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第四章 光
选择性必修一 人教版
4.实验：用双缝干涉测量光的波长
我们生活在一个充满光的世界。人类渴望光明，生物需要阳光，人类的感觉器官接收到的信息中，有90%的是通过眼睛。现在光学已经成为物理学的重要组成部分，在生活、生产和科学技术中有广泛的应用，光学是现代高科技领域中最前沿的科学之一。
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如图所示的双缝实验中，当两列波的路程差为波长的整数倍，即
（k=0，1，2…)时才会出现亮条纹，亮条纹位置为：
物理观念 理解双缝干涉条纹间距公式，掌握对条纹间距的影响因素。
科学思维 能通过实验数据推导波长，分析变量间逻辑关系，解释实验中现象的变化规律。
科学探究 能独立操作实验装置，准确测量Δx，设计表格记录数据并计算波长。
科学态度 与责任 养成严谨的实验态度，合作完成探究任务，反思误差来源并提出改进措施。
学习目标
重点难点
重点 实验原理的理解与公式应用；关键物理量 Δx 的测量方法。
难点 分划板中心刻线与条纹对齐的操作技巧；多组数据处理的误差分析与优化策略。
用双缝干涉测量光的波长
光的波长非常的小，不能直接测量；但是光的干涉现象却非常明显。由此启发，你能不能通干涉设计一个测量光的波长的方法？
用双缝干涉测量光的波长
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．
滤光片
双缝干涉实验装置
用双缝干涉测量光的波长
1.双缝的距离 d 可以在实验器材上直接读出
滤光片
2.双缝到屏的距离 l 的测量
用双缝干涉测量光的波长
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
用双缝干涉测量光的波长
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
用双缝干涉测量光的波长
1. 安装好双缝干涉实验仪。
2. 先取下双缝，打开光源，调节光源的高度和角度，使它发出的光束沿着遮光筒的轴线把屏照亮。（中心在同一高度）
3. 放好单缝和双缝（缝沿竖直方向，间距约为5cm～10cm）。注意使单缝与双缝相互平行，尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上。
4. 在单缝与光源之间放上滤光片，观察单色光的双缝干涉图样。
5. 测量双缝到屏的距离 l 和相邻两条亮条纹间的距离 x 并记录。
用双缝干涉测量光的波长
用双缝干涉测量光的波长
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．
用双缝干涉测量光的波长
用光传感器做双缝干涉的实验
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。
用双缝干涉测量光的波长
根据显示器上干涉图像的条纹间距，可以算出光的波长。
与教材中图 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。
四、练习与应用
1.　(2024·广东阳江质检)某同学用如图甲所示的实验装置做“用双缝干涉测光的波长”的实验，他用带有游标尺的测量头(如图乙所示)测量相邻两条亮条纹间的距离，转动测量头的手轮，使分划板的中心刻线对齐某一条亮条纹(将这一条纹确定为第一亮条纹)的中心，此时游标尺上的示数情况如图丙所示；转动测量头的手轮，使分划板的中心刻线对齐第六亮条纹的中心，此时游标尺上的示数情况如图丁所示。则：
四、练习与应用
(1)图丙的读数x1＝_____ mm。



甲　　　　　　　　　　　乙



丙　　　　　　　　　　　丁
(2)图丁的读数x2＝______ mm。
1.15
8.95
四、练习与应用
1．(2024·广东江门模拟)如图所示，在“用双缝干涉测光的波长”实验中，光具座上放置的光学元件依次为：①光源、②、③、④、⑤遮光筒、⑥毛玻璃。


(1)②、③、④三个光学元件依次为________(填正确答案的标号)。
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
(2)如果实验时将红色滤光片换为绿色滤光片，则相邻亮条纹(暗条纹)间的距离________(选填“变大”或“变小”)。
√
变小
四、练习与应用
2．某同学利用图示装置测量某种单色光的波长。实验时，接通电源使光源正常发光；调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题：
(1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可________。
A．将单缝向双缝靠近
B．将屏向靠近双缝的方向移动
C．将屏向远离双缝的方向移动
D．使用间距更小的双缝
√
四、练习与应用
(2)若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为Δx，则单色光的波长λ＝________。
(3)某次测量时，选用的双缝的间距为0.300 mm，测得屏与双缝间的距离为
1.20 m，第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56 mm。则所测单色光的波长为______ nm(结果保留3位有效数字)。

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五、提升训练
1.劳埃德(H.Lloyd)在1834年提出了一种更简单的观察干涉的装置。如图所示，从单缝S发出的光，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′。
五、提升训练
(1)通过劳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)实验表明，光从光疏介质射向光密介质界面发生反射时，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。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”)；
(3)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个亮条纹到第12个亮条纹的中心间距为22.78 mm，则该单色光的波长λ＝_________ m(结果保留3位有效数字)。
S经平面镜成的像S′(或S′)
暗条纹
6.33×10-7
五、提升训练
2．在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，将双缝干涉实验仪器按要求安装在光具座上，如图1所示。已知双缝间的距离为d，在距双缝L远的屏上，用测量头测量条纹间宽度。



图1



图2　　　　　　　　　　　　图3　　
五、提升训练
(1)将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图2(甲)所示；然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，记下此时如图2(乙)所示的手轮上的示数为________ mm，求得相邻亮纹的间距Δx为_______ mm。
(2)波长的表达式λ＝______(用Δx、L、d表示)；
(3)若改用频率较高的单色光照射，得到的干涉条纹间距将_____(选填“变大”
“不变”或“变小”)。
(4)图3为上述实验装置示意图。S为单缝，S1、S2为双缝，屏上O点处为一条亮条纹。若实验时单缝偏离光轴，向下微微移动，则可以观察到O点处的干涉条纹___。
A．向上移动　　　B．向下移动　　　C．间距变大　　　D．间距变小
13.870
2.310

变小
√

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