(全国版)高考物理一轮复习讲义第16章 实验十五 用双缝干涉测光的波长(含解析)

实验十五用双缝干涉测光的波长目标要求1.掌握由Δx＝eq\f(l,d)λ测量光的波长的原理，并能测量单色光波长.2.观察白光及单色光的双缝干涉图样，掌握测量头测量条纹间距的方法.技能储备1.实验原理单色光通过单缝后，经双缝产生稳定的干涉图样，图样中相邻两条亮(暗)条纹间距Δx与双缝间距d、双缝到屏的距离l、单色光波长λ之间满足λ＝eq\f(d,l)Δx.2.实验过程(1)观察双缝干涉图样①将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图1所示.图1②接好光源，打开开关，使灯丝正常发光.③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.④安装单缝和双缝，尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上，使单缝与双缝平行，二者间距约为5～10cm.⑤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①安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹.②使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数，将该条纹记为第1条亮条纹；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条亮条纹.③用刻度尺测量双缝与光屏间距离l(d是已知的).④改变双缝间的距离d，双缝到屏的距离l，重复测量.3.数据处理(1)条纹间距Δx＝eq\f(an－a1,n－1).(2)波长λ＝eq\f(d,l)Δx.(3)计算多组数据，求λ的平均值.4.注意事项(1)安装时，注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行且间距适当.(2)光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近.(3)调节的基本依据：照在光屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝，测量头与遮光筒不共轴所致；干涉条纹不清晰，一般原因是单缝与双缝不平行所致.考点突破例1(2019·全国卷Ⅱ·34(2))某同学利用图2所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：图2(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0.300mm，测得屏与双缝间的距离为1.20m，第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56mm，则所测单色光的波长为________nm(结果保留3位有效数字).答案(1)B(2)eq\f(dΔx,n－1l)(3)630解析(1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，需要减小条纹间距，由公式Δx＝eq\f(l,d)λ可知，需要减小双缝到屏的距离l或增大双缝间的距离d，故B项正确，A、C、D项错误.(2)由题意可知，eq\f(Δx,n－1)＝eq\f(l,d)λ，可得λ＝eq\f(dΔx,n－1l).(3)将已知条件代入公式解得λ＝630nm.例2在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，实验装置如图3所示.图3(1)某同学以线状白炽灯为光源，对实验装置进行调节并观察了实验现象后，总结出以下几点：A.灯丝与单缝和双缝必须平行放置B.干涉条纹与双缝垂直C.干涉条纹的疏密程度与单缝宽度有关D.干涉条纹的间距与光的波长有关以上几点中，你认为正确的是________.(2)当测量头中的分划板中心刻线对齐某条纹的中心时，手轮上的示数如图4甲所示，该读数为______mm.图4(3)如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，如图乙所示.则在这种情况下来测量干涉条纹的间距Δx时，测量值_______(选填“大于”“小于”或“等于”)实际值.答案(1)AD(2)0.700(3)大于解析(1)为了获得清晰的干涉条纹，A正确；由干涉现象可知干涉条纹与双缝平行，B错误；干涉条纹的疏密程度与单缝宽度无关，干涉条纹的间距与光的波长有关，C错误，D正确.(2)手轮的读数为0.5mm＋20.0×0.01mm＝0.700mm.(3)条纹与分划板中心刻线不平行时，实际值Δx实＝Δxcosθ，θ为条纹与分划板中心刻线间的夹角，故Δx实＜Δx.1.(2020·山东济南市二模)如图5所示为双缝干涉实验的装置示意图，现要利用这套装置来测量某种单色光的波长.图5(1)装置示意图中有三个电学元件的名称空缺，关于它们的说法正确的是________.A.①是双缝，③是滤光片B.②是双缝，③是单缝C.②是单缝，③是双缝(2)用20分度的游标卡尺测量双缝间距如图6甲所示，双缝间距d＝________mm.图6(3)图乙为实验得到的干涉条纹，用测量头测出了第1条和第6条亮条纹中心间的距离为Δx，已知双缝到光屏的距离为l，则所测单色光波长的计算式为λ＝______(用题中所给的字母表示).答案(1)C(2)2.05(3)eq\f(dΔx,5l)2.(2020·山东省实验中学月考)在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，请按照题目要求回答下列问题：(1)图7中甲、乙两图都是光的条纹形状示意图，其中干涉图样是________(填“甲”或“乙”).图7(2)将下表中的光学元件放在图8所示的光具座上组装成用双缝干涉测量光的波长的实验装置，并用此装置测量红光的波长.元件代号ABCDE元件名称光屏双缝白光光源单缝透红光的滤光片图8将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，从左至右，表示各光学元件的排列顺序应为________.(填写元件代号)(3)已知该装置中双缝间距d＝0.50mm，双缝到光屏的距离l＝0.50m，在光屏上得到的干涉图样如图9(a)所示，分划板中心刻线在图中A位置时游标卡尺如图(b)所示，则其示数为________mm；在B位置时游标卡尺如图(c)所示.由以上所测数据可以得出形成此干涉图样的单色光的波长为________m(保留2位有效数字).图9答案(1)甲(2)EDBA(3)111.156.1×10－7解析(1)题图甲中的条纹间距和亮度相同，是干涉图样，题图乙是衍射图样.(2)光源发出的白光，各种频率都有，加上E后通过的只有红光了，变成单色光，加上D和B，就得到两列频率相同、步调一致的相干光，最后放置光屏，干涉条纹呈现在光屏上，所以顺序为EDBA.(3)A位置的