4.4 用双缝干涉测量光的波长 课件(共30张PPT) 2024-2025学年人教版高中物理选择性必修第一册
文档属性
| 名称 | 4.4 用双缝干涉测量光的波长 课件(共30张PPT) 2024-2025学年人教版高中物理选择性必修第一册 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 13.7MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2025-02-28 20:55:02 | ||
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文档简介
(共30张PPT)
用双缝干涉测量光的波长
选择性必修一第四章第四节
xxx教师
目录
01
学习目标
02
实验演示
03
数据处理与误差分析
04
典例分析与链接高考
学习目标
PART 1
学习目标
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。
实验演示
PART 2
用双缝干涉测量光的波长
用双缝干涉测量光的波长
一、实验目的
1.观察白光及单色光的双缝干涉图样
2.掌握用公式Δx=λ测定单色光波长的方法并实践操作。
二、实验思路
如图所示为双缝干涉实验装置示意图。
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，我们可以在这个屏上观察到干涉条纹，并由公式
计算出光的波长。
透镜的作用是使射向单缝的光更集中。
用双缝干涉测量光的波长
三、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。
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 。
分划板中心刻线
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条亮纹的示数
第n条亮纹的示数
用双缝干涉测量光的波长
四、进行实验
如图，实验前先取下双缝，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。然后放好单缝和双缝。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。
用双缝干涉测量光的波长
做好以上调整后，在单缝与光源之间放上滤光片就可以观察到单色光的双缝干涉图样（如图所示）。
蓝光 双缝间距0.36mm
红光 双缝间距0.36mm
红光 双缝间距0.18mm
测量双缝到屏的距离 l 和相邻两条亮条纹间的距离 。
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。
实验数据处理及误差分析
PART 3
用双缝干涉测量光的波长
五、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。
由
可以求出相邻两个亮条纹间的距离 。
最后，根据
算出波长。
用双缝干涉测量光的波长
五、误差分析
实验中的双缝间距d 是器材本身给出的，因此本实验要注意L 和Δx 的测量．光波的波长很小， L 、Δx 的测量对波长的影响很大．
（1）L 的测量： L 用毫米刻度尺测量，如果可能，可多次测量求平均值．
（2）条纹间距Δx的测定：Δx 利用测量头测量．可利用“累积法”测n 条亮纹间距，再求 ，并且采用多次测量求Δx 平均值的方法进一步减小误差．
用双缝干涉测量光的波长
六、注意事项
1．双缝干涉仪是比较精密的实验仪器，要轻拿轻放，不要随便拆分遮光筒、测量头等元件．
2．安装时，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，并使单缝、双缝 平行且竖直．
3．光源使用线状长丝灯泡，调节时使之与单缝平行且靠近．
4．实验中会出现屏上的光很弱的情况，主要是灯丝、单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴所致；干涉条纹是否清晰与单缝和双缝是否平行有关．
典例分析
PART 4
例题分析
1.某同学利用如图甲所示装置测量光的波长。
（1）将测量头的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，
此时手轮上的示数为3.730 mm，转动测量头，
使分划板中心刻线与第6条亮条纹中心对齐，此时手轮上的示数如图乙所示，则图乙读数为
mm，已知双缝间距d=0.3 mm，双缝到光屏的距离L=600 mm，由以上数据得这种光的波长λ= nm。
（2）以下操作，能使条纹间距变大的是 。
A.将滤光片由红色换成蓝色 B.增大单缝到双缝的距离
C.增大双缝到光屏的距离 D.换一个间距较大的双缝
甲
乙
C
10.330
660
例题分析
解析： （1）螺旋测微器的精确度为0.01 mm，通过格数的估读到0.001 mm，则读数为
10 mm+33.0×0.01 mm=10.330 mm。
相邻亮纹的距离为Δx= = =1.32 mm。
根据Δx= 可得：λ= = =660 nm。
（2）根据双缝干涉的间距公式Δx= 分析：
A错：红色换成蓝色，波长λ变短，则条纹间距变小。
B错：增大单缝到双缝的距离，不能改变间距，故Δx不变。
C对：增大双缝到光屏的距离l，则Δx变大。
D错：换一个间距较大的双缝，即d增大，故Δx变小。
例题分析
2.利用双缝干涉测定光的波长实验中，双缝间距d=0.4 mm，双缝到光屏的距离l=0.5 m，用某种单色光照射双缝得到干涉条纹如图 甲所示，分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数如图乙、丙所示，则：
甲 乙 丙
（1）分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数分别为xA= mm，
xB= mm，相邻两条纹间距Δx= mm；
（2）波长的表达式λ= （用Δx、l、d表示），该单色光的波长λ= m；
（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”）。
变小
0.78
11.1
15.8
6.2×10-7
例题分析
解析：解析：（1）由题图知xA=11.1 mm，xB=15.8 mm，
Δx= ≈0.78 mm。
（2）由Δx= 得
λ= = ≈6.2×10-7 m。
（3）从 可知，波长越长的光，干涉条纹间距越大，根据频率、光速与波长的关系可知，频率越大的光，波长越短，所以干涉条纹间距越小。
例题分析
3.现有毛玻璃A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在如图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。
（1）将白光光源C放在光具座的最左端，依次放置
其他光学元件，由左至右，表示各光学元件的字母排
列顺序应为C、_____、A。
（2）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的轴线把屏照亮；
②按合理的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用测量头测量数条亮纹间的距离。
在操作步骤②时还应注意单缝和双缝间的距离约为5~10 cm和 。
【解析】（1）为获取单色线光源，白光光源后面要有滤光片、单缝、双缝，即为E、D、B；
（2）在操作步骤②时还应注意使单缝与双缝相互平行，使一个线光源变为频率相等的两个线光源。
E、D、B
使单缝与双缝相互平行
链接高考
PART 5
链接高考
（2024·河北·高考真题）某同学通过双缝干涉实验测量单色光的波长，实验装置如图1所示，其中测量头包括毛玻璃、游标尺、分划板、手轮、目镜等。
该同学调整好实验装置后，分别用红色、绿色滤光片，对干涉条纹进行测量，并记录第一条和第六条亮纹中心位置对应的游标尺读数，如表所示：
单色光类别
单色光1 10.60 18.64
单色光2 8.44 18.08
根据表中数据，判断单色光1为 （填“红光”或“绿光”）。
链接高考
【答案】绿光
【详解】根据
，可得
由图表带入数据可知
故
则
已知绿光的波长小于红光波长，则单色光1是绿光。
链接高考
（2024·广东·高考真题）下列是《普通高中物理课程标准》中列出的三个必做实验的部分步骤，请完成实验操作和计算。
(1)图甲是“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验装置示意图。图中木板右端垫高的目的是 。图乙是实验得到纸带的一部分，每相邻两计数点间有四个点未画出。相邻计数点的间距已在图中给出。打点计时器电源频率为50Hz，则小车的加速度大小为
（结果保留3位有效数字）。
(2)在“长度的测量及其测量工具的选用”实验中，某同学用50分度的游标卡尺测量一例柱体的长度，示数如图丙所示，图丁为局部放大图，读数为 cm。
(3)在“用双缝干涉实验测量光的波长”实验调节过程中，在光具座上安装光源、遮光筒和光屏。遮光筒不可调节。打开并调节 。使光束沿遮光筒的轴线把光屏照亮。取下光屏，装上单缝、双缝和测量头。调节测量头，并缓慢调节单缝的角度直到目镜中观察到 。
链接高考
【答案】(1) 平衡摩擦力 2.86(2)4.108(3) 光源 干涉条纹
【详解】（1）[1]木板右端抬高的目的是平衡摩擦力；
[2]小车的加速度大小
（2）游标卡尺读数为
4.1cm+4×0.02mm=4.108cm
（3）[1][2]在“用双缝干涉实验测量光的波长”实验调节过程中，在光具座上安装光源、遮光筒和光屏，遮光
链接高考
（2021·浙江·高考真题）图示是“用双缝干涉测量光的波长”实验的装置。实验中:
①观察到较模糊的干涉条纹，要使条纹变得清晰，值得尝试的是 。(单选）
A．旋转测量头 B．增大单缝与双缝间的距离 C．调节拨杆使单缝与双缝平行
②要增大观察到的条纹间距，正确的做法是 (单选）
A．减小单缝与光源间的距离 B．减小单缝与双缝间的距离
C．增大透镜与单缝间的距离 D．增大双缝与测量头间的距离
链接高考
【答案】 C D
【详解】①若粗调后看不到清晰的干涉条纹，看到的是模糊不清的条纹，则最可能的原因是单缝与双缝不平行；要使条纹变得清晰，值得尝试的是调节拨杆使单缝与双缝平行。
故选C。
②根据
可知要增大条纹间距可以增大双缝到光屏的距离l，减小双缝的间距d；
故选D。
链接高考
（2019·全国·高考真题）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
（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）。
链接高考
【答案】 B
630
【详解】（1）相邻两亮（暗）干涉条纹的Δx=
，要增加观察到的条纹数，即Δx越小，需增大d或减小l，因此应将屏向靠近双缝的方向移动，或使用间距更大的双缝，故A、C、D错误，B正确；
（2）由
得
（3）所测单色光的波长
用双缝干涉测量光的波长
选择性必修一第四章第四节
xxx教师
目录
01
学习目标
02
实验演示
03
数据处理与误差分析
04
典例分析与链接高考
学习目标
PART 1
学习目标
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。
实验演示
PART 2
用双缝干涉测量光的波长
用双缝干涉测量光的波长
一、实验目的
1.观察白光及单色光的双缝干涉图样
2.掌握用公式Δx=λ测定单色光波长的方法并实践操作。
二、实验思路
如图所示为双缝干涉实验装置示意图。
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，我们可以在这个屏上观察到干涉条纹，并由公式
计算出光的波长。
透镜的作用是使射向单缝的光更集中。
用双缝干涉测量光的波长
三、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。
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 。
分划板中心刻线
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条亮纹的示数
第n条亮纹的示数
用双缝干涉测量光的波长
四、进行实验
如图，实验前先取下双缝，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。然后放好单缝和双缝。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。
用双缝干涉测量光的波长
做好以上调整后，在单缝与光源之间放上滤光片就可以观察到单色光的双缝干涉图样（如图所示）。
蓝光 双缝间距0.36mm
红光 双缝间距0.36mm
红光 双缝间距0.18mm
测量双缝到屏的距离 l 和相邻两条亮条纹间的距离 。
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。
实验数据处理及误差分析
PART 3
用双缝干涉测量光的波长
五、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。
由
可以求出相邻两个亮条纹间的距离 。
最后，根据
算出波长。
用双缝干涉测量光的波长
五、误差分析
实验中的双缝间距d 是器材本身给出的，因此本实验要注意L 和Δx 的测量．光波的波长很小， L 、Δx 的测量对波长的影响很大．
（1）L 的测量： L 用毫米刻度尺测量，如果可能，可多次测量求平均值．
（2）条纹间距Δx的测定：Δx 利用测量头测量．可利用“累积法”测n 条亮纹间距，再求 ，并且采用多次测量求Δx 平均值的方法进一步减小误差．
用双缝干涉测量光的波长
六、注意事项
1．双缝干涉仪是比较精密的实验仪器，要轻拿轻放，不要随便拆分遮光筒、测量头等元件．
2．安装时，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，并使单缝、双缝 平行且竖直．
3．光源使用线状长丝灯泡，调节时使之与单缝平行且靠近．
4．实验中会出现屏上的光很弱的情况，主要是灯丝、单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴所致；干涉条纹是否清晰与单缝和双缝是否平行有关．
典例分析
PART 4
例题分析
1.某同学利用如图甲所示装置测量光的波长。
（1）将测量头的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，
此时手轮上的示数为3.730 mm，转动测量头，
使分划板中心刻线与第6条亮条纹中心对齐，此时手轮上的示数如图乙所示，则图乙读数为
mm，已知双缝间距d=0.3 mm，双缝到光屏的距离L=600 mm，由以上数据得这种光的波长λ= nm。
（2）以下操作，能使条纹间距变大的是 。
A.将滤光片由红色换成蓝色 B.增大单缝到双缝的距离
C.增大双缝到光屏的距离 D.换一个间距较大的双缝
甲
乙
C
10.330
660
例题分析
解析： （1）螺旋测微器的精确度为0.01 mm，通过格数的估读到0.001 mm，则读数为
10 mm+33.0×0.01 mm=10.330 mm。
相邻亮纹的距离为Δx= = =1.32 mm。
根据Δx= 可得：λ= = =660 nm。
（2）根据双缝干涉的间距公式Δx= 分析：
A错：红色换成蓝色，波长λ变短，则条纹间距变小。
B错：增大单缝到双缝的距离，不能改变间距，故Δx不变。
C对：增大双缝到光屏的距离l，则Δx变大。
D错：换一个间距较大的双缝，即d增大，故Δx变小。
例题分析
2.利用双缝干涉测定光的波长实验中，双缝间距d=0.4 mm，双缝到光屏的距离l=0.5 m，用某种单色光照射双缝得到干涉条纹如图 甲所示，分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数如图乙、丙所示，则：
甲 乙 丙
（1）分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数分别为xA= mm，
xB= mm，相邻两条纹间距Δx= mm；
（2）波长的表达式λ= （用Δx、l、d表示），该单色光的波长λ= m；
（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”）。
变小
0.78
11.1
15.8
6.2×10-7
例题分析
解析：解析：（1）由题图知xA=11.1 mm，xB=15.8 mm，
Δx= ≈0.78 mm。
（2）由Δx= 得
λ= = ≈6.2×10-7 m。
（3）从 可知，波长越长的光，干涉条纹间距越大，根据频率、光速与波长的关系可知，频率越大的光，波长越短，所以干涉条纹间距越小。
例题分析
3.现有毛玻璃A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在如图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。
（1）将白光光源C放在光具座的最左端，依次放置
其他光学元件，由左至右，表示各光学元件的字母排
列顺序应为C、_____、A。
（2）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的轴线把屏照亮；
②按合理的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用测量头测量数条亮纹间的距离。
在操作步骤②时还应注意单缝和双缝间的距离约为5~10 cm和 。
【解析】（1）为获取单色线光源，白光光源后面要有滤光片、单缝、双缝，即为E、D、B；
（2）在操作步骤②时还应注意使单缝与双缝相互平行，使一个线光源变为频率相等的两个线光源。
E、D、B
使单缝与双缝相互平行
链接高考
PART 5
链接高考
（2024·河北·高考真题）某同学通过双缝干涉实验测量单色光的波长，实验装置如图1所示，其中测量头包括毛玻璃、游标尺、分划板、手轮、目镜等。
该同学调整好实验装置后，分别用红色、绿色滤光片，对干涉条纹进行测量，并记录第一条和第六条亮纹中心位置对应的游标尺读数，如表所示：
单色光类别
单色光1 10.60 18.64
单色光2 8.44 18.08
根据表中数据，判断单色光1为 （填“红光”或“绿光”）。
链接高考
【答案】绿光
【详解】根据
，可得
由图表带入数据可知
故
则
已知绿光的波长小于红光波长，则单色光1是绿光。
链接高考
（2024·广东·高考真题）下列是《普通高中物理课程标准》中列出的三个必做实验的部分步骤，请完成实验操作和计算。
(1)图甲是“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验装置示意图。图中木板右端垫高的目的是 。图乙是实验得到纸带的一部分，每相邻两计数点间有四个点未画出。相邻计数点的间距已在图中给出。打点计时器电源频率为50Hz，则小车的加速度大小为
（结果保留3位有效数字）。
(2)在“长度的测量及其测量工具的选用”实验中，某同学用50分度的游标卡尺测量一例柱体的长度，示数如图丙所示，图丁为局部放大图，读数为 cm。
(3)在“用双缝干涉实验测量光的波长”实验调节过程中，在光具座上安装光源、遮光筒和光屏。遮光筒不可调节。打开并调节 。使光束沿遮光筒的轴线把光屏照亮。取下光屏，装上单缝、双缝和测量头。调节测量头，并缓慢调节单缝的角度直到目镜中观察到 。
链接高考
【答案】(1) 平衡摩擦力 2.86(2)4.108(3) 光源 干涉条纹
【详解】（1）[1]木板右端抬高的目的是平衡摩擦力；
[2]小车的加速度大小
（2）游标卡尺读数为
4.1cm+4×0.02mm=4.108cm
（3）[1][2]在“用双缝干涉实验测量光的波长”实验调节过程中，在光具座上安装光源、遮光筒和光屏，遮光
链接高考
（2021·浙江·高考真题）图示是“用双缝干涉测量光的波长”实验的装置。实验中:
①观察到较模糊的干涉条纹，要使条纹变得清晰，值得尝试的是 。(单选）
A．旋转测量头 B．增大单缝与双缝间的距离 C．调节拨杆使单缝与双缝平行
②要增大观察到的条纹间距，正确的做法是 (单选）
A．减小单缝与光源间的距离 B．减小单缝与双缝间的距离
C．增大透镜与单缝间的距离 D．增大双缝与测量头间的距离
链接高考
【答案】 C D
【详解】①若粗调后看不到清晰的干涉条纹，看到的是模糊不清的条纹，则最可能的原因是单缝与双缝不平行；要使条纹变得清晰，值得尝试的是调节拨杆使单缝与双缝平行。
故选C。
②根据
可知要增大条纹间距可以增大双缝到光屏的距离l，减小双缝的间距d；
故选D。
链接高考
（2019·全国·高考真题）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
（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）。
链接高考
【答案】 B
630
【详解】（1）相邻两亮（暗）干涉条纹的Δx=
，要增加观察到的条纹数，即Δx越小，需增大d或减小l，因此应将屏向靠近双缝的方向移动，或使用间距更大的双缝，故A、C、D错误，B正确；
（2）由
得
（3）所测单色光的波长