第十四章实验十九用双缝干涉实验测量光的波长

实验十九用双缝干涉实验测量光的波长类型一动脑求真——明原理角度1螺旋测微器测距【典例1】(2024·重庆模拟)在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中:(1)如图所示,光具座放置的光学元件有光源、遮光筒和其他元件,其中a、b、c、d各元件的名称依次是()A.单缝、滤光片、双缝、光屏B.单缝、双缝、滤光片、光屏C.滤光片、单缝、双缝、光屏D.滤光片、双缝、单缝、光屏(2)在实验中观察到的干涉条纹如图甲所示,转动手轮,分划板上的中心刻线处于x1、x2位置时,螺旋测微器对应的示数如图乙、丙所示,图丙读数:x2=___________mm。已知双缝间距离为d,双缝到光屏的距离为L,实验测得光的波长λ=______________(结果用x1、x2、d、L表示,不能引入新的字母)。

【解析】(1)根据实验原理可知,a、b、c、d各元件的名称依次是滤光片、单缝、双缝、光屏。故选C。(2)螺旋测微器的精确度为0.01mm,读数为7.5mm+36.9×0.01mm=7.869mm由干涉条纹间距公式有Δx=Ld其中Δx=x2-x15,答案:(1)C(2)7.869(7.868~7.870均可)d角度2游标卡尺测距【典例2】(2024·北京东城区模拟)某同学对如图1所示的双缝干涉实验装置进行调节并观察实验现象。(1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数,可以___________(选填选项前的字母)。

A.将单缝向双缝靠近B.将红色滤光片换成绿色滤光片C.使用间距更小的双缝(2)若在屏上观察到的干涉条纹如图2中a所示,改变双缝间的距离后,干涉条纹如图2中b所示,图中虚线是亮纹中心的位置。则双缝间的距离变为原来的_______________。

A.13B.C.2倍 D.3倍(3)某次测量时,选用的双缝的间距为0.30mm,测得屏与双缝间的距离为1.20m,叉丝中心线对准第1条亮纹中心时读数为21.75mm,旋转测量头旋钮,叉丝中心线对准第4条亮纹中心时读数如图3所示,则读数为________mm。所测单色光的波长为______________m(结果保留2位有效数字)

【解析】(1)将单缝向双缝靠近,与从目镜中观察到的条纹个数无关,A错误;由双缝干涉条纹间距公式Δx=Ldλ可知,将红色滤光片换成绿色滤光片,光的频率变大,波长变小,干涉条纹间距Δx变小,则从目镜中观察到的条纹个数增多,B正确;使用间距d更小的双缝,由干涉条纹间距公式Δx=Ldλ可知,干涉条纹间距Δx变大,观察到的条纹个数减少(2)在屏上观察到的干涉条纹如图2中a所示,改变双缝间的距离后,由图b的条纹间距可知,相邻条纹间距变为原来的2倍,根据Δx=Ldλ,则双缝间的距离变为原来图a的12。故选(3)由图3可知,第4条亮纹中心读数为L4=29mm+6×0.05mm=29.30mm条纹间距Δx=L4-L由双缝干涉条纹间距公式Δx=Ldλ可得λ=Δx·dL答案:(1)B(2)B(3)29.306.3×10-7类型二动手求证——探真知项目错误操作及原因正确操作定装置观察到彩色条纹原因是没有安装滤光片实验时一定要安装滤光片,且单缝和双缝相互平行,中心大致位于遮光筒的轴线上观察到条纹比较模糊原因是单缝和双缝不平行。观条纹干涉条纹倾斜原因是双缝倾斜条纹倾斜需转动单、双缝和测量头直到中心刻线与亮条纹平行移动目镜观察的初末位置图原因是分划板中心刻线移动移动目镜观察时,分划板中心刻线不移动【典例3】(2024·金华模拟)图甲是用红光做“用双缝干涉测量光的波长”的实验装置。(1)(多选)观察到如图乙所示的干涉条纹,使分划板中心刻线与亮条纹中心对齐,移动测量头进行测量,下列说法正确的是___________。

A.该干涉条纹虽然倾斜,但不影响波长测量的结果B.若去掉滤光片,将观察不到干涉条纹C.若去掉单缝,用红色激光直接照射双缝,可以看到干涉条纹D.若需得到竖直的条纹,只需要逆时针转动测量头即可(2)在写实验报告时,要求将目镜中所观察到的现象描绘出来,甲同学和乙同学分别画了移动目镜时所观察到的初、末两个视场区如图丙所示,你觉得___________同学的图样存在造假。

(3)已知该装置中,双缝间距为0.30mm,双缝到毛玻璃屏的距离为1.2m,将测量头的分划板中心刻线与第1条亮纹中心对齐,此时手轮上的示数如图丁(i)所示,读数为___________mm;当分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐时,手轮上的示数如图丁(ii)所示,根据以上数据,测得该光的波长约为___________m(保留两位有效数字)。

【解析】(1)该干涉条纹虽然倾斜,但中心刻线与亮条纹平行,不影响波长测量的结果,故A正确;若光源为单色光源,去掉滤光片,仍能观测到干涉条纹,故B错误;若去掉单缝,用红色激光直接照射双缝,由于激光相干性比较好,所以仍能看到干涉条纹,故C正确;若需得到竖直的条纹,只需要逆时针转动单、双缝和测量头即可,故D错误。(2)实验中移动目镜时,分划板中心刻线不应该移动,则甲同学的图样存在造假现象。(3)分划板中心刻线与第1条亮纹中心对齐时的示数为x1=2mm+33.3×0.01mm=2.333mm分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐时示数为x2=15mm+37.5×0.0