2027届新高考物理热点精准复习：用双缝干涉测量光的波长

2027届新高考物理热点精准复习用双缝干涉测量光的波长

1.实验目的(1)了解光产生稳定干涉现象的条件。(2)观察白光及单色光的双缝干涉图样。(3)掌握用测量头测量条纹间距的方法。(4)测量单色光的波长。

4.实验过程(1)安装双缝干涉仪①先将光源(线状光源)、遮光筒、光屏依次放于光具座上,如图所示,调整光源的高度,使它发出的一束光沿着遮光筒的轴线把屏照亮。a.光源、单缝、双缝三者的中心位于遮光筒的轴线上。b.双缝与单缝平行。c.调整分划板位置,使分划板中心刻线位于光屏中央。②将单缝和双缝安装在光具座上,在遮光筒有光屏的一端安装测量头,如图所示。(2)观察双缝干涉图样①调节单缝的位置,使单缝和双缝间距离保持在5~10cm,使缝相互平行,中心大致位于遮光筒的轴线上,这时通过测量头上的目镜观察干涉条纹,若干涉条纹不清晰,可通过遮光筒上的调节长杆轻轻拨动双缝,即可使干涉条纹清晰明亮。在屏上就会看到白光的双缝干涉图样。②将红色(或绿色)滤光片套在单缝前面,通过目镜可看到单色光的双缝干涉条纹。③改变滤光片的颜色和双缝的距离,观察干涉图样的变化。

命题分析1.考装置:器材摆放的次序、装配的正误。2.考操作:增加观察到的条纹数目、增强条纹清晰度等的实际操作。3.考读数:手轮的读数、条纹间隔数等的读取。4.考运算:算波长、条纹间距等。5.考推导:由已知的物理量推导波长的表达式,更换不同频率的色光、不同缝宽导致条纹间距的变化。6.考误差分析:条纹间隔数读取的错误等引起的波长测量值与真实值的偏差(偏大或偏小)。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亮条纹的中心对齐,记下此时手轮上的读数,转动手轮,使分划板中心刻线和另一相邻亮条纹的中心对齐,再次记下此时手轮上的读数。两次读数之差就表示这两条亮条纹间的距离Δx。4.不要直接测Δx,要测多条亮条纹的间距再计算得到Δx,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。误差分析1.刻度尺和测量头出现的读数误差对实验结果的影响很大;因此采取多测几条亮条纹间距和多次测量取平均值的办法减小误差。2.单缝、双缝不是严格相互平行,其中心没有位于遮光筒的轴线上以及单缝到双缝的距离不是严格相等造成误差。应尽量把单缝、双缝调平行,调节单缝到双缝的距离相等并使它们的中心大致位于遮光筒的轴线上。考点一教材原型实验典例1

在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中,实验装置如图所示。某同学以线状白炽灯为光源,对实验装置进行调节并观察实验现象,下列说法正确的是(

)A.干涉条纹与双缝垂直B.单缝和双缝应相互平行放置C.取下滤光片,光屏上观察不到白光的干涉图样D.将单缝向双缝靠近,从目镜中观察到的条纹条数增加B

典例2

如图甲所示,为“用双缝干涉测光的波长”的实验装置。

甲

乙(1)如图乙为拨杆,下列安装和操作都正确的是

。

A.拨杆A处Y字叉套在单缝所在处的支柱,手持拨杆的C端,通过左右拨动来调节B小孔套住的双缝B.拨杆B处小孔套在双缝所在处的支柱,手持拨杆的C端,通过手的左右拨动来调节A处Y字叉套住的单缝C.拨杆B处小孔套在双缝所在处的支柱,手持拨杆的C端,通过手的上下拨动来调节A处Y字叉套住的单缝B(2)若想增加从目镜中观察到的条纹个数,该同学可以

。

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.使用两缝之间间距更小的双缝B典例3

某学习小组利用图甲所示装置测量某种单色光的波长,已知双缝间距离为0.20mm,双缝到屏间的距离为75.0cm。(1)实验时,移动分划板,第1条亮条纹对应的游标卡尺读数如图乙所示,第5条亮条纹的游标卡尺读数如图丙所示,丙图中游标卡尺上的读数为

mm,该单色光的波长为

m。

9.66.2×10-7

(2)在写实验报告时,需将目镜中所观察到的现象描绘出来。小明、小华分别画了转动手轮时所观察到的初、末两个视场区的示意图如图丁、戊所示,可判断

(选填“小明”或“小华”)的图样存在问题。

丁

戊

小华

典例4

在英国物理学家托马斯·杨的双缝干涉实验中,利用双缝干涉可以测量光的波长。某同学想利用双缝干涉实验来测量某种单色光的波长,该同学所使用的装置如图甲所示,光具座上放置的光学元件依次为光源、透镜、M、N、P、遮光筒、毛玻璃、目镜。(1)M、N、P三个光学元件依次为

。

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、单缝甲A(2)该同学通过测量头的目镜观察单色光的干涉图样时,发现分划板的中心刻线与亮条纹未对齐,如图乙所示,下列操作中可使中心刻线与亮条纹对齐的是

。

乙A.仅转动目镜

B.仅转动双缝C.仅转动手轮

D.仅转动测量头D(3)通过调整,该同学从目镜中看到如图丙所示的图像,转动测量头的手轮,使分划板中心刻线对准a,此时,手轮的读数x1=1.002mm,继续转动手轮,使分划板中心刻线对准b,此时,手轮的读数如图丁所示,x2=

mm。

丙

丁

9.762(4)计算通过单缝的光的波长的表达式为λ=

,若已知双缝间距d=2.0×10-4m,双缝到屏的距离l=1.0m,则待测光的波长为

nm(结果保留三位有效数字)。

(5)若想减少从目镜中观察到的条纹个数,该同学可以

。

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.使用间距更大的双缝

438C(6)下列现象中能够观察到的是

。

A.将滤光片由蓝色的换成红色的,干涉条纹间距变窄B.去掉滤光片后,干涉现象消失C.换一个缝宽较大的单缝片,干涉条纹间距变宽D.换一个两缝间距较大的双缝片,干涉条纹间距变窄D

考点二拓展创新实验实验器材的创新

该实验中测量头用游标卡尺替代了螺旋测微器实验方法的创新

1.应用双缝干涉装置观测干涉条纹;2.应用条纹间距公式定性分析有关问题实验情境的创新

应用牛顿环装置观察光的薄膜干涉现象典例5

劳埃德在1834年提出了一种更简单的观察干涉的装置。如图所示,单色光从单缝S射出,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'。(1)通过劳埃德镜在光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”。

S'(2)实验中已知单缝S到平面镜的垂直距离h=0.15mm,单缝到光屏的距离D=1.2m,观测到第3条亮条纹中心到第12条亮条纹中心的间距为22.78mm,则该单色光的波长λ=

m(结果保留一位有效数字)。

(3)以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮条纹之间的距离

(多选)。

A.将平面镜稍向上移动一些B.将平面镜稍