2024届高考物理一轮总复习第十三章光第4讲实验-用双缝干涉测量光的波长学案.docx

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1、第4讲实验：用双缝干涉测量光的波长一、基本原理与操作1原理装置图测出乙图中的d和l。用图丙中的测量头测出两条相邻亮条纹间距x，由x计算出波长。2操作要领(1)器材的安装与调整。先将光源、遮光筒依次放于光具座上，如图所示，调整光源的高度，使它发出的一束光沿着遮光筒的轴线把屏照亮。将单缝和双缝安装在光具座上，使光源、单缝及双缝三者的中心位于遮光筒的轴线上，并注意使双缝与单缝相互平行，在遮光筒有光屏一端安装测量头，如图所示，调整分划板位置到分划板中心刻线位于光屏中央。(2)观察。调单缝与双缝间距，观察白光的干涉条纹。在单缝和光源之间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。(3)测量：调节测量头，使分划板中

2、心对齐第1条亮条纹中心，读数为x1，转动手轮，使分划板中心对齐第n条亮纹中心，读数为x2，则相邻亮条纹间距x。二、实验核心关键点1数据处理用刻度尺测量出双缝到光屏间的距离l，由公式x得x计算波长，重复测量、计算，求出波长的平均值。2误差分析(1)双缝到光屏的距离l的测量存在误差。(2)测条纹间距x带来的误差。干涉条纹没有调整到最清晰的程度。误认为x为亮条纹的宽度。分划板中心刻线与干涉条纹不平行，中心刻线没有恰好位于亮条纹中心。测量多条亮条纹间的距离时读数不准确，此间距中的条纹数未数清。3注意事项(1)调节双缝干涉仪时，要注意调整光源的高度，使它发出的光束能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮。(2)放置

3、单缝和双缝时，缝要相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上。(3)调节测量头时，应使分划板中心刻线和亮条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数，转动手轮，使分划板中心刻线和另一亮条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数，两次读数之差就表示这两条亮条纹间的距离。(4)不要直接测x，要测多条亮条纹的间距再计算得到x，这样可以减小误差。(5)白光的干涉观察到的是彩色条纹，其中白色在中央，红色在最外层。一、基础考法保住分考查点(一)实验原理与操作1在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，实验装置如图甲所示。(1)某同学以线状白炽灯为光源，对实验装置进行调节并观察了实验现象后，总结出以下几点，正确的是_。A灯丝与单缝

4、和双缝必须平行放置B干涉条纹与双缝垂直C干涉条纹的疏密程度与单缝宽度有关D干涉条纹的间距与光的波长有关(2)当测量头中的分划板中心刻线对齐某条纹的中心时，手轮上的示数如图乙所示，该读数为_mm。(3)如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，如图丙所示，则在这种情况下测量干涉条纹的间距x时，测量值_(填“大于”“小于”或“等于”)实际值。解析：(1)为了获得清晰的干涉条纹，灯丝与单缝和双缝必须平行放置，A正确；干涉条纹与双缝平行，B错误；由干涉条纹的间距x可知，干涉条纹的间距与单缝宽度无关，与光的波长有关，C错误，D正确。(2)手轮的读数为0.5 mm20.00.01 mm0.70

5、0 mm。(3)条纹与分划板中心刻线不平行时，有x实x测cos ，为条纹与分划板中心刻线间的夹角，故x实x测。答案：(1)AD(2)0.700(3)大于考查点(二)数据处理与误差分析2用双缝干涉测光的波长的实验装置如图甲所示，已知单缝与双缝的距离L160 mm，双缝与屏的距离L2700 mm，单缝宽d10.10 mm，双缝间距d20.25 mm。(1)分划板的中心刻线分别对准第1条和第4条亮条纹的中心时，手轮上的读数如图乙所示，则对准第1条时读数x1_mm，对准第4条时读数x2_ mm，相邻两条亮条纹间的距离x_mm。(2)本实验中计算波长的公式_，求得的波长是_nm(结果保留三位有效数字)。

6、解析：(1)对准第1条时读数x1(20.0119.0)mm2.190 mm，对准第4条时读数x2(7.50.0136.9)mm7.869 mm，相邻两条亮条纹间的距离x1.893 mm。(2)由条纹间距公式x可得，本实验中x，波长1.893103 m6.76107 m676 nm。答案：(1)2.1907.8691.893(2)x676二、创新考法不失分创新角度(一)实验器材的创新1(2022湖北荆州高三检测)小沈同学进行“用双缝干涉测量光的波长”的实验。(1)其中部分器材如下：A白炽灯 B凸透镜C单缝片D滤光片E测量头 F双缝片将以上器材安装在光具座遮光筒上时，自光源起合理的顺序是(填字母)

7、：A、B、_、_、F、E。(2)某次观察时，透过测量头观察到了绿光的干涉条纹，但条纹的亮度很低，为了便于测量，下列方法能够使条纹亮度增加的是_。A增加光源的功率B将毛玻璃换成透明玻璃C换一个面积更大的凸透镜D调节测量头的位置(3)下列图示中条纹间距表示正确的是_。(4)如图甲所示的是小沈同学参考课本上“用光传感器做双缝干涉的实验”进行的实验，图乙、丙分别对应的是第一、二次实验得到的干涉图线。比较乙、丙两图线可判断，第一次实验中的_。A单缝与双缝的缝距一定较大B光强度较小C光源离双缝的距离较大D双缝离光传感器的距离可能较小创新点分析(1)利用凸透镜的聚光作用提升干涉条纹的亮度。(2)利用光传感器

8、与计算机结合得到干涉图样光强分布图。解析：(1)根据“用双缝干涉测量光的波长”的实验中仪器的位置可知，从左向右依次为：白色光源、凸透镜、滤光片、单缝、双缝、测量头。将以上器材安装在光具座遮光筒上时，自光源起合理的顺序是：A、B、D、C、F、E。(2)为了便于测量，要使条纹亮度增加，即使得单位时间内的光子数目增多；增加光源的功率，单位时间内的光子数目会增多，故A正确；将毛玻璃换成透明玻璃，不会看到亮条纹，故B错误；将凸透镜换成一个面积更大的凸透镜，则光的强度增强，导致亮度增加，故C正确；调节测量头的位置，亮度不变，故D错误。(3)干涉条纹的宽度是指一个明条纹与一个暗条纹的宽度的和，为两个相邻的明

9、条纹(或暗条纹)的中心之间的距离，故图C是正确的，图A、B、D错误。(4)由图可知，第一次得到的条纹间距较小，根据x可知：单缝与双缝的缝距对条纹间距无影响，A错误；光强度对条纹间距无影响，B错误；光源离双缝的距离对条纹间距无影响，C错误；双缝离光传感器的距离l较小，则条纹间距较小，D正确。答案：(1)DC(2)AC(3)C(4)D创新角度(二)实验方法的创新2洛埃德在1834年提出了一种更简单的观察干涉的装置。如图所示，从单缝S发出的光，一部分入射到平面镜后反射到屏上，另一部分直接投射到屏上，在屏上两光束交叠区域里将出现干涉条纹。单缝S通过平面镜成的像是S。(1)通过如图所示的装置在屏上可以观

10、察到明暗相间的干涉条纹，这和双缝干涉实验得到的干涉条纹一致。如果S被视为其中的一个缝，_相当于另一个“缝”。(2)实验表明，光从光疏介质射向光密介质在界面发生反射时，在入射角接近90 时，反射光与入射光相比，相位有的变化，即半波损失。如果把屏移动到和平面镜接触，接触点P处是_(填“亮条纹”或“暗条纹”)。(3)实验中已知单缝S到平面镜的垂直距离h0.15 mm，单缝到屏的距离D1.2 m，观测到第3个亮条纹到第12个亮条纹的中心间距为22.78 mm，则该单色光的波长_ m(结果保留3位有效数字)。解析：(1)根据题图可知，如果S被视为其中的一个缝，S经平面镜成的像S相当于另一个“缝”。(2)

11、根据题意可知，把屏移动到和平面镜接触，光线经过平面镜反射后将会有半波损失，因此接触点P处是暗条纹。(3)条纹间距为y m2.53103 m，根据y，代入数据解得：6.33107 m。答案：(1)S经平面镜成的像S(2)暗条纹(3)6.33107创新角度(三)实验过程的创新3(1)干涉条纹除了可以通过双缝干涉观察到外，把一个凸透镜压在一块平面玻璃上(图甲)，让单色光从上方射入(示意图如图乙，其中R为凸透镜的半径)，从上往下看凸透镜，也可以观察到由干涉造成图丙所示的环状条纹，这些条纹叫作牛顿环。如果改用波长更长的单色光照射，观察到的圆环半径将_(填“变大”“变小”或“不变”)；如果换一个半径更大的凸透镜，观察到的圆环半径将_(填“变大”“变小”或“不变”)。(2)采用波长为690 nm的红色激光作为单色入射光，牛顿环的两条相邻亮条纹位置所对应的空气膜的厚度差约为_。A345 nmB690 nmC几微米 D几毫米解析：(1)当光程差为波长的整数倍时是亮条纹，当光程差为半个波长的奇数倍时是暗条纹；用波长更长的光照射，则出现亮条纹的这一厚度需远离中心，则圆环的半径变大；换一个表面曲率半径更大的凸透镜，出现亮条纹的这一厚度偏移中心，知圆环的半径变大。(2)由题意知相邻亮条纹对应的空气层的厚度差为半个波长，故为345 nm，故A正确，B、C、D错误。答案：(1)变大变大(2)A