2019-2020学年人教版物理选修3-4（浙江新高考专用版）讲义：第十三章 光 4　实验：用双缝干涉测量光的波长（同时练习使用游标型测量头） .docx

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1、4实验：用双缝干涉测量光的波长(同时练习使用游标型测量头)知识内容选考要求课时要求用双缝干涉测量光的波长(同时练习使用游标型测量头)1.了解实验装置，知道实验原理及需要测量的物理量2知道测量头的使用方法，会测量明条纹的间距3知道滤光片和遮光筒的作用，理解实验中为了满足干涉条件所采用的方法4知道获得理想干涉条纹的实验操作要求5会用控制变量的方法，分别研究光的颜色、双缝距离和双缝与屏之间距离等与条纹间距的关系6会根据给出的波长表达式计算不同颜色光的波长7经历实验过程，体会条纹间距测量时的实验方法.一、双缝干涉条纹间距问题1双缝干涉条纹间距的关系式为x.2若双缝到屏的距离用l表示，双缝间的距离用d表

2、示，相邻两条亮条纹间的距离用x表示，则入射光的波长为.二、用双缝干涉测量光的波长(同时练习使用游标型测量头)1实验原理由公式x可知，在双缝干涉实验中，d是双缝间距，是已知的；只要测出双缝到屏的距离l及相邻两亮(或暗)条纹的中心间距x，即可由公式x计算出入射光的波长，而测量x是本实验的关键2实验装置(如图1所示)图13测量头的构造及使用如图2所示，测量头由分划板、目镜、手轮等构成，转动手轮，分划板会向左右移动，测量时，应使分划板中心刻度对齐某条亮(或暗)条纹的中心，记下此时游标卡尺上的读数a1，转动手轮，使分划板中心刻线移至另一条亮(或暗)条纹中央，记下此时游标卡尺的读数a2；并记下两次测量的亮

3、(或暗)条纹数n，则相邻两条亮(或暗)条纹间距x.图24实验步骤及数据处理(1)按如图1所示安装仪器(2)将光源中心、单缝中心、双缝中心都调节在遮光筒的中心轴线上(3)使光源发光，在光源和单缝之间加红(或绿)色滤光片，让过滤后的条形光斑恰好落在双缝上，通过调节遮光筒上测量头的目镜，观察单色光的干涉条纹；撤去滤光片，观察白光的干涉条纹(彩色条纹)(4)再次加装滤光片，通过目镜观察单色光的干涉条纹，同时调节手轮，使分划板的中心刻线对齐某一亮(或暗)条纹的中心，记下此时游标卡尺的读数，然后继续转动手轮使分划板移动，直到分划板的中心刻线对齐另一亮(或暗)条纹中心，再次记下此时游标卡尺读数和移过分划板中

4、心刻线的条纹数n.(5)将两次游标卡尺的读数相减，求出n个亮(或暗)条纹间的距离a，利用公式x算出条纹间距，然后利用公式x，求出此单色光的波长(d、l仪器中都已给出)(6)换用不同颜色的滤光片，重复步骤(3)、(4)，并求出相应的波长5注意事项(1)单缝、双缝应相互平行，其中心大致位于遮光筒的中心轴线上，双缝到单缝的距离应相等(2)测双缝到屏的距离l时用毫米刻度尺多次测量取平均值(3)测条纹间距x时，用测量头测出n条亮(或暗)条纹间的距离a，求出相邻两条亮(暗)条纹间的距离x.(4)光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行靠近. 一、双缝干涉条纹间距问题例1(多选)在双缝干涉实验中，用绿色激光照射

5、在双缝上，在缝后的屏幕上显示出干涉图样若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距，可选用的方法是()A改用红色激光B改用蓝色激光C减小双缝间距D将屏幕向远离双缝的位置移动答案ACD解析根据干涉图样中两相邻亮条纹的间距x可知，要使x增大，可以增大波长或增大双缝到屏的距离或缩小双缝间的距离，所以选项A、C、D正确，B错误例2在杨氏干涉实验中，若单色光的波长5.89107 m，双缝间的距离d1 mm，双缝到屏的距离l2 m，则第1个亮条纹到第11个亮条纹的中心间距为_答案1.178102 m解析由x可知x1.178103 m，则第1个亮条纹到第11个亮条纹的中心间距为x10x1.178102 m.二、实验

6、原理与操作例3(2018牌头中学上学期期中)下列关于“用双缝干涉测量光的波长”实验的操作，正确的是()A光具座上从光源开始依次摆放凸透镜、滤光片、双缝、单缝、遮光筒、测量头和目镜B将单缝向双缝靠近，相邻两亮条纹中心的距离减小C将滤光片从红色换成绿色，观察到的条纹间距增大D单缝与双缝的平行度可以通过拨杆来调节答案D解析为了获取单色的线光源，光源后面是滤光片、单缝，然后通过双缝在光屏上产生干涉图样，则后面是双缝、遮光筒、测量头和目镜，故A错误；单缝与双缝间的距离不影响条纹的间距，所以相邻两亮条纹中心的距离不变，故B错误；若将红色滤光片换成绿色滤光片，根据双缝干涉条纹间距公式：x，因波长变短，观察到

7、的条纹间距会变小，故C错误；单缝与双缝的平行度可以通过拨杆来调节，故D正确针对训练(2018嘉兴一中高二上学期期末)在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，(1)下列操作正确的是_A先调节光源高度，观察到光束沿遮光筒的轴线传播后再装上测量头B接通电源前把输出电压调到小灯泡额定的电压C观察到条纹比较模糊，可以调节拨杆进行调整D测量某亮条纹位置时，目镜分划板中心刻线与该亮纹边缘重合(2)下列图中条纹间距表示正确是_答案(1)AC(2)C三、实验数据处理例4(2016浙江4月选考)在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，选用红色滤光片和间距为0.20 mm的双缝，双缝与屏的距离为600 mm.某同学正确操

8、作后，在目镜中看到如图3甲所示的干涉条纹换成紫色滤光片正确操作后，使测量头分划板刻线与第k级暗条纹中心对齐，在目镜中观测到的是图乙中的_(填字母)，此时测量头的读数为25.70 mm.沿同一方向继续移动测量头使分划板刻线与第k5级暗条纹中心对齐，此时测量头标尺如图丙所示，其读数是_ mm，紫光的波长等于_ nm.图3答案D19.40420解析由干涉条纹间距x可知，换上紫色滤光片后，在其他条件不变的情况下，间距变小，干涉条纹变密，分划板应该在正中央，所以为D.游标卡尺读数为19.40 mm.平均条纹间距x mm1.26 mm，根据x，解得420 nm.学科素养本题考查了用双缝干涉测量光的波长实验

9、，回顾了游标卡尺的使用方法，这体现了“物理观念”和“科学思维”的学科素养在实验过程中，学生之间需要合作、交流、处理数据，体现了“实验探究”的学科素养1(双缝干涉条纹间距问题)(2018浙江4月选考)小明在做“用双缝干涉测量光的波长”实验时，尝试用单缝和平面镜做类似实验单缝和平面镜的放置如图4所示，白炽灯发出的光经滤光片成为波长为的单色光，照射单缝，能在光屏上观察到明暗相间的干涉条纹小明测得单缝与镜面延长线的距离为h、与光屏的距离为D，则条纹间距x_.随后小明撤去平面镜，在单缝下方A处放置同样的另一单缝，形成双缝结构，则在光屏上_(填“能”或“不能”)观察到干涉条纹图4答案不能2(实验原理与操作

10、)(2018嘉兴3月选考科目测试)(1)“用双缝干涉测量光的波长”实验中，在图5甲、乙、丙三处所放置的器材依次是_图5A单缝、双缝、滤光片B滤光片、双缝、单缝C滤光片、单缝、双缝(2)如果去掉滤光片，在目镜位置_(选填“能”或“不能”)观察到干涉条纹答案(1)C(2)能3(实验原理与操作)(多选)(2018温州十五校联合体高二第二学期期末)利用图6所示装置研究双缝干涉现象，下列说法正确的是()图6A把双缝的间距规格从“0.2 mm”换成“0.25 mm”，干涉条纹间距变宽B将滤光片由红色换成蓝色，干涉条纹间距变宽C光源后的凸透镜主要起到会聚光线的作用D减小光源到单缝的距离，干涉条纹间距不变答案

11、CD解析根据x可知，把双缝的间距规格从“0.2 mm”换成“0.25 mm”，干涉条纹间距变窄，选项A错误；蓝光的波长小于红光，将滤光片由红色换成蓝色，干涉条纹间距变窄，选项B错误；减小光源到单缝的距离，干涉条纹间距不变，选项D正确；光源后的凸透镜主要起到会聚光线的作用，选项C正确4(实验数据处理)(2018台州路桥中学高二上学期月考)如图7所示，某同学在利用双缝干涉测量单色光波长时，第一次分划板中心刻线对齐A条纹中心时(图a)，游标卡尺的示数如图b所示，第二次分划板中心刻线对齐B条纹中心时(图c)，游标卡尺的示数如图d所示，已知双缝间距为0.5 mm，从双缝到屏的距离为1 m，则图b中游标卡

12、尺的示数为_mm，图d中游标卡尺的示数为_mm，由此可得相邻两亮条纹的间距x_mm，所测单色光的波长为_m.图7答案11.516.71.36.5107解析游标卡尺读数等于固定刻度读数加上游标尺读数.10分度游标卡尺精确度为0.1 mm，题图b中游标尺第5刻线与主尺刻线对齐，故读数为11 mm0.1 mm511.5 mm；图d中游标尺第7刻线与主尺刻线对齐，故读数为16 mm0.1 mm716.7 mm；故条纹间距为x mm1.3 mm；根据双缝干涉的条纹间距公式x，解得 m6.5107 m.1(2018湖州高二下学期期末)某同学想观察白光的干涉图样，如图1所示已经将光源置于光具座左侧为了完成实

13、验，需要进行下列操作：图1在双缝前安装单缝，在遮光筒右侧安装测量头调节拨杆使单、双缝平行，直至目镜中观察到干涉图样在光源的右侧依次将透镜、遮光筒安装在水平光具座上，并使三者中心线共轴在遮光筒左侧安装双缝，调节光源位置和高低，通过遮光筒右侧观察，直至视野内出现一条中心有亮点的亮线(保证光沿遮光筒轴线传播)上述操作进行正确的排序是_答案2.(2017台州中学高三第一学期第一次统练)在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，经调节后在目镜中观察到如图2甲所示的单色光干涉条纹，仅改变一个实验条件后，观察到如图乙所示的条纹，则改变的实验条件可能是_图2A减小光源到单缝的距离B增大双缝之间的距离C增大双缝到光屏

14、之间的距离D将红色滤光片改为绿色滤光片答案BD3在“用双缝干涉测量光的波长”实验中(实验装置如图3)，下列说法错误的是_图3A调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，应放上单缝和双缝B测量某条干涉亮条纹位置时，应使测量头分划板中心刻线与该亮条纹的中心对齐C为了减小测量误差，可用测量头测出n条亮条纹间的距离a，求出相邻两条亮条纹间距xD将滤光片放在单缝与双缝之间不改变实验结果答案A解析调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，不需放单缝和双缝，故A错误；测量某条干涉亮条纹位置时，应使测量头分划板中心刻线与该亮条纹的中心对齐，故B正确；n条亮条纹之间有n1个间距，相邻两条亮条纹的间距x，故C

15、正确；根据实验原理知D正确4(2018金华十校高二上学期期末联考)如图4甲所示用双缝干涉测量光的波长，其中A、B、C、D分别表示滤光片、单缝、双缝、光屏图乙a是实验时用红色滤光片和间距d0.36 mm的双缝在光屏上得到的图样；图乙b是实验时用红色滤光片和间距d0.18 mm的双缝在光屏上得到的图样；图乙c是实验时用蓝色滤光片和间距d0.36 mm的双缝在光屏上得到的图样，则：图4(1)比较图乙a和图乙b，对相同色光，双缝间距减小，相邻条纹间距_(填“增大”或“减小”)(2)比较图乙a和图乙c，对相同双缝，光的波长变短，相邻条纹间距_(填“增大”或“减小”)答案(1)增大(2)减小解析(1)比较

16、图乙a和图乙b，对相同色光，双缝间距减小，相邻条纹间距增大；(2)比较图乙a和图乙c，对相同双缝，蓝光波长小于红光波长，即光的波长变短，相邻条纹间距减小5在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，取双缝间距d0.5 mm，双缝光屏间距离L0.5 m，用某种单色光照射双缝得到干涉图样如图5甲所示，分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数如图，则图中A位置的游标卡尺读数为_ mm，单色光的波长约为_ m(结果保留两位有效数字)若测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，如图乙所示通过装置中的“拨杆”的拨动_(填“能”或“不能”)把干涉条纹调成与分划板中心刻线在同一方向上图5答案11.16.4107

17、不能6(2018金华十校高二第二学期期末)如图6甲是用“双缝干涉测量光的波长”实验装置图图6(1)已知单缝与双缝间的距离L1200 mm，双缝与屏的距离L2800 mm，双缝间距d0.25 mm，用测量头来测量亮条纹中心的距离，测量头由分划板、目镜、手轮等构成，转动手轮，使分划板左右移动，让分划板的中心刻线对准第1条亮条纹的中心，记下此时手轮上的读数为2.191 mm，转动测量头，使分划板中心刻线对准第4条亮条纹的中心，记下此时手轮上的读数为7.870 mm，如图丙所示，则该光波的波长为_m(保留两位有效数字)(2)若在调节过程中观察到如图乙所示的干涉条纹，则出现这种现象的原因是_A单缝与双缝

18、不平行B单缝与双缝的距离太近C设备安装时，没有调节光源的高度使光线把整个光屏都照亮答案(1)5.9107(2)C解析(1)根据x，x，代入数据得：5.9107 m(2)分析可知，出现乙图原因为光路调节中，没有调节好光源的高度，导致光路不正7(2018嘉兴高级中学高二第二学期期中)现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在图7所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长图7(1)将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，表示各光学元件的字母排列顺序应为C、_、A.(2)如图所示，A、B、C、D代表双缝产生的四种干涉图样，回答下

19、列问题：如图A图样是红光通过双缝产生的，那么换用紫光得到的图样用_图样表示最合适如果将B图样的双缝距离变小，那么得到的图样用_图样表示最合适(3)将测量头的分划板中心刻线与某亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮条纹，此时手轮上的示数为2.320 mm，然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮条纹中心对齐，记下此时手轮上的示数为13.870 mm，求得相邻亮条纹的间距x为_mm.(4)已知双缝间距d为2.0104 m，测得双缝到屏的距离l为0.700 m，由计算公式_，求得所测红光波长为_mm.答案(1)E、D、B(2)CD(3)2.310(4)x6.6104解析(1)双缝干涉装置各组

20、成部分在光具座上的正确排序为：光源、滤光片、单缝、双缝、屏，因此应填：E、D、B.(2)由x可知，图样分别为C、D.(3)x mm2.310 mm(4)由x可得：x，可求出2.310 mm6.6104 mm.8某同学在做“双缝干涉测量光的波长”的实验时，第一次分划板中心刻线对齐第2条亮条纹的中心时(如图8甲中的A)，游标卡尺的示数如图乙所示，第二次分划板中心刻线对齐第6条亮条纹的中心时(如图丙中的B)，游标卡尺的示数如图丁所示已知双缝间距d0.5 mm，双缝到屏的距离l1 m，则：图8(1)图乙中游标卡尺的示数为_ cm.(2)图丁中游标卡尺的示数为_ cm.(3)所测光波的波长为_ m(保留两位有效数字)答案(1)1.250(2)1.775(3)6.6107解析(1)游标卡尺的固定刻度读数为1.2 cm，游标尺上第10个刻度游标读数为0.0510 mm0.50 mm0.050 cm，所以最终读数为1.2 cm0.050 cm1.250 cm.(2)游标卡尺的固定刻度读数为1.7 cm，游标尺上第15个刻度游标读数为0.0515 mm0.75 mm0.075 cm，所以最终读数为：1.7 cm0.075 cm1.775 cm.(3)x0.131 cm根据x得，6.6107 m.