【步步高】高考物理大一轮复习讲义 （深度思考+考点突破+提能训练） 第十二章 实验十五 用双缝干涉测量光的波长（含解析） 新人教版.doc

实验十五用双缝干涉测量光的波长考纲解读 1.理解双缝干涉的原理，能安装和调试仪器.2.观察入射光分别为白光和单色光时双缝干涉的图样.3.掌握利用公式x测波长的方法基本实验要求1 实验原理如实验原理图甲所示，电灯发出的光，经过滤光片后变成单色光，再经过单缝s时发生衍射，这时单缝s相当于一个单色光源，衍射光波同时到达双缝s1和s2之后，s1、s2双缝相当于两个步调完全一致的单色相干光源，相邻两条明(暗)条纹间的距离x与入射光波长，双缝s1、s2间距离d及双缝与屏的距离l有关，其关系式为：x，因此，只要测出x、d、l即可测出波长.两条相邻明(暗)条纹间的距离x用测量头测出测量头由分划板、目镜、手轮等构成如实验原理图乙所示2 实验器材双缝干涉仪，即：光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头，另外还有学生电源、导线、刻度尺3 实验步骤(1)观察双缝干涉图样将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如实验原理图丁所示接好光源，打开开关，使灯丝正常发光调节各器件的高度，使光源灯丝发出的光能沿遮光筒轴线到达光屏安装双缝和单缝，尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上，使双缝与单缝平行，二者间距约5 cm10 cm.在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹(2)测定单色光的波长安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央，记下手轮上的读数，将该条纹记为第1条亮纹；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数；将该条纹记为第n条亮纹，测出n个亮条纹间的距离a，则相邻两亮条纹间距x.用刻度尺测量双缝到光屏间距离l(d是已知的)重复测量、计算，求出波长的平均值规律方法总结1 数据处理(1)条纹间距的计算：移动测量头的手轮，分划板中央刻线在第1条亮纹中央时读数为a1，在第n条亮纹中央时读数为an，则x.(2)根据条纹间距与波长的关系x得x，其中d为双缝间距，l为双缝到屏的距离(3)测量时需测量多组数据，求的平均值2 注意事项(1)调节双缝干涉仪时，要注意调整光源的高度，使它发出的光束能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮(2)放置单缝和双缝时，缝要相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上(3)调节测量头时，应使分划板中心刻线和条纹的中心对齐，记清此时手轮上的读数，转动手轮，使分划板中心刻线和另一条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数，两次读数之差就表示这两条纹间的距离(4)不要直接测x，要测多个亮条纹的间距再计算得x，这样可以减小误差(5)白光的干涉观察到的是彩色条纹，其中白色在中央，红色在最外层3 误差分析(1)双缝到屏的距离l的测量存在误差(2)测条纹间距x带来的误差：干涉条纹没有调整到最清晰的程度误认为x为亮(暗)条纹的宽度分划板刻线与干涉条纹不平行，中心刻线没有恰好位于条纹中心测量多条亮条纹间的距离时读数不准确，此间距中的条纹数未数清.考点一对实验操作的考查例1在“用双缝干涉测光的波长”实验中：(1)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，现准备了下列仪器：a.光源，b.双缝片，c.单缝片，d.滤光片，e.毛玻璃(其中双缝片和光屏连在遮光筒上)把以上仪器安装在光具座上时，正确的排列顺序是_(2)关于本实验，正确的说法是()a实验时应调节各器件共轴，并且单缝和双缝的缝应相互平行b观察到的白光的干涉图样是：可以看到彩色的干涉条纹，中央为一条白亮的零级干涉条纹；彩色条纹的排列，以零级亮条纹为中心左右对称，在第一级亮条纹中紫色在最外侧c看到白光的干涉条纹后，在单缝前面放上红色或绿色滤光片，即可看到红黑相间或绿黑相间的干涉条纹，且红条纹的间距比绿条纹的间距大d测量时应使测量头的分划板的中心刻线对齐条纹的中心再读数解析(1)双缝干涉仪各组成部分在光具座上的正确顺序为：光源、滤光片、单缝、双缝、光屏，或把它们全部倒过来，因此，答案为adcbe或ebcda.(2)实验时应使光源、单缝、双缝的中心位于遮光筒的轴线上，且使单缝与双缝平行，a正确白光的干涉图样是彩色条纹，中央为白色亮纹，在第一级亮条纹中红色在最外侧，b错由x得红条纹的间距大于绿条纹间距，c正确为了减少误差，应使分划板的中心刻线对齐条纹中心再读数，d正确答案(1)adcbe或ebcda(2)acd考点二对仪器读数和数据处理的考查例2在“用双缝干涉测光的波长”实验中，将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上(如图1甲)，并选用缝间距d0.2 mm的双缝屏从仪器注明的规格可知，像屏与双缝屏间的距离l700 mm.然后，接通电源使光源正常工作图1(1)已知测量头主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50分度某同学调整手轮后，从测量头的目镜看去，第1次映入眼帘的干涉条纹如图乙(a)所示，图中的数字是该同学给各暗纹的编号，此时图乙(b)中游标尺上的读数x11.16 mm；接着再转动手轮，映入眼帘的干涉条纹如图丙(a)所示，此时图丙(b)中游标尺上的读数x2_mm；(2)利用上述测量结果，经计算可得两个相邻亮纹(或暗纹)间的距离x_mm；这种色光的波长_nm.答案(1)15.02(2)2.316.6102解析(1)主尺读数为15 mm，游标尺读数为10.02 mm0.02 mm，二者相加可得读数为15.02 mm.(2)由于图中数字标记的是暗条纹，首先应根据暗条纹所标数字给亮条纹也标明条数，若图乙(a)中的中央刻线所对亮条纹记为第1条，则图丙(a)中，中央刻线所对亮纹为n7，则x2.31 mm，光的波长6.6102 nm.例3在观察光的干涉现象的实验中，将两片刀片合在一起，在涂有墨汁的玻璃片上划出不同间隙的双缝；按图2所示的方法，让激光束通过自制的双缝(1)保持缝到光屏的距离不变，换用不同间隙的双缝，双缝的间隙越小，屏上明暗相间的条纹间距_(选填“越图2大”或“越小”)；(2)保持双缝的间隙不变，光屏到缝的距离越大，屏上明暗相间的条纹间距_(选填“越大”或“越小”)；(3)在狭缝间的距离和狭缝与屏的距离都不变的条件下，用不同颜色的光做实验，发现用蓝色光做实验在屏上明暗相间的条纹间距比用红色光做实验时_(选填“大”或“小”)解析(1)由x可知d越小，x越大(2)由x可知，l越大，x越大(3)由x可知，因蓝色光的波长比红色光的波长小，故用蓝色光做实验时的条纹间距比用红色光做实验时小答案(1)越大(2)越大(3)小1 利用图3中装置研究双缝干涉现象时，下面几种说法中正确的是 ()图3a将屏移近双缝，干涉条纹间距变窄b将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹间距变宽c将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽d换一个两缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变窄答案abd解析由条纹间距公式x，d指双缝间距离，l是双缝到屏的距离，可知：a项中l减小，x变小；b项中变大，x变大；d项中d变大，x变小故a、b、d正确2 在观察光的双缝干涉现象的实验中：(1)将激光束照在图4乙所示的双缝上，在光屏上观察到的现象是图甲中的_图4(2)换用间隙更小的双缝，保持双缝到光屏的距离不变，在光屏上观察到的条纹宽度将_；保持双缝间隙不变，减小光屏到双缝的距离，在光屏上观察到的条纹宽度将_(以上均选填“变宽”、“变窄”或“不变”)答案(1)a(2)变宽变窄解析(1)双缝干涉图样是平行且等宽的明暗相间的条纹，a图正确；(2)根据x知，双缝间的距离d减小时，条纹间距变宽；当双缝到屏的距离l减小时，条纹间距变窄3 (2012福建理综19(1)在“双缝干涉测光的波长”实验中(实验装置如图5所示)：图5下列说法哪一个是错误的_(填选项前的字母)a调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，应放上单缝和双缝b测量某条干涉亮纹位置时，应使测微目镜分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐c为了减少测量误差，可用测微目镜测出n条亮纹间的距离a，求出相邻两条亮纹间距x测量某亮纹位置时，手轮上的示数如图6所示，其示数为_mm.图6答案a1.970解析放上单缝和双缝后，由于发生干涉现象没法调节光源的高度，故a项错误按读数规则，读出示数为：1.5 mm47.00.01 mm1.970 mm.4 用某种单色光做双缝干涉实验时，已知双缝间的距离d的大小恰好是图7中游标卡尺的读数，如图丁所示；双缝到毛玻璃间的距离的大小由图中的毫米刻度尺读出，如图丙所示；实验时先移动测量头(如图甲)上的手轮，把分划线对准靠近最左边的一条亮条纹(如图乙所示)，并记下螺旋测微器的读数x1(如图戊所示)，然后转动手轮，把分划线向右移动，直到对准第7条亮条纹并记下螺旋测微器的读数x2(如图己所示)，由以上测量数据求该单色光的波长图7答案8.0107 m解析根据条纹间距公式x可知，波长x，只要根据题目提供的数据就可求解，由丁图可直接读出d0.25 mm0.000 25 m，双缝到屏的距离由丙图读出l748.8 mm0.748 8 m由图乙、戊、己可知，两条相邻亮条纹间的距离x mm2.400 mm0.002 400 m.将以上数据代入得 m8.0107 m.5 利用双缝干涉测定光的波长实验中，双缝间距d0.4 mm，双缝到光屏的距离l0.5 m，用某种单色光照射双缝得到干涉条纹如图8所示，分划板在图中a、b位置时游标卡尺读数也如图中所示，则：图8(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x_mm；(2)波长的表达式_(用x、l、d表示)，该单色光的波长_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_(填“变大”、“不变”或“变小”)答案(1)11.115.60.75(2)x6.0107(3)变小解析(1)xa11 mm10.1 mm11.1 mmxb15 mm60.1 mm15.6 mmx mm0.75 mm(2)由x得x代入数据，得0.75103 m6.0107 m(3)由vf知频率高的单色光波长小，所以根据x判断出干涉条纹间距将变小6 现有毛玻璃屏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9(1)将白光光源c放在光具座最左端，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)本实验的步骤有：取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能沿遮光筒的轴线把屏照亮；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；用刻度尺测量双缝到屏的距离；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. 在操作步骤时还应注意_和_(3)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，记下此时如图乙所示的手轮上的示数为_mm，求得相邻亮纹的间距x为_mm.图10(4)已知双缝间距d为2.0104 m，测得双缝到屏的距离l为0.700 m，由计算式_，求得所测红光波长为_nm.答案(1)edb(2)放置单缝、双缝时，必须使缝平行单缝、双缝间的距离要适当(3)13.8702.310(4)660解析(1)滤光片e可以从白光中选出单色红光，单缝d