2022年高考物理復習 第12章 實驗15 用雙縫干涉測量光的波長訓練題 新人教版

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1、2022年高考物理復習 第12章 實驗15 用雙縫干涉測量光的波長訓練題 新人教版 考綱解讀1.理解雙縫干涉的原理，能安裝和調(diào)試儀器.2.觀察入射光分別為白光和單色光時雙縫干涉的圖樣.3.掌握利用公式Δx＝λ測波長的方法． 基本實驗要求 1． 實驗原理 如實驗原理圖甲所示，電燈發(fā)出的光，經(jīng)過濾光片后變成單色光，再經(jīng)過單縫S時發(fā)生衍射，這時單縫S相當于一個單色光源，衍射光波同時到達雙縫S1和S2之后，S1、S2雙縫相當于兩個步調(diào)完全一致的單色相干光源，相鄰兩條明(暗)條紋間的距離Δx與入射光波長λ，雙縫S1、S2間距離d及雙縫與屏的距離l有關，其關系式為：Δx＝λ，因此，只要測出

2、Δx、d、l即可測出波長λ. 兩條相鄰明(暗)條紋間的距離Δx用測量頭測出．測量頭由分劃板、目鏡、手輪等構成．如實驗原理圖乙所示． 2． 實驗器材 雙縫干涉儀，即：光具座、光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測量頭，另外還有學生電源、導線、刻度尺． 3． 實驗步驟 (1)觀察雙縫干涉圖樣 ①將光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如實驗原理圖丁所示． ②接好光源，打開開關，使燈絲正常發(fā)光． ③調(diào)節(jié)各器件的高度，使光源燈絲發(fā)出的光能沿遮光筒軸線到達光屏． ④安裝雙縫和單縫，盡量使縫的中點位于遮光筒的軸線上，使雙縫與單縫平行，二者間距約5 cm～10 cm. ⑤在單

3、縫和光源間放上濾光片，觀察單色光的干涉條紋． (2)測定單色光的波長 ①安裝測量頭，調(diào)節(jié)至可清晰觀察到干涉條紋． ②使分劃板中心刻線對齊某條亮條紋的中央，記下手輪上的讀數(shù)，將該條紋記為第1條亮紋；轉(zhuǎn)動手輪，使分劃板中心刻線移動至另一亮條紋的中央，記下此時手輪上的讀數(shù)；將該條紋記為第n條亮紋，測出n個亮條紋間的距離a，則相鄰兩亮條紋間距Δx＝. ③用刻度尺測量雙縫到光屏間距離l(d是已知的)． ④重復測量、計算，求出波長的平均值． 規(guī)律方法總結 1． 數(shù)據(jù)處理 (1)條紋間距的計算：移動測量頭的手輪，分劃板中央刻線在第1條亮紋中央時讀數(shù)為a1，在第n條亮紋中央時讀數(shù)為an，則Δx

4、＝. (2)根據(jù)條紋間距與波長的關系Δx＝λ得λ＝Δx，其中d為雙縫間距，l為雙縫到屏的距離． (3)測量時需測量多組數(shù)據(jù)，求λ的平均值． 2． 注意事項 (1)調(diào)節(jié)雙縫干涉儀時，要注意調(diào)整光源的高度，使它發(fā)出的光束能夠沿著遮光筒的軸線把屏照亮． (2)放置單縫和雙縫時，縫要相互平行，中心大致位于遮光筒的軸線上． (3)調(diào)節(jié)測量頭時，應使分劃板中心刻線和條紋的中心對齊，記清此時手輪上的讀數(shù)，轉(zhuǎn)動手輪，使分劃板中心刻線和另一條紋的中心對齊，記下此時手輪上的讀數(shù)，兩次讀數(shù)之差就表示這兩條紋間的距離． (4)不要直接測Δx，要測多個亮條紋的間距再計算得Δx，這樣可以減小誤差． (5)

5、白光的干涉觀察到的是彩色條紋，其中白色在中央，紅色在最外層． 3． 誤差分析 (1)雙縫到屏的距離l的測量存在誤差． (2)測條紋間距Δx帶來的誤差： ①干涉條紋沒有調(diào)整到最清晰的程度． ②誤認為Δx為亮(暗)條紋的寬度． ③分劃板刻線與干涉條紋不平行，中心刻線沒有恰好位于條紋中心． ④測量多條亮條紋間的距離時讀數(shù)不準確，此間距中的條紋數(shù)未數(shù)清. 考點一　對實驗操作的考查 例1　在“用雙縫干涉測光的波長”實驗中： (1)實驗裝置采用雙縫干涉儀，它由各部分光學元件在光具座上組成，現(xiàn)準備了下列儀器：A.光源，B.雙縫片，C.單縫片，D.濾光片，E.毛玻璃(其中雙縫片和光屏連

6、在遮光筒上)． 把以上儀器安裝在光具座上時，正確的排列順序是______． (2)關于本實驗，正確的說法是 (　　) A．實驗時應調(diào)節(jié)各器件共軸，并且單縫和雙縫的縫應相互平行 B．觀察到的白光的干涉圖樣是：可以看到彩色的干涉條紋，中央為一條白亮的零級干涉條紋；彩色條紋的排列，以零級亮條紋為中心左右對稱，在第一級亮條紋中紫色在最外側 C．看到白光的干涉條紋后，在單縫前面放上紅色或綠色濾光片，即可看到紅黑相間或綠黑相間的干涉條紋，且紅條紋的間距比綠條紋的間距大 D．測量時應使測量頭的分劃板的中心刻線對齊條紋的中心再讀數(shù) 解析　(1)雙縫干涉儀各組成部分在光具座上的

7、正確順序為：光源、濾光片、單縫、雙縫、光屏，或把它們?nèi)康惯^來，因此，答案為ADCBE或EBCDA. (2)實驗時應使光源、單縫、雙縫的中心位于遮光筒的軸線上，且使單縫與雙縫平行，A正確．白光的干涉圖樣是彩色條紋，中央為白色亮紋，在第一級亮條紋中紅色在最外側，B錯．由Δx＝λ得紅條紋的間距大于綠條紋間距，C正確．為了減少誤差，應使分劃板的中心刻線對齊條紋中心再讀數(shù)，D正確． 答案　(1)ADCBE或EBCDA　(2)ACD 考點二　對儀器讀數(shù)和數(shù)據(jù)處理的考查 例2　在“用雙縫干涉測光的波長”實驗中，將雙縫干涉實驗儀按要求安裝在光具座上(如圖1甲)，并選用縫間距d＝0.2 mm的雙縫屏．

8、從儀器注明的規(guī)格可知，像屏與雙縫屏間的距離l＝700 mm.然后，接通電源使光源正常工作． 圖1 (1)已知測量頭主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50分度．某同學調(diào)整手輪后，從測量頭的目鏡看去，第1次映入眼簾的干涉條紋如圖乙(a)所示，圖中的數(shù)字是該同學給各暗紋的編號，此時圖乙(b)中游標尺上的讀數(shù)x1＝1.16 mm；接著再轉(zhuǎn)動手輪，映入眼簾的干涉條紋如圖丙(a)所示，此時圖丙(b)中游標尺上的讀數(shù)x2＝______mm； (2)利用上述測量結果，經(jīng)計算可得兩個相鄰亮紋(或暗紋)間的距離Δx＝________mm；這種色光的波長λ＝________nm. 答案　(1)15.

9、02　(2)2.31　6.6×102 解析　(1)主尺讀數(shù)為15 mm，游標尺讀數(shù)為1×0.02 mm＝0.02 mm，二者相加可得讀數(shù)為15.02 mm. (2)由于圖中數(shù)字標記的是暗條紋，首先應根據(jù)暗條紋所標數(shù)字給亮條紋也標明條數(shù)，若圖乙(a)中的中央刻線所對亮條紋記為第1條，則圖丙(a)中，中央刻線所對亮紋為n＝7，則Δx＝＝2.31 mm，光的波長λ＝＝6.6×102 nm. 例3　在觀察光的干涉現(xiàn)象的實驗中，將兩片刀片合在一起， 在涂有墨汁的玻璃片上劃出不同間隙的雙縫；按圖2所示的方法，讓激光束通過自制的雙縫． (1)保持縫到光屏的距離不變，換用不同間隙的雙縫，雙縫

10、的間隙越小，屏上明暗相間的條紋間距________(選填“越 圖2 大”或“越小”)； (2)保持雙縫的間隙不變，光屏到縫的距離越大，屏上明暗相間的條紋間距________(選填“越大”或“越小”)； (3)在狹縫間的距離和狹縫與屏的距離都不變的條件下，用不同顏色的光做實驗，發(fā)現(xiàn)用藍色光做實驗在屏上明暗相間的條紋間距比用紅色光做實驗時____(選填“大”或“小”)． 解析　(1)由Δx＝λ可知d越小，Δx越大． (2)由Δx＝λ可知，l越大，Δx越大． (3)由Δx＝λ可知，因藍色光的波長比紅色光的波長小，故用藍色光做實驗時的條紋間距比用紅色光做實驗時?。? 答案　(1)越大　

11、(2)越大　(3)小 1． 利用圖3中裝置研究雙縫干涉現(xiàn)象時，下面幾種說法中正確的是 (　　) 圖3 A．將屏移近雙縫，干涉條紋間距變窄 B．將濾光片由藍色的換成紅色的，干涉條紋間距變寬 C．將單縫向雙縫移動一小段距離后，干涉條紋間距變寬 D．換一個兩縫之間距離較大的雙縫，干涉條紋間距變窄 答案　ABD 解析　由條紋間距公式Δx＝λ，d指雙縫間距離，l是雙縫到屏的距離，可知：A項中l(wèi)減小，Δx變??；B項中λ變大，Δx變大；D項中d變大，Δx變?。蔄、B、D正確． 2． 在觀察光的雙縫干涉現(xiàn)象的實驗中： (1)將激光束照在圖4乙所示的雙縫上，在光屏上觀察到的現(xiàn)

12、象是圖甲中的________． 圖4 (2)換用間隙更小的雙縫，保持雙縫到光屏的距離不變，在光屏上觀察到的條紋寬度將________；保持雙縫間隙不變，減小光屏到雙縫的距離，在光屏上觀察到的條紋寬度將______(以上均選填“變寬”、“變窄”或“不變”)． 答案　(1)A　(2)變寬　變窄 解析　(1)雙縫干涉圖樣是平行且等寬的明暗相間的條紋，A圖正確； (2)根據(jù)Δx＝λ知，雙縫間的距離d減小時，條紋間距變寬；當雙縫到屏的距離l減小時，條紋間距變窄． 3． (xx·福建理綜·19(1))在“雙縫干涉測光的波長”實驗中(實驗裝置如圖5所示)： 圖5 ①下列說法哪一個是錯

13、誤的________．(填選項前的字母) A．調(diào)節(jié)光源高度使光束沿遮光筒軸線照在屏中心時，應放上單縫和雙縫 B．測量某條干涉亮紋位置時，應使測微目鏡分劃板中心刻線與該亮紋的中心對齊 C．為了減少測量誤差，可用測微目鏡測出n條亮紋間的距離a，求出相鄰兩條亮紋間距Δx＝ ②測量某亮紋位置時，手輪上的示數(shù)如圖6所示，其示數(shù)為______mm. 圖6 答案?、貯?、?.970 解析?、俜派蠁慰p和雙縫后，由于發(fā)生干涉現(xiàn)象沒法調(diào)節(jié)光源的高度，故A項錯誤． ②按讀數(shù)規(guī)則，讀出示數(shù)為：1.5 mm＋47.0×0.01 mm＝1.970 mm. 4． 用某種單色光做雙縫干涉實驗時，已知雙縫

14、間的距離d的大小恰好是圖7中游標卡尺的讀數(shù)，如圖丁所示；雙縫到毛玻璃間的距離的大小由圖中的毫米刻度尺讀出，如圖丙所示；實驗時先移動測量頭(如圖甲)上的手輪，把分劃線對準靠近最左邊的一條亮條紋(如圖乙所示)，并記下螺旋測微器的讀數(shù)x1(如圖戊所示)，然后轉(zhuǎn)動手輪，把分劃線向右移動，直到對準第7條亮條紋并記下螺旋測微器的讀數(shù)x2(如圖己所示)，由以上測量數(shù)據(jù)求該單色光的波長． 圖7 答案　8.0×10－7 m 解析　根據(jù)條紋間距公式Δx＝λ可知，波長λ＝Δx，只要根據(jù)題目提供的數(shù)據(jù)就可求解，由丁圖可直接讀出 d＝0.25 mm＝0.000 25 m， 雙縫到屏的距離由丙圖讀出

15、 l＝748.8 mm＝0.748 8 m 由圖乙、戊、己可知，兩條相鄰亮條紋間的距離 Δx＝ mm＝2.400 mm＝0.002 400 m. 將以上數(shù)據(jù)代入得 λ＝＝ m≈8.0×10－7 m. 5． 利用雙縫干涉測定光的波長實驗中，雙縫間距d＝0.4 mm，雙縫到光屏的距離l＝0.5 m，用某種單色光照射雙縫得到干涉條紋如圖8所示，分劃板在圖中A、B位置時游標卡尺讀數(shù)也如圖中所示，則： 圖8 (1)分劃板在圖中A、B位置時游標卡尺讀數(shù)分別為xA＝________mm，xB＝________mm，相鄰兩條紋間距Δx＝________mm； (2)波長的表達式λ＝___

16、_____(用Δx、l、d表示)，該單色光的波長λ＝________m； (3)若改用頻率較高的單色光照射，得到的干涉條紋間距將________(填“變大”、“不變”或“變小”)． 答案　(1)11.1　15.6　0.75　(2)Δx　6.0×10－7　(3)變小 解析　(1)xA＝11 mm＋1×0.1 mm＝11.1 mm xB＝15 mm＋6×0.1 mm＝15.6 mm Δx＝＝ mm＝0.75 mm (2)由Δx＝λ得λ＝Δx 代入數(shù)據(jù)，得λ＝×0.75×10－3 m＝6.0×10－7 m (3)由v＝λf知頻率高的單色光波長小，所以根據(jù)Δx＝λ判斷出干涉條紋間距將變

17、小． 6． 現(xiàn)有毛玻璃屏A、雙縫B、白光光源C、單縫D和透紅光的濾光片E等光學元件，要把它們放在如圖9所示的光具座上組裝成雙縫干涉裝置，用以測量紅光的波長． 圖9 (1)將白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光學元件，由左至右，表示各光學元件的字母排列順序應為C、____、____、____、A. (2)本實驗的步驟有： ①取下遮光筒左側的元件，調(diào)節(jié)光源高度，使光束能沿遮光筒的軸線把屏照亮； ②按合理的順序在光具座上放置各光學元件，并使各元件的中心位于遮光筒的軸線上； ③用刻度尺測量雙縫到屏的距離； ④用測量頭(其讀數(shù)方法同螺旋測微器)測量數(shù)條亮紋間的距離. 在

18、操作步驟②時還應注意__________________________和________________________． (3)將測量頭的分劃板中心刻線與某亮紋中心對齊，將該亮紋定為第1條亮紋，此時手輪上的示數(shù)如圖10甲所示．然后同方向轉(zhuǎn)動測量頭，使分劃板中心刻線與第6條亮紋中心對齊，記下此時如圖乙所示的手輪上的示數(shù)為________mm，求得相鄰亮紋的間距Δx為________mm. 圖10 (4)已知雙縫間距d為2.0×10－4 m，測得雙縫到屏的距離l為0.700 m，由計算式λ＝________，求得所測紅光波長為________nm. 答案　(1)E　D　B　(2)放

19、置單縫、雙縫時，必須使縫平行　單縫、雙縫間的距離要適當　(3)13.870　2.310　(4) 660 解析　(1)濾光片E可以從白光中選出單色紅光，單縫D是獲取線光源，雙縫B是獲得相干光源，最后成像在毛玻璃屏A上．所以排列順序為：C、E、D、B、A. (2)在操作步驟②時應注意的事項有：放置單縫、雙縫時，必須使縫平行；單縫、雙縫間的距離要適當；要保證光源、濾光片、單縫、雙縫和光屏的中心在同一軸線上． (3)測量頭的讀數(shù)應該先讀整數(shù)刻度，然后看半刻度是否露出，最后看可動刻度，圖乙讀數(shù)為13.870 mm，圖甲讀數(shù)為2.320 mm，所以相鄰亮條紋間距Δx＝ mm＝2.310 mm. (4)由條紋間距離公式Δx＝λ得：λ＝ 代入數(shù)值得：λ＝6.6×10－7 m＝660 nm