雙縫干涉測量光的波長實驗（解析版）-2023屆高考物理一輪復(fù)習(xí)知識點講義與真題模擬題練習(xí)

2023高考一輪知識點精講和最新高考題模擬題同步訓(xùn)練

第十八章光學(xué)

專題110雙縫干涉測量光的波長

第一部分知識點精講

1.實驗?zāi)康?/p>

(1)了解光產(chǎn)生干涉的方法，觀察雙縫干涉圖樣。

(2)測定單色光的波長。

2.實驗原理

相鄰兩條明條紋間距AX與入射光波長九雙縫Si、S2間距d及雙縫與屏的距離/滿足關(guān)系式：Ax

=J4°

a

光源波光片單縫雙縫遮光筒屏

3.實驗器材

雙縫干涉儀(包括光具座、光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測量頭、學(xué)生電源、

導(dǎo)線、刻度尺)

4.實驗步驟

(1)安裝儀器

①將光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上。

②接好電源，打開開關(guān)，使燈絲正常發(fā)光，調(diào)節(jié)各部件的高度，使光源燈絲發(fā)出的光能沿軸線到達(dá)

光屏。

③安裝單縫和雙縫，中心位于遮光筒的軸線上，使雙縫和單縫的縫平行。

(2)觀察與記錄

①調(diào)單縫與雙縫間距為幾厘米時，觀察白光的干涉條紋。

②在單縫和光源間放上濾光片，觀察單色光的干涉條紋。

③調(diào)節(jié)測量頭，使分劃板中心刻度線對齊第1條亮條紋的中心，記下手輪上的讀數(shù)修，轉(zhuǎn)動手輪,

使分劃板向一側(cè)移動，當(dāng)分劃板中心刻度線與第"條相鄰的亮條紋中心對齊時，記下手輪上的刻度數(shù)

X2,則相鄰兩亮條紋間的距離?X=型二乎。

④換用不同的濾光片，測量其他色光的波長。

二'數(shù)據(jù)處理

用刻度尺測量出雙縫到光屏間的距離/,由公式AX=54得7=彳Ax計算波長，重復(fù)測量、計算，

求出波長的平均值。

三'誤差分析

1.雙縫到光屏的距離/的測量存在誤差。

2.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(rèn)為AX為亮條紋的寬度。

(3)分劃板中心刻線與干涉條紋不平行，中心刻線沒有恰好位于亮條紋中心。

(4)測量多條亮條紋間的距離時讀數(shù)不準(zhǔn)確，此間距中的條紋數(shù)未數(shù)清。

四、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(yīng)使分劃板中心刻線和亮條紋的中心對齊，記下此時手輪上的讀數(shù)，轉(zhuǎn)動手輪，

使分劃板中心刻線和另一亮條紋的中心對齊，記下此時手輪上的讀數(shù)，兩次讀數(shù)之差就表示這兩條亮條

紋間的距離。

4.不要直接測Ax,要測多條亮條紋的間距再計算得到?x,這樣可以減小誤差。

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。

實驗

方法

的創(chuàng)

新

1.應(yīng)用雙縫干涉裝置觀測干涉條紋；

2.應(yīng)用條紋間距公式定性分析有關(guān)問題。

實驗

情景

的創(chuàng)

新

應(yīng)用牛頓環(huán)裝置觀察光的薄膜干涉現(xiàn)象o

第二部分最新高考題精選

1.(2019全國理綜∏卷34)(10分)某同學(xué)利用圖示裝置測量某種單色光的波長。實驗時，接通電

源使光源正常發(fā)光：調(diào)整光路，使得從目鏡中可以觀察到干涉條紋?；卮鹣铝袉栴}：

濾光片雙縫屏/轉(zhuǎn)輪

渭一目鏡

A測量頭

(i)若想增加從目鏡中觀察到的條紋個數(shù)，該同學(xué)可；

A.將單縫向雙縫靠近

B.將屏向靠近雙縫的方向移動

C.將屏向遠(yuǎn)離雙縫的方向移動

D.使用間距更小的雙縫

(ii)若雙縫的間距為北屏與雙縫間的距離為/,測得第1條暗條紋到第〃條暗條紋之間的距離為?x,

則單色光的波長λ=；

(Hi)某次測量時，選用的雙縫的間距為0.3(X)mm,測得屏與雙縫間的距離為1.20m,第1條暗條

紋到第4條暗條紋之間的距離為7.56mm。則所測單色光的波長為nm（結(jié)果保留3位有效

數(shù)字）。

【參考答案】（i）B（ii）4d（Hi）630

（n-l）I

T7

【名師解析】（i）由雙縫干涉條紋間隔公式^x=亍可知，若想增加從目鏡中觀察到的條紋個數(shù)，需要

減小條紋間隔△*,該同學(xué)可減小L（將屏向靠近雙縫的方向移動），增大d（使用間距d更大的雙縫），

所以選項B正確。

（H）若雙縫的間距為d,屏與雙縫間的距離為/,測得第1條暗條紋到第"條暗條紋之間的距離為?x,

條紋間隔4x'=?x∕（n-l），根據(jù)條紋間隔公式4x'=L,解得單色光的波長X=，?：J。Gii）將雙縫

d?n-?）I

的間距d=0?30（）mm,測得屏與雙縫間的距離為/=1.20m,第1條暗條紋到第4條暗條紋之間的距離為

ΔA-=7.56mm,n=4代入公式λ=Md,解得單色光的波長為63Onm。

5-1）I

2.（2012?福建）在“用雙縫干涉測光的波長”實驗中（實驗裝置如圖甲）：

①下列說法哪一個是錯誤的。（填選項前的字母）

圖甲

圖乙

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(yīng)放上單縫和雙縫

B.測量某條干涉亮紋位置時，應(yīng)使測微目鏡分劃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4X=-^-

〃-1。

②測量某亮紋位置時，手輪上的示數(shù)如圖乙，其示數(shù)為mm。

【參考答案】①A②1.970

【名師解析】調(diào)節(jié)光源高度使光束沿遮光筒軸線照在屏中心時，若放上單縫和雙縫，光很差，不利于?盡

快調(diào)節(jié)，選項A說法錯誤。根據(jù)螺旋測微器讀數(shù)規(guī)則，其示數(shù)為1.5mm+0.470mm=1.970mm。

【點評】此題以“用雙縫干涉測光的波長''實驗切入，意在考查“用雙縫干涉測光的波長”實驗操作、螺旋

測微器讀數(shù)及其相關(guān)知識。

注解：〃條亮紋間的距離。，〃條亮紋之間有上1個條紋間隔，即S-DΔx=α,亮（或暗）條紋間距Ax=-也O

n-?~

第三部分最新模擬題精選

1.（2022湖北十堰高二期末）何同學(xué)利用雙縫干涉測量光的波長的實驗裝置如圖甲所示，單色光在雙

縫與毛玻璃之間發(fā)生干涉，在目鏡中可觀察到干涉條紋。

（1）為了增大干涉圖樣中兩相鄰亮條紋的間距，該同學(xué)可以更換間距的雙縫。（填"更大”

或“更小”）

（2）觀察到干涉條紋如圖乙所示。轉(zhuǎn)動測量頭的手輪，使分劃板中心刻線對準(zhǔn)“位置，手輪的讀數(shù)記

作占；繼續(xù)轉(zhuǎn)動手輪，使分劃板中心刻線對準(zhǔn)兒手輪的示數(shù)如圖丙所示，此時手輪的讀數(shù)為,

此讀數(shù)記作Xy

（3）已知雙縫間距為d,雙縫到屏的距離為/,則待測光的波長為o（用題中物理量符號表

示）

（4）下列實驗操作可能使波長的測量結(jié)果偏大的是。

A.雙縫間距d的測量值偏小

B.相鄰亮條紋間距X偏大

C.雙縫到毛玻璃之間的距離/的測量值偏大

【參考答案】①.更?、?15.078（15.077~15.079均可得分）

③（Wf）d④B

4/

【名師解析】

（1）⑴根據(jù)

?X=—λ

d

UJ知雙健間距d越小，相鄰亮條紋的間距Ax越大。

（2）⑵手輪的讀數(shù)

15mm+7.8×0.01mm=15.078mm

（3）[3]相鄰亮條紋的間距

?x,一當(dāng)

Ax=-----l

4

因此待測光的波長

?xd（x-x^d

/1=---2=------

14/

（4）[4]由公式

AI1

ΔΛ^——Λ

d

可得

,^xd

λ----

I

A.若雙縫間距4的測量值偏小，將使波長的測量結(jié)果偏小，A錯誤：

B.若相鄰亮條紋間距X偏大，將使波長的測量結(jié)果偏大，B正確；

C.若雙縫到毛玻璃之間的距離/的測量值偏大，將使波長的測量結(jié)果偏小，C錯誤。

2.（2022福建泉州名校質(zhì)檢）在“用雙縫干涉測光的波長''實驗中，己知雙縫間距a=0.2Omm,像屏與

雙縫屏間距Δ=700mm.,

（1）圖中的a、b、C三個位置對應(yīng)的器材為

A.a是濾光片，b是單縫，c是雙縫

B.a是單縫，b是濾光片，c是雙縫

C.a是雙縫，b是濾光片，c是單縫

(2)已知測量頭是50分格的游標(biāo)卡尺。某同學(xué)調(diào)整手輪后，從測量頭的目鏡看去，像屏上出現(xiàn)的干涉

條紋如圖a所示，其中數(shù)字是該同學(xué)給各亮紋的編號，此時圖b中游標(biāo)尺上的讀數(shù)Xl=II.16mm；接著再

轉(zhuǎn)動手輪，映入眼簾的干涉條紋如圖C所示，此時圖“中游標(biāo)尺上的讀數(shù)X2=mm；

(3)利用題目中的己知量和上述測量結(jié)果，可計算出這種色光的波長X=〃m。

【參考答案】①.A②.25.02③.64()

【名師解析】

(1)[1]雙縫干涉實驗讓單色光通過雙縫在光屏上形成干涉圖樣，所以讓白熾燈光通過濾光片，再經(jīng)過

單縫形成單色光，再通過雙縫，故自光源起合理的順序是濾光片'單縫、雙縫，CD錯誤，A正確。

(2)[2]圖中，游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為25mm,游標(biāo)讀數(shù)為

0.02mmX1=0.02mm

所以最終讀數(shù)為

x2=25.02mm

(3)[3]兩個相鄰明紋(暗紋)間的距離為

Ax-x↑(25.02-11.6)

Ax=-2----L=------------------mm=2.24mm

66

根據(jù)公式ΔX=4?2

a

dAx

可得/1

L

代入數(shù)據(jù)，解得;I=64Onm

3..（2022福建龍巖三模）在“用雙縫干涉測量光波長”的實驗中，用圖甲裝置測量紅光的波長。

乙丙丁

（1）圖甲中標(biāo)示器材P應(yīng)為；

A.凸透鏡B.凹透鏡C.紅色濾光片D.紅色毛玻璃片

（2）圖乙為干涉圖樣，轉(zhuǎn)動測量頭上的手輪，使分劃板中心刻線對準(zhǔn)圖乙所示的明條紋A的中心，此

時游標(biāo)卡尺的示數(shù)如圖丙所示，則游標(biāo)卡尺的讀數(shù)X=mm。

（3）再轉(zhuǎn)動手輪，使分劃板中心刻線向右邊移動，直到對準(zhǔn)明條紋8的中心，此時游標(biāo)卡尺的示數(shù)如

圖丁所示，已知雙縫間距離d=0.20mm,雙縫到毛玻璃屏間的距離為/=75.0cm。則該單色光的波長

是一nm。

【參考答案】①.C②.0.4③.720

【名師解析】

（1）U］圖甲中標(biāo)示的器材P應(yīng)為紅色濾光片，C正確，ABD錯誤；

故選C。

（2）［2］游標(biāo)卡尺為10分度游標(biāo)卡尺，精確值為（）.lmm,圖丙游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為

Omm+4×0.1mm=0.4mm

（3）［3］圖丁游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為

16mm+6×0.1mm=16.6mm

由圖乙可知

6?x=16.6mm—0.4mm=16.2mm

解得

?x=2.7mm

根據(jù)公式

?x—λ,

d

解得

人四=吆=720nm

0.75

4.（2022湖北新高考協(xié)作體高二質(zhì)檢）如下圖所示是利用雙縫干涉測定光波波長的實驗裝置。

光源凸透鏡單縫雙縫撥桿遮光筒毛玻璃

（1）測量中，分劃板中心刻線對齊某一條亮紋的中心時，游標(biāo)卡尺的游尺位置如圖所示，則讀數(shù)為

（2）該同學(xué)已測出圖中裝置中雙縫、毛玻璃之間的距離為人又測出她記錄的第1條亮條紋中心到第5

條亮條紋中心的距離為△》，若雙縫間距為d,則計算該單色光波長的表達(dá)式為/1=（用題中

所給字母表示）。

（3）關(guān)于本實驗下列說法正確的是（）

A.使用間距更大的雙縫，則干涉條紋間距減小

B.將單縫向靠近雙縫方向移動，則干涉條紋間距減小

C.將毛玻璃向遠(yuǎn)離雙縫的方向移動，則干涉條紋間距減小

D.雙縫不動，將光源上下移動，干涉條紋間距不變

【參考答案】φ.1.05—③.AD

4L

【名師解析】

（1）[1]游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為ICm+0.ImmX5=1.0的m。

（2）[2]條紋間距為

,■?x

ΔΛ=——

4

根據(jù)

?χ=-λ

d

解得

Z=----

4L

（3）[3]根據(jù)ΔΛ=2;1可知

d

A.使用間距更大的雙縫，則干涉條紋間距減小，選項A正確;

B.將單縫向靠近雙縫方向移動，則干涉條紋間距不變，選項B錯誤;

C.將毛玻璃向遠(yuǎn)離雙縫的方向移動，則L變大，則干涉條紋間距變大，選項C錯誤;

D.雙縫不動，將光源上下移動，干涉條紋間距不變，選項D正確。

5..（2022福建廈門二模）寒假期間小明利用圖甲所示生活中的物品，測量了某型號刀片的厚度。

實驗過程如下：

（1）點燃蠟燭，用蠟燭火焰把玻璃片的一面熏黑；

（2）并齊捏緊兩片刀片，在玻璃片的熏黑面劃出兩條平直劃痕；

（3）如圖乙所示，將激光光源和玻璃片固定在桌上，并將作為光屏的白紙固定在距離足夠遠(yuǎn)的墻上。

雙時斷時的洸屏

圖乙

（4）打開激光光源，調(diào)整光源的高度并使激光沿水平方向射出，恰好能垂直入射在兩劃痕上。

10H

圖丙

（5）觀察白紙上的干涉條紋如圖丙所示。用刻度尺測出a、b兩點間的距離為cm,則兩相鄰

暗紋中心之間的距離Ay=cmo

（6）測量玻璃片到光屏的距離L=3.00m,己知該紅色激光的波長∕l=70（）nm,利用公式求出雙劃痕間距

d=mm,即為刀片厚度（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。

【參考答案】（5）10.502.10（6）0.10

【名師解析】（5）根據(jù)刻度尺的讀數(shù)規(guī)則，可知用刻度尺測出a、b兩點間的距離為y=10.50c

m。兩相鄰暗紋中心之間的距離Ay=y∕5=2.10cm。

（6）根據(jù)雙峰干涉條紋間隔公式，△、二,雙劃痕間距d=0.10mm,即為刀片厚度。

d

6.（7分）（2021北京順義區(qū)二模）用雙縫干涉測量光的波長實驗裝置如圖甲所示。將雙縫干涉實驗儀

器按要求安裝在光具座上，光源發(fā)的光經(jīng)濾光片（裝在單縫前）成為單色光，把單縫照亮。單縫相當(dāng)于

一個線光源，它又把雙縫照亮，已知雙縫間的距離為0.3mm。透鏡的作用是使射向單縫的光更集中。遮

光筒的一端裝有毛玻璃屏，通過目鏡可以在屏上觀察到干涉條紋。

「

y

-

-

20

!≡

s

15

l皿

l≡一

1E

有；

量的

要測

還需

時，

實驗

(1)

輪

此時手

紋，

條亮

第1

定為

亮紋

將該

，并

對齊

中心

亮紋

與某

刻線

中心

劃板

頭的分

將測量

實驗中

(2)

上

時手輪

齊，此

心對

紋中

6條亮

與第

刻線

中心

劃板

使分

頭、

測量

轉(zhuǎn)動

然后

示；

乙所

如圖

示數(shù)

上的

；

mm

離為

之間距

的條紋

得相鄰

示，

丙所

如圖

的示數(shù)

m(保

是

的波長

這種光