第14章 实验(十八) 用双缝干涉测量光的波长(Word教参)-【正禾一本通】2025年高考物理高三一轮总复习高效讲义

实验十八　用双缝干涉测量光的波长 ► 对应学生用书P249 【备考目标】　1.掌握由Δx＝λ测光的波长的原理，并能测单色光波长。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01步——理清实验过程，注意关键点 实验原理 实验操作 注意事项 如图1所示，相邻两条亮(暗)条纹间的距离Δx与入射光波长λ，双缝S1、S2间距离d及双缝与屏的距离l满足关系式Δx＝λ，因此只要测出Δx、d、l即可测出波长λ。 1.安装仪器(如图2) (1)将光源、遮光筒、毛玻璃依次安放在光具座上。 (2)接好电源，打开开关，使白炽灯正常发光。调节各部件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏。 (3)安装单缝和双缝，中心位于遮光筒的轴线上，使双缝和单缝的缝平行。 2．观察与记录 (1)调单缝与双缝间距为5～10 cm时，观察白光的干涉条纹。 (2)在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。 (3)调节测量头，使分划板中心刻度线对齐第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，当分划板中心刻度线与第n条相邻的亮条纹中心对齐时，记下手轮上的刻度数a2，则相邻两亮条纹间的距离Δx＝。 (4)换用不同的滤光片，测量其他色光的波长 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。 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 数据处理 1．条纹间距：Δx＝。2.波长：λ＝Δx。3.测量多组数据，求λ的平均值 误差分析 1．双缝到屏的距离l的测量存在误差。 2．测条纹间距Δx带来的误差如下： (1)干涉条纹没有调整到最清晰的程度； (2)误认为Δx为亮(暗)条纹的宽度； (3)分划板刻线与干涉条纹不平行，中心刻线没有恰好位于条纹中心； (4)测量多条亮条纹间的距离时读数不准确，此间距中的条纹数未数清 　实验02步——透析常见考法，明确常考点 类型一　教材原型实验 　　　　　　　　　　　　　　　　 1．在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，实验装置如图所示： (1)将实验仪器按要求安装在光具座上，在图中关于A、B处安装的器材和滤光片的位置，下列说法正确的是______。 A．A处为双缝、B处为单缝、滤光片在光源和凸透镜之间 B．A处为单缝、B处为双缝、滤光片在凸透镜和A之间 C．A处为双缝、B处为单缝、滤光片在遮光筒中间某个位置 D．A处为单缝、B处为双缝、滤光片在测量头和目镜之间 (2)当观察到干涉图样后，记录第一条亮纹中心位置时测量头如图(a)所示，则读数为________mm，转动手轮，记录第六条亮纹中心位置时测量头如图(b)所示。已知双缝与屏之间的距离为80.00 cm，双缝间距为0.2 mm，可算出光的波长为________m(结果保留两位有效数字)。 (3)下列说法正确的是______。 A．若只去掉单缝将看不到条纹 B．若只去掉滤光片将看不到干涉条纹 C．若将普通光源换成激光光源，只去掉单缝后仍然能完成实验 D．若将普通光源换成激光光源，只去掉双缝后仍然能完成实验 解析：(1)为了得到单色光，在光通过凸透镜后，需要经过滤光片，即滤光片在凸透镜和A之间，为了形成线光源，光通过滤光片后需要使其通过单缝，之后为了形成相干光源，在单缝之后再放置双缝，因此A处为单缝、B处为双缝、滤光片在凸透镜和A之间。故选B。 (2)根据游标卡尺的读数规律，图(a)读数为 2 mm＋0.02×40 mm＝2.80 mm 根据游标卡尺的读数规律，图(b)读数为 18 mm＋0.02×2 mm＝18.04 mm 相邻亮条纹之间的间距为 Δx＝ mm＝3.048 mm， 根据Δx＝λ，解得λ≈7.6×10－7 m。 (3)单缝的作用在于使到达双缝处的光是相干光源，若只去掉单缝将看不到条纹，故A正确；滤光片是为了形成单色光，若只去掉滤光片仍然能够看到干涉条纹，只不过为彩色条纹，故B错误；单缝的作用在于使到达双缝处的光是相干光源，由于激光本身就具有良好的相干性，因此若将普通光源换成激光光源，只去掉单缝后仍然能完成实验，故C正确；若将普通光源换成激光光源，只去掉双缝后不能发生干涉现象，不能完成实验，故D错误。故选AC。 答案：(1)B　(2)2.80　7.6×10－7　(3)AC 2．某同学利用图示装置测量某种单色光的波长，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： (1)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．将屏向远离双缝的方向移动 C．使用间隙更大的单缝 D．使用间距更大的双缝 (2)在双缝干涉实验中，分别用红色和绿色的激光照射同一双缝，在双缝后的屏幕上，红光的干涉条纹间距Δx1与绿光的干涉条纹间距Δx2相比，Δx1__________(填“>”“＝”或“<”)Δx2； (3)已知测量头主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50个刻度。某同学调整手轮后，从测量头的目镜看去，第1次映入眼帘的干涉条纹如图乙所示，图中的数字是该同学给各暗条纹的编号，此时游标卡尺如图丙所示，读数为x1＝1.16 mm；接着再转动手轮，映入眼帘的干涉条纹如图丁所示，此时游标卡尺如图戊所示，读数为x2＝________ mm。 (4)利用第(3)问测量结果，已知双缝与屏的距离为l，双缝间距为d，计算波长的公式λ＝__________(用题目中给出的字母x1，x2，l，d表示)。 (5)另一同学通过测量头的目镜观察单色光的干涉图样时，发现里面的亮条纹与分划板竖线未对齐，如图所示。若要使二者对齐，该同学应________。 A．仅转动透镜 B．仅旋转滤光片 C．仅拨动拨杆 D．仅旋转测量头 解析：(1)Δx越小，目镜中观察到的条纹数越多，由Δx＝λ可知应将屏向靠近双缝的方向移动或使用间距更大的双缝，故选D。 (2)红光的波长大于绿光的波长，由Δx＝λ可知红光的干涉条纹间距Δx1与绿光的干涉条纹间距Δx2相比有Δx1>Δx2。 (3)由图戊可知游标尺主尺的读数为15 mm，游标尺的读数为1× mm＝0.02 mm，所以读数为x2＝15 mm＋0.02 mm＝15.02 mm。 (4)由Δx＝λ可得λ＝＝。 (5)由图可知，亮条纹与分划板中心刻线不平行时，需使单缝与双缝相互平行，只要转动测量头，将图中的分划板调到竖直方向并与干涉条纹平行即可，故选D。 答案：(1)D　(2)>　(3)15.02　(4)　(5)D 类型二　拓展创新实验　　　　　　　　　　　　　　 1．图甲为双缝干涉的实验装置，光源发出的光经过A、B、C装置后，在光屏上出现明暗相间的条纹。如图乙所示，屏上P、P1、P2处出现亮条纹，Q1、Q2处出现暗条纹，P到S1、S2的距离相等。 (1)图甲中A、B、C三个元件的名称空缺，根据实验原理，它们的名称依次为________、________、________。 (2)若遮光筒内装满水，其他条件不变，则光屏上________。 A．不再出现明暗相间的条纹 B．P处可能出现暗条纹 C．P1处一定为亮条纹 D．明暗相间的条纹间距变小 解析：(1)根据实验原理可知，A、B、C依次是滤光片、单缝、双缝。 (2)从双缝射出的两束光仍然满足相干光的条件，在屏上相遇还是会发生干涉现象，因此屏上还会出现明暗相间的条纹，A错误；P到双缝的距离差为零，则P处仍然出现亮条纹，B错误；由于光由真空(或空气)进入介质后波长发生变化，P1到双缝的距离之差不一定还是新波长的整数倍，可能是半波长的奇数倍，从而出现暗条纹，C错误；光由真空(或空气)进入介质后频率不变，光速变小，由公式v＝λf可知，光在水中的波长λ变小，由双缝干涉相邻两亮条纹(或暗条纹)间的距离公式Δx＝λ可知，条纹间距变小，D正确。故选D。 答案：(1)滤光片　单缝　双缝　(2)D 2．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，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，观测到第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3位有效数字)。 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)根据题意，如果把光屏移动到和平面镜相接触，直接射到光屏上P点的光和经平面镜反射的光的相位差为π，故接触点P处形成暗条纹。 (3)相邻两条亮条纹中心的间距Δx＝ mm≈2.53 mm，根据双缝干涉相邻条纹间距公式有 Δx＝λ，得该单色光的波长λ＝＝ m≈6.33×10－7 m。 答案：(1)S经平面镜成的像S′　(2)暗条纹 (3)6.33×10－7 【创新点剖析】　本题的创新之处在于相干光源的获取方法。本题不是利用双缝获得相干光源，而是利用平面镜的反射获取了相干光源。 学科网（北京）股份有限公司 $$