2024年高考物理一轮复习（新人教版） 第14章 实验14　用双缝干涉测量光的波长.docx

实验十四用双缝干涉测量光的波长目标要求1.掌握由x测量光的波长的原理，并会测单色光波长.2.观察单色光的双缝干涉图样，掌握测量头测量条纹间距的方法实验技能储备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x与双缝间距d、双缝到屏的距离l、单色光波长之间满足x.2实验步骤(1)观察双缝干涉图样将光源、遮光筒、毛玻璃依次安放在光具座上，如图所示接好光源，打开开关，使灯丝正常发光调节各器件的高度和角度，使光源灯丝发出的光能沿遮光筒轴线到达光屏安装单缝和双缝，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510 cm.在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹(2)测量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心，记下此时手轮上的读数a1，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第n条亮条纹的中心，记下此时手轮上的读数an.用刻度尺测量双缝与光屏间距离l(d是已知的)改变双缝间的距离d，双缝到屏的距离l，重复测量3数据分析(1)条纹间距x.(2)波长x.(3)计算多组数据，求的平均值4注意事项(1)安装时，注意使光源、透镜、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；干涉条纹不清晰，一般原因是单缝与双缝不平行考点一教材原型实验例1如图所示，在“用双缝干涉测量光的波长”实验中：(1)在光具座上放置的光学元件依次为：光源、滤光片、_、_、遮光筒、光屏(含测量头)(2)利用图中装置研究双缝干涉现象时，下列说法中正确的是_A将光屏移近双缝，其他条件不变，干涉条纹间距变小B将滤光片由蓝色的换成红色的，其他条件不变，干涉条纹间距变大C将单缝向双缝移动一小段距离后，其他条件不变，干涉条纹间距变大D换一个两缝之间距离更大的双缝，其他条件不变，干涉条纹间距变小E去掉滤光片，其他条件不变，干涉现象消失(3)在某次测量中，将测量头的分划板中心刻线与某条亮条纹中心对齐，将该亮条纹记为第1条亮条纹，此时手轮上的示数如图甲所示然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮条纹中心对齐，此时手轮上的示数如图乙所示，则此示数为_ mm，由此可求得相邻亮条纹的间距x为_ mm.(4)已知双缝间距d为2.0×104 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)单缝双缝(2)ABD(3)13.8702.310(4)660解析(1)由题图可知，为单缝，为双缝(2)将光屏移近双缝，l减小，则由x可知，在其他条件不变时，干涉条纹间距变小，故A正确；将滤光片由蓝色的换成红色的，则波长变大，所以其他条件不变时，干涉条纹间距变大，故B正确；将单缝向双缝移动一小段距离后，其他条件不变时，干涉条纹间距不变，故C错误；换一个两缝之间距离更大的双缝，则d变大，在其他条件不变时，干涉条纹间距变小，故D正确；去掉滤光片，其他条件不变，会形成彩色干涉条纹，故E错误(3)由题图乙可得读数为x213.5 mm37.0×0.01 mm13.870 mm，由题图甲可得读数为x12 mm32.0×0.01 mm2.320 mm，则相邻亮条纹的间距x mm2.310 mm.(4)由x可得x，代入数据解得，波长为 m6.6×107 m660 nm.例2(2023·浙江省镇海中学模拟)(1)如图所示，小王同学做在“用双缝干涉测量光的波长”实验中发现目镜中干涉条纹与分划板中心刻线始终有一定的角度，下列哪个操作可以使得分划板中心刻线与干涉条纹平行_A仅拨动拨杆B仅旋转单缝C仅前后移动凸透镜D仅旋转毛玻璃处的测量头(2)小王同学将分划板中心刻线与干涉条纹调平行后，将测量头的分划板中心刻线与某条亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮条纹，此时手轮上的示数如图所示，手轮上的示数是_ mm.答案(1)D(2)50.15解析(1)若要使得分划板中心刻线与干涉条纹平行，则仅旋转毛玻璃处的测量头即可，故选D.(2)手轮上的示数是50 mm0.05 mm×350.15 mm.考点二探索创新实验例3洛埃德在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)通过洛埃德镜在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”(2)实验中已知单缝S到平面镜的垂直距离h0.15 mm，单缝到光屏的距离D1.2 m，观测到第3条亮条纹中心到第12条亮条纹中心的间距为22.78 mm，则该单色光的波长_ m(结果保留1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_A将平面镜稍向上移动一些B将平面镜稍向右移动一些C将光屏稍向右移动一些D将光源由红色光改为绿色光答案(1) S(2)6×107(3)AC解析(1)通过洛埃德镜在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，S相当于另一个“缝”(2)第3条亮条纹中心到第12条亮条纹中心的间距为22.78 mm，则相邻亮条纹间距为x m2.53×103 m，等效双缝间的距离为d2h0.30 mm3.0×104 m，根据双缝干涉条纹间距x，则有x m6×107 m.(3)根据双缝干涉条纹间距x可知，仅增大D、仅减小d或仅增大波长都能够增大光屏上相邻两条亮条纹之间的距离，所以A、C正确课时精练1(2021·浙江6月选考·17(2)如图所示是“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答案(1)C(2)D解析(1)若粗调后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，可尝试调节拨杆使单缝与双缝平行，故选C.(2)根据x，可知要增大条纹间距，可以增大双缝到光屏的距离l或减小双缝的间距d，故选D.2可发出红、黄、绿三色光的多层警示灯，被广泛应用于数控机床、电子机械自动化生产线等工业领域某同学想采用如图甲所示的实验装置测定三种色光的波长(1)打开多层示警灯的绿光灯，将遮光筒对准光源放置在光源和双缝之间还必须放置一个_(选填“滤光片”或“单缝”)，其目的是保证经双缝得到的两列光是_(选填“相干”或“非相干”)光；(2)已知双缝之间的距离为0.6 mm，双缝到屏的距离为1.5 m，绿光的干涉图样如图乙所示，分划板中心刻线在A位置时螺旋测微器的读数为1.128 mm，在B位置时读数如图丙所示，为_ mm，则该绿光的波长为_ nm(计算结果保留三位有效数字)；(3)在不改变其他条件的情况下，该同学又进行了几组实验，通过照相底片记录了干涉图样，分别测量了红光、黄光的波长(红光为625 nm、黄光为570 nm)图(a)、(b)、(c)是实验中记录下的三种色光的干涉图样，但被不小心弄混了，经判断绿光产生的干涉图样是图_(选填(a)、(b)或(c)答案(1)单缝相干(2)6.526540(3)(c)解析(1)在光源和双缝之间还必须放置一个单缝，其目的是保证经双缝得到的两列光是相干光(2)分划板中心刻线在B位置时读数为6.5 mm2.6×0.01 mm6.526 mm条纹间距为x mm1.349 5 mm由x解得该绿光的波长x×1.349 5×103 m5.398×107 m540 nm.(3)由波长关系红>黄>绿，可知在其他条件不变的情况下，干涉图样条纹间距x红>x黄>x绿，所以绿光的条纹间距最小，则绿光产生的干涉图样是题图(c)3寒假期间小明利用图甲所示的物品，测量了某型号刀片的厚度实验过程如下：(1)点燃蜡烛，用蜡烛火焰把玻璃片的一面熏黑；(2)并齐捏紧两片刀片，在玻璃片的熏黑面划出两条平直划痕；(3)如图乙所示，将激光光源和玻璃片固定在桌上，并将作为光屏的白纸固定在距离足够远的墙上(4)打开激光光源，调整光源的高度并使激光沿水平方向射出，恰好能垂直入射在两划痕上(5)观察白纸上的干涉条纹如图丙所示用刻度尺测出a、b两点间的距离为_ cm，则两相邻暗纹中心之间的距离y_ cm.(6)测得玻璃片到光屏的距离L3.00 m，已知该红色激光的波长700 nm，利用公式求出双划痕间距d_ mm，即为刀片厚度(结果保留两位有效数字)答案(5)10.502.1(6)0.10解析(5)用刻度尺测出a、b两点间的距离为10.50 cm，两相邻暗纹中心之间的距离为y cm2.1 cm.(6)刀片的厚度为y，解得d0.10 mm.