新高考物理一輪復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)重難點(diǎn)專(zhuān)題實(shí)驗(yàn)17 用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測(cè)光的波長(zhǎng)（含解析）

實(shí)驗(yàn)17用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測(cè)光的波長(zhǎng)1.掌握由Δx＝eq\f(l,d)λ測(cè)光的波長(zhǎng)的原理，并能測(cè)單色光波長(zhǎng).2.觀察單色光的雙縫干涉圖樣，掌握測(cè)量頭測(cè)量條紋間距的方法．1．實(shí)驗(yàn)原理單色光通過(guò)單縫后，經(jīng)雙縫產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣，圖樣中相鄰兩條亮(暗)條紋間距Δx與雙縫間距d、雙縫到屏的距離l、單色光波長(zhǎng)λ之間滿足λ＝eq\f(d,l)Δx.2．實(shí)驗(yàn)過(guò)程(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，使光源燈絲發(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．(2)測(cè)定單色光的波長(zhǎng)①安裝測(cè)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(duì)齊某條亮條紋的中央，記下此時(shí)手輪上的讀數(shù)，將該條紋記為第1條亮條紋；轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使分劃板中心刻線移動(dòng)至另一亮條紋的中央，記下此時(shí)手輪上的讀數(shù)，將該條紋記為第n條亮條紋．③用刻度尺測(cè)量雙縫與光屏間距離l(d是已知的)．④改變雙縫間的距離d，雙縫到屏的距離l，重復(fù)測(cè)量．3．?dāng)?shù)據(jù)處理(1)條紋間距Δx＝eq\f(an－a1,n－1).(2)波長(zhǎng)λ＝eq\f(d,l)Δx.(3)計(jì)算多組數(shù)據(jù)，求λ的平均值．4．注意事項(xiàng)(1)安裝時(shí)，注意使光源、透鏡、濾光片、單縫、雙縫的中心均在遮光筒的中心軸線上，并使單縫、雙縫平行且間距適當(dāng)．(2)光源燈絲最好為線狀燈絲，并與單縫平行且靠近．(3)調(diào)節(jié)的基本依據(jù)：照在光屏上的光很弱，主要原因是燈絲與單縫、雙縫，測(cè)量頭與遮光筒不共軸；干涉條紋不清晰，一般原因是單縫與雙縫不平行．【典例1】（2022·全國(guó)·高三課時(shí)練習(xí)）洛埃德在1834年提出了一種更簡(jiǎn)單的觀察干涉的裝置。如圖所示，單色光從單縫SKIPIF1<0射出，一部分入射到平面鏡后反射到屏上，另一部分直接投射到屏上，在屏上兩光束交疊區(qū)域里將出現(xiàn)干涉條紋。單縫SKIPIF1<0通過(guò)平面鏡成的像是SKIPIF1<0。（1）通過(guò)洛埃德鏡在屏上可以觀察到明暗相間的干涉條紋，這和雙縫干涉實(shí)驗(yàn)得到的干涉條紋一致。如果SKIPIF1<0被視為其中的一個(gè)縫，___________相當(dāng)于另一個(gè)“縫”；（2）實(shí)驗(yàn)中已知單縫SKIPIF1<0到平面鏡的垂直距離SKIPIF1<0，單縫到光屏的距離SKIPIF1<0，觀測(cè)到第3個(gè)亮條紋中心到第12個(gè)亮條紋中心的間距為SKIPIF1<0，則該單色光的波長(zhǎng)SKIPIF1<0___________SKIPIF1<0。（結(jié)果保留1位有效數(shù)字）（3）以下哪些操作能夠增大光屏上相鄰兩條亮條紋之間的距離___________。A．將平面鏡稍向上移動(dòng)一些B．將平面鏡稍向右移動(dòng)一些C．將光屏稍向右移動(dòng)一些D．將光源由紅色光改為綠色光【答案】

SKIPIF1<0

SKIPIF1<0

AC##CA【解析】（1）[1]通過(guò)洛埃德鏡在屏上可以觀察到明暗相間的干涉條紋，這和雙縫干涉實(shí)驗(yàn)得到的干涉條紋一致,如果SKIPIF1<0被視為其中的一個(gè)縫，SKIPIF1<0相當(dāng)于另一個(gè)“縫”。（2）[2]第3個(gè)亮條紋中心到第12個(gè)亮條紋中心的間距為SKIPIF1<0，則相鄰亮條紋間距為SKIPIF1<0等效雙縫間的距離為SKIPIF1<0根據(jù)雙縫干涉條紋間距公式SKIPIF1<0可得SKIPIF1<0（3）[3]根據(jù)雙縫干涉條紋間距公式SKIPIF1<0A．將平面鏡稍向上移動(dòng)一些，SKIPIF1<0減小，SKIPIF1<0減小，則SKIPIF1<0增大，A正確；B．將平面鏡稍向右移動(dòng)一些，SKIPIF1<0不變，SKIPIF1<0不變，SKIPIF1<0和SKIPIF1<0都不變，則SKIPIF1<0不變，B錯(cuò)誤；C．將光屏稍向右移動(dòng)一些，SKIPIF1<0增大，則SKIPIF1<0增大，C正確；D．將光源由紅色光改為綠色光，波長(zhǎng)SKIPIF1<0減小，則SKIPIF1<0減小，D錯(cuò)誤。故選AC?！镜淅?】（2022·全國(guó)·高三課時(shí)練習(xí)）我們用以下裝置來(lái)做“用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)”的實(shí)驗(yàn)：（1）在本實(shí)驗(yàn)中，需要利用關(guān)系式SKIPIF1<0來(lái)求解某色光的波長(zhǎng)，其中SKIPIF1<0和SKIPIF1<0一般為已知量，所以測(cè)量SKIPIF1<0是本實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵，觀察下面的圖像，你認(rèn)為在實(shí)際操作中SKIPIF1<0應(yīng)選下列圖中的___________圖（填寫(xiě)“甲”或“乙”）更為合適？（2）在實(shí)際操作中，我們通常會(huì)通過(guò)測(cè)n條亮紋間的距離取平均值的方法來(lái)減小測(cè)量誤差。已知實(shí)驗(yàn)所用的測(cè)量頭由分劃板、滑塊、目鏡、手輪等構(gòu)成，使用50分度的游標(biāo)卡尺。某同學(xué)在成功觀察到干涉圖像后，開(kāi)始進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，具體操作如下：從目鏡中觀察干涉圖像同時(shí)調(diào)節(jié)手輪，測(cè)量了第1條亮條紋與第6條亮條紋之間的距離，初末位置游標(biāo)卡尺的示數(shù)如圖所示，則相鄰兩條亮條紋的間距SKIPIF1<0___________SKIPIF1<0。（3）若在實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，某同學(xué)觀察到以下圖像，即測(cè)量頭中的分劃板中心刻線與干涉條紋不在同一方向上。若繼續(xù)移動(dòng)目鏡觀察，將會(huì)使測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)偏差，所以需要對(duì)儀器進(jìn)行調(diào)整，使干涉條紋與分劃板中心刻線在同一方向上。下面操作中可行的有___________。A．調(diào)節(jié)撥桿方向B．其他不動(dòng)，測(cè)量頭旋轉(zhuǎn)一個(gè)較小角度C．其他不動(dòng)，遮光筒旋轉(zhuǎn)一個(gè)較小角度D．將遮光筒與測(cè)量頭整體旋轉(zhuǎn)一個(gè)較小角度（4）在寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)，實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生將目鏡中所觀察到的現(xiàn)象描繪出來(lái)，甲同學(xué)和乙同學(xué)分別畫(huà)了移動(dòng)目鏡時(shí)所觀察到的初末兩個(gè)視場(chǎng)區(qū)，你覺(jué)得___________的圖像存在造假現(xiàn)象?！敬鸢浮?/p>

甲

1.62

BC##CB

甲同學(xué)【解析】（1）[1]在實(shí)際操作中標(biāo)度線在明條紋中容易觀察，則SKIPIF1<0應(yīng)選甲圖更為合適；（2）[2]50分度游標(biāo)卡尺的精確值為SKIPIF1<0，初末位置游標(biāo)卡尺的示數(shù)分別為SKIPIF1<0SKIPIF1<0則相鄰兩條亮條紋的間距為SKIPIF1<0（3）[3]首先要明確各器件的作用，撥動(dòng)撥桿的作用是為了使單縫和雙縫平行，獲得清晰的干涉圖樣，因?yàn)橐延星逦母缮鎴D樣，所以不用調(diào)節(jié)；題中出現(xiàn)的問(wèn)題是分劃板中心刻度線與干涉條紋不平行，應(yīng)調(diào)節(jié)測(cè)量頭使干涉條紋與分劃板中心刻線同一方向上，故應(yīng)其他不動(dòng)，測(cè)量頭旋轉(zhuǎn)一個(gè)較小角度；或者其他不動(dòng)，遮光筒旋轉(zhuǎn)一個(gè)較小角度，BC正確，AD錯(cuò)誤。故選BC。（4）[4]實(shí)驗(yàn)中移動(dòng)目鏡時(shí)，分劃板中心刻度線不應(yīng)該移動(dòng)，則甲同學(xué)的圖像存在造假現(xiàn)象?！镜淅?】（2022·遼寧沈陽(yáng)·三模）某實(shí)驗(yàn)小組利用圖1裝置測(cè)量某種單色光的波長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)時(shí)，接通電源使光源正常發(fā)光，調(diào)節(jié)器材，在目鏡中可以觀測(cè)到干涉圖樣。（1）如圖1所示，實(shí)驗(yàn)所需器材在光具座上依次排列，則A、B處分別是______、______。（填“單縫”、“雙縫”）（2）在目鏡中看到的干涉圖樣是圖2中______（填“甲”或“乙”）。（3）移動(dòng)測(cè)量頭上的手輪，使分劃板的中心刻線對(duì)準(zhǔn)第2條亮紋的中心，記下此時(shí)手輪上讀數(shù)SKIPIF1<0；轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量頭，使分劃板的中心刻線向右移動(dòng)對(duì)準(zhǔn)第6條亮紋的中心，此時(shí)手輪上的讀數(shù)為SKIPIF1<0，如圖3所示，則讀數(shù)SKIPIF1<0______mm；已知雙縫與屏的距離為L(zhǎng)，雙縫間距為d，則單色光的波長(zhǎng)SKIPIF1<0______。（用題目中給出的字母表示）【答案】

單縫

雙縫

甲

1.700

SKIPIF1<0【解析】(1)[1][2]發(fā)生干涉的條件是相位差恒定且頻率相同，所以組裝儀器時(shí)，A處應(yīng)固定單縫，產(chǎn)生相位差恒定的光；B處固定雙縫，產(chǎn)生兩列頻率相同的光，從而可以在毛玻璃上形成穩(wěn)定的干涉圖樣；(2)[3]干涉圖樣為明暗相間且等間距的條紋，故選甲；(3)[4]由圖示螺旋測(cè)微器可知，固定刻度讀數(shù)1.5mm可動(dòng)刻度讀數(shù)為SKIPIF1<0則螺旋測(cè)微器的示數(shù)為SKIPIF1<0[5]根據(jù)雙縫干涉條紋的間距公式SKIPIF1<0得SKIPIF1<0【典例4】（2022·福建漳州·三模）在“用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)”實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示。（1）單縫寬度為h，雙縫間距為d，雙縫與屏距離為l，當(dāng)采取下列四組數(shù)據(jù)中的哪一組時(shí)，可能在光屏上觀察到清晰可辨的干涉條紋___________。（填正確答案標(biāo)號(hào)）A．SKIPIF1<0

B．SKIPIF1<0C．SKIPIF1<0

D．SKIPIF1<0（2）當(dāng)測(cè)量頭中的分劃板中心刻線對(duì)齊某條紋的中心時(shí)，手輪上的示數(shù)如圖乙所示，讀數(shù)為_(kāi)_______SKIPIF1<0。（3）如果測(cè)量頭中的分劃板中心刻線與干涉條紋不在同一方向上，如圖丙所示。則在這種情況下波長(zhǎng)的測(cè)量值__________（填“大于”、“小于”或“等于”）實(shí)際值?！敬鸢浮?/p>

C

4.945##4.943##4.947##4.946##4.944

大于【解析】（1）[1]光通過(guò)單縫后需形成線光源，因此h必須比較??；根據(jù)SKIPIF1<0，雙縫與屏的距離l越大，雙縫間距d越小，干涉條紋間距越大，條紋越清晰。故選C。（2）[2]手輪上分度值為0.01mm，故讀數(shù)為SKIPIF1<0（3）[3]條紋與分劃板中心刻線不平行時(shí)，實(shí)際值SKIPIF1<0為條紋與分劃板中心刻線間的夾角，故SKIPIF1<0，由SKIPIF1<0得波長(zhǎng)的測(cè)量值大于實(shí)際值。【典例5】（2022·全國(guó)·高三專(zhuān)題練習(xí)）在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，鈉燈發(fā)出波長(zhǎng)為589nm的黃光，在距雙縫1m的屏上形成干涉條紋。已知雙縫間距為1.68×10－4m，則相鄰兩明條紋中心間距為_(kāi)_______m。若改用氦氖激光器作光源，其發(fā)出的紅光波長(zhǎng)比黃光的________（選填“長(zhǎng)”或“短”），其他條件不變，則相鄰兩明條紋中心間距比黃光的________（選填“大”或“小”）。在“用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)”實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示。（1）以線狀白熾燈為光源，對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了調(diào)節(jié)并觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象后，總結(jié)出以下幾點(diǎn)：A．燈絲和單縫及雙縫必須平行放置B．干涉條紋與雙縫垂直C．干涉條紋疏密程度與雙縫間距離有關(guān)D．干涉條紋間距與光的波長(zhǎng)有關(guān)以上幾點(diǎn)中你認(rèn)為正確的是________。（2）當(dāng)測(cè)量頭中的分劃板中心刻線對(duì)齊某干涉條紋中心時(shí)，手輪上的示數(shù)如圖乙所示，該讀數(shù)為_(kāi)_______mm。（3）如果測(cè)量頭中的分劃板中心刻線與干涉條紋不在同一方向上，如圖丙所示，則在這種情況下測(cè)量干涉條紋的間距Δx時(shí)，測(cè)量值________（選填“大于”“小于”或“等于”）實(shí)際值?！敬鸢浮?/p>

SKIPIF1<0

長(zhǎng)

大

ACD##ADC##CAD##CDA##DAC##DCA

0.701##0.702##0.703##0.704

大于【解析】[1]根據(jù)雙縫干涉實(shí)驗(yàn)條紋間距公式SKIPIF1<0代入數(shù)據(jù)解得SKIPIF1<0[2]由電磁波譜可知，紅光波長(zhǎng)比黃光波長(zhǎng)長(zhǎng)。[3]根據(jù)雙縫干涉實(shí)驗(yàn)條紋間距公式SKIPIF1<0可知，同一實(shí)驗(yàn)裝置用紅光間距較大。（1）[4]AB．為使屏上的干涉條紋清晰，燈絲與單縫和雙縫必須平行放置，所得到的干涉條紋與雙縫平行，故B錯(cuò)誤A正確；CD．根據(jù)條紋間距公式SKIPIF1<0可知，條紋的疏密程度與雙縫間距離，光的波長(zhǎng)有關(guān)，故CD正確。故選ACD。（2）[5]由圖乙可知，手輪上的示數(shù)為SKIPIF1<0（3）[6]測(cè)量頭中的分劃板中心刻線與干涉條紋不在同一方向上，由圖丙，根據(jù)幾何關(guān)系可知，測(cè)量頭的讀數(shù)大于條紋間距的實(shí)際距離?！镜淅?】（2022·全國(guó)·高三專(zhuān)題練習(xí)）在“用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)”的實(shí)驗(yàn)中，將雙縫干涉實(shí)驗(yàn)儀器按要求安裝在光具座上，如圖所示，并選用縫間距d=0.2mm的雙縫片。從儀器注明的規(guī)格可知，像屏與雙縫片間的距離L=700mm。接通電源使光源正常工作。（1）M、N、P三個(gè)光學(xué)元件依次為_(kāi)_____。A．濾光片、單縫片、雙縫片

B．濾光片、雙縫片、單縫片C．偏振片、單縫片、雙縫片

D．雙縫片、偏振片、單縫片（2）已知測(cè)量頭主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50分度。某同學(xué)調(diào)整手輪后，從測(cè)量頭的目鏡看去，第1次映入眼簾的干涉條紋如圖甲所示，圖中的數(shù)字是該同學(xué)給各暗條紋的編號(hào)，此時(shí)圖乙中游標(biāo)卡尺上的讀數(shù)x1=____mm；接著再轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，映入