高中物理选修第十三章《用双缝干涉测量光的波长》

课题§13.3实验：用双缝干涉测量总课时数 1
课型新授课编定人审核人执教时间
学
习
目
标
知识
目标
了解“用双缝测量光的波长”的实验原理，知道影响干涉条纹宽度的因素
能力
目标
经历用双缝干涉测量光的波长的实验过程，加深对双缝干涉图样的认识和理解。

情感
目标
经历用双缝干涉测量光的波长的实验过程，加深对双缝干涉图样的认识和理解，养成合作意识。

重点利用两相邻亮条纹中心间距的表达式测单色光的波长。

难点相邻两条亮条纹间距的的表达式推导。

学情分析学生对于波的干涉和光的干涉的原理已经非常清楚，所以学的起来比较好学。

教学方法探究合作学习、学案导学教学手段多媒体课件
教学过程师生活动
教学活动过程
新知预习
实验装置采用双缝干涉仪,它由各部分光学元件在光具座上组成,如图13-3-1所示.
图13-3-1
1.根据公式__________可计算波长,双缝间的距离d是已知的,双缝到屏的距离l可以用米尺测出,相邻
两条亮(暗)纹间的距离Δx用测量头测出.
2.实验中,滤光片作用:__________;单缝作用__________;双缝作用是获得___________光源;单缝和双
缝放置时应__________.其中心大致位于遮光筒的__________上.
典题·热题
知识点一利用双缝干涉测量波长的实验
例1如图13-3-4所示是实验装置示意图，甲图是用绿光进行实验的，光屏上观察到的条纹情况，a
为中央明纹；乙图为换另一种颜色的单色光进行实验时观察到的条纹情况，b为此时中央明条纹，
则下列说法正确的是( )
图13-3-4
A.乙图可能是用红光实验产生的条纹，表明红光波长较长
B.乙图可能是用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较长
C.乙图可能是用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较短
D.乙图可能是用红光实验产生的条纹，表明红光波长较短
解析：在同一实验装置下，l、d相同，由Δx=
d
l
λ可知，相邻两条亮条纹（或暗条纹）之间的距离
Δx与λ成正比.由题意知乙中b大于甲中a，所以乙图所用光的波长要长，而对于可见光红、橙、黄、
学生观察双缝干涉的
实验装置并填空（3分
钟）
做双缝干涉实验后做
下面练习题（30分钟）
绿、蓝、靛、紫，波长依次变短，由此可知可能是红光而不是紫光.A选项正确.
答案：A
方法归纳明确条纹间距公式Δx=
d
l
λ中各物理量的意义，通过实验观察和理论总结理解条纹间距与
波长成正比关系，是解决本题的关键.
例2如图13-3-5所示是用双缝干涉测光的波长的实验设备示意图.
图13-3-5
（1）图中①是光源，⑤是光屏，它们之间的②③④依次是、和.
（2）以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮纹之间的距离（）
A.增大③和④之间的距离
B.增大④和⑤之间的距离
C.将红色滤光片改为绿色滤光片
D.增大双缝之间的距离
解析：在光的干涉测波长的实验中，光具座上从左向右依次是光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、
光屏和测量头.由Δx=
d
l
λ可知，相邻两条纹间距离与双缝间的距离成反比，应减小双缝之间的距离，
D选项错，增大双缝到屏之间的距离，B选项正确，增大光的波长，C选项错误.
答案：（1）滤光片单缝双缝（2）B
方法归纳掌握光的干涉测波长的实验原理，熟悉实验步骤，正确运用公式计算光的波长.
知识点二条纹间距、双缝间距、缝屏间距、波长的关系
例3在用单色光做双缝干涉实验中，屏中央（到两缝距离相等处）是亮条纹，称为第零级亮条纹，
紧靠中央亮纹的暗纹称为第一级暗纹，那么（）
A.第三级暗纹到两缝距离差为波长的1.5倍
B.第三级亮纹到两缝距离差为波长的1.5倍
C.第三级亮纹到两缝距离之差为波长的2倍
D.第三级亮纹到两缝距离差为波长的3倍
解析：根据出现明暗条纹的条件：当|S2P-S1P|=nλ时，在屏上P点出现亮条纹.n=0时，在屏中央出
现第零级亮纹，n=1时，在屏上出现第一级亮纹.
以此类推，|S2P′-S1P′|=
2
λ
(2n-1)在屏上出现暗条纹.
n=1时，在屏上出现第一级暗纹，n=2时，在屏上出现第二级暗纹.
以此类推，根据以上所述，答案应选D.
答案：D
误区警示本题只需掌握出现明、暗条纹的条件及出现第几级明（暗）纹时，n就是几.易错点是切不
可把|S2P′-S1P′|=
2
λ
(2n-1)记作|S2P′-S1P′|=
2
λ
(2n+1).
例4用单色光照射双缝，双缝间距等于0.06 cm，缝到屏的距离为1.5 m，若测得屏上7条亮条纹之
间共相距9.0 mm，则此单色光的波长是多少？
学生独立完成同步练
习（10分钟）
距离b.
答案：（1）EBDC
（2）a b
4.在双缝干涉实验中，设单缝宽度为h，双缝距离为d，双缝与屏距离为l，当采取下列四组数据中的哪一组时，可在光屏上观察到清晰可辨的干涉条纹（)
A.h=1 cm d=0.1 mm l=1 m
B.h=1 mm d=0.1 mm l=10 cm
C.h=1 mm d=10 cm l=1 m
D.h=1 mm d=0.1 mm l=1 m
思路解析：根据Δx=d
l
λ可以得知，当d较小、l较大时，干涉条纹间距离明显，由此可以排除C、
B.由于干涉光束是同频率的，故h要小，才能得到同频率光，排除A，故选D.
答案：D
5.在双缝干涉的实验中，入射光的频率为5×1014 Hz，从双缝射出的两束光到达屏上某点的路程差为15 000，该点将出现什么样的条纹？
思路解析：因为λ＝
Hz
s
m
v
c
14
8
10
5
/
10
3
⨯
⨯
=
Hz=0.6×10-6 m=6×10-7 m=6 000
又因为2
x
λ＝15 000
所以x=5
由干涉现象规律可知：该点将出现第三级暗条纹.
我综合我发展
6.某同学在用双缝干涉仪做双缝干涉实验时，测得双缝间距d=3.0×10-3 m，双缝到光屏间的距离为1 m，前两次测量手轮上的示数分别为0.6×10-3 m和6.6×10-3 m，两次测量中分划板中心刻线分别对齐第一条亮纹和第五条亮纹中心.求该单色光的波长.
图13-3-8
思路解析：由题意知Δx=
1
5
10
6.0
10
0.6
1
3
3
-
⨯
-
⨯
=
-
-
-
n
a
=1.5×10-3 m，(Δx不是等于
n
a
，因为分
划板中心刻线位于亮条纹中心，如题图所示，分划板两次中心刻线间四个亮条纹)
λ=
l
x
d∆
=2.4×10-3 m.
答案：2.4×10-3 m
7.现有毛玻璃屏A、双缝B、白光C、单缝D和透红光的滤片E等元件，要把它们放在图13-3-9所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长.
图13-3-9
（1）本实验的步骤有：
①取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮；
②按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上;
③用米尺测量双缝到屏的距离；
④用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮纹间的距离.
在操作步骤②时还应注意_________________________.
（2）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13-3-10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，记下此时图13-3-10乙中手轮上的示数为_______________mm，求得相邻亮纹的间距Δx=__________mm.
图13-3-10
（3）已知双缝间距d为2.0×10-4 m，测得双缝到屏的距离l为0.700 m，由计算式λ=_______，求得所测红光波长为____________m.
思路解析：应注意调节单缝与双缝间距，并使单缝与双缝平行以便能形成相干光源，发生干涉现象. （1）应注意调节单缝与双缝间距，并使单缝与双缝平行以便能形成相干光源，发生干涉现象. （2）螺旋测微器的读法是将固定刻度上的毫米数加上可变刻度上的读数，题图乙上的读数为13.5 mm+37.0×0.01 mm=13.870 mm，图甲上的读数为(2.0+32.0×0.01) mm=2.320 mm，
Δx=
5
320
.2
870
.
13-
mm=2.310 mm.
（3）Δx=d
l
λ，所以λ=l
d
Δx=
7.0
10
0.24-
⨯
×2.310 mm=6.6×10-7 m.
答案：（1）使单缝和双缝间距为5—10 cm 使单缝与双缝相互平行（2）13.870 2.310
(3)l
d
Δx 6.6×10-7。