第第頁2024版新教材高考物理全程一輪總復習第十五章光實驗二十一用雙縫干涉測量光的波長（課件+學生用書）（2份）(共30張PPT)

實驗二十一用雙縫干涉測量光的波長

必備知識·自主落實

關鍵能力·精準突破

必備知識·自主落實

一、實驗思路與操作

裝置圖和思路

思路：

測量雙縫到屏的距離l及

相鄰兩條亮條紋間的距離

Δx，由λ＝Δx計算波長

操作要領

(1)安裝儀器

①將光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上；

②接好電源，打開開關，使燈絲正常發光，調節各部件的高度，使光源燈絲發出的光能沿軸線到達光屏；

③安裝單縫和雙縫，中心位于遮光筒的軸線上，使雙縫和單縫的縫平行

(2)觀察與記錄

①調單縫與雙縫間距為幾厘米時，觀察白光的干涉條紋；

②在單縫和光源間放上濾光片，觀察單色光的干涉條紋；

③調節測量頭，使分劃板中心刻度線對齊第1條亮條紋的中心，記下手輪上的讀數x1，轉動手輪，使分劃板向一側移動，當分劃板中心刻度線與第n條相鄰的亮條紋中心對齊時，記下手輪上的刻度數x2，則相鄰兩亮條紋間的距離Δx＝．

二、數據處理

1．條紋間距Δx＝.

2．波長λ＝Δx.

3．計算多組數據，求λ的平均值．

注意事項

(1)雙縫干涉儀是比較精密的實驗儀器，要輕拿輕放，不要隨便拆分遮光筒、測量頭等元件．

(2)安裝時，要保證光源、濾光片、單縫、雙縫和光屏的中心在同一條軸線上，并使單縫、雙縫平行且豎直．

(3)光源使用線狀長絲燈泡，調節時使之與單縫平行且靠近．

(4)實驗中會出現屏上的光很弱的情況，主要是燈絲、單縫、雙縫、測量頭與遮光筒不共軸所致；干涉條紋是否清晰與單縫和雙縫是否平行有關系．

誤差分析

(1)雙縫到屏的距離l的測量存在誤差．

(2)測條紋間距Δx帶來的誤差如下：

①干涉條紋沒有調整到最清晰的程度．

②分劃板刻線與干涉條紋不平行，中心刻線沒有恰好位于條紋中心．

③測量多條亮條紋間的距離時讀數不準確，此間距中的條紋數未數清．

關鍵能力·精準突破

考點一教材原型實驗

例1[2023·浙江6月]圖示是“用雙縫干涉測量光的波長”實驗的裝置．實驗中：

(1)觀察到較模糊的干涉條紋，要使條紋變得清晰，值得嘗試的是________．

A．旋轉測量頭

B．增大單縫與雙縫間的距離

C．調節撥桿使單縫與雙縫平行

(2)要增大觀察到的條紋間距，正確的做法是________．

A．減小單縫與光源間的距離

B．減小單縫與雙縫間的距離

C．增大透鏡與單縫間的距離

D．增大雙縫與測量頭間的距離

C

D

解析：(1)條紋模糊，原因可能是單縫與雙縫沒有完全平行造成的，與測量頭的位置無關，與單縫與雙縫間的距離也無關，故可以調節撥桿讓單縫與雙縫平行，使干涉條紋變清晰，C正確；

(2)由條紋間距公式Δx＝λ可得，增大雙縫與測量頭間的距離l，可增大條紋間距，D正確．

針對訓練

1.某實驗小組在用雙縫干涉測光的波長的實驗中，將雙縫干涉實驗儀器按要求安裝在光具座上，如圖甲所示．雙縫間距d＝0.20mm，測得屏與雙縫間的距離L＝500mm.然后，接通電源使光源正常工作：

(1)某同學在測量時，轉動手輪，在測量頭目鏡中先看到分劃板中心刻線對準亮條紋A的中心，如圖乙所示，則游標卡尺的讀數為________cm；然后他繼續轉動手輪，使分劃板中心刻線對準亮條紋B的中心，若游標卡尺的讀數為1.67cm，此時主尺上的________cm刻度與游標尺上某條刻度線對齊；入射光的波長λ＝________m；

(2)若實驗中發現條紋太密，可采取的改善辦法有_________________________________(至少寫一條)．

1.11

2.30

3.2×10－7

減小雙縫間距d或者增大雙縫到屏的距離L

解析：(1)游標卡尺的讀數為1.1cm＋0.1mm×1＝1.11cm；若游標卡尺的讀數為1.67cm＝16.7mm，根據游標卡尺的讀數原理，由圖可知，主尺的刻度為16mm＝1.6cm，則游標尺的讀數為0.70mm，所以可推知這時游標尺上的第＝7條刻度線與主尺上的刻度線對齊，對齊處為16.7mm＋7×mm＝23mm；條紋間距Δx＝cm＝0.08cm，則根據Δx＝λ可得λ＝＝m＝3.2×10－7m.

(2)若實驗中發現條紋太密，即條紋間距太小，根據Δx＝λ可采取的改善辦法有：減小雙縫間距d或者增大雙縫到屏的距離L.

2．在“用雙縫干涉測光的波長”的實驗中，請按照題目要求回答下列問題．

(1)圖中甲、乙兩圖都是光的條紋形狀示意圖，其中干涉圖樣是________．

甲

解析：圖甲中的條紋間距和寬度相同，是干涉圖樣，圖乙是衍射圖樣．

(2)將表中的光學元件放在圖丙所示的光具座上組裝成用雙縫干涉測光的波長的實驗裝置，并用此裝置測量紅光的波長．

將白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光學元件，由左至右，表示各光學元件的排列順序為________.(填寫元件)

元件ABCDE

元件名稱光屏雙縫白光光源單縫透紅光的濾光片

CEDBA

解析：光源發出的白光，各種頻率都有，加上E后通過的只有紅光了，變成單色光，加上D和B，就得到兩列頻率相同、步調一致的相干光，最后放置光屏，干涉條紋呈現在光屏上，所以順序為CEDBA.

(3)已知該裝置中雙縫間距d＝0.50mm，雙縫到光屏的距離L＝0.50m，在光屏上得到的干涉圖樣如圖(a)所示，分劃板在圖中A位置時游標卡尺如圖(b)所示，則其示數為________mm；在B位置時游標卡尺如圖(c)所示．由以上所測數據可以得出形成此干涉圖樣的單色光的波長為________m．

111.10

6.5×10－7

解析：A位置的示數為111.10mm，B位置的示數為115.65mm，圖甲中A、B之間的距離為115.65mm－111.10mm＝4.55mm，則相鄰條紋的間距為Δx＝mm，再根據公式Δx＝λ，代入數據得波長為6.5×10－7m.

考點二探索創新實驗

例2小沈同學進行“用雙縫干涉測波長”的實驗，

(1)其中部分器材如下：

A．白熾燈B．凸透鏡

C．單縫片D．濾光片

E．測量頭F．雙縫片

將以上器材安裝在光具座遮光筒上時，自光源起合理的順序是(填字母)：A、B、____、____、F、E.

D

C

解析：根據“用雙縫干涉測量光的波長”的實驗中儀器的位置可知，從左向右依次為：白色光源、凸透鏡、濾光片、單縫、雙縫、測量頭，將以上器材安裝在光具座遮光筒上時，自光源起合理的順序是：A、B、D、C、F、E；

(2)某次觀察時，透過測量頭觀察到了綠光的干涉條紋，但條紋的亮度很低，為了便于測量，下列方法能夠使條紋亮度增加的是________．

A．增加光源的功率

B．將毛玻璃換成透明玻璃

C．換一個面積更大的凸透鏡

D．調節測量頭的位置

(3)下列圖示中條紋間距表示正確的是________．

AC

C

解析：(2)為了便于測量，要使條紋亮度增加，即使得單位時間內的光子數目增多，當增加光源的功率，導致單位時間內的光子數目增多，故A正確；將毛玻璃換成透明玻璃，不會看到亮條紋，故B錯誤；將凸透鏡換成一個面積更大的凸透鏡，則光的強度的增強，導致亮度增加，故C正確；調節測量頭的位置，亮度不變，故D錯誤．

(3)干涉條紋的寬度是指一個明條紋與一個暗條紋的寬度的和，為兩個相鄰的明條紋(或暗條紋)的中心之間的距離，故C正確．

(4)如圖所示是小沈同學改為參考課本上“用光傳感器做雙縫干涉的實驗”進行實驗，圖甲、乙分別對應的是第一、二次實驗得到的干涉圖線．比較甲、乙兩圖線可判斷，第一次實驗中________．

A．單縫與雙縫的間距一定較大

B．光強度較小

C．光源到雙縫的距離較大

D．雙縫到光傳感器的距離可能較小

D

解析：由題圖可知，第一次得到的條紋間距較小，根據Δx＝λ可知：單縫與雙縫的間距對條紋間距無影響，選項A錯誤；光強度對條紋間距無影響，選項B錯誤；光源到雙縫的距離對條紋間距無影響，選項C錯誤；雙縫到光傳感器的距離l較小，則條紋間距較小，選項D正確．

針對訓練

3.洛埃德(H.Lloyd)在1834年提出了一種更簡單的觀察干涉的裝置．如圖所示，從單縫S發出的光，一部分入射到平面鏡后反射到屏上，另一部分直接投射到屏上，在屏上兩光束交疊區域里將出現干涉條紋．單縫S通過平面鏡成的像是S′.

(1)通過洛埃德鏡在屏上可以觀察到明暗相間的干涉條紋，這和雙縫干涉實驗得到的干涉條紋一致．如果S被視為其中的一個縫，____________________相當于另一個“縫”；

(2)實驗表明，光從光疏介質射向光密介質界面發生反射時，在入射角接近90°時，反射光與入射光相比，相位有π的變化，即半波損失．如果把光屏移動到和平面鏡接觸，接觸點P處是________(選填“亮條紋”或“暗條紋”)；

(3)實驗中已知單縫S到平面鏡的垂直距離h＝0.15mm，單縫到光屏的距離D＝1.2m，觀測到第3個亮條紋到第12個亮條紋的中心間距為22.78mm，則該單色光的波長λ＝________m(結果保留3位有效數字)．

S經平面鏡成的像S′(或S′)

暗條紋

6.33×10－7

解析：(1)根據題圖可知，如果S被視為其中的一個縫，S經平面鏡成的像S′相當于另一個“縫”．

(2)根據題意可知，把光屏移動到和平面鏡接觸，光線經過平面鏡反射后將會有半波損失，因此接觸點P處是暗條紋．

(3)每兩條相鄰亮條紋中心間距為

Δx＝m≈2.53×10－3m.

根據公式Δx＝λ得λ＝Δx

代入數據解得：λ≈6.33×10－7m.

4．(1)干涉條紋除了可以通過雙縫干涉觀察到外，把一個凸透鏡壓在一塊平面玻璃上(圖甲)，讓單色光從上方射入(示意圖如圖乙，其中R為凸透鏡的半徑)，從上往下看凸透鏡，也可以觀察到由干涉造成圖丙所示的環狀條紋，這些條紋叫作牛頓環．如果改用波長更長的單色光照射，觀察到的圓環半徑將________(選填“變大”“變小”或“不變”)；如果換一個半徑更大的凸透鏡，觀察到的圓環半徑將________(選填“變大”“變小”或“不變”)．

變大

變大

解析：當光程差為波長的整數倍時是亮條紋，當光程差為半個波長的奇數倍時是暗條紋；用波長更長的光照射，則出現亮條紋的這一厚度需遠離中心，則圓環的半徑變大；換一個表面曲率半徑更大的凸透鏡，出現亮條紋的這一厚度偏移中心，知圓環的半徑變大．

(2)采用波長為690nm的紅色激光作為單色入射光，牛頓環的兩條相鄰亮條紋位置所對應的空氣膜的厚度差約為________．

A．345nmB．690nm

C．幾微米D．幾毫米

A

解析：由題意知相鄰亮條紋對應的空氣層的厚度差為半個波長，故為345nm，故選項A正確，B、C、D錯誤．實驗二十一用雙縫干涉測量光的波長

必備知識·自主落實

一、實驗思路與操作

裝置圖和思路操作要領

思路：測量雙縫到屏的距離l及相鄰兩條亮條紋間的距離Δx，由λ＝Δx計算波長(1)安裝儀器①將光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上；②接好電源，打開開關，使燈絲正常發光，調節各部件的高度，使光源燈絲發出的光能沿軸線到達光屏；③安裝單縫和雙縫，中心位于遮光筒的軸線上，使雙縫和單縫的縫平行(2)觀察與記錄①調單縫與雙縫間距為幾厘米時，觀察白光的干涉條紋；②在單縫和光源間放上濾光片，觀察單色光的干涉條紋；③調節測量頭，使分劃板中心刻度線對齊第1條亮條紋的中心，記下手輪上的讀數x1，轉動手輪，使分劃板向一側移動，當分劃板中心刻度線與第n條相鄰的亮條紋中心對齊時，記下手輪上的刻度數x2，則相鄰兩亮條紋間的距離Δx＝．

二、數據處理

1．條紋間距Δx＝.

2．波長λ＝Δx.

3．計算多組數據，求λ的平均值．

注意事項

(1)雙縫干涉儀是比較精密的實驗儀器，要輕拿輕放，不要隨便拆分遮光筒、測量頭等元件．

(2)安裝時，要保證光源、濾光片、單縫、雙縫和光屏的中心在同一條軸線上，并使單縫、雙縫平行且豎直．

(3)光源使用線狀長絲燈泡，調節時使之與單縫平行且靠近．

(4)實驗中會出現屏上的光很弱的情況，主要是燈絲、單縫、雙縫、測量頭與遮光筒不共軸所致；干涉條紋是否清晰與單縫和雙縫是否平行有關系．

誤差分析

(1)雙縫到屏的距離l的測量存在誤差．

(2)測條紋間距Δx帶來的誤差如下：

①干涉條紋沒有調整到最清晰的程度．

②分劃板刻線與干涉條紋不平行，中心刻線沒有恰好位于條紋中心．

③測量多條亮條紋間的距離時讀數不準確，此間距中的條紋數未數清．

關鍵能力·精準突破

考點一教材原型實驗

例1[2023·浙江6月]圖示是“用雙縫干涉測量光的波長”實驗的裝置．實驗中：

(1)觀察到較模糊的干涉條紋，要使條紋變得清晰，值得嘗試的是________．

A．旋轉測量頭

B．增大單縫與雙縫間的距離

C．調節撥桿使單縫與雙縫平行

(2)要增大觀察到的條紋間距，正確的做法是________．

A．減小單縫與光源間的距離

B．減小單縫與雙縫間的距離

C．增大透鏡與單縫間的距離

D．增大雙縫與測量頭間的距離

[解題心得]

針對訓練

1.某實驗小組在用雙縫干涉測光的波長的實驗中，將雙縫干涉實驗儀器按要求安裝在光具座上，如圖甲所示．雙縫間距d＝0.20mm，測得屏與雙縫間的距離L＝500mm.然后，接通電源使光源正常工作：

(1)某同學在測量時，轉動手輪，在測量頭目鏡中先看到分劃板中心刻線對準亮條紋A的中心，如圖乙所示，則游標卡尺的讀數為________cm；然后他繼續轉動手輪，使分劃板中心刻線對準亮條紋B的中心，若游標卡尺的讀數為1.67cm，此時主尺上的________cm刻度與游標尺上某條刻度線對齊；入射光的波長λ＝________m；

(2)若實驗中發現條紋太密，可采取的改善辦法有______________________(至少寫一條)．

2．在“用雙縫干涉測光的波長”的實驗中，請按照題目要求回答下列問題．

(1)圖中甲、乙兩圖都是光的條紋形狀示意圖，其中干涉圖樣是________．

(2)將表中的光學元件放在圖丙所示的光具座上組裝成用雙縫干涉測光的波長的實驗裝置，并用此裝置測量紅光的波長．

元件ABCDE

元件名稱光屏雙縫白光光源單縫透紅光的濾光片

將白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光學元件，由左至右，表示各光學元件的排列順序為________.(填寫元件)

(3)已知該裝置中雙縫間距d＝0.50mm，雙縫到光屏的距離L＝0.50m，在光屏上得到的干涉圖樣如圖(a)所示，分劃板在圖中A位置時游標卡尺如圖(b)所示，則其示數為________mm；在B位置時游標卡尺如圖(c)所示．由以上所測數據可以得出形成此干涉圖樣的單色光的波長為________m．

考點二探索創新實驗

例2小沈同學進行“用雙縫干涉測波長”的實驗，

(1)其中部分器材如下：

A．白熾燈B．凸透鏡

C．單縫片D．濾光片

E．測量頭F．雙縫片

將以上器材安裝在光具座遮光筒上時，自光源起合理的順序是(填字母)：A、B、____、____、F、E.

(2)某次觀察時，透過測量頭觀察到了綠光的干涉條紋，但條紋的亮度很低，為了便于測量，下列方法能夠使條紋亮度增加的是________．

A．增加光源的功率

B．將毛玻璃換成透明玻璃

C．換一個面積更大的凸透鏡

D．調節測量頭的位置

(3)下列圖示中條紋間距表示正確的是________．

(4)如圖所示是小沈同學改為參考課本上“用光傳感器做雙縫干涉的實驗”進行實驗，圖甲、乙分別對應的是第一、二次實驗得到的干涉圖線．比較甲、乙兩圖線可判斷，第一次實驗中________．

A．單縫與雙縫的間距一定較大

B．光強度較小

C．光源到雙縫的距離較大

D．雙縫到光傳感器的距離可能較小

[解題心得]

針對訓練

3.洛埃德(H.Lloyd)在1834年提出了一種更簡單的觀察干涉的裝置．如圖所示，從單縫S發出的光，一部分入射到平面鏡后反射到屏上，另一部分直接投射到屏上，在屏上兩光束交疊區域里將出現干涉條紋．單縫S通過平面鏡成的像是S′.

(1)通過洛埃德鏡在屏上可以觀察到明暗相間的干涉條紋，這和雙縫干涉實驗得到的干涉條紋一致．如果S被視為其中的一個縫，__________________相當于另一個“縫”；

(2)實驗表明，光從光疏介質射向光密介質界面發生反射時，在入射角接近90°時，反射光與入射光相比，相位有π的變化，即半波損失．如果把光屏移動到和平面鏡接觸，接觸點P處是________(選填“亮條紋”或“暗條紋”)；

(3)實驗中已知單縫S到平面鏡的垂直距離h＝0.15mm，單縫到光屏的距離D＝1.2m，觀測到第3個亮條紋到第12個亮條紋的中心間距為22.78mm，則該單色光的波長λ＝________m(結果保留3位有效數字)．

4．(1)干涉條紋除了可以通過雙縫干涉觀察到外，把一個凸透鏡壓在一塊平面玻璃上(圖甲)，讓單色光從上方射入(示意圖如圖乙，其中R為凸透鏡的半徑)，從上往下看凸透鏡，也可以觀察到由干涉造成圖丙所示的環狀條紋，這些條紋叫作牛頓環．如果改用波長更長的單色光照射，觀察到的圓環半徑將________(選填“變大”“變小”或“不變”)；如果換一個半徑更大的凸透鏡，觀察到的圓環半徑將________(選填“變大”“變小”或“不變”)．

(2)采用波長為690nm的紅色激光作為單色入射光，牛頓環的兩條相鄰亮條紋位置所對應的空氣膜的厚度差約為________．

A．345nmB．690nm

C．幾微米D．幾毫米

實驗二十一用雙縫干涉測量光的波長

關鍵能力·精準突破

例1解析：(1)條紋模糊，原因可能是單縫與雙縫沒有完全平行造成的，與測量頭的位置無關，與單縫與雙縫間的距離也無關，故可以調節撥桿讓單縫與雙縫平行，使干涉條紋變清晰，C正確；

(2)由條紋間距公式Δx＝λ可得，增大雙縫與測量頭間的距離l，可增大條紋間距，D正確．

答案：(1)C(2)D

1．解析：(1)游標卡尺的讀數為1.1cm＋0.1mm×1＝1.11cm；若游標卡尺的讀數為1.67cm＝16.7mm，根據游標卡尺的讀數原理，由圖可知，主尺的刻度為16mm＝1.6cm，則游標尺的讀數為0.70mm，所以可推知這時游標尺上的第＝7條刻度線與主尺上的刻度線對齊，對齊處為16.7mm＋7×mm＝23mm；條紋間距Δx＝cm＝0.08cm，則根據Δx＝λ可得λ＝＝m＝3.2×10－7m.

(2)若實驗中發現條紋太密，即條紋間距太小，根據Δx＝λ可采取的改善辦法有：減小雙縫間距d或者增大雙縫到屏的距離L.

答案：(1)1.112.303.2×10－7

(2)減小雙縫間距d或者增大雙縫到屏的距離L

2．解析：(1)圖甲中的條紋間距和寬度相同，是干涉圖樣，圖乙是衍射圖樣．

(2)光源發出的白光，各種頻率都有，加上E后通過的只有紅光了，變成單色光，加上D和B，就得到兩列頻率相同、步調一致的相干光，最后放置光屏，干涉條紋呈現在光屏上，所以順序為CEDBA.

(3)A位置的示數為111.10mm，B位置的示數為115.65mm，圖甲中A、B之間的距離為115.65mm－111.10mm＝4.55mm，則相鄰條紋的間距為Δx＝mm，再根據公式Δx＝λ，代入數據得波長為6.5