专题70 实验:用双缝干涉测光的波长-高考全攻略之备战2018年高考物理考点一遍过

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文档介绍

专题70 实验:用双缝干涉测光的波长-高考全攻略之备战2018年高考物理考点一遍过

‎ ‎ 一、实验:用双缝干涉测光的波长 ‎1.实验原理 如实验原理图甲所示,电灯发出的光,经过滤光片后变成单色光,再经过单缝S时发生衍射,这时单缝S相当于一个单色光源,衍射光波同时到达双缝S1和S2之后,S1、S2双缝相当于两个步调完全一致的单色相干光源,相邻两条明(暗)条纹间的距离Δx与入射光波长λ,双缝S1、S2间距离d及双缝与屏的距离l有关,其关系式为:,因此,只要测出Δx、d、l即可测出波长λ。‎ 两条相邻明(暗)条纹间的距离Δx用测量头测出。测量头由分划板、目镜、手轮等构成。如实验原理图乙所示。‎ ‎2.实验器材 双缝干涉仪,即:光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头,另外还有学生电源、导线、刻度尺。‎ ‎3.实验步骤 ‎(1)观察双缝干涉图样 ‎①将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上,如实验原理图丁所示。‎ ‎②接好光源,打开开关,使灯丝正常发光。‎ ‎③调节各器件的高度,使光源灯丝发出的光能沿遮光筒轴线到达光屏。‎ ‎④安装双缝和单缝,尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上,使双缝与单缝平行,二者间距约5 cm~10 cm。‎ ‎⑤在单缝和光源间放上滤光片,观察单色光的干涉条纹。‎ ‎(2)测定单色光的波长 ‎①安装测量头,调节至可清晰观察到干涉条纹。‎ ‎②使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央,记下手轮上的读数,将该条纹记为第1条亮纹;转动手轮,使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中央,记下此时手轮上的读数;将该条纹记为第n条亮纹,测出n个亮条纹间的距离a,则相邻两亮条纹间距。‎ ‎③用刻度尺测量双缝到光屏间距离l(d是已知的)。‎ ‎④重复测量、计算,求出波长的平均值。‎ 二、实验中的注意事项 ‎1.数据处理 ‎(1)条纹间距的计算:移动测量头的手轮,分划板中央刻线在第1条亮纹中央时读数为a1,在第n条亮纹中央时读数为an,则。‎ ‎(2)根据条纹间距与波长的关系得,其中d为双缝间距,l为双缝到屏的距离。‎ ‎(3)测量时需测量多组数据,求λ的平均值。‎ ‎2.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条纹的中心对齐,记清此时手轮上的读数,转动手轮,使分划板中心刻线和另一条纹的中心对齐,记下此时手轮上的读数,两次读数之差就表示这两条纹间的距离。‎ ‎(4)不要直接测Δx,要测多个亮条纹的间距再计算得Δx,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。‎ ‎3.误差分析 ‎(1)双缝到屏的距离l的测量存在误差。‎ ‎(2)测条纹间距Δx带来的误差:‎ ‎①干涉条纹没有调整到最清晰的程度。‎ ‎②误认为Δx为亮(暗)条纹的宽度。‎ ‎③分划板刻线与干涉条纹不平行,中心刻线没有恰好位于条纹中心。‎ ‎④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。‎ 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,要把它们放在如图所示的光具座上组成双缝干涉装置,用以测量红光的波长。‎ ‎(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为C、 、A。‎ ‎(2)将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐,将该亮纹定为第1条亮纹,此时手轮上的示数如图2所示。然后同方向转动测量头,使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐,记下此时图3中手轮上的示数 mm。‎ ‎(3)已知双缝间距d为2.0×10﹣4 m,测得双缝到屏的距离L为0.700 m,由计算式λ= ,求得所测红光波长为 nm。‎ ‎【参考答案】(1)E D B (2)13.870 (3) 660‎ ‎【详细解析】(1)为获取单色线光源,白色光源后面要有滤光片、单缝、双缝,即E、D、B。‎ ‎(2)螺旋测微器固定刻度读数为13.5 mm,可动刻度读数为37.0×0.01 mm,两者相加为13.870 mm。‎ 图2的读数为:2.320 mm,所以。‎ ‎(3)根据知,,代入数据得。‎ ‎【名师点睛】此题是对双缝干涉试验的考查;解决本题的关键是知道实验的原理及实验的装置图,掌握条纹的间距公式,,以及会对螺旋测微器的正确读数。‎ ‎1.如图所示,在“用双缝干涉测光的波长”实验中,光具座上放置的光学元件依次为光源、滤光片、________(填写相应的器材)、双缝、遮光筒、光屏。某同学用黄色滤光片时得到一个干涉图样,为了使干涉条纹的间距变宽,可以采取的方法是 A.换用紫色的滤光片 B.换用红色的滤光片 C.使光源离双缝距离近一些 D.使光屏离双缝距离远一些 ‎【答案】单缝 BD ‎2.现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D、透红光的滤光片E等光学元件,要把它们放在图甲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。‎ ‎(1)本实验的步骤有:‎ ‎①调节单缝与双缝的间距为5~10 cm,并使单缝与双缝相互平行;‎ ‎②按合理顺序在光具座上放置各光学元件,并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上;‎ ‎③取下遮光筒右侧的元件,打开光源,调节光源高度,使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮;‎ ‎④用米尺测出双缝到屏的距离;用测量头(读数方法同螺旋测微器)测量数条亮纹间的距离;‎ ‎⑤将测得的数据代入公式求出红光的波长。‎ 以上步骤合理的顺序是________。(只填步骤代号)‎ ‎(2)将测量头的分划板中心刻线与某条亮纹中心对齐,将该亮纹定为第1条亮纹,此时手轮上的示数如图乙所示;然后同方向转动测量头,使分划板的中心刻线与第5条亮纹中心对齐,此时手轮上的示数如图丙所示。则图乙中手轮上的示数是________mm;图丙中手轮上的示数是________mm。‎ ‎(3)已知双缝到屏的距离为0.500 m,使用的双缝间距为2.8×10-4 m,由此可求得所测红光波长为λ=________m(结果保留三位有效数字)。‎ ‎【答案】(1)③②①④⑤ (2)1.130 5.580 (3)6.23×10-7‎ ‎(3)相邻条纹的间距。根据得,。‎ ‎【名师点睛】此题考查了用双缝干涉测定光的波长实验;解题的关键是搞清实验的原理及实验步骤等;关键掌握条纹的间距公式,会对螺旋测微器正确读数。‎ ‎1.在双缝干涉实验中,一钠灯发出的波长为589 nm的光,在距双缝1.00 m的屏上形成干涉图样。图样上相邻两明纹中心间距为0.350 cm,则双缝的间距为 A.2.06×10-7 m B.2.06×10-4 m C.1.68×10-4 m D.1.68×10-3 m ‎2.如图所示是双缝干涉实验,使用波长为600 nm的橙色光照射时,在光屏上的P0点和P0点上方的P1点恰好形成两列相邻的亮条纹;若用波长为400 nm的紫光重复上述实验,则P0点和P1点形成的明暗条纹情况是 A.P0点和P1点都是亮条纹 B.P0点是亮条纹,P1点是暗条纹 C.P0点是暗条纹,P1点是亮条纹 D.P0点和P1点都是暗条纹 ‎3.在双缝干涉实验中,某同学用黄光作为入射光,为了增大干涉条纹的间距,该同学可以采用的方法有 A.改用红光作为入射光 B.改用蓝光作为入射光 C.增大双缝到屏的距离 D.增大双缝之间的距离 ‎4.如图所示的双缝干涉实验,用绿光照射单缝S时,在光屏P上观察到干涉条纹。要得到相邻条纹间距更大的干涉图样,可以 A.减小S1与S2的间距 B.减小双缝屏到光屏的距离 C.将绿光换为红光 D.将绿光换为紫光 ‎5.如图所示,用单色光做双缝干涉实验,P为第二条亮条纹,改用频率较高的单色光再做实验(其他不变)时,则第二个亮条纹的位置 A.仍在P点 B.在P点上方 C.在P点下方 D.要将屏向双缝方向移近一些才能看到亮条纹 ‎6.在杨氏双缝实验中,若两缝之间的距离稍为加大,其他条件不变,则干涉条纹将 A.变密 B.变疏 C.不变 D.消失 ‎7.在双缝干涉实验中,中间零级明条纹到双缝的距离相等,那么从第四级明条纹到双缝的距离差是 A.2λ B.2.5λ C.3λ D.4λ ‎8.在双缝干涉实验中,双缝到光屏上的P点的距离之差,若分别用频率为和的单色光垂直照射双缝,则P点出现明、暗条纹的情况是 A.用频率单色光照射时,出现明条纹 B.用频率的单色光照射时,出现暗条纹 C.用频率的单色光照射时,出现明条纹 D.用频率单色光照射时,出现暗条纹 ‎9.在利用双缝干涉测定光波波长的实验时,将测量头的分划板中心刻度线与某亮纹中心对齐,将该亮纹定为第1条亮纹,此时手轮上的示数如图甲所示,然后同方向转动测量头,使分划板中心刻度线与第6条亮纹中心对齐,记下此时手轮上的示数如图乙所示,已知双缝间距为2.0×10-4 m,双缝到屏的距离为0.700 m。‎ ‎(1)甲图所示读数为 mm,乙图所示读数为 mm;‎ ‎(2)相邻亮纹的间距Δx为 mm;‎ ‎(3)计算波长的公式λ= ,求得的波长值是 m。‎ ‎10.某同学在做“用双缝干涉测光的波长”实验时,第一次分划板中心刻度线对齐A条纹中心时(如图甲所示),游标卡尺的示数如图丙所示,第二次分划板中心刻度线对齐B条纹中心线时(如图乙),游标卡尺的示数如图丁所示,已知双缝间距为0.5 mm,从双缝到屏的距离为1 m,则图丙中游标卡尺的示数为____________mm。图丁中游标卡尺的示数为__________mm。实验时测量多条干涉条纹宽度的目的是________________,所测光波的波长为________m。(保留两位有效数字)‎ ‎11.在做“用双缝干涉测量光的波长”实验中。(如图所示)‎ ‎(1)小勇同学应该在A物体右侧首先放______(选填“单缝”或“双缝”)。‎ ‎(2)经过一系列的调试,得到了亮度较好,但不够清晰的干涉图样,为了得到更加清晰的干涉图 样,应该如何调整?______(选填“左右”或“上下”)拨动拨杆。‎ ‎(3)他看到的干涉图样如图甲,他想把干涉图样及分划板调为竖直方向,你认为应该如何调整?答:________________。若他看到的干涉图样如图乙,你认为又应该如何调整?答:______________。‎ ‎12.在“用双缝干涉测光的波长”实验中:‎ ‎(1)如图所示光具座上放置的光学元件依次为:①光源、 ⑤遮光筒、⑥光屏(选填选项前字母符号)‎ A.②单缝、③双缝、④滤光片 B.②滤光片、③双缝、④单缝 C.②双缝、③单缝、④滤光片 D.②滤光片、③单缝、④双缝 ‎(2)如果把光屏向远离双缝的方向移动,相邻两亮条纹中心的距离 (选填“增大”或“减小”),如果把红色滤光片换成绿色滤光片,相邻两亮条纹中心的距离 (选填“增大”或“减小”)‎ ‎(3)调节分划板的位置,使分划板中心刻度线对齐其中某条亮条纹(并将其记为第一条)的中心,如图所示,此时螺旋测微器的读数为 mm。‎ ‎13.在“用双缝干涉测光的波长”的实验中,某同学安装实验装置如图甲所示,调试好后能观察到清晰的干涉条纹。‎ ‎(1)根据实验装置知,②、③、④依次是 、 、 。‎ ‎(2)某次实验时,该同学调节分划板的位置,使分划板中心刻线对齐某亮纹的中心,如图乙所示,此时螺旋测微器的读数为 mm。‎ ‎(3)转动手轮,使分划线向一侧移动到另一条亮纹的中心位置,再次从螺旋测微器上读数。若实验测得4条亮纹中心间的距离为∆x1=0.960 mm,已知双缝间距为d=1.5 mm,双缝到屏的距离为L=1.00 m,则对应的光波波长λ= mm。‎ ‎14.利用双缝干涉测光的波长实验中,双缝间距d=0.4 mm,双缝到光屏的距离L=0.5 m,用某种单色光照射双缝得到干涉条纹如图所示,分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数也如图中所示,则:‎ ‎(1)分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数分别为xA=11.1 mm,xB=_______mm;相邻两条纹间距Δx=_________mm;‎ ‎(2)波长的表达式λ=_________(用Δx、L、d表示),该单色光的波长λ=_________m;‎ ‎(3)若改用频率较高的单色光照射,得到的干涉条纹间距将____(填“变大”、“不变”或“变小”)。‎ ‎15.“用双缝干涉测量光的波长”的实验装置如图甲所示。测量头由分划板、目镜、手轮等构成,已知双缝与屏的距离为L,双缝间距为d。‎ ‎ ‎ ‎(1)如图乙所示,移动测量头上的手轮,使分划板的中心刻线对准第1条亮纹的中心,记下此时手轮上螺旋测微器的读数x1。转动测量头,使分划板的中心刻线向右移动对准第4条亮纹的中心,此时手轮上螺旋测微器的读数为x2,如图丙所示,则读数x2=_______mm;‎ ‎(2)已知双缝与屏的距离为L,双缝间距为d。计算波长的公式λ=_________;(用题目中给出的字母表示)‎ ‎(3)对于某种单色光,为增加相邻亮纹间的距离,可采取___________或_________的方法。‎ ‎16.用双缝干涉测光的波长。实验装置如图1所示,已知单缝与双缝的距离L1=60 mm,双缝与屏的距离L2=700 mm,单缝宽d1=0.10 mm,双缝间距d2=0.25 mm。用测量头来测量光屏上干涉亮条纹中心的距离。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,让分划板的中心刻度对准屏上亮纹的中心(如图2所示),记下此时手轮的读数,转动测量头,使分划板中心刻线对准另一条亮纹的中心,记下此时手轮上的刻度。‎ ‎(1)分划板的中心刻线分别对准第1条和第4条亮纹的中心时,手轮上的读数如图3所示,则对准第1条时读数x1=________mm,对准第4条时读数x2=________mm,相邻两条亮纹间的距离Δx=________mm。‎ ‎(2)计算波长的公式λ=_________;求得的波长值是________nm。‎ ‎17.(2017新课标全国Ⅱ卷)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 E.将光源向远离双缝的位置移动 ‎18.(2016上海卷)在双缝干涉实验中,屏上出现了明暗相间的条纹,则 A.中间条纹间距较两侧更宽 B.不同色光形成的条纹完全重合 C.双缝间距离越大条纹间距离也越大 D.遮住一条缝后屏上仍有明暗相间的条纹 ‎19.(2016江苏卷)在上述杨氏干涉实验中,若单色光的波长λ=5.89×10-7 m,双缝间的距离d=1 mm,双缝到屏的距离=2 m。求第1个亮条纹到第11个亮条纹的中心间距。‎ ‎1.C【解析】根据双缝干涉实验中相邻两明纹中心间距公式有:Δx=,解得:d==×589×10-9 m=1.68×10-4 m,故选项C正确。‎ ‎2.B【解析】无论光的波长多大,P0点总是亮条纹,对600 nm的橙光,P1点与P0点为相邻的亮条纹,则S2P1-S1P1=λ1=600 nm,该距离之差是400 nm紫光半波长的奇数倍,因此用λ2=400 nm的紫光做实验,P1处出现暗条纹,选项B正确。‎ ‎3.AC【解析】根据公式可得,增大波长,红光的波长比黄光的大,蓝光的波长小于黄光的波长,故A正确,B错误;增大双缝到屏的距离,减小双缝之间的距离,故C正确,D错误。‎ ‎4.AC【解析】在波的干涉中,干涉条纹的间距,由公式可得,条纹间距与波长、屏之间的距离成正比,与双缝间的距离d成反比,故要增大间距,应减小d,或增大双缝屏到光屏的距离,或增大光的波长,故AC正确,BD错误。‎ ‎【名师点睛】本题考查光波的干涉条纹的间距公式,应牢记条纹间距的决定因素,不要求定量计算,但要求定性分析。‎ ‎6.A【解析】根据公式,若两缝之间的距离稍为加大,即d变大,则∆x变窄,即干涉条纹变密,故A正确,BCD错误。‎ ‎7.D【解析】因为O到双缝的路程差为0,知O点出现亮条纹。根据双缝干涉的条纹原理可知,则第一级明条纹到双缝的距离差为,那么从第四级明条纹到双缝的距离差为,故D正确,ABC错误。‎ ‎【名师点睛】当光屏上的点到双缝的路程差是半波长的奇数倍时,出现暗条纹,路程差是半波长的偶数倍时,出现明条纹。根据双缝干涉条纹的间距公式判断第一条亮条纹的位置。‎ ‎8.AB【解析】频率为对应的波长为,频率为对应的波长为,,可见用频率的单色光照射时,双缝到光屏的距离之差是半波长的偶数倍,即波长的整数倍,会出现明条纹,所以A正确,D错误;,可见用频率为的单色光照射时,双缝到光屏上P点的距离之差是半波长的奇数倍,会出现暗条纹,所以B正确,C错误。‎ ‎9.(1)2.320 13.870 (2)2.310 (3) 6.6×10-7‎ ‎【解析】(1)图甲螺旋测微器的读数为2 mm+0.01×32.0 mm=2.320 mm,乙图螺旋测微器读数为13.5 mm+0.01×37.0 mm=13.870 mm;‎ ‎(2)相邻条纹的间距;‎ ‎(3)根据公式可得,代入数据可得。‎ ‎10.11.6 16.6 减小误差 6.25×10-7‎ ‎【解析】图丙读数为11 mm+6×0.1 mm=11.6 mm,图丁读数为16 mm+6×0.1 mm=16.6 mm,实验时测量多条干涉条纹宽度的目的是减小条纹宽度的误差,根据,求得。‎ ‎11.(1)单缝 (2)左右 (3)测量头与遮光筒一起逆时针转过一定角度 遮光筒逆时针转过一定角度(测量头不动)‎ ‎【解析】(1)光由透镜汇聚后先通过单缝获得线光源再通过双缝获得两相干光源,故先放单缝;‎ ‎(2)左右调节拨杆使双缝和单缝平行;‎ ‎(3)测量头与遮光筒一起逆时针转过一定角度;遮光筒逆时针转过一定角度(测量头不动)。‎ ‎12.(1)D (2)增大 减小 (3)1.182‎ ‎【解析】(1)如图所示光具座上放置的光学元件依次为:①光源、②滤光片、③单缝、④双缝 ‎ ⑤遮光筒、⑥光屏,选项D正确;(2)根据可知,如果把光屏向远离双缝的方向移动,即L变大,则相邻两亮条纹中心的距离增大;如果把红色滤光片换成绿色滤光片,则光的波长 变小,则相邻两亮条纹中心的距离减小;(3)螺旋测微器的读数为1 mm+0.01×18.2 mm=1.182 mm。‎ ‎(2)螺旋测微器的固定刻度读数为1.5 mm,可动刻度读数为0.01×18.0 mm=0.180 mm,所以最终读数为1.680 mm。‎ ‎(3)由题意可知,相邻条纹间距为∆x==0.32 mm,根据∆x=λ得,λ== mm=‎ ‎4.8×10﹣4 mm。‎ ‎【名师点睛】解决本题的关键掌握螺旋测微器的读数方法,以及掌握双缝干涉条纹的间距公式∆x=λ。‎ ‎14.(1)15.6 0.75 (2) 6×10–7 (3)变小 ‎【解析】(1)图B位 置游标卡尺的主尺读数为15 mm,游标读数为0.1×6 mm=0.6 mm,则最终读数为15.6 mm。则相邻条纹的间距为:∆x=(xB−xA)/6=(15.6−11.1)/6 mm=0.75 mm;‎ ‎(2)根据干涉条纹的宽度:得:,代入数据得:;‎ ‎(3)若改用频率较高的单色光照射,它的波长较短,根据干涉条纹的宽度:得:得到的干涉条纹间距将变小。‎ ‎15.(1)0.350 (2) (3)减小双缝间距离 增大双缝到屏的距离 ‎【解析】(1)图丙中固定刻度读数为0,可动刻度读数为0.01×35.0=0.350 mm,所以最终读数为:‎ ‎0+0.350 mm=0.350 mm。‎ ‎(2)根据得:‎ ‎(3)根据知,要增大双缝间距∆x可以采用的办法是:减小双缝间距离或增大双缝到屏的 距离。‎ ‎【名师点睛】此题是用双缝干涉测量光的波长实验,解题时要搞清实验原理,同时解决本题的关键是掌握螺旋测微器的读数方法,固定刻度读数加上可动刻度读数,不需估读。要知道条纹间距公式。‎ ‎16.(1)2.190 7.868 1.893 (2) 676‎ ‎【解析】(1)测第一条时固定刻度读数为2 mm,可动刻度读数为:x1=0.01×19.0 mm=0.190 mm,所以最终读数为2.190 mm。测第二条时固定刻度读数为7.5 mm,可动刻度读数为:x2=0.01×36.8 mm=‎ ‎0.368 mm,所以最终读数为7.868 mm。。‎ ‎(2)根据双缝干涉条纹的间距公式,得:‎ 代入数据得:。‎ ‎17.ACD【解析】根据条纹间距表达式可知:因红光的波长大于绿光的波长,则改用红色激光可增大条纹间距,选项A正确;因蓝光的波长小于绿光的波长,则改用蓝色激光可减小条纹间距,选项B错误;减小双缝间距d可增加条纹间距,选项C正确;将屏幕向远离双缝的位置移动,即增加l可使条纹间距变大,选项D正确;光源与双缝间的距离不影响条纹间距,选项E错误;故选ACD。‎ ‎【名师点睛】此题考查双缝干涉中条纹间距的影响因素;关键是理解实验原理,知道干涉条纹间距的表达式,题目较简单。‎ ‎18.D【解析】据干涉图样的特征可知,干涉条纹特征是等间距、彼此平行,故选项A错误;不同色光干涉条纹分布位置不相同,因此选项B错误;据公式可知,双缝间距d越大,干涉条纹距离越小,故选项C错误;遮住一条缝后,变成了单缝衍射,光的衍射也有衍射条纹,故选项D正确。‎ ‎19.1.178×10–2 m ‎【解析】相邻亮条纹的中心间距 由题意知,亮条纹的数目n=10‎ 解得,代入数据得L=1.178×10–2 m ‎ ‎ ‎ ‎
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