（浙江選考）2021版新高考物理一輪復(fù)習(xí) 16 實驗微講座4 3 實驗十三 用雙縫干涉測量光的波長（同時練習(xí)使用游標(biāo)型測量頭）教學(xué)案

實驗十三用雙縫干涉測量光的波長(同時練習(xí)使用游標(biāo)型測量頭)一、實驗?zāi)康?了解光波產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象的條件2觀察白光和單色光的雙縫干涉圖樣3測定單色光的波長4練習(xí)使用測量頭二、實驗原理1光源發(fā)出的光經(jīng)濾光片成為單色光，單色光經(jīng)過單縫后相當(dāng)于線光源，經(jīng)雙縫產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣，我們通過光屏可以觀察到明暗相間的干涉條紋若用白光照射，通過兩狹縫可以在光屏上觀察到彩色條紋2根據(jù)x可以計算出單色光的波長公式中d為雙縫間距離，x為相鄰兩條亮紋間的距離，l為雙縫到屏之間的距離，實驗中d一般是已知的，所以測出l、x即可求出光的波長x的測量可用測量頭完成由于x較小，可測出n條亮(或暗)條紋的間距a，則相鄰亮條紋間的距離x.三、實驗器材雙縫干涉儀(由光具座、光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測量頭組成)，另外還有學(xué)生電源、導(dǎo)線、刻度尺四、實驗步驟1觀察干涉條紋(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(guān)，使燈絲正常發(fā)光(3)調(diào)節(jié)各器件的高度，使光源發(fā)出的光能沿軸線到達光屏(4)安裝雙縫和單縫，中心大致位于遮光筒的軸線上，使雙縫與單縫的縫平行，二者間距約510 cm，這時，可觀察白光的干涉條紋(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，記下手輪上的讀數(shù)a1，將該條紋記為第1條亮紋；轉(zhuǎn)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)a2，將該條紋記為第n條亮紋(3)用刻度尺測量雙縫到光屏的距離l(d是已知的)(4)重復(fù)測量五、數(shù)據(jù)處理1條紋間距x.2波長x.3計算多組數(shù)據(jù)，求的平均值六、注意事項1雙縫干涉儀是比較精密的儀器，應(yīng)輕拿輕放，且注意保養(yǎng)2安裝時，注意調(diào)節(jié)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(dāng)3光源燈絲最好為線狀燈絲，并與單縫平行且靠近4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所致；干涉條紋不清晰的一般原因是單縫與雙縫不平行所致，故應(yīng)正確調(diào)節(jié)七、誤差分析1雙縫到屏的距離l的測量存在誤差2測條紋間距x帶來的誤差(1)干涉條紋沒有調(diào)整到最清晰的程度(2)誤認為x為亮(暗)條紋的寬度(3)分劃板刻線與干涉條紋不平行，中心刻線沒有恰好位于條紋中心(4)測量多條亮條紋間的距離時讀數(shù)不準(zhǔn)確，此間距中的條紋數(shù)未數(shù)清對實驗原理與操作的考查【典題例析】在“用雙縫干涉測量光的波長”實驗中：(1)如圖所示，光具座上放置的光學(xué)元件依次為光源、_、_、_、遮光筒、光屏對于某種單色光，為增加相鄰亮紋(暗紋)間的距離，可采取_或_的方法(2)如果將燈泡換成激光光源，該實驗照樣可以完成，這時可以去掉的部件是_(填數(shù)字代號)(3)將測量頭的分劃板中心刻線與某亮紋對齊，并將該亮紋定為第1條亮紋，此時10等分的游標(biāo)卡尺位置如圖甲所示，其讀數(shù)為_ mm，繼續(xù)轉(zhuǎn)動測量頭，使分劃板中心刻線與第7條亮紋中心對齊，此時游標(biāo)卡尺位置如圖乙所示，其讀數(shù)為_ mm.(4)如果已經(jīng)量得雙縫的間距是0.30 mm、雙縫和光屏之間的距離是900 mm，則待測光的波長是_m(取三位有效數(shù)字)解析(1)由實驗原理可知分別是濾光片、單縫、雙縫由x可知，要增加相鄰亮紋(暗紋)間的距離，可采取的辦法有：增大雙縫到光屏間的距離(或選用較長的遮光筒)；減小雙縫之間的距離(2)由于激光是相干光源，故可以去掉的部件是、.(3)甲圖中游標(biāo)尺上第8條線與主尺刻度對齊，讀數(shù)為19 mm×819.8 mm；乙圖中游標(biāo)尺上第3條線與主尺刻度對齊，讀數(shù)為30 mm×330.3 mm.(4)光的波長5.83×107 m.答案(1)濾光片單縫雙縫增加雙縫到光屏間的距離(或選用較長的遮光筒)減小雙縫之間的距離(2)(3)19.830.3(4)5.83×107利用如圖所示裝置研究雙縫干涉現(xiàn)象時，下列說法中正確的是()A將屏移近雙縫，干涉條紋間距變窄B將濾光片由藍色的換成紅色的，干涉條紋間距變寬C將單縫向雙縫移動一小段距離后，干涉條紋間距變寬D換一個兩縫之間距離較大的雙縫，干涉條紋間距變窄答案：ABD對儀器讀數(shù)和數(shù)據(jù)處理的考查【典題例析】用某種單色光做雙縫干涉實驗時，已知雙縫間的距離d的大小恰好是圖中游標(biāo)卡尺的讀數(shù)，如圖丁所示；雙縫到毛玻璃間的距離的大小由圖中的毫米刻度尺讀出，如圖丙所示；實驗時先移動測量頭(如圖甲)上的手輪，把分劃線對準(zhǔn)靠近最左邊的一條亮條紋(如圖乙所示)，并記下螺旋測微器的讀數(shù)x1(如圖戊所示)，然后轉(zhuǎn)動手輪，把分劃線向右移動，直到對準(zhǔn)第7條亮條紋并記下螺旋測微器的讀數(shù)x2(如圖己所示)，由以上測量數(shù)據(jù)求該單色光的波長解析根據(jù)條紋寬度公式x可知，波長x，只要根據(jù)題目提供的數(shù)據(jù)就可求解，由丁圖可直接讀出d0.25 mm0.000 25 m，雙縫到屏的距離由丙圖讀出l749.8 mm0.749 8 m由圖乙、戊、己可知，兩條相鄰亮條紋間的距離x mm2.400 mm0.002 400 m.將以上數(shù)據(jù)代入得 m8×107 m.答案8×107 m(2020·杭州聯(lián)考)在“用雙縫干涉測量光的波長”的實驗中，請按照題目要求回答下列問題(1)圖中甲、乙兩圖都是光的條紋形狀示意圖，其中干涉圖樣是_(選填“甲”或“乙”)(2)將下表中的光學(xué)元件放在圖丙所示的光具座上組裝成“用雙縫干涉測量光的波長”的實驗裝置，并用此裝置測量紅光的波長元件代號ABCDE元件名稱光屏雙縫白光光源單縫透紅光的濾光片將白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光學(xué)元件，由左至右，各光學(xué)元件的排列順序應(yīng)為_(填寫元件代號)(3)已知該裝置中雙縫間距d0.50 mm，雙縫到光屏的距離L0.50 m，在光屏上得到的干涉圖樣如圖丁所示，分劃板在圖中A位置時游標(biāo)卡尺示數(shù)如圖戊所示，則其讀數(shù)為_ mm；在B位置時游標(biāo)卡尺示數(shù)如圖己所示由以上所測數(shù)據(jù)可以得出形成此干涉圖樣的單色光的波長為_ m.解析：(1)干涉圖樣中條紋間距和寬度相同；衍射圖樣中條紋度不等，中央最寬(2)光源發(fā)出的白光，各種頻率的光都有，加E后通過的就只有紅光了，變成單色光，加上D和B，就得到兩頻率相同、步調(diào)一致的相干光，最后放置光屏，干涉條紋呈現(xiàn)在屏上，所以順序為CEDBA.(3)A位置的示數(shù)為111.10 mm，B位置的示數(shù)為115.65 mm，圖丁中A、B之間的距離為(115.65111.10)mm4.55 mm，則相鄰條紋的間距為x mm，根據(jù)公式x，代入數(shù)據(jù)得波長為6.5×107m.答案：(1)甲(2)EDBA(3)111.106.5×1071如圖所示的雙縫干涉實驗，用綠光照射單縫S時，在光屏P上觀察到干涉條紋要得到相鄰條紋間距更大的干涉圖樣，可以()A增大S1與S2的間距B減小雙縫到光屏的距離C將綠光換為紅光D將綠光換為紫光解析：選C.由x知，增大S1與S2的間距d或減小雙縫到光屏的距離l時，條紋間距變小，選項A、B錯誤；將綠光換為紅光，波長變大，條紋間距變大，選項C正確；將綠光換為紫光，波長變小，條紋間距變小，選項D錯誤2如圖所示，在楊氏雙縫干涉實驗中，激光的波長為5.30×107 m，屏上P點距雙縫S1和S2的路程差為7.95×107 m，則在這里出現(xiàn)的應(yīng)是_(選填“亮條紋”或“暗條紋”)現(xiàn)改用波長為6.30×107 m的激光進行上述實驗，保持其他條件不變，則屏上的條紋間距將_(選填“變寬”“變窄”或“不變”)解析：，即半波長的奇數(shù)倍，所以出現(xiàn)暗條紋根據(jù)條紋間距x，當(dāng)單色光的波長變長時，條紋間距變寬答案：暗條紋變寬3在“用雙縫干涉測量光的波長”實驗中，實驗裝置如圖(1)下列說法不正確的是_(填選項前的字母)A調(diào)節(jié)光源高度使光束沿遮光筒軸線照在屏中心時，應(yīng)放上單縫和雙縫B測量某條干涉亮紋位置時，應(yīng)使測微目鏡分劃板中心刻線與該亮紋的中心對齊C為了減少測量誤差，可用測微目鏡測出n條亮紋間的距離a，求出相鄰兩條亮紋間距x(2)測量某亮紋位置時，游標(biāo)卡尺的示數(shù)如圖，其示數(shù)為_ mm.解析：(1)調(diào)節(jié)光源高度使光束沿遮光筒軸線照在屏中心時，無須放上單縫和雙縫，選項A錯誤(2)由題圖知，示數(shù)為1 mm0.05×5 mm1.25 mm.答案：(1)A(2)1.254(2020·嘉興檢測)現(xiàn)有毛玻璃屏A、雙縫B、白光光源C、單縫D和透紅光的濾光片E等光學(xué)元件，要把它們放在如圖所示的光具座上組裝成雙縫干涉裝置，用以測量紅光的波長(1)本實驗的實驗步驟有：取下遮光筒左側(cè)的元件，調(diào)節(jié)光源高度，使光束能直接沿遮光筒軸線把屏照亮；按合理順序在光具座上放置各光學(xué)元件，并使各元件的中心位于遮光筒的軸線上；用米尺測量雙縫到屏的距離；用測量頭(其讀數(shù)方法同螺旋測微器)測量數(shù)條亮紋間的距離在操作步驟時還應(yīng)注意_和_(2)如圖所示，需要從標(biāo)尺上讀出某條亮紋的位置。圖中所示的讀數(shù)是_ mm.若縫與縫間相距d，雙縫到屏間的距離為L，相鄰兩個亮條紋中心的距離為x，則光的波長表示為_(字母表達式)，某同學(xué)在兩個亮條紋之間測量，測出以下結(jié)果，其他數(shù)據(jù)為：d0.20 mm，L700 mm，測量x的情況如圖所示，由此可計算出該光的波長_m.解析：(1)單縫與雙縫的間距為510 cm，使單縫與雙縫相互平行(2)圖中主尺讀數(shù)為5 mm，游標(biāo)尺上第12條線與主尺對齊，故讀數(shù)為5 mm12×0.02 mm5.24 mm，光的波長x，代入題中數(shù)據(jù)得5.6×107 m.答案：(1)單縫與雙縫的間距為510 cm使單縫與雙縫相互平行(2)5.24x5.6×1078