2025年高二物理同步培优讲练（人教版选择性必修第一册）4.4 实验：用双缝干涉测量光的波长（解析版）.docx

4.4实验：用双缝干涉测量光的波长

物理素养

学习目标

1.物理观念：①掌握双缝干涉条纹间距的计算公式及推导过程.②掌握用双缝干涉测波长的原理、操作、器材及注意事项.

2.科学思维：会利用双缝干涉实验测量单色光的波长，加深对双缝干涉的理解.

3.科学探究：通过进行“用双缝干涉测量光的波长实验,加深对

双缝干涉图样的认识和理解。

4.科学态度与责任：认识物理实验和数学工具在物理发展过程中的作用。

1.会根据干涉条纹的间距和光的波长之间的关系，确定测量光的波长的实验思路。

2能设计实验方案并正确操作实验器材，得到明显的干涉条纹。

3.知道两种测量头的操作和读数规则，并获得数据。

4.对测量数据进行整理，得到波长的测量值。

重点关注：①双缝干涉、实验装置、测量头②③相邻亮条纹间的距离、波长

（一）课前研读课本，梳理基础知识

一、实验思路

1．实验原理：光源发出的光经滤光片(装在单缝前)成为单色光，把单缝照亮。单缝相当于一个线光源，它又把双缝照亮。来自双缝的光在双缝右边的空间发生干涉。遮光筒的一端装有毛玻璃屏，可以在这个屏上观察到干涉条纹，并由λ＝eq\f(d,l)Δx计算出光的波长。透镜的作用是使射向单缝的光更集中。

2．物理量的测量(双缝间的距离d已知)

(1)l的测量：双缝到屏的距离l可以用刻度尺测出。

(2)Δx的测量：相邻两条亮条纹间的距离Δx需用测量头测出。测量头由分划板、目镜、手轮等构成。

二、实验装置

1．实验装置如图所示

2．实验器材：光具座、光源、滤光片、透镜、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃、测量头。另外，还有学生电源、导线、刻度尺等。

三、进行实验

1．将光源、透镜、遮光筒、毛玻璃依次安放在光具座上。

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的轴线到达光屏。

4．安装双缝和单缝，中心大致位于遮光筒的轴线上，使双缝与单缝的缝平行，两者间距5～10cm，这时可观察白光的双缝干涉条纹。

5．在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。

6．测量双缝到屏的距离l和相邻两条亮条纹间的距离Δx。

7．分别改变滤光片的颜色和双缝的距离，观察干涉条纹的变化，并求出相应的波长。

四、数据分析

1.安装测量头，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亮条纹的中心，记下手轮上的读数a1，将该条纹记为第1条亮条纹；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中心，记下此时手轮上的读数a2，将该条纹记为第n条亮条纹，则相邻两亮条纹间距Δx＝eq\f(|a2－a1|,n－1)。

3．用刻度尺测量双缝到屏间的距离l(d是已知的)。

4．重复测量、计算，求出波长的平均值。

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条亮条纹间的距离a，则Δx＝eq\f(a,n－1)，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、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行且与遮光筒的中心轴线垂直，间距大约5～10cm。

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应着亮(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。

七、拓展学习

用光传感器可以更方便地演示双缝干涉现象。

图4.4-5是实验装置图(实验在暗室中进行)。光源在铁架台的最上端,中间是刻有双缝的挡板,下面是光传感器。这个实验的光路是自上而下的。

图中带有白色狭长矩形的小盒是光传感器,沿矩形的长边分布着许多光敏单元。传感器各个光敏单元得到的光照信息经计算机处理后,在显示器上显示出来。

根据显示器上干涉图像的条纹间距,可以算出光的波长。

与图4.4-4的方法相比,这种方法除了同样可以测量条纹间距外,它还可以方便、形象地展示亮条纹的分布,并能测出传感器上各点的光照强度。

【题型一】实验：用双缝干涉测量光的波长

【典型例题1】（2024·浙江温州·三模）(1)在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，图1中的a、b、c三个位置对应的器材为_______________________；

A．a是滤光片、b是单缝、c是双缝

B．a是单缝、b是双缝、c是滤光片

C．a是