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    高中物理高考 实验二十 用双缝干涉实验测量光的波长

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    高中物理高考 实验二十 用双缝干涉实验测量光的波长

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    这是一份高中物理高考 实验二十 用双缝干涉实验测量光的波长,共8页。
    实验二十 用双缝干涉实验测量光的波长1.实验原理1如图1所示,光源发出的光,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S1S2之后,S1S2双缝相当于两个步调完全一致的单色相干光源,相邻两条亮()条纹间的距离Δx与入射光波长λ,双缝S1S2间距离d及双缝与屏的距离l有关,其关系式为Δxλ,因此,只要测出Δxdl即可测出波长λ两条相邻亮()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,如图2所示。22.实验步骤(1)观察双缝干涉图样将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上,如图3所示。3接好光源,打开开关,使灯丝正常发光。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。安装单缝和双缝,尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上,使单缝与双缝平行,二者间距约为510 cm在单缝和光源间放上滤光片,观察单色光的干涉条纹。(2)测定单色光的波长安装测量头,调节至可清晰观察到干涉条纹。4使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央,如图4所示,记下此时手轮上的读数,将该条纹记为第1条亮条纹;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条亮条纹,测出n条亮条纹间的距离a,则相邻两亮条纹间距Δx用刻度尺测量双缝到光屏间距离l(d是已知的)重复测量、计算,求出波长的平均值。3.数据处理(1)条纹间距的计算:转动测量头的手轮,分划板中心刻线在第1条亮条纹中央时读数为a1,在第n条亮条纹中央时读数为an,则Δx(2)根据条纹间距与波长的关系ΔxλλΔx,其中d为双缝间距,l为双缝到光屏的距离。(3)测量时需测量多组数据,求λ的平均值。4.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Δx,要测多条亮条纹的间距再计算得到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。【例1 [2019·全国卷·34(2)]某同学利用图5所示装置测量某种单色光的波长。实验时,接通电源使光源正常发光;调整光路,使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题:5()若想增加从目镜中观察到的条纹个数,该同学可________A.将单缝向双缝靠近B.将屏向靠近双缝的方向移动C.将屏向远离双缝的方向移动D.使用间距更小的双缝()若双缝的间距为d,屏与双缝间的距离为l,测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为Δx,则单色光的波长λ________()某次测量时,选用的双缝的间距为0.300 mm,测得屏与双缝间的距离为1.20 m,第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56 mm。则所测单色光的波长为________nm(结果保留3位有效数字)答案 ()B () ()630解析 ()相邻明()干涉条纹的宽度Δxλ,要增加观察到的条纹个数,即减小Δx,需增大d或减小l,因此应将屏向靠近双缝的方向移动,选项B正确。()1条到第n条暗条纹间的距离为Δx,则相邻暗条纹间的距离Δx,又Δxλ,解得λ()λ,代入数据解得λ630 nm【变式1 (2020·北京市昌平区二模练习)用双缝干涉测量光的波长实验中,将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上,如图6所示。已知双缝间的距离为d在离双缝l远的屏上,用测量头测量条纹间宽度。6(1)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7甲所示;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,记下此时如图乙所示的手轮上的示数为__________ mm,求得相邻亮纹的间距Δx__________ mm7(2)波长的表达式λ__________(Δxld表示)(3)若改用频率较高的单色光照射,得到的干涉条纹间距将__________(变大”“不变变小)(4)8为上述实验装置示意图。S为单缝,S1S2为双缝,屏上O点处为一条亮条纹。若实验时单缝偏离光轴,向下微微移动,则可以观察到O点处的干涉条纹__________8A.向上移动   B.向下移动C.间距变大   D.间距变小答案 (1)13.870 2.310 (2) (3)变小 (4)A解析 (1)图甲读数2 mm0.01 mm×32.02.320 mm图乙读数13.5 mm0.01 mm×37.013.870 mm则条纹间距Δx mm2.310 mm(2)根据Δxλ 可得波长的表达式λ(3)若改用频率较高的单色光照射,则波长减小,由Δxλ可知,得到的干涉条纹间距将变小。(4)若实验时单缝偏离光轴向下微微移动,则主光轴变的倾斜,则可以观察到O点处的干涉条纹向上移动,由Δxλ可知,条纹间距不变,选项A正确,BCD错误。【变式2 (2020·北京市海淀区一模)用双缝干涉测光的波长实验中,将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上(如图9所示),单缝保持竖直方向,并选用缝间距为d的双缝屏。从仪器注明的规格可知,毛玻璃屏与双缝屏间的距离为l。接通电源使光源正常工作。(1)组装仪器时,单缝和双缝的空间关系应该为______9A.a代表单缝,b代表双缝B.a代表双缝,b代表单缝C.二者相互垂直放置D.二者相互平行放置(2)将红色滤光片改为绿色滤光片,其他实验条件不变,在目镜中仍可看见清晰的条纹,则__________A.条纹为竖条纹B.条纹为横条纹C.与红光相比条纹间距变窄D.与红光相比条纹间距变宽(3)经计算可得两个相邻明纹(或暗纹)间的距离为Δx,则这种色光的波长表达式为λ__________(用题中所给字母表示)答案 (1)AD (2)AC (3)Δx解析 (1)双缝的光来自于同一个单缝,因此单缝a距离光源更近,A正确,B错误;双缝与单缝应该平行放置,才能观察到双缝干涉实验,C错误,D正确。(2)由于单缝保持竖直,条纹的方向与单缝平行,因此条纹竖直,A正确,B错误;由于绿光的波长比红光的短,因此干涉条纹间距比红光的窄,C正确,D错误。(3)根据两个相邻的明纹间(或暗纹)间距为Δxλ,可得波长表达式λΔx【例2 (2020·山东临沂市下学期一模)某同学在用如图10所示实验装置测量光的波长的实验中,已知两缝间的间距为0.3 mm,以某种单色光照射双缝时,在离双缝1.2 m远的屏上,用测量头测量条纹间的宽度:先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11甲所示;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,此时手轮上的示数如图乙所示。图甲读数为__________ mm,图乙读数为__________ mm1011根据以上实验,测得光的波长是__________ m(结果保留2位有效数字)答案 2.335(2.3322.337) 15.375(15.37215.377) 6.5×107解析 图甲螺旋测微器固定刻度的读数是2.0 mm可动刻度的读数是33.5×0.01 mm 0.335 mm则螺旋测微器的读数等于2.0 mm0.335 mm2.335 mm(2.3322.337都正确)图乙螺旋测微器固定刻度的读数15.0 mm可动刻度的读数是37.5×0.01 mm 0.375 mm则螺旋测微器的读数等于15.0 mm0.375 mm15.375 mm(15.37215.377都正确)相邻条纹间距为Δx根据双缝干涉的条纹宽度的公式Δxλ则这种单色光的波长λ代入数据解得λ6.5×107 m【变式3 (2020·山东青岛市一模)某实验小组在用双缝干涉测光的波长的实验中,将双缝干涉实验仪器按要求安装在光具座上,如图12甲所示。双缝间距d0.20 mm,测得屏与双缝间的距离l500 mm。然后,接通电源使光源正常工作。12(1)某同学在测量时,转动手轮,在测量头目镜中先看到分划板中心刻线对准亮条纹A的中心,如图乙所示,则游标卡尺的读数为__________ cm;然后他继续转动手轮,使分划板中心刻线对准亮条纹B的中心,若游标卡尺的读数为1.67 cm,此时主尺上的__________ cm刻度与游标尺上某条刻度线对齐;入射光的波长λ__________ m(2)若实验中发现条纹太密,可采取的改善办法有_____________________________________________________________________________________________________________________(至少写一条)答案 (1)1.11 2.3 3.2×107 (2)减小双缝间距d或者增大双缝到干涉屏的距离l解析 (1)游标卡尺的读数为1.1 cm0.1 mm×11.11 cm;若游标卡尺的读数为1.67 cm,此时主尺上的2.3 cm 刻度与游标尺上某条刻度线对齐。条纹间距Δx cm0.08 cm则根据Δxλ可得λ m3.2×107 m(2)若实验中发现条纹太密,即条纹间距太小,根据Δxλ可采取的改善办法有:减小双缝间距d或者增大双缝到干涉屏的距离l【变式4 (2020·浙江温州市4月适应性测试)用双缝干涉测量光的波长的实验中,实验装置如图13所示。某同学经过粗略的调试后,出现了干涉图样,但不够清晰明亮,则他需要调节装置中的一个部件是__________(选填C”“D”“E”“F”)。得到清晰明亮的图样后进行测量,测量头的游标位置如图14所示,则其读数为__________ mm1314答案 E 12. 6解析 要使干涉条纹更加清晰明亮,则要增大条纹的宽度,根据公式Δxλ可知,增大双缝到屏的距离l或减小双缝之间的距离d都可以增大条纹的间距,所以需要调节E游标卡尺读数=固定刻度读数+游标尺读数,故读数为12 mm0.1×6 mm12.6 mm

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