第65講用雙縫干涉實驗測量光的波長（講義）

第65講用雙縫干涉實驗測量光的波長目錄復習目標網(wǎng)絡構建考點一教材原型實驗【夯基·必備基礎知識梳理】知識點實驗目的、器材、原理、步驟、注意事項、誤差分析【提升·必考題型歸納】考向1實驗原理與操作考向2數(shù)據(jù)處理與誤差分析考點二創(chuàng)新實驗方案【夯基·必備基礎知識梳理】知識點實驗器材的創(chuàng)新【提升·必考題型歸納】考向實驗器材的創(chuàng)新真題感悟理解和掌握用雙縫干涉實驗測量光的波長實驗原理，并會做出必要的誤差分析。2、能夠在原型實驗基礎上，通過對實驗的改進或者創(chuàng)新，做出同類探究?？键c要求考題統(tǒng)計考情分析用雙縫干涉實驗測量光的波長2022年海南卷第12題2021年6月浙江卷第18題各地高考對用雙縫干涉實驗測量光的波長這個實驗的考查近幾年頻度不是太高，即使考查難度也不大?？键c一教材原型實驗知識點實驗目的、器材、原理、步驟、注意事項、誤差分析1．實驗原理單色光通過單縫后，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λ之間滿足λ＝eq\f(d,l)Δx。2．實驗過程(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，打開開關，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光屏。④安裝單縫和雙縫，盡量使縫的中點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，記下此時手輪上的讀數(shù)a1，將該條紋記為第1條亮條紋；轉動手輪，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)an，將該條紋記為第n條亮條紋。③用刻度尺測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，重復測量。3．數(shù)據(jù)處理(1)條紋間距Δx＝eq\f(an－a1,n－1)。(2)波長λ＝eq\f(d,l)Δx。(3)計算多組數(shù)據(jù)，求λ的平均值。4．注意事項(1)安裝時，要保證光源、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。(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?？枷?實驗原理與操作1．利用雙縫干涉測定光的波長的實驗中，雙縫間距，雙縫到光屏間的距離，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。

（1）若想增加從目鏡中觀察到的條紋個數(shù)，該同學可。A．將單縫向雙縫靠近

B．將屏向靠近雙縫的方向移動C．將屏向遠離雙縫的方向移動

D．使用間距更小的雙縫（2）正確操作后，該組同學用某種單色光照射雙縫得到干涉條紋如圖所示，分劃板在圖中A、B位置時游標卡尺讀數(shù)也如圖中所給出，則：

①分劃板在圖中A、B位置時由游標卡尺讀數(shù)求得相鄰兩條紋間距。②該單色光的波長m?！敬鸢浮緽0.75【詳解】（1）[1]若想增加從目鏡中觀察到的條紋個數(shù)，則需要減小條紋間距，由公式A．將單縫向雙縫靠近，不改變條紋間距，故A錯誤；B．將屏向靠近雙縫的方向移動，減小，則條紋間距減小，故B正確；C．將屏向遠離雙縫的方向移動,增大，則條紋間距增大，故C錯誤；D．使用間距更小的雙縫，則條紋間距增大，故D錯誤。故選B。（2）①[2]10分度游標卡尺的精確值為，由圖可知；則相鄰兩條紋間距為②[3]根據(jù)可得該單色光的波長為2．某同學利用如圖甲所示的裝置做“用雙縫干涉測量光的波長”的實驗。

（1）圖甲中的a、b、c分別是A．單縫、濾光片、雙縫B．濾光片、單縫、雙縫C．單縫、雙縫、濾光片（2）該小組同學在目鏡中觀察到的干涉圖樣為（填“A”或“B”）。（3）下列說法正確的是。A．若僅將藍色濾光片換成紅色濾光片，則相鄰干涉條紋間距變寬B．若僅將單縫向雙縫移動一小段距離，則相鄰干涉條紋間距變寬C．若僅增大雙縫間的距離，則相鄰干涉條紋間距變小D．若去掉濾光片，則干涉現(xiàn)象消失（4）實驗中，選用紅色濾光片測量紅光的波長，測得雙縫間的距離，雙縫與屏之間的距離，通過測量頭觀察第1條亮條紋的讀數(shù)為3.645mm，轉動手輪，使分劃線向一側移動，使分劃板的中心刻線對齊第6條亮條紋的中心，觀察第6條亮條紋的位置如圖乙所示，其讀數(shù)為mm，由此求得紅光的波長為m（計算結果保留三位有效數(shù)字）。

【答案】BAAC/CA4.944?4.947【詳解】（1）[1]用雙縫干涉測量光的波長實驗中，安裝儀器從左到右的順序為：光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、光屏。故選B。（2）[2]雙縫干涉條紋是明暗相間的等間距條紋。故選A。（3）[3]A．相鄰兩亮條紋間距藍光的波長小于紅光的波長，若將藍色濾光片換成紅色濾光片，則相鄰干涉條紋間距變寬，A正確；B．條紋間距與單縫和雙縫間的距離無關，B錯誤；C．當雙縫間距d變大，根據(jù)相鄰兩亮條紋間距可知條紋間距變小，C正確；D．如果光源發(fā)出的光不是單色光，去掉濾光片，仍能發(fā)生干涉現(xiàn)象，則是復色光的干涉，D錯誤。故選AC。（4）[4]讀數(shù)為（4.944?4.947均正確）[5]由題圖可知，條紋間距由得代入數(shù)據(jù)得考向2數(shù)據(jù)處理與誤差分析3．利用雙縫干涉測定光的波長的實驗中，雙縫到光屏間的距離，雙縫間距，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。

（1）若想增加從目鏡中觀察到的條紋個數(shù)，該同學可。A．將單縫向雙縫靠近

B．將屏向靠近雙縫的方向移動C．將屏向遠離雙縫的方向移動

D．使用間距更小的雙縫（2）某種單色光照射雙縫得到干涉條紋如圖所示，分劃板在圖中A位置時游標卡尺的讀數(shù)為，在B位置時游標卡尺如圖所示，則其讀數(shù)為mm，相鄰兩條紋間距mm，該單色光的波長m。

（3）該同學通過測量頭的目鏡觀察單色光的干涉圖樣時，發(fā)現(xiàn)里面的條紋與分劃板豎線不平行（如上圖所示），則波長的測量結果。A．偏大

B．偏小

C．無影響【答案】BA【詳解】（1）[1]增加從目鏡中觀察到的條紋個數(shù)，則條紋的寬度減小，根據(jù)相鄰亮條紋間的距離為為減小相鄰亮條紋（暗條紋）間的寬度，則可以減小雙縫到屏的距離，增大雙縫間的距離，或換用波長短的光，故選B；（2）[2]游標卡尺的精度為0.1mm，在B位置時游標卡尺讀數(shù)[3]相鄰兩條紋間距[4]根據(jù)，將代入解得；（3）[5]如果測量頭中的分劃板中心刻線與干涉條紋不在同一方向上，則測得的偏大，由公式可知波長的測量值將偏大。4．在“用雙縫干涉測光的波長”實驗中，（1）在觀察白光的干涉圖樣時，現(xiàn)有毛玻璃屏A、雙縫B、白光光源C、透鏡D、單縫E等光學元件，如圖甲所示將白光光源C放在光具座最右端，依次放置其他光學元件，由右至左，表示各光學元件的字母排列順序應為C、、、、A。

（2）一同學通過測量頭的目鏡觀察單色光的干涉圖樣時，發(fā)現(xiàn)里面的亮條紋與分劃板豎線未對齊，如圖乙所示，若要使兩者對齊，該同學應如何調(diào)節(jié)()A．僅左右轉動透鏡

B．僅旋轉單縫

C．僅旋轉雙縫

D．僅旋轉測量頭（3）實驗中，用測量頭得到某次條紋讀數(shù)為x=1.310mm，則此測量數(shù)據(jù)是選用了測量頭（選填“丙”或“丁”）測量得到的。（4）為了使測得單色光的條紋間距增大，在其它條件不變情況下，以下做法合適的是()A．增大單縫與雙縫間距

B．增大雙縫與毛玻璃屏間距C．增大兩雙縫間距離

D．增強光源亮度【答案】DEBD丁B【詳解】（1）[1][2][3]為了獲取單色的線光源，光源后面應防止濾光片、單縫、單縫形成的線光源經(jīng)過雙縫產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，在光屏上可以觀察到干涉條紋，因此由右至左，各光學元件排列順序應為白色光片C、濾光片D、單縫E、雙縫B、毛玻璃屏A、故為C、D、E、B、A；（2）[4]發(fā)現(xiàn)里面的亮條紋與分劃板豎線未對齊，若要使兩者對齊，該同學應調(diào)節(jié)測量頭；故選D。（3）[5]根據(jù)螺旋測微器可知，讀數(shù)精確到0.01mm，用測量頭得到某次條紋讀數(shù)為x=1.310mm,因此此讀數(shù)，應該是使用的螺旋測微器，故選??；（4）[6]依據(jù)雙縫干涉條紋間距可知，要使增大，可以增大l，減小d，也可以增大，與單縫和雙縫間及光的強度無關；故選B?？键c二創(chuàng)新實驗方案知識點實驗器材的創(chuàng)新考向實驗器材的創(chuàng)新1．小沈同學進行“用雙縫干涉測量光的波長”的實驗，（1）其中部分器材如下：A．白熾燈

B．凸透鏡C．單縫片

D．濾光片E.測量頭

F.雙縫片將以上器材安裝在光具座遮光筒上時，自光源起合理的順序是（填字母）：A、B、、、F、E。（2）某次觀察時，透過測量頭觀察到了綠光的干涉條紋，但條紋的亮度很低，為了便于測量，下列方法能夠使條紋亮度增加的是。A．增加光源的功率B．將毛玻璃換成透明玻璃C．調(diào)節(jié)測量頭的位置（3）下列圖示中條紋間距表示正確的是。

（4）如圖所示是小沈同學改為參考課本上“用光傳感器做雙縫干涉的實驗”進行實驗，圖甲、乙分別對應的是第一、二次實驗得到的干涉圖線。比較甲、乙兩圖線可判斷，第一次實驗中。

A．單縫與雙縫的間距一定較大B．光強度較小C．光源到雙縫的距離較大D．雙縫到光傳感器的距離可能較小【答案】DCACD【詳解】（1）[1][2]根據(jù)“用雙縫干涉測量光的波長”的實驗中儀器的位置可知，從左向右依次為：白色光源、凸透鏡、濾光片、單縫、雙縫、測量頭。將以上器材安裝在光具座遮光筒上時，自光源起合理的順序是：A、B、D、C、F、E；（2）[3]為了便于測量，要使條紋亮度增加，即使得單位時間內(nèi)的光子數(shù)目增多。A．當增加光源的功率，導致單位時間內(nèi)的光子數(shù)目增多，故A正確；B．將毛玻璃換成透明玻璃，不會看到亮條紋，故B錯誤；C．調(diào)節(jié)測量頭的位置，亮度不變，故C錯誤。故選A。（3）[4]干涉條紋的寬度是指一個明條紋與一個暗條紋的寬度的和，為兩個相鄰的明條紋（或暗條紋）的中心之間的距離，故C正確。（4）[5]A．由題圖可知，第一次得到的條紋間距較小，根據(jù)可知：單縫與雙縫的間距對條紋間距無影響，選項A錯誤；B．光強度對條紋間距無影響，選項B錯誤；C．光源到雙縫的距離對條紋間距無影響，選項C錯誤；D．雙縫到光傳感器的距離l較小，則條紋間距較小，選項D正確。故選D。2．（1）某同學利用圖（甲）所示的裝置研究光的干涉和衍射，將刀片在涂有墨汁的玻璃片上劃過便可得到單縫、不同間距雙縫的縫屏，光電傳感器可用來測量光屏上光強的分布。①某次實驗時，在電腦屏幕上得到圖（乙）所示的兩種光a、b的光強分布，這位同學在縫屏上安裝的是（選填“單縫”或“雙縫”）。由該圖像兩條曲線的特征可知（填選項）。A．以相同角度斜射到同一玻璃板透過平行表面后，a光側移量小B．若兩光均由氫原子能級躍遷產(chǎn)生，產(chǎn)生a光的能級能量差小C．以相同的入射角從水中射入空氣，在空氣中只能看到一種光時，一定是a光D．分別照射在同一金屬板，若b光能引起光電效應，a光也一定能②當做干涉現(xiàn)象研究時，選用間距較大的雙縫相比于間距較小的雙縫，在光屏上可觀察到的條紋個數(shù)（選填“更多”、“更少”或“一樣多”）【答案】單縫D更多【詳解】①[1]由圖乙可知，條紋中間寬，兩邊窄，是衍射條紋，這位同學在縫屏安裝的是單縫。[2]A．由于a光衍射條紋間距較小，則a光波長較短。根據(jù)，a光頻率較大。在同一介質中，頻率大的光折射率大，因此a光折射率更大，偏轉角度更大。因此以相同角度斜射到同一玻璃板透過平行表面后，a光側移量大，故A錯誤；B．a(chǎn)光頻率較大，由知，若兩光均由氫原子能級躍遷產(chǎn)生，產(chǎn)生a光的能級能量差大，故B錯誤；C．a(chǎn)光頻率較大，折射率較大，根據(jù)知a光臨界角較小，以相同的入射角從水中射入空氣，光先發(fā)生全反射，在空氣中只能看到一種光時，一定是b光，故C錯誤；D．當入射光的頻率大于金屬板的極限頻率時，金屬板上的電子就會逸出光電子，a光頻率較大，分別照射在同一金屬板，若b光能引起光電效應，a光也一定能，故D正確。②[3]根據(jù)可知選用間距較大的雙縫相比于間距較小的雙縫，條紋間距小，在光屏上可觀察到更多條紋個數(shù)。