高考物理一轮复习题型解析第十四章实验十四用双缝干涉实验测光的波长

高考物理一轮复习题型解析实验十四　用双缝干涉实验测光的波长目标要求　1.掌握由Δx＝eq \f(l,d)λ测光的波长的原理，并能测单色光波长.2.观察单色光的双缝干涉图样，掌握测量头测量条纹间距的方法．实验技能储备1．实验原理单色光通过单缝后，经双缝产生稳定的干涉图样，图样中相邻两条亮(暗)条纹间距Δx与双缝间距d、双缝到屏的距离l、单色光波长λ之间满足λ＝eq \f(d,l)Δx.2．实验过程(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，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．③用刻度尺测量双缝与光屏间距离l(d是已知的)．④改变双缝间的距离d，双缝到屏的距离l，重复测量．3．数据处理(1)条纹间距Δx＝eq \f(an－a1,n－1).(2)波长λ＝eq \f(d,l)Δx.(3)计算多组数据，求λ的平均值．4．注意事项(1)安装时，注意使光源、透镜、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行且间距适当．(2)光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近．(3)调节的基本依据：照在光屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝，测量头与遮光筒不共轴；干涉条纹不清晰，一般原因是单缝与双缝不平行．考点一　教材原型实验例1　(2022·江苏扬州市高三初调)某同学用双缝干涉实验测量某单色光的波长．(1)实验装置如图所示，将光源放在光具座最左端，由左至右依次放置其他光学元件，①、②两处放置的元件分别为：________、________(选填“双缝”或“单缝”)；(2)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，若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，测得第1条亮条纹到第7条亮条纹之间的距离为Δx，则单色光的波长λ＝________.答案　(1)单缝　双缝　(2)eq \f(dΔx,6l)解析　(1)先放单缝，形成线光源．再放双缝，形成相干光．(2)根据条纹间距公式得eq \f(Δx,6)＝eq \f(l,d)λ解得λ＝eq \f(dΔx,6l).例2　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．考点二　探索创新实验例3　洛埃德在1834年提出了一种更简单的观察干涉的装置．如图所示，单色光从单缝S射出，一部分入射到平面镜后反射到屏上，另一部分直接投射到屏上，在屏上两光束交叠区域里将出现干涉条纹．单缝S通过平面镜成的像是S′.(1)通过洛埃德镜在屏上可以观察到明暗相间的干涉条纹，这和双缝干涉实验得到的干涉条纹一致．如果S被视为其中的一个缝，________相当于另一个“缝”；(2)实验中已知单缝S到平面镜的垂直距离h＝0.15 mm，单缝到光屏的距离D＝1.2 m，观测到第3个亮条纹中心到第12个亮条纹中心的间距为22.78 mm，则该单色光的波长λ＝________ m．(结果保留1位有效数字)(3)以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮条纹之间的距离________．A．将平面镜稍向上移动一些B．将平面镜稍向右移动一些C．将光屏稍向右移动一些D．将光源由红色光改为绿色光答案　(1) S′　(2)6×10－7　(3)AC解析　(1)通过洛埃德镜在屏上可以观察到明暗相间的干涉条纹，这和双缝干涉实验得到的干涉条纹一致．如果S被视为其中的一个缝，S′相当于另一个“缝”．(2)第3个亮条纹中心到第12个亮条纹中心的间距为22.78 mm，则相邻亮条纹间距为Δx＝eq \f(22.78×10－3,12－3) m≈2.53×10－3 m，等效双缝间的距离为d＝2h＝0.30 mm＝3.0×10－4 m，根据双缝干涉条纹间距Δx＝eq \f(D,d)λ，则有λ＝eq \f(dΔx,D)＝eq \f(3.0×10－4×2.53×10－3,1.2) m≈6×10－7 m.(3)根据双缝干涉条纹间距Δx＝eq \f(D,d)λ可知，仅增大D，仅减小d，仅增大波长λ，都能够增大光屏上相邻两条亮条纹之间的距离，所以A、C正确．课时精练1．在双缝干涉实验中，钠灯发出波长为589 nm的黄光，在距双缝1 m的屏上形成干涉条纹．已知双缝间距为1.68×10－4 m，则相邻两明条纹中心间距为________ m．若改用氦氖激光器作为光源，其发出的红光波长比黄光的________(选填“长”或“短”)，其他条件不变，则相邻两明条纹中心间距比黄光的________(选填“大”或“小”)．答案　3.51×10－3　长　大2．(2021·浙江6月选考·17(2))如图所示是“用双缝干涉测量光的波长”实验的装置．实验中：(1)观察到较模糊的干涉条纹，要使条纹变得清晰，值得尝试的是________．(单选)A．旋转测量头B．增大单缝与双缝间的距离C．调节拨杆使单缝与双缝平行(2)要增大观察到的条纹间距，正确的做法是________．(单选)A．减小单缝与光源间的距离B．减小单缝与双缝间的距离C．增大透镜与单缝间的距离D．增大双缝与测量头间的距离答案　(1)C　(2)D解析　(1)若粗调后看到的是模糊不清的条纹，则最可能的原因是单缝与双缝不平行；要使条纹变得清晰，值得尝试的是调节拨杆使单缝与双缝平行，故选C.(2)根据Δx＝eq \f(l,d)λ，可知要增大条纹间距，可以增大双缝到光屏的距离l或减小双缝的间距d，故选D.3．在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，实验装置如图甲所示．(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：A．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以上几点中，正确的是________．(2)当测量头中的分划板中心刻线对齐某条纹的中心时，手轮上的示数如图乙所示，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，如图丙所示．则在这种情况下来测量干涉条纹的间距Δx时，测量值_______(选填“大于”“小于”或“等于”)实际值．答案　(1)AD　(2)0.700　(3)大于解析　(1)为了获得清晰的干涉条纹，A正确；由干涉现象可知干涉条纹与双缝平行，B错误；干涉条纹的疏密程度与单缝宽度无关，干涉条纹的间距与光的波长有关，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)条纹与分划板中心刻线不平行时，实际值Δx实＝Δxcos θ，θ为条纹与分划板中心刻线间的夹角，故Δx实＜Δx.4．某同学在用双缝干涉测量光的波长的实验中，已知两缝间的间距为0.4 mm，以某种单色光照射双缝时，在离双缝0.5 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0条亮纹，此时分划板上的游标卡尺读数如图a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，此时分划板上的游标卡尺读数如图b所示．根据以上实验测得(1)分划板在图中a、b位置时游标卡尺读数分别为xa＝________ mm，xb＝________ mm；(2)该单色光的波长λ＝________ m(结果保留2位有效数字)；(3)若增大双缝的间距，其他条件保持不变，则得到的干涉条纹间距将________(填“变大”“不变”或“变小”)；(4)若改用频率较高的单色光照射，其他条件保持不变，则得到的干涉条纹间距将________(填“变大”“不变”或“变小”)．答案　(1) 11.1　15.6　(2) 6.0×10－7　(3)变小　(4)变小解析　(1)分划板在题图中a、b位置时游标卡尺读数分别为xa＝11 mm＋0.1 mm×1＝11.1 mmxb＝15 mm＋0.1 mm×6＝15.6 mm(2)条纹间距Δx＝eq \f(xb－xa,6)＝eq \f(15.6－11.1,6) mm＝0.75 mm根据Δx＝eq \f(l,d)λ，解得λ＝eq \f(Δx·d,l)＝eq \f(0.75×10－3×0.4×10－3,0.5) m＝6.0×10－7 m(3)根据Δx＝eq \f(l,d)λ，若增大双缝的间距d，其他条件保持不变，则得到的干涉条纹间距将变小；(4)根据Δx＝eq \f(l,d)λ，若改用频率较高的单色光照射，则波长变小，其他条件保持不变，则得到的干涉条纹间距将变小．目录第一章　运动的描述　匀变速直线运动第1讲　运动的描述第2讲　匀变速直线运动的规律第3讲　自由落体运动和竖直上抛运动　多过程问题专题强化一　运动图像问题题型一　x－t图像题型二　v－t图像题型三　用函数法解决非常规图像问题题型四　图像间的相互转化题型五　应用图像解决动力学问题专题强化二　追及相遇问题题型一　追及相遇问题题型二　图像法在追及相遇问题中的应用实验一　探究小车速度随时间变化的规律第二章　相互作用第1讲　重力　弹力　摩擦力第2讲　摩擦力的综合分析第3讲　力的合成与分解专题强化三　受力分析　共点力平衡题型一　受力分析题型二　共点力的平衡条件及应用专题强化四　动态平衡问题　平衡中的临界、极值问题题型一　动态平衡问题题型二　平衡中的临界、极值问题实验二　探究弹簧弹力与形变量的关系实验三　探究两个互成角度的力的合成规律第三章　牛顿运动定律第1讲　牛顿运动三定律第2讲　牛顿第二定律的基本应用专题强化五　牛顿第二定律的综合应用题型一　动力学中的连接体问题题型二　动力学中的临界和极值问题题型三　动力学图像问题专题强化六　传送带模型和“滑块－木板”模型题型一　传送带模型题型二　“滑块—木板”模型实验四　探究加速度与物体受力、物体质量的关系第四章　曲线运动第1讲　曲线运动　运动的合成与分解第2讲　抛体运动第3讲　圆周运动专题强化七　圆周运动的临界问题题型一　水平面内圆周运动的临界问题题型二　竖直面内圆周运动的临界问题题型三　斜面上圆周运动的临界问题实验五　探究平抛运动的特点实验六　探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系第五章　万有引力与航天第1讲　万有引力定律及应用第2讲　人造卫星　宇宙速度专题强化八　卫星变轨问题　双星模型题型一　卫星的变轨和对接问题题型二　星球稳定自转的临界问题题型三　双星或多星模型第六章　　机械能第1讲　功、功率　机车启动问题第2讲　动能定理及其应用专题强化九　动能定理在多过程问题中的应用题型一　动能定理在多过程问题中的应用题型二　动能定理在往复运动问题中的应用第3讲　机械能守恒定律及其应用第4讲　功能关系　能量守恒定律专题强化十　动力学和能量观点的综合应用题型一　传送带模型题型二　滑块—木板模型综合分析题型三　多运动组合问题实验七　验证机械能守恒定律第七章　　动量第1讲　动量定理及应用第2讲　动量守恒定律及应用专题强化十一　碰撞模型的拓展题型一　“滑块—弹簧”模型题型二　“滑块—斜(曲)面”模型专题强化十二　动量守恒在子弹打木块模型和板块模型中的应用题型一　子弹打木块模型题型二　滑块—木板模型专题强化十三　动量和能量的综合问题题型一　动量与能量观点的综合应用题型二　力学三大观点的综合应用实验八　验证动量守恒定律第八章　静电场第1讲　静电场中力的性质第2讲　静电场中能的性质专题强化十四　电场性质的综合应用题型一　电场中功能关系的综合问题题型二　电场中的图像问题第3讲　电容器　实验：观察电容器的充、放电现象　带电粒子在电场中的直线运动第4讲　带电粒子在电场中的偏转专题强化十五　带电粒子在电场中的力电综合问题题型一　带电粒子在重力场和电场中的圆周运动题型二　电场中的力电综合问题第九章　恒定电流第1讲　电路的基本概念及电路分析第2讲　闭合电路的欧姆定律专题强化十六　电学实验基础题型一　常用仪器的读数题型二　电表改装题型三　测量电路与控制电路的选择题型四　实验器材的选取与实物图的连接实验九　导体电阻率的测量实验十　测量电源的电动势和内电阻实验十一　用多用电表测量电学中的物理量专题强化十七　电学实验综合题型一　测电阻的其他几种方法题型二　传感器类实验题型三　定值电阻在电学实验中的应用第十章　　磁场第1讲　磁场及其对电流的作用第2讲　磁场对运动电荷(带电体)的作用专题强化十八　带电粒子在有界匀强磁场中的运动题型一　带电粒子在有界匀强磁场中的运动题型二　带电粒子在匀强磁场中的临界问题题型三　带电粒子在有界匀强磁场中运动的多解问题专题强化十九　动态圆问题题型一　“平移圆”模型题型二　“旋转圆”模型题型三　“放缩圆”模型题型四　“磁聚焦”模型专题强化二十　洛伦兹力与现代科技题型一　质谱仪题型二　回旋加速器题型三　电场与磁场叠加的应用实例分析专题强化二十一　带电粒子在组合场中的运动题型一　磁场与磁场的组合题型二　电场与磁场的组合专题强化二十二　带电粒子在叠加场和交变电、磁场中的运动题型一　带电粒子在叠加场中的运动题型二　带电粒子在交变电、磁场中的运动第十一章　电磁感应第1讲　电磁感应现象　楞次定律　实验：探究影响感应电流方向的因素第2讲　法拉第电磁感应定律、自感和涡流专题强化二十三　电磁感应中的电路及图像问题题型一　电磁感应中的电路问题题型二　电磁感应中电荷量的计算题型三　电磁感应中的图像问题专题强化二十四　电磁感应中的动力学和能量问题题型一　电磁感应中的动力学问题题型二　电磁感应中的能量问题专题强化二十五　动量观点在电磁感应中的应用题型一　动量定理在电磁感应中的应用题型二　动量守恒定律在电磁感应中的应用第十二章　交变电流第1讲　交变电流的产生和描述第2讲　变压器　远距离输电　实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系第十三章　机械振动与机械波第1讲　机械振动实验十二　用单摆测量重力加速度的大小第2讲　机械波第十四章　光　电磁波第1讲　光的折射、全反射第2讲　光的干涉、衍射和偏振　电磁波实验十三　测量玻璃的折射率实验十四　用双缝干涉实验测光的波长第十五章　热学第1讲　分子动理论　内能第2讲　固体、液体和气体专题强化二十六　气体实验定律的综合应用题型一　玻璃管液封模型题型二　汽缸活塞类模型题型三　变质量气体模型第3讲　热力学定律与能量守恒定律实验十五　用油膜法估测油酸分子的大小实验十六　探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系第十六章　近代物理第1讲　原子结构和波粒二象性第2讲　原子核