14.4实验：用双缝干涉实验测量光的波长（解析版）-2023年高考物理一轮复习提升核心素养

这是一份14.4实验：用双缝干涉实验测量光的波长（解析版）-2023年高考物理一轮复习提升核心素养，共23页。试卷主要包含了实验目的，实验原理，实验步骤，数据处理，注意事项，误差分析等内容，欢迎下载使用。
1．实验目的
（1）了解光波产生稳定的干涉现象的条件。
（2）观察白光和单色光的双缝干涉图样。
（3）测定单色光的波长。
2．实验原理
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，相邻两条亮(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：Δx＝eq \f(l,d)λ，因此，只要测出Δx、d、l即可测出波长λ.
图1
两条相邻亮(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，如图2所示．
图2
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，如图3所示．
图3
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5～10 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，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＝eq \f(a,n－1).
图4
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．
4．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＝eq \f(an－a1,n－1).
(2)根据条纹间距与波长的关系Δx＝eq \f(l,d)λ得λ＝eq \f(d,l)Δx，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．
5．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．
6．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。
实验操作与误差分析
例题1.我们用以下装置来做“用双缝干涉测量光的波长”的实验：
(1)在本实验中，需要利用关系式Δx＝eq \f(L,d)λ来求解某色光的波长，其中L和d一般为已知量，所以测量Δx是本实验的关键，观察下面的图像，你认为在实际操作中Δx应选下列图中的________图(填写“甲”或“乙”)更为合适？
(2)在实际操作中，我们通常会通过测n条亮纹间的距离取平均值的方法来减小测量误差．已知实验所用的测量头由分划板、滑块、目镜、手轮等构成，使用50分度的游标卡尺．某同学在成功观察到干涉图像后，开始进行数据记录，具体操作如下：从目镜中观察干涉图像同时调节手轮，测量了第1条亮条纹与第6条亮条纹之间的距离，初末位置游标卡尺的示数如图所示，则相邻两条亮条纹的间距Δx＝________ mm.
(3)若在实验当中，某同学观察到以下图像，即测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上．若继续移动目镜观察，将会使测量结果出现偏差，所以需要对仪器进行调整，使干涉条纹与分划板中心刻线在同一方向上．下面操作中可行的有________．
A．调节拨杆方向
B．其他不动，测量头旋转一个较小角度
C．其他不动，遮光筒旋转一个较小角度
D．将遮光筒与测量头整体旋转一个较小角度
(4)在写实验报告时，实验要求学生将目镜中所观察到的现象描绘出来，甲同学和乙同学分别画了移动目镜时所观察到的初末两个视场区，你觉得________的图像存在造假现象．

【答案】(1)甲 (2)1.62 (3)BC (4)甲同学
【解析】
(1)在实际操作中标度线在明条纹中容易观察，则Δx应选甲图更为合适；
(2)由题图可知，初末位置游标卡尺的示数分别为0.570 cm和1.380 cm，则相邻两条亮纹的间距
Δx＝eq \f(1.380－0.570,5) cm＝0.162 cm＝1.62 mm.
(3)首先要明确各器件的作用，拨动拨杆的作用是为了使单缝和双缝平行，获得清晰的干涉图样，因为已有清晰的干涉图样，所以不用调节；题中出现的问题是分划板中心刻度线与干涉条纹不平行，应调节测量头使干涉条纹与分划板中心刻线同一方向上，故应其他不动，测量头旋转一个较小角度；或者其他不动，遮光筒旋转一个较小角度．故选B、C.
(4)实验中移动目镜时，分划板中心刻度线不应该移动，则甲同学的图像存在造假现象．
在“用双缝干涉实验测量光的波长”的实验中，实验装置如图所示。
(1)某同学以线状白炽灯为光源，对实验装置进行调节并观察了实验现象后，总结出以下几点，正确的是________。
A．灯丝与单缝和双缝必须平行放置
B．干涉条纹与双缝垂直
C．干涉条纹的疏密程度与单缝宽度有关
D．干涉条纹的间距与光的波长有关
(2)当测量头中的分划板中心刻线对齐某条纹的中心时，手轮上的示数如图甲所示，该读数为________mm。
(3)如果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。则在这种情况下来测量干涉条纹的间距Δx时，测量值________实际值。(选填“大于”“小于”或“等于”)
【答案】(1)AD (2)0.700 (3)大于
【解析】(1)为了获得清晰的干涉的亮条纹，A正确；干涉条纹与双缝平行，B错误；干涉条纹的间距Δx＝eq \f(l,d)λ与单缝宽度无关，C错误，D正确。
(2)手轮的读数为0.5 mm＋20.0×0.01 mm＝0.700 mm。
(3)条纹与分划板不平行时，实际值Δx实＝Δx测cs θ，θ为条纹与分划板间的夹角，故Δx实