内容正文:
实验专题13 实验:用双缝干涉测光的波长
专题训练(原卷版)
【实验过程】
1、 实验原理
1.实验原理
在双缝干涉实验中,d是双缝间距,是已知的;l是双缝到屏的距离,可以测出,由公式Δx=λ可知,只要再测出相邻两亮条纹(或相邻两暗条纹)中心间距Δx,即可由公式λ=Δx计算出入射光的波长。
2.物理量的测量
(1)l 的测量:用刻度尺测出。
(2)Δx 的测量:用测量头测出。
2、 实验步骤
1.将光源、透镜、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上,如图所示。
2.接好光源,闭合开关,使灯丝正常发光。
3.调节各元件的高度,使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏。
4.安装双缝和单缝,中心大致位于遮光筒的轴线上,使双缝与单缝的缝平行,两者间距5~10 cm,这时可观察白光的干涉条纹。
5.在单缝和光源间放上滤光片,观察单色光的干涉条纹。
三、数据处理方法
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心,记下手轮上的读数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另一亮条纹的中心,记下此时手轮上的读数a2,将该条纹记为第n条亮条纹,则相邻两亮条纹间距Δx=。
3.用刻度尺测量双缝到屏间的距离l(d是已知的)。
4.重复测量、计算,求出波长的平均值。
四、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,可能原因是单缝与双缝不平行。
对点训练:某同学通过双缝干涉实验测量发光二极管发出光的波长。图1为实验装置示意图,双缝间距,双缝到毛玻璃的距离,实验中观察到的干涉条纹如图2所示。
当分划板中心刻线对齐第1条亮条纹中心,手轮上的读数;当分划板中心刻线对齐第5条亮条纹中心,手轮上的读数。完成下列填空:
(1) 相邻两条亮条纹间的距离_ _ _ _ 。
(2) 根据_ _ _ _ 可算出波长。(填正确答案标号)
A. B. C.
(3) 待测发出光的波长_ _ _ _ (结果保留3位有效数字)。
【能力提升:高考模拟】
练习时间: 15分钟 试卷分值:15分
题组一:共计2题,第1题6分,第2题9分,共计15分。成绩:
1.现有毛玻璃屏、双缝、白光光源、单缝和透红光的滤光片等光学元件,要把它们放在如图所示的光具座上组装成双缝干涉装置,用以测量红光的波长。
(1) 将白光光源放在光具座最左端,依次放置其他光学元件,由左到右,表示各光学元件的字母排列顺序应为、_ _ _ _ 、_ _ _ _ 、_ _ _ _ 、。
(2) 本实验的步骤有:
①取下遮光筒左侧的元件,调节光源高度,使光束能沿遮光筒的轴线把屏照亮;
②按合理的顺序在光具座上放置各光学元件,并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上;
③用刻度尺测量双缝到屏的距离;
④用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮条纹间的距离。
在操作步骤②时还应注意_ _ _ _ _ _ 、_ _ _ _ 和_ _ _ _ 。
2.某同学对如图1所示的双缝干涉实验装置进行调节并观察实验现象。
(1)若想使从目镜中观察到的条纹个数增多,可以 。
A.将单缝向双缝靠近
B.将红色滤光片换成绿色滤光片
C.使用间距更小的双缝
(2)若在屏上观察到的干涉条纹如图2中a所示,改变双缝间的距离后,干涉条纹如图2中b所示,图中虚线是亮纹中心的位置,则双缝间的距离变为原来的 。
A. B. C.2倍 D.3倍
(3)某次测量时,选用的双缝的间距为0.30 mm,测得屏与双缝间的距离为1.20 m,叉丝中心线对准第1条亮纹中心时读数为21.75 mm,旋转测量头旋钮,叉丝中心线对准第4条亮纹中心时读数如图3所示,则读数为 mm。所测单色光的波长为 m(结果保留两位有效数字)。
题组二:共计2题,第3题6分,第4题9分,共计15分。成绩:
3.在观察光的双缝干涉现象的实验中:
(1)将激光束照在如图乙所示的双缝上,在光屏上观察到的现象是图甲中的________。
(2)换用间隙更小的双缝,保持双缝到光屏的距离不变,在光屏上观察到的条纹宽度将________;保持双缝间隙不变,减小光屏到双缝的距离,在光屏上观察到的条纹宽度将________(以上均选填“变宽”“变窄”或“不变”)。
4.如图甲,在进行“用双缝干涉测量光的波长”的实验中,将双缝干涉实验仪器按照要求安装在光具座上。然后接通电源使光源正常发光,在目镜中可以观察到清晰的干涉条纹。
(1)下列说法正确的是________。
A.调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时,应放上单缝和双缝
B.测量某条干涉亮条纹位置时,应使分划板中心刻线与该亮条纹的中心对齐
C.为了减小测量误差,可用测量头测出n条亮条纹间的距离a,求出相邻两条亮条纹间距Δx=
D.若取下滤光片,屏上将出现彩色的干涉条纹
(2)该小组同学在目镜中观察到的干涉图样为______(填“A”或“B”)。
(3)用20分度的游标卡尺测量双缝间距如图乙所示,双缝间距d=______mm。
(4)图丙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)。
题组三:共计2题,第5题6分,第6题9分,共计15分。成绩:
5.某同学利用图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:
(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0.300 mm,测得屏与双缝间的距离为1.20 m,第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56 mm。则所测单色光的波长为________nm(结果保留3位有效数字)。
6.某学习小组利用双缝干涉实验测定光的波长,其实验步骤如下:
(1)按图甲安装实验装置,用白光光源照射单缝,调整仪器位置,获得了清晰彩色条纹,如图乙-a所示。
(2)在单缝前插入一块_________(填“蓝色”或“红色”)滤光片,获得蓝色条纹,如图乙-b所示;继续在单缝后插入一块_________(填“单缝”或“双缝”),获得等宽蓝色条纹,如图乙-c所示。
(3)已知单缝与双缝间的距离L1=100 mm,双缝与屏间的距离L2=800 mm,双缝间距d=0.25 mm。用测量头来测量相邻亮条纹中心间的距离,让分划板的中心刻度线对准第1条亮条纹的中心,此时测量头的读数如图丙所示,是________ mm,转动手轮,使分划板中心刻度线对准第4条亮条纹的中心,此时测量头的读数如图丁所示。则该被测光的波长为________ m(保留两位有效数字)。
(4)若在调节过程中观察到如图戊所示的干涉条纹,则出现这种现象的原因可能是________。
A.单缝与双缝不平行
B.单缝与双缝的距离太近
C.设备安装时,没有调节光源的高度使光线把整个光屏都照亮
题组四:共计2题,第7题6分,第8题9分,共计15分。成绩:
7.在完成“用双缝干涉测量光的波长”实验时。
(1)实验需测量的相邻条纹间距Δx指的是图中的________。
(2)实验中,目镜中心刻线对齐第n条条纹中心和第条条纹中心时,游标卡尺的示数分别如图甲和图乙所示,图甲中游标卡尺的读数为______ mm。已知双缝间距d=0.4 mm,双缝到屏的距离l=1.0 m,所测单色光的波长为________ nm。
8.某同学在家里进行小实验,他先点燃蜡烛将无色玻璃片熏黑,再用刀片在玻璃片上笔直划过,这样便得到了单缝和不同间距双缝的缝屏。将所得到的缝屏以及激光笔、光屏等利用铁架台组装成的装置如图1所示,用于研究光的衍射和干涉。
(1) 某次实验时,在光屏上观察到的明暗相间的条纹如图2所示,则该同学所安装的缝屏是_ _ _ _ (选填“单缝”或“双缝”)。
(2) 该同学利用装置进行双缝干涉实验时,在光屏上观察到的条纹如图3所示,由刻度尺读出、两亮纹间的距离_ _ _ _ ;测得缝屏上双缝间的距离,双缝到光屏间的距离,则该激光的波长_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ (结果保留3位有效数字)。
(3) 为使光屏上观察到的条纹更密集,可采取的操作是_ _ _ _ 。
A. 换用双缝间距更大的缝屏
B. 增大缝屏与光屏之间的距离
C. 增大激光笔与缝屏之间的距离
第 1 页 共 2 页
学科网(北京)股份有限公司
$
实验专题13 实验:用双缝干涉测光的波长
专题训练(解析版)
【实验过程】
1、 实验原理
1.实验原理
在双缝干涉实验中,d是双缝间距,是已知的;l是双缝到屏的距离,可以测出,由公式Δx=λ可知,只要再测出相邻两亮条纹(或相邻两暗条纹)中心间距Δx,即可由公式λ=Δx计算出入射光的波长。
2.物理量的测量
(1)l 的测量:用刻度尺测出。
(2)Δx 的测量:用测量头测出。
2、 实验步骤
1.将光源、透镜、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上,如图所示。
2.接好光源,闭合开关,使灯丝正常发光。
3.调节各元件的高度,使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏。
4.安装双缝和单缝,中心大致位于遮光筒的轴线上,使双缝与单缝的缝平行,两者间距5~10 cm,这时可观察白光的干涉条纹。
5.在单缝和光源间放上滤光片,观察单色光的干涉条纹。
三、数据处理方法
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心,记下手轮上的读数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另一亮条纹的中心,记下此时手轮上的读数a2,将该条纹记为第n条亮条纹,则相邻两亮条纹间距Δx=。
3.用刻度尺测量双缝到屏间的距离l(d是已知的)。
4.重复测量、计算,求出波长的平均值。
四、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,可能原因是单缝与双缝不平行。
对点训练:某同学通过双缝干涉实验测量发光二极管发出光的波长。图1为实验装置示意图,双缝间距,双缝到毛玻璃的距离,实验中观察到的干涉条纹如图2所示。
当分划板中心刻线对齐第1条亮条纹中心,手轮上的读数;当分划板中心刻线对齐第5条亮条纹中心,手轮上的读数。完成下列填空:
(1) 相邻两条亮条纹间的距离_ _ _ _ 。
(2) 根据_ _ _ _ 可算出波长。(填正确答案标号)
A. B. C.
(3) 待测发出光的波长_ _ _ _ (结果保留3位有效数字)。
【答案】(1) 0.508 (2) B (3) 626
【解析】
(1)相邻两条亮条纹间的距离。
(2)根据相邻两条亮条纹间的距离与光的波长关系 ,可得波长,项正确。
(3)待测 发出光的波长。
【能力提升:高考模拟】
练习时间: 15分钟 试卷分值:15分
题组一:共计2题,第1题6分,第2题9分,共计15分。成绩:
1.现有毛玻璃屏、双缝、白光光源、单缝和透红光的滤光片等光学元件,要把它们放在如图所示的光具座上组装成双缝干涉装置,用以测量红光的波长。
(1) 将白光光源放在光具座最左端,依次放置其他光学元件,由左到右,表示各光学元件的字母排列顺序应为、_ _ _ _ 、_ _ _ _ 、_ _ _ _ 、。
(2) 本实验的步骤有:
①取下遮光筒左侧的元件,调节光源高度,使光束能沿遮光筒的轴线把屏照亮;
②按合理的顺序在光具座上放置各光学元件,并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上;
③用刻度尺测量双缝到屏的距离;
④用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮条纹间的距离。
在操作步骤②时还应注意_ _ _ _ _ _ 、_ _ _ _ 和_ _ _ _ 。
【答案】(1) ;; (2) 见解析
【解析】
(1)滤光片 可以从白光中选出单色红光,单缝 的作用是获取线光源,双缝 的作用是获得相干光源,最后成像在毛玻璃屏 上,所以排列顺序为、、、、。
(2)在操作步骤②时应注意的事项:放置单缝、双缝时,必须使缝平行;单缝、双缝间的距离要适当;要保证光源、滤光片、单缝、双缝和毛玻璃屏的中心在同一轴线上。
2.某同学对如图1所示的双缝干涉实验装置进行调节并观察实验现象。
(1)若想使从目镜中观察到的条纹个数增多,可以 。
A.将单缝向双缝靠近
B.将红色滤光片换成绿色滤光片
C.使用间距更小的双缝
(2)若在屏上观察到的干涉条纹如图2中a所示,改变双缝间的距离后,干涉条纹如图2中b所示,图中虚线是亮纹中心的位置,则双缝间的距离变为原来的 。
A. B.
C.2倍 D.3倍
(3)某次测量时,选用的双缝的间距为0.30 mm,测得屏与双缝间的距离为1.20 m,叉丝中心线对准第1条亮纹中心时读数为21.75 mm,旋转测量头旋钮,叉丝中心线对准第4条亮纹中心时读数如图3所示,则读数为 mm。所测单色光的波长为 m(结果保留两位有效数字)。
答案:(1)B (2)B (3)29.30 6.3×10-7
解析:(1)将单缝向双缝靠近,对从目镜中观察到的条纹个数无关,A错误;由双缝干涉条纹间距公式Δx=λ可知,将红色滤光片换成绿色滤光片,光的频率变大,波长变小,干涉条纹间距Δx变小,则从目镜中观察到的条纹个数增多,B正确;使用间距d更小的双缝,由干涉条纹间距公式Δx=λ可知,干涉条纹间距Δx变大,观察到的条纹个数减少,C错误。
(2)改变双缝间的距离后,由题图2可知,相邻条纹间距变为原来的2倍,根据Δx=λ可知,双缝间的距离变为原来的。
(3)由题图3可知,对准第4条亮纹中心时读数为l4=29 mm+6×0.05 mm=29.30 mm
条纹间距Δx== mm≈2.52 mm
由双缝干涉条纹间距公式Δx=λ可得λ== m=6.3×10-7 m。
题组二:共计2题,第3题6分,第4题9分,共计15分。成绩:
3.在观察光的双缝干涉现象的实验中:
(1)将激光束照在如图9乙所示的双缝上,在光屏上观察到的现象是图甲中的________。
图9
(2)换用间隙更小的双缝,保持双缝到光屏的距离不变,在光屏上观察到的条纹宽度将________;保持双缝间隙不变,减小光屏到双缝的距离,在光屏上观察到的条纹宽度将________(以上均选填“变宽”“变窄”或“不变”)。
解析 (1)双缝干涉图样是平行且等宽的明暗相间的条纹,A图正确;
(2)根据Δx=λ知,双缝间的距离d减小时,条纹间距变宽;当双缝到屏的距离l减小时,条纹间距变窄。
答案 (1)A (2)变宽 变窄
4.如图甲,在进行“用双缝干涉测量光的波长”的实验中,将双缝干涉实验仪器按照要求安装在光具座上。然后接通电源使光源正常发光,在目镜中可以观察到清晰的干涉条纹。
(1)下列说法正确的是________。
A.调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时,应放上单缝和双缝
B.测量某条干涉亮条纹位置时,应使分划板中心刻线与该亮条纹的中心对齐
C.为了减小测量误差,可用测量头测出n条亮条纹间的距离a,求出相邻两条亮条纹间距Δx=
D.若取下滤光片,屏上将出现彩色的干涉条纹
(2)该小组同学在目镜中观察到的干涉图样为______(填“A”或“B”)。
(3)用20分度的游标卡尺测量双缝间距如图乙所示,双缝间距d=______mm。
(4)图丙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)BCD (2)A (3)2.05 (4)
解析 (1)调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时,不需放单缝和双缝,故A错误;测量某条干涉亮条纹位置时,应使分划板中心刻线与该亮条纹的中心对齐,故B正确;n条亮条纹之间有n-1个间距,相邻两条亮条纹的间距Δx=,故C正确;滤光片的作用是获得单色光,取下滤光片后,入射光为白光,光屏上将出现彩色的干涉条纹,故D正确。
(2)干涉条纹是明暗相间的等间距条纹,故A正确,B错误。
(3)游标卡尺读数为2 mm+1×0.05 mm=2.05 mm。
(4)相邻两亮条纹间距为,由干涉条纹与波长间的关系可知=λ,解得λ=。
题组三:共计2题,第5题6分,第6题9分,共计15分。成绩:
5.某同学利用图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:
(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0.300 mm,测得屏与双缝间的距离为1.20 m,第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56 mm。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) (3)630
解析 (1)相邻明(暗)干涉条纹的宽度Δx=λ,要增加观察到的条纹个数,即减小Δx,需增大d或减小l,因此应将屏向靠近双缝的方向移动,选项B正确。
(2)第1条到第n条暗条纹间的距离为Δx,则相邻暗条纹间的距离
Δx′=
又Δx′=λ,解得λ=。
(3)由λ=
代入数据解得λ=630 nm。
6.某学习小组利用双缝干涉实验测定光的波长,其实验步骤如下:
(1)按图甲安装实验装置,用白光光源照射单缝,调整仪器位置,获得了清晰彩色条纹,如图乙-a所示。
(2)在单缝前插入一块_________(填“蓝色”或“红色”)滤光片,获得蓝色条纹,如图乙-b所示;继续在单缝后插入一块_________(填“单缝”或“双缝”),获得等宽蓝色条纹,如图乙-c所示。
(3)已知单缝与双缝间的距离L1=100 mm,双缝与屏间的距离L2=800 mm,双缝间距d=0.25 mm。用测量头来测量相邻亮条纹中心间的距离,让分划板的中心刻度线对准第1条亮条纹的中心,此时测量头的读数如图丙所示,是________ mm,转动手轮,使分划板中心刻度线对准第4条亮条纹的中心,此时测量头的读数如图丁所示。则该被测光的波长为________ m(保留两位有效数字)。
(4)若在调节过程中观察到如图戊所示的干涉条纹,则出现这种现象的原因可能是________。
A.单缝与双缝不平行
B.单缝与双缝的距离太近
C.设备安装时,没有调节光源的高度使光线把整个光屏都照亮
答案 (2)蓝色 双缝 (3)2.190 5.9×10-7 (4)C
解析 (2)由题图乙-b所示,在单缝前插入一块蓝色滤光片,获得蓝色条纹。继续在单缝后插入一块双缝,会产生单色光的干涉现象,因此获得等宽蓝色条纹。
(3)对准第1条亮条纹中心时测量头的读数为x1=2 mm+0.01×19.0 mm=2.190 mm,对准第4条亮条纹中心时测量头的读数为x2=7.5 mm+0.01×37.0 mm=7.870 mm,相邻两亮条纹的间距为Δx==×10-3 m≈1.89×10-3 m,根据Δx=λ得波长为λ== m≈5.9×10-7 m。
(4)由题图戊可知,干涉条纹清晰,亮度正常,但是干涉条纹偏离中心位置,因此可能是设备安装时,没有调节光源的高度,故C正确,A、B错误。
题组四:共计2题,第7题6分,第8题9分,共计15分。成绩:
7.在完成“用双缝干涉测量光的波长”实验时。
(1)实验需测量的相邻条纹间距Δx指的是图中的________。
(2)实验中,目镜中心刻线对齐第n条条纹中心和第条条纹中心时,游标卡尺的示数分别如图甲和图乙所示,图甲中游标卡尺的读数为______ mm。已知双缝间距d=0.4 mm,双缝到屏的距离l=1.0 m,所测单色光的波长为________ nm。
答案 (1)C (2)8.70 630
解析 (1)实验需测量的相邻条纹间距Δx指的是相邻亮条纹中心间的距离,即图中的C。
(2)图甲中游标卡尺的读数为
8 mm+35×0.02 mm=8.70 mm
图乙中游标卡尺的读数为
24 mm+23×0.02 mm=24.46 mm
相邻条纹的间距为
Δx= mm=1.576 mm
根据公式Δx=λ
解得λ=630 nm。
8.某同学在家里进行小实验,他先点燃蜡烛将无色玻璃片熏黑,再用刀片在玻璃片上笔直划过,这样便得到了单缝和不同间距双缝的缝屏。将所得到的缝屏以及激光笔、光屏等利用铁架台组装成的装置如图1所示,用于研究光的衍射和干涉。
(1) 某次实验时,在光屏上观察到的明暗相间的条纹如图2所示,则该同学所安装的缝屏是_ _ _ _ (选填“单缝”或“双缝”)。
(2) 该同学利用装置进行双缝干涉实验时,在光屏上观察到的条纹如图3所示,由刻度尺读出、两亮纹间的距离_ _ _ _ ;测得缝屏上双缝间的距离,双缝到光屏间的距离,则该激光的波长_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ (结果保留3位有效数字)。
(3) 为使光屏上观察到的条纹更密集,可采取的操作是_ _ _ _ 。
A. 换用双缝间距更大的缝屏
B. 增大缝屏与光屏之间的距离
C. 增大激光笔与缝屏之间的距离
【答案】(1) 单缝 (2) 6.50; (3) A
【解析】
(1) 图2中,中央亮条纹较宽,而两侧亮条纹较窄,所以是单缝衍射图样。
(2) 刻度尺的分度值为,需要估读到,所以、两亮纹间的距离为
相邻条纹间距
根据,可得该激光的波长
。
(3) 为使光屏上观察到的条纹更密集,需要减小,根据 可知,可采取的操作是换用双缝间距更大的缝屏或减小缝屏与光屏之间的距离,而增大激光笔与缝屏之间的距离对 无影响,项正确。
1
学科网(北京)股份有限公司
$