《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） Word版含答案.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《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） Word版含答案.pdf（14页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、4 实验：用双缝干涉测量光的波长 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
2、纹间距问题 1双缝干涉条纹间距的关系式为 x . l d 2 若双缝到屏的距离用 l 表示， 双缝间的距离用 d 表示， 相邻两条亮条纹间的距离用 x 表示， 则入射光的波长为 . dx l 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 l d 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 d l 是本实验的关键 2实验装置(如图 1 所示) 图 1 3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
3、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(或暗)条纹数 n，则相邻两条亮(或暗)条纹间距 x. |a2a1| n1 图 2 4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
4、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 a n1 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) d l (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
5、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. a n1 (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，
6、要使 x 增大，可以增大波长或增 l d 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 l d 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
7、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，观察到的条纹间距会变小，故 C 错误； l d 单缝与双缝的平行度可以通过拨杆来调节，故 D 正确 针对
8、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.某同学正确操作后，在目镜中看到如图 3 甲 所示的
9、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 D 19.40 420 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 l d 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. 25.7019.
10、40 5 d l 学科素养 本题考查了用双缝干涉测量光的波长实验，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
11、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 D 2h 2(实验原理与操作)(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 5 A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 6 A把双缝的间距规格从“0.2 mm”
12、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 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 l d 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
13、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 11.5 16.7 1.3 6.5107 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.
14、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； 16.711.5 4 根据双缝干涉的条纹间距公式 x ， 解得 m6.510 l d xd l 1.3 103 0.5 103 1 7 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
15、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 2 A减小光源到单缝的距离 B增大双缝之间的距离 C增大双缝到光屏之间的距离 D将红色滤光片改为绿色滤光片 答案 BD 3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 3 A调
16、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x a n1 D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 正确；根据实验原理 a n1 知 D 正确 4 (2018金华十校高
17、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
18、(2)减小 解析 (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“
19、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 11.1 6.4107 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
20、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 |a1an| n1 d L2 (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
21、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.
22、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)C D (3)2.310 (4) x 6.6104 d l 解析 (1)双缝干涉装置各组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. l d (3)x mm2.310 mm 13.8702.320 61 (4)由 x 可得： x，可求出 2.310 mm6.6104 mm. l d d l 2.0 1
23、04 0.700 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 1.775 cm1.250 cm 62 根据 x 得，6.6107 m. l d