高考物理一輪復習 專題57 雙縫干涉測光的波長（講）（含解析）1

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專題57 雙縫干涉測光的波長（講）本章考查的熱點有簡諧運動的特點及圖象、波的圖象以及波長、波速、頻率的關系，光的折射和全反射，題型以選擇題和填空題為主，難度中等偏下，波動與振動的綜合及光的折射與全反射的綜合，有的考區(qū)也以計算題的形式考查復習時應注意理解振動過程中回復力、位移、速度、加速度等各物理量的變化規(guī)律、振動與波動的關系及兩個圖象的物理意義，注意圖象在空間和時間上的周期性，分析幾何光學中的折射、全反射和臨界角問題時，應注意與實際應用的聯(lián)系，作出正確的光路圖；光和相對論部分，以考查基本概念及對規(guī)律的簡單理解為主，不可忽視任何一個知識點1理解雙縫干涉的原理，能安裝和調試儀器2觀察入射光分別為白光和單色光時雙縫干涉的圖樣3掌握利用公式測波長的方法1實驗原理如實驗原理圖甲所示，電燈發(fā)出的光，經過濾光片后變成單色光，再經過單縫S時發(fā)生衍射，這時單縫S相當于一個單色光源，衍射光波同時到達雙縫S1和S2之后，S1、S2雙縫相當于兩個步調完全一致的單色相干光源，相鄰兩條明（暗）條紋間的距離x與入射光波長，雙縫S1、S2間距離d及雙縫與屏的距離l有關，其關系式為：，因此，只要測出x、d、l即可測出波長兩條相鄰明（暗）條紋間的距離x用測量頭測出測量頭由分劃板、目鏡、手輪等構成如實驗原理圖乙所示2實驗器材雙縫干涉儀，即：光具座、光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測量頭，另外還有學生電源、導線、刻度尺3實驗步驟（1）觀察雙縫干涉圖樣將光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如實驗原理圖丁所示接好光源，打開開關，使燈絲正常發(fā)光調節(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安裝雙縫和單縫，盡量使縫的中點位于遮光筒的軸線上，使雙縫與單縫平行，二者間距約5 cm10 cm在單縫和光源間放上濾光片，觀察單色光的干涉條紋（2）測定單色光的波長安裝測量頭，調節(jié)至可清晰觀察到干涉條紋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，將該條紋記為第1條亮紋；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；將該條紋記為第n條亮紋，測出n個亮條紋間的距離a，則相鄰兩亮條紋間距用刻度尺測量雙縫到光屏間距離l（d是已知的）重復測量、計算，求出波長的平均值重點歸納1數據處理（1）條紋間距的計算：移動測量頭的手輪，分劃板中央刻線在第1條亮紋中央時讀數為a1，在第n條亮紋中央時讀數為an，則（2）根據條紋間距與波長的關系得，其中d為雙縫間距，l為雙縫到屏的距離（3）測量時需測量多組數據，求的平均值2注意事項（1）調節(jié)雙縫干涉儀時，要注意調整光源的高度，使它發(fā)出的光束能夠沿著遮光筒的軸線把屏照亮（2）放置單縫和雙縫時，縫要相互平行，中心大致位于遮光筒的軸線上（3）調節(jié)測量頭時，應使分劃板中心刻線和條紋的中心對齊，記清此時手輪上的讀數，轉動手輪，使分劃板中心刻線和另一條紋的中心對齊，記下此時手輪上的讀數，兩次讀數之差就表示這兩條紋間的距離（4）不要直接測x，要測多個亮條紋的間距再計算得x，這樣可以減小誤差（5）白光的干涉觀察到的是彩色條紋，其中白色在中央，紅色在最外層3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：干涉條紋沒有調整到最清晰的程度誤認為x為亮（暗）條紋的寬度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測量多條亮條紋間的距離時讀數不準確，此間距中的條紋數未數清典型案例在“用雙縫干涉測量光的波長”實驗中，實驗裝置如圖所示。（1）以白熾燈為光源，對實驗裝置進行了調節(jié)并觀察實驗現象后，總結出以下幾點，你認為正確的是。A狹縫和光源必須平行放置B各元件的中心可以不在遮光筒的軸線上C雙縫間距離越大呈現的干涉條紋越密D若將濾光片移走則無干涉現象產生（2）當測量頭中的分劃板中心刻度對齊A條紋中心時，游標卡尺的示數如圖（3）所示，第二次分劃板中心刻度對齊B條紋中心時，游標卡尺的示數如圖（4）所示。已知雙縫間距為05mm，從雙縫到屏的距離為1m，則圖（4）中游標卡尺示數為mm。所測光波的波長為_m（保留兩位有效數字）（3）如果測量頭中的分劃板中心刻度線與干涉條紋不在同一方向上，如圖丙所示則在這種情況下來測量干涉條紋的間距x時，測量值_實際值（填“大于”、“小于”或“等于”）【答案】（1）AC（2）167mm；（3）大于（3）如果測量頭中的分劃板中心刻度線與干涉條紋不在同一方向上，條紋間距測量值x偏大；根據干涉條紋的間距公式為，波長測量值也是偏大；【名師點睛】本題是對雙縫干涉測量光的波長問題的考查；解題的關鍵是明確實驗原理，然后根據雙縫干涉條紋的間距公式：列式分析，基礎題。針對練習1在利用雙縫干涉測定光波波長的實驗時，將測量頭的分劃板中心刻度線與某亮紋中心對齊，將該亮紋定為第1條亮紋，此時手輪上的示數如圖甲所示，然后同方向轉動測量頭，使分劃板中心刻度線與第6 條亮紋中心對齊，記下此時手輪上的示數如圖乙所示，已知雙縫間距20010-4m，雙縫到屏的距離為0700 m。（1）甲所示 mm，圖乙所示 mm；（2）相鄰亮紋的間距x為 mm；（3） 計算波長的公式、=，求得的波長值是 m?！敬鸢浮浚?）3320、13870（2）2310 mm （3）、6610-7m【名師點睛】解決本題的關鍵掌握螺旋測微器的讀數方法，固定刻度讀數加上可動刻度讀數，不需估讀以及掌握條紋間距公式針對練習2某同學設計了一個測定激光波長的實驗裝置，如圖甲所示，激光器發(fā)出的一束直徑很小的紅色激光進入一個一端裝雙縫、另一端裝有感光片的遮光筒，感光片的位置上出現一排等距的亮點，圖乙中的黑點代表亮點的中心位置（1）通過量出相鄰光點的距離可算出激光的波長，若雙縫的縫間距離為a，則雙縫到感光片的距離為L，感光片上相鄰兩光點間的距離為b，則光的波長=該同學查資料知道L=10000m，a=0220mm，他用帶十分度游標的卡尺測感光片上的點間距時，尺與點的中心位置如圖乙所示圖乙中第1個光點到第4個光點的距離是mm（2）如果實驗時將紅激光換成藍激光，屏上相鄰兩光點間的距離將【答案】（1） 85 （2）變小【解析】 （1）根據可知，；（2）主尺讀數為8mm，游標讀數為015=05mm，所以第一個光點到第四個光點的距離是85mm（3）根據，如果實驗時將紅激光換成藍激光，知波長變短，屏上相鄰兩光點間的距離將變小【名師點睛】此題考查了雙縫干涉的實驗；解決本題的關鍵掌握游標卡尺的讀數方法，游標卡尺的讀數等于主尺讀數加上游標讀數，不需要估讀；掌握條紋間距。