实验十四 用双缝干涉实验测量光的波长-【金版教程】2025年高考物理一轮复习解决方案全书word（新教材）

高考科学复习解决方案 　物理 实验　用双缝干涉实验测量光的波长 科学探究梳理 1．观察双缝干涉图样，掌握实验方法。 2．测量单色光的波长。 相邻两条亮条纹的中心间距Δx与入射光波长λ，双缝S1、S2间距d及双缝与屏的距离l满足的关系式为：Δx＝λ，则λ＝Δx。据此可测算出光的波长。 光具座、光源、学生电源、导线、透镜、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头、刻度尺。 如图甲所示，测量头通常有两种，但都由分划板、目镜、手轮等构成，转动手轮，分划板会左右移动。测量时，应使分划板的中心刻线与亮条纹的中心对齐，如图乙，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。实际测量时，要测出n个亮条纹间的距离a，再求出相邻两条亮条纹间的距离Δx＝。 1．如图所示，安装仪器(注：滤光片可装在单缝前) (1)将光源、透镜、遮光筒、毛玻璃屏依次安装在光具座上。 (2)打开光源，调节光源的高度和角度，使它发出的光束沿着遮光筒的轴线把屏照亮。 (3)放好单缝和双缝。注意使单缝与双缝相互平行，尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上。 2．观察记录 (1)调节单缝与双缝间距为5～10 cm时，观察白光的双缝干涉图样。 (2)在单缝和光源之间放上滤光片，观察单色光的双缝干涉图样。 (3)用刻度尺测量出双缝到屏的距离l。 (4)调节测量头，使分划板中心刻线对齐第1条亮条纹的中心，记下手轮上的读数a1；转动手轮，使分划板向一侧移动，当分划板中心刻线与第n条亮条纹中心对齐时，记下手轮上的读数a2。 (5)分别改变滤光片的颜色和双缝的距离，观察干涉条纹的变化，并分组记录数据。 1．相邻两亮条纹间距的计算：Δx＝，可多测几组不同的n对应的Δx求平均值，减小误差。 2．由λ＝Δx计算波长。 1．测量双缝到屏的距离l存在的误差。 2．测条纹间距Δx带来的误差。 (1)干涉条纹没有调整到最清晰的程度。 (2)分划板的中心刻线与干涉条纹不平行，中心刻线没有恰好位于亮条纹中心。 (3)测量多条亮条纹间的距离时读数不准确。 1．双缝干涉仪是比较精密的实验仪器，要轻拿轻放，不要随便拆分遮光筒、测量头等元件。 2．透镜的作用是使射向单缝的光更集中。 3．注意调节光源的高度和角度，使它发出的光束能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮。 4．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。 5．不要直接测量相邻两亮条纹的间距Δx，测量间隔若干个条纹的间距，计算得到相邻两亮条纹的平均间距Δx，这样可以减小误差。 6．观察白光的双缝干涉图样，看到的是彩色条纹，中央为白色亮条纹，这样可以确定中央亮条纹的位置。 科学探究精研 考点一　教材原型实验 考向1　实验思路与操作 例1　(2021·浙江6月选考)图示是“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)观察到较模糊的干涉条纹说明透过的光较弱，旋转测量头或增大单缝与双缝间的距离都不会使条纹变清晰，造成条纹模糊的原因可能是单缝与双缝不平行，则值得尝试的是调节拨杆使单缝与双缝平行，故选C。 (2)根据Δx＝λ可知，要增大条纹间距Δx，可以增大双缝到测量头的距离l，或减小双缝的间距d，故选D。 考向2　数据处理与分析 例2　在“用双缝干涉测光的波长”的实验中， (1)如图1所示，将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数x1＝2.320 mm，然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，记下此时图2中手轮上的示数x6＝________ mm； (2)已知双缝间距d为2.0×10－4 m，测得双缝到屏的距离l为0.700 m，由计算式λ＝________，可得所测光的波长为________ m。(结果保留两位有效数字) [答案]　(1)13.870 (2)　6.6×10－7 [解析]　(1)此时图2中手轮上的示数x6＝13.5 mm＋37.0×0.01 mm＝13.870 mm。 (2)由Δx＝＝λ，整理可得λ＝，代入数据可得λ＝6.6×10－7 m。 考点二　实验拓展与创新 例3　洛埃利在1834年提出了一种更简单的观察干涉的装置。如图所示，从单缝S发出的光，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)实验表明，光从光疏介质射向光密介质界面发生反射，在入射角接近90°时，反射光与入射光相比，相位有π的变化，即半波损失。如果把光屏移动到和平面镜接触，接触点P处是________(填“亮条纹”或“暗条纹”)； (3)实验中已知单缝S到平面镜的垂直距离h＝0.15 mm，单缝到光屏的距离D＝1.2 m，观察到第3个亮条纹中心到第12个亮条纹中心的间距为22.78 mm，则该单色光的波长λ＝________ m(结果保留三位有效数字)。 [答案]　(1)S经平面镜成的像S′　(2)暗条纹 (3)6.33×10－7 [解析]　(1)根据平面镜成像原理，经镜面反射的光线可认为是从S的像S′发出的，故S′相当于双缝干涉中的另一个“缝”。 (2)h≪D，所以射到平面镜上P点的光的入射角接近90°，故直接射到光屏上P点的光和经平面镜反射的光相位相差π，故接触点P处是暗条纹。 (3)每两条相邻亮条纹中心的间距Δx＝ mm≈2.53 mm，根据双缝干涉条纹间距公式有Δx＝λ，可得该单色光的波长λ＝＝ m≈6.33×10－7 m。 课时作业 1．现用如图甲所示双缝干涉实验装置来测量光的波长。 (1)在组装仪器时单缝和双缝应该相互________放置(选填“垂直”或“平行”)。 (2)已知测量头主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50分度。某同学调整手轮使测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，并将该亮纹定为第1条亮纹，此时测量头上游标卡尺的示数为1.16 mm；接着再同方向转动手轮，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，此时测量头上游标卡尺的示数如图乙所示，为________ mm。已知双缝间距d＝2.00×10－4 m，测得双缝到毛玻璃屏的距离L＝0.800 m，所测光的波长λ＝________ nm。(保留三位有效数字) (3)为减小误差，该实验并未直接测量相邻亮条纹间的距离Δx，而是先测量n个条纹的间距再求出Δx。下列实验采用了类似方法的有________。 A．《探究两个互成角度的力的合成规律》的实验中合力的测量 B．《探究弹簧弹力与形变量的关系》的实验中弹簧的形变量的测量 C．《用单摆测重力加速度》的实验中单摆的周期的测量 D．《用油膜法估测油酸分子的大小》的实验中1滴油酸酒精溶液体积的测量 答案　(1)平行　(2)15.02　693　(3)CD 解析　(1)若单缝和双缝相互垂直放置，则单缝类似于点光源，与线光源相比，会导致干涉条纹模糊不清、亮度很弱，因此在组装仪器时，单缝和双缝应该相互平行放置。 (2)游标尺是50分度的，分度值为0.02 mm，则其示数为15 mm＋1×0.02 mm＝15.02 mm。两相邻条纹的间距Δx＝＝ mm＝2.772 mm，根据Δx＝λ，得λ＝＝ m＝6.93×10－7 m＝693 nm。 (3)先测量n个条纹的间距再求出Δx，是采用了微量累积法，《用单摆测重力加速度》的实验中单摆的周期的测量和《用油膜法估测油酸分子的大小》的实验中1滴油酸酒精溶液体积的测量均采用了微量累积法；《探究两个互成角度的力的合成规律》的实验中合力的测量采用了等效替代法；《探究弹簧弹力与形变量的关系》的实验中弹簧的形变量的测量没有采用累积法，故C、D正确，A、B错误。 2．(2023·浙江省嘉兴市高三下二模)在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中， (1)用单色光照射双缝后，在目镜中观察到如图所示的情形。若其他操作无误，则上述情形下测得的单色光波长将________(选填“偏大”“不变”或“偏小”)； (2)若想对图示的情形进行调整，则需要的操作是________。 A．旋转毛玻璃屏 B．左右拨动拨杆 C．旋转测量头上的手轮 D．旋转遮光筒和测量头 答案　(1)偏大　(2)D 解析　(1)条纹与测量头分划板中心线不平行，会导致条纹间距Δx的测量值偏大，由公式Δx＝λ可知，测得的单色光波长偏大。 (2)毛玻璃屏在本实验中的作用是产生漫反射，使图样更明显，旋转毛玻璃屏并不会改变题图中情形，故A错误；拨动拨杆的作用是为了使单缝和双缝平行，获得清晰的干涉图样，因为已有清晰图样，故不用调节拨杆，且拨动拨杆后不仅不会调整题图的情形，反而会使干涉图样变模糊，故B错误；旋转测量头上的手轮是为了测条纹间距，不会改变题图中情形，故C错误；旋转遮光筒和测量头可以使分划板的中心刻线与干涉条纹平行，故D正确。 3．(2023·吉林省吉林市高三下第四次调研测试)某实验小组使用图甲的装置测量某红色激光的波长。用光具座固定激光笔和刻有双缝的黑色纸板，双缝间的距离d＝0.2 mm。激光经过双缝后投射到光屏的条纹如图乙所示，由刻度尺读出A、B两亮纹间的距离x＝________ mm。通过激光测距仪测量出双缝到光屏间的距离L＝2.0 m，则该激光的波长λ＝________ m。如果用紫色激光重新实验，相邻亮纹间距会________(选填“变大”“变小”或“不变”)。 答案　65.0　6.50×10－7　变小 解析　刻度尺的最小刻度值为1 mm，需要估读，则由图乙可得x＝9.00 cm－2.50 cm＝6.50 cm＝65.0 mm。相邻两条亮条纹间的距离为Δx＝＝ mm＝6.50 mm，由Δx＝λ可得，该激光的波长λ＝＝ m＝6.50×10－7 m。如果用紫色激光重新实验，由于紫光的波长比红光的波长小，由Δx＝λ可知，d、L不变，则相邻亮条纹间距会变小。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$