2014高考物理一輪復習-用雙縫干涉測量光的波長練習(精)

1、實驗十五用雙縫干涉測量光的波長【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 丄雙縫干涉的圖樣 3 掌握利用公式Ax = d 入測波長的方法.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 Si和 S2之后，0、S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Ax 與入l射光波長 人雙縫 Si、S2間距離 d 及雙縫與屏的距離 I 有關，其關系式為：Ax= d 入因 此，只要測出Ax d、I 即可測出波長入兩條相鄰

2、明（暗）條紋間的距離Ax 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.基礎回放要點整合政砌實臉雇本婺求專掘鞍摒址理技肝和方法-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 cm10 cm.5在單縫和光源間放上濾

3、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Axa=n 1.3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(jié)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an a1a1，在第 n 條亮紋中央時讀數(shù)為 an，則Ax=n1 .

4、I_d(2) 根據(jù)條紋間距與波長的關系Ax= d 入得X=7Ax,其中 d 為雙縫間距，I 為雙縫到屏的距離.測量時需測量多組數(shù)據(jù)，求入的平均值.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.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Ax,要測多個亮條紋的間距再計算得Ax,這樣可以減小誤差.(5) 白光的干涉觀察到的是

5、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 I 的測量存在誤差.測條紋間距Ax 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Ax 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)清課堂探究 *考點突破先做后師異岡採究此律方養(yǎng)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在遮光筒 上）.把以

6、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(cè)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

7、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(cè)，丄B 錯由Ax = d 入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.從儀器注明的規(guī)格可知，像屏與雙縫屏 間的距離1 = 700

8、 mm.然后，接通電源使光源正常工作.Jt源凸透撓謔牝片單縫取覽遽光倚 河錄士理日儻甲電if一卜三丁冊7?7zz77?77z77z7zz77?77z77zzzzZZ777zZ7zzzzZ7x77zZZ7z7（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 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) xi= 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(jié)果，經(jīng)計算可得兩個相鄰亮紋（或暗紋）間的距

9、離Ax=mm ；這種色光的波長心_ nm.答案（1）15.02 （2）2.316.6X102解析（1）主尺讀數(shù)為 15 mm，游標尺讀數(shù)為 1X0.02 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nX2 X1=7,貝 U Ax=門1 =231 mm，光的波長創(chuàng)新實驗設計-【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

10、）保持縫到光屏的距離不變，換用不同間隙的雙縫，雙縫込2l = 6.6X10 nm.何乙沏的間隙越小，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Ax= d 入可知 d 越小，Ax 越大.丄 由Ax = d 入可知，I 越大，Ax 越大.丄由Ax = d 入可知，因藍色光的波長比紅色光的波長小，故用藍色光做實

11、驗時的條紋間距比用紅色光做實驗時小.答案（1）越大越大小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（ ）里寸一f T_廠二二廠任r- - - T.圖 3A 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丄解析 由條紋間距公式Ax = dZ,d 指雙縫間距離，I 是雙縫到屏的距離，可知： A 項中I 減小，Ax 變小；B 項中入變大，Ax 變大；D 項中 d 變大，Ax 變小.故 A、B、D 正確.2.在觀察光的雙縫干涉現(xiàn)象的實驗中

12、:隨堂訓練能力達標撿驗譚堂赴黒撮卄解題能力（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)象是圖甲中的)1(圖 4_;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 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；l根據(jù)Ax= d 入知，雙縫間的距離 d 減小時，條紋間距變寬；當雙縫到屏的距離I 減小時，條紋間距變窄.3.（2012 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）

13、：光師 謔光片單縫 取縫 遮光筒屏甲一十十十廠一 丁如圖 51下列說法哪一個是錯誤的 _ .（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a距Ax = n _ 12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A 1.970解析 放上單縫和雙縫后，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.按讀數(shù)規(guī)則，讀出示數(shù)為：1.5 mm + 47.0X0.01 mm = 1.970 mm

14、.4.用某種單色光做雙縫干涉實驗時，已知雙縫間的距離 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) X*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.丄d&=d 入可知，波長X=7Ax,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1

15、= 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14.700-0.300Ax=6mm=2.400 mm=0.002 400 m.將以上數(shù)據(jù)代入得dAx 0.000 25 X 0.002 4007= l=0.748 8m8.0X10一m.5.利用雙縫干涉測定光的波長實驗中， 雙縫間距 d = 0.4mm,雙縫到光屏的距離 I = 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：cm答案 8.0X1O7mSB6Il i i i i 1 iLIi 1 11 i i 1 1 1 i J111 1

16、11 1111 r p r v r i I 解析根據(jù)條紋間距公式UI11IU甲-ClJE1XIX4XsXfi關 乙(1)分劃板在圖中 A、B 位置時游標卡尺讀數(shù)分別為相鄰兩條紋間距Ax=_ mm ;波長的表達式 匚_ (用 Z、I、d 表示)，該單色光的波長 匚_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)11.115.6 0.75 (2)7AX6.0X107變小解析(1)XA=11 mm+1X0.1 mm=11.1 mmXB=15 mm+6X0.1 mm=15.6 mmXBXA15.6 11.1ZX=6 =6 mm = 0.

17、75 mm丄d由AX= d 入得= lAX0.4X10_ 37代入數(shù)據(jù)，得=0.5X0.75X10m = 6.0X10m_(3)由 v =入知頻率高的單色光波長小，所以根據(jù)AX=d 入判斷出干涉條紋間距將變小.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._C_跡比倚AEl葉二二-:;桿一TJL11rA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

18、側(cè)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.在操作步驟時還應注意 _ 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XA=_mm,XB=_mm ,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AX為_mm.甲乙圖 10-4已知雙縫間距 d 為 2.0X10 m,測得雙縫到屏的距離 I 為 0.700 m,由計算式X=_，求得所測紅光波長為 _nm.答案(1)E D B (2 )放置單縫、雙縫時，必須使縫平行單縫、雙縫間的距離要適dAx當(3)13.8702.310(4)660解析(1)濾光片 E 可以從白光中