缝间距、屏与双缝间的距离分别记为d和l，则测量得到的单色光波长λ=      （用Δx、d和l表示）。 （4）该同学仅将红色滤光片换成紫色滤光片，则在目镜中观察到的条纹数目      （填“增加”、“减少”或“不变”）。 3.（2025-2026·浙江绍兴高二下期末）某同学利用双缝干涉实验来测量某种单色光的波长，实验装置如图1所示。 (1) 关于光具座上放置的光学元件，下列说法正确的是                  (多选)。 A.①②③④分别对应的仪器是凸透镜、滤光片、单缝和双缝 B.②的作用是获得单色光，若取走②将无法看到干涉条纹 C.单缝和双缝应该均与水平方向平行放置 D.若将灯泡换成激光光源，去掉①②③，仍可以观察到干涉条纹 (2) 若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可                  。 A.转动测量头 B.将红色滤光片换成绿色滤光片 C.使用间距更小的双缝 D.减小透镜与单缝的距离 (3) 若视野中背景较亮但条纹不够清晰，应该调节如图所示的拨杆，下列关于拨杆安装方式和操作正确的是                  。 A.拨杆处丫字叉套在单缝所在处的支柱上并为轴，手持拨杆的端，通过左右(沿视角)拨动来调节小孔套住的双缝 B.拨杆处小孔套在双缝所在处的支柱上并为轴，手持拨杆的端，通过手的左右(沿视角)拨动来调节丫字叉套住的单缝 C.拨杆处小孔套在双缝所在处的支柱上并为轴，手持拨杆的端，通过手的上下(沿视角)拨动来调节丫字叉套住的单缝 (4)该同学调整手轮后，观察到的干涉条纹如图2(a)所示，分划线中心刻线对准第3亮条纹的中心，此时游标卡尺的读数为；接着再转动手轮，使分划线中心刻线对准第9亮纹中心，看到的干涉条纹如图2(b)所示，此时游标卡尺的读数如图3所示，其读数为                  ，已知双缝间距为，单缝与双缝间的距离为，光屏与双缝间的距离为。则入射的单色光波长的计算表达式为                  (用题中字母表示)。 4.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，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个亮条纹中心到第12个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3位有效数字)； (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 (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________。(选填“亮条纹”或“暗条纹”) 5.（2024-2025·浙江宁波高二下期末）在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中。 (1) 图1为依次安装该实验装置三个器材时的图示，a、b、c箭头所指器材依次为_______________ A.单缝、双缝、滤光片 B.滤光片、单缝、双缝 C.双缝、单缝、滤光片 (2) 图2中对条纹的间距Δx表示正确的是_______________(选“A”或“B”) (3) 在(2)中正确操作并读取数据后，通过测量得到条纹间距的数量级为_______________ A.10−1m B.10−3m C.10−5m D.10−7m (4) 如图3所示为“用光传感器做双缝干涉的实验”的实验装置图，轨道的左侧是激光光源，中间是刻有双缝的挡光座，右侧是光传感器。实验中只改变双缝之间的距离，其他不变，在电脑上得到图4和图5两种干涉图样。则_______________ A.图4对应的双缝之间的距离比图5的大 B.图5对应的双缝之间的距离比图4的大 $