2022版高考物理一輪復(fù)習(xí)第十四章機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波光電磁波與相對(duì)論實(shí)驗(yàn)二十用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測(cè)量光的波長(zhǎng)

實(shí)驗(yàn)二十用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測(cè)量光的波長(zhǎng)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．了解光波產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象的條件。2．觀察白光和單色光的雙縫干涉圖樣。3．測(cè)定單色光的波長(zhǎng)。二、實(shí)驗(yàn)原理與要求甲兩條相鄰亮(暗)條紋間的距離Δx用測(cè)量頭測(cè)出。測(cè)量頭由分劃板、目鏡、手輪等構(gòu)成，如圖乙所示。乙2．實(shí)驗(yàn)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(cè)量頭)，另外還有學(xué)生電源、導(dǎo)線、刻度尺。3．實(shí)驗(yàn)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，如圖所示。②接好光源，打開(kāi)開(kāi)關(guān)，使燈絲正常發(fā)光。③調(diào)節(jié)各器件的高度，使燈絲發(fā)出的光能沿遮光筒軸線到達(dá)光屏。④安裝單縫和雙縫，盡量使縫的中點(diǎn)位于遮光筒的軸線上，使單縫與雙縫平行，二者間距約為5～10cm。⑤在單縫和光源間放上濾光片，觀察單色光的干涉條紋。③用刻度尺測(cè)量雙縫到光屏間距離l(d是已知的)。④重復(fù)測(cè)量、計(jì)算，求出波長(zhǎng)的平均值。2．注意事項(xiàng)(1)調(diào)節(jié)雙縫干涉儀時(shí)，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(shí)，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(cè)量頭時(shí)，應(yīng)使分劃板中心刻線和亮條紋的中心對(duì)齊，記下此時(shí)手輪上的讀數(shù)，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使分劃板中心刻線和另一亮條紋的中心對(duì)齊，記下此時(shí)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(cè)Δx，要測(cè)多條亮條紋的間距再計(jì)算得到Δx，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。3．誤差分析(1)雙縫到光屏的距離l的測(cè)量存在誤差。(2)測(cè)條紋間距Δx帶來(lái)的誤差：①干涉條紋沒(méi)有調(diào)整到最清晰的程度。②誤認(rèn)為Δx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(méi)有恰好位于亮條紋中心。④測(cè)量多條亮條紋間的距離時(shí)讀數(shù)不準(zhǔn)確，此間距中的條紋數(shù)未數(shù)清。命題點(diǎn)教材原型實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)原理與操作[典列1]

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(xué)元件，要把它們放在如圖所示的光具座上組裝成雙縫干涉裝置，用以測(cè)量紅光的波長(zhǎng)。(1)將白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光學(xué)元件，由左到右，表示各光學(xué)元件的字母排列順序應(yīng)為C、________、________、________、A。(2)本實(shí)驗(yàn)的步驟有：①取下遮光筒左側(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(xué)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(cè)量雙縫到屏的距離；④用測(cè)量頭(其讀數(shù)方法同螺旋測(cè)微器)測(cè)量數(shù)條亮條紋間的距離。在操作步驟②時(shí)還應(yīng)注意________、________和________。[解析]

(1)濾光片E可以從白光中選出單色紅光，單縫D是獲取線光源，雙縫B是獲得相干光源，最后成像在毛玻璃屏A上，所以排列順序?yàn)椋篊、E、D、B、A。(2)在操作步驟②時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)有：放置單縫、雙縫時(shí)，必須使縫平行；單縫、雙縫間的距離要適當(dāng)；要保證光源、濾光片、單縫、雙縫和毛玻璃屏的中心在同一軸線上。[答案]

(1)E

D

B

(2)放置單縫、雙縫時(shí)，必須使縫平行單縫、雙縫間的距離要適當(dāng)要保證光源、濾光片、單縫、雙縫和毛玻璃屏的中心在同一軸線上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析[典例2]

在“用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)”實(shí)驗(yàn)中，將雙縫干涉實(shí)驗(yàn)儀按要求安裝在光具座上，如圖甲所示，并選用縫間距d＝0.2mm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l＝700mm。然后，接通電源使光源正常工作。(1)已知測(cè)量頭主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50個(gè)分度。某同學(xué)調(diào)整手輪后，從測(cè)量頭的目鏡看去，第一次映入眼簾的干涉條紋如圖乙(a)所示，圖乙(a)中的數(shù)字是該同學(xué)給各暗紋的編號(hào)，此時(shí)圖乙(b)中游標(biāo)尺上的讀數(shù)x1＝1.16mm；接著再轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，映入眼簾的干涉條紋如圖丙(a)所示，此時(shí)圖丙(b)中游標(biāo)尺上的讀數(shù)x2＝________mm。(2)利用上述測(cè)量結(jié)果，經(jīng)計(jì)算可得兩個(gè)相鄰明紋(或暗紋)間的距離Δx＝________mm；這種色光的波長(zhǎng)λ＝________nm。[答案]

(1)15.02

(2)2.31

6601．某同學(xué)在觀察光的波動(dòng)性實(shí)驗(yàn)中：(1)將激光束照射在如圖甲所示的單縫上，在光屏上采集到的光強(qiáng)分布圖象如圖乙所示，則該同學(xué)所做的實(shí)驗(yàn)是光的________(填“干涉”或“衍射”)實(shí)驗(yàn)；亮條紋的光強(qiáng)分布特點(diǎn)是________________。解析：(1)該同學(xué)做的是單縫衍射實(shí)驗(yàn)，光屏上亮條紋的光強(qiáng)分布特點(diǎn)是：中間強(qiáng)兩邊弱。答案：(1)衍射中間強(qiáng)兩邊弱(2)若把圖甲中的單縫改為雙縫，在光屏上觀察到的現(xiàn)象將會(huì)是選項(xiàng)圖中的________。(3)在第(2)問(wèn)中，若換用雙縫間距更小的雙縫，其他條件不變，則在光屏上觀察到的條紋間距將________；若減小雙縫到光屏的距離，其他條件不變，則在光屏上觀察到的條紋間距將________。(均選填“變寬”“變窄”或“不變”)答案：(2)A

(3)變寬變窄2．(1)如圖所示，在“用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)”實(shí)驗(yàn)中，光具座上放置的光學(xué)元件依次為①光源、②________、③________、④________、⑤遮光筒、⑥光屏。對(duì)于某種單色光，為增加相鄰亮條紋(暗條紋)間的距離，可采取________________或________________的方法。答案：(1)濾光片單縫雙縫增大雙縫到光屏間的距離(或選用較長(zhǎng)的遮光筒)減小雙縫之間的距離(2)如果將燈泡換成激光光源，該實(shí)驗(yàn)照樣可以完成，這時(shí)可以去掉的部件是________(填數(shù)字代號(hào))。(3)轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量頭的手輪，使分劃板中心刻線對(duì)準(zhǔn)第1條亮條紋，手輪的示數(shù)如圖甲所示。繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使分劃板中心刻線對(duì)準(zhǔn)第10條亮條紋，手輪的示數(shù)如圖乙所示。則相鄰兩亮條紋的間距是________mm。答案：(2)②③(3)1.610(4)如果已經(jīng)量得雙縫的間距是0.30mm、雙縫和光屏之間的距離是900mm，則待測(cè)光的波長(zhǎng)是________m(取3位有效數(shù)字)。答案：(4)5.37×10－73．在“用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)”的實(shí)驗(yàn)中，請(qǐng)按照題目要求回答下列問(wèn)題。(1)圖中甲、乙兩圖都是光的條紋形狀示意圖，其中干涉圖樣是______。解析：(1)題圖甲中的條紋間距和亮度相同，是干涉圖樣，圖乙是衍射圖樣。答案：(1)甲(2)將下表中的光學(xué)元件放在圖丙所示的光具座上組裝成用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)裝置，并用此裝置測(cè)量紅光的波長(zhǎng)。將白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光學(xué)元件，由左至右，表示各光學(xué)元件的排列順序應(yīng)為_(kāi)_______。(填寫元件代號(hào))元件代號(hào)ABCDE元件名稱光屏雙縫白光光源單縫透紅光的濾光片

解析：(2)光源發(fā)出的白光，各種頻率都有，加上E后通過(guò)的只有紅光了，變成單色光，加上D和B，就得到兩列頻率相同、步調(diào)一致的相干光，最后放置光屏，干涉條紋呈現(xiàn)在光屏上，所以順序?yàn)镃EDBA。答案：(2)CEDBA

(3)已知該裝置中雙縫間距d＝0.50mm，雙縫到光屏的距離l＝0.50m，在光屏上得到的干涉圖樣如圖(a)所示，分劃板在圖中A位置時(shí)游標(biāo)卡尺如圖(b)所示，則其示數(shù)為_(kāi)____mm；在B位置時(shí)游標(biāo)卡尺如圖(c)所示。由以上所測(cè)數(shù)據(jù)可以得出形成此干涉圖樣的單色光的波長(zhǎng)為_(kāi)___m。答案：(3)111.10

5.4×10－74．用某種單色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，已知雙縫間的距離d的大小恰好是圖中游標(biāo)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