最新高考物理一轮复习【讲通练透】 第65讲 用双缝干涉实验测量光的波长（讲通）

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复习目标
网络构建
考点一 教材原型实验
【夯基·必备基础知识梳理】
知识点 实验目的、器材、原理、步骤、注意事项、误差分析
【提升·必考题型归纳】
考向1 实验原理与操作
考向2 数据处理与误差分析
考点二 创新实验方案
【夯基·必备基础知识梳理】
知识点 实验器材的创新
【提升·必考题型归纳】
考向 实验器材的创新
真题感悟
理解和掌握用双缝干涉实验测量光的波长实验原理，并会做出必要的误差分析。
2、能够在原型实验基础上，通过对实验的改进或者创新，做出同类探究。
考点一 教材原型实验
知识点 实验目的、器材、原理、步骤、注意事项、误差分析
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a1，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an，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，要保证光源、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。
考向1 实验原理与操作
1．利用双缝干涉测定光的波长的实验中，双缝间距，双缝到光屏间的距离，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。

（1）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
（2）正确操作后，该组同学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给出，则：

①分划板在图中A、B位置时由游标卡尺读数求得相邻两条纹间距 。
②该单色光的波长 m。
【答案】 B 0.75
【详解】（1）[1]若想增加从目镜中观察到的条纹个数，则需要减小条纹间距，由公式
A．将单缝向双缝靠近，不改变条纹间距，故A错误；
B．将屏向靠近双缝的方向移动，减小，则条纹间距减小，故B正确；
C．将屏向远离双缝的方向移动, 增大，则条纹间距增大，故C错误；
D．使用间距更小的双缝，则条纹间距增大，故D错误。故选B。
（2）①[2]10分度游标卡尺的精确值为，由图可知；则相邻两条纹间距为
②[3]根据可得该单色光的波长为
2．某同学利用如图甲所示的装置做“用双缝干涉测量光的波长”的实验。

（1）图甲中的a、b、c分别是
A．单缝、滤光片、双缝
B．滤光片、单缝、双缝
C．单缝、双缝、滤光片
（2）该小组同学在目镜中观察到的干涉图样为 （填“A”或“B”）。
（3）下列说法正确的是 。
A．若仅将蓝色滤光片换成红色滤光片，则相邻干涉条纹间距变宽
B．若仅将单缝向双缝移动一小段距离，则相邻干涉条纹间距变宽
C．若仅增大双缝间的距离，则相邻干涉条纹间距变小
D．若去掉滤光片，则干涉现象消失
（4）实验中，选用红色滤光片测量红光的波长，测得双缝间的距离，双缝与屏之间的距离，通过测量头观察第1条亮条纹的读数为3.645mm，转动手轮，使分划线向一侧移动，使分划板的中心刻线对齐第6条亮条纹的中心，观察第6条亮条纹的位置如图乙所示，其读数为 mm，由此求得红光的波长为 m（计算结果保留三位有效数字）。

【答案】 B A AC/CA 4.944⁓4.947
【详解】（1）[1]用双缝干涉测量光的波长实验中，安装仪器从左到右的顺序为：光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏。故选B。
（2）[2]双缝干涉条纹是明暗相间的等间距条纹。故选A。
（3）[3]A．相邻两亮条纹间距蓝光的波长小于红光的波长，若将蓝色滤光片换成红色滤光片，则相邻干涉条纹间距变宽，A正确；
B．条纹间距与单缝和双缝间的距离无关，B错误；
C．当双缝间距d变大，根据相邻两亮条纹间距可知条纹间距变小，C正确；
D．如果光源发出的光不是单色光，去掉滤光片，仍能发生干涉现象，则是复色光的干涉，D错误。
故选AC。
（4）[4]读数为（4.944⁓4.947均正确）
[5]由题图可知，条纹间距由得代入数据得
考向2 数据处理与误差分析
3．利用双缝干涉测定光的波长的实验中，双缝到光屏间的距离，双缝间距，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。

（1）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
（2）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位置时游标卡尺的读数为，在B位置时游标卡尺如图所示，则其读数为 mm，相邻两条纹间距 mm，该单色光的波长 m。

（3）该同学通过测量头的目镜观察单色光的干涉图样时，发现里面的条纹与分划板竖线不平行（如上图所示），则波长的测量结果 。
A．偏大 B．偏小 C．无影响
【答案】 B A
【详解】（1）[1]增加从目镜中观察到的条纹个数，则条纹的宽度减小，根据相邻亮条纹间的距离为
为减小相邻亮条纹（暗条纹）间的宽度，则可以减小双缝到屏的距离，增大双缝间的距离，或换用波长短的光，故选B；
（2）[2]游标卡尺的精度为0.1mm，在B位置时游标卡尺读数
[3]相邻两条纹间距
[4]根据，将代入解得；
（3）[5]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，则测得的偏大，由公式可知波长的测量值将偏大。
4．在“用双缝干涉测光的波长”实验中，
（1）在观察白光的干涉图样时，现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、透镜D、单缝E等光学元件，如图甲所示将白光光源C放在光具座最右端，依次放置其他光学元件，由右至左，表示各光学元件的字母排列顺序应为C、 、 、 、A。

（2）一同学通过测量头的目镜观察单色光的干涉图样时，发现里面的亮条纹与分划板竖线未对齐，如图乙所示，若要使两者对齐，该同学应如何调节( )
A．仅左右转动透镜 B．仅旋转单缝
C．仅旋转双缝 D．仅旋转测量头
（3）实验中，用测量头得到某次条纹读数为x=1.310 mm，则此测量数据是选用了测量头 （选填“丙”或“丁”）测量得到的。
（4）为了使测得单色光的条纹间距增大，在其它条件不变情况下，以下做法合适的是( )
A．增大单缝与双缝间距 B．增大双缝与毛玻璃屏间距
C．增大两双缝间距离 D．增强光源亮度
【答案】 D E B D 丁 B
【详解】（1）[1] [2] [3]为了获取单色的线光源，光源后面应防止滤光片、单缝、单缝形成的线光源经过双缝产生干涉现象，在光屏上可以观察到干涉条纹，因此由右至左，各光学元件排列顺序应为白色光片C、滤光片D、单缝E、双缝B、毛玻璃屏A、故为C、D、E、B、A；
（2）[4]发现里面的亮条纹与分划板竖线未对齐，若要使两者对齐，该同学应调节测量头；故选D。
（3）[5]根据螺旋测微器可知，读数精确到0.01mm，用测量头得到某次条纹读数为x=1.310mm,因此此读数，应该是使用的螺旋测微器，故选丁；
（4）[6]依据双缝干涉条纹间距可知，要使增大，可以增大l，减小d，也可以增大，与单缝和双缝间及光的强度无关；故选B。
考点二 创新实验方案
知识点 实验器材的创新
考向 实验器材的创新
1．小沈同学进行“用双缝干涉测量光的波长”的实验，
（1）其中部分器材如下：
A．白炽灯 B．凸透镜
C．单缝片 D．滤光片
E.测量头 F.双缝片
将以上器材安装在光具座遮光筒上时，自光源起合理的顺序是（填字母）：
A、B、 、 、F、E。
（2）某次观察时，透过测量头观察到了绿光的干涉条纹，但条纹的亮度很低，为了便于测量，下列方法能够使条纹亮度增加的是 。
A．增加光源的功率
B．将毛玻璃换成透明玻璃
C．调节测量头的位置
（3）下列图示中条纹间距表示正确的是 。

（4）如图所示是小沈同学改为参考课本上“用光传感器做双缝干涉的实验”进行实验，图甲、乙分别对应的是第一、二次实验得到的干涉图线。比较甲、乙两图线可判断，第一次实验中 。

A．单缝与双缝的间距一定较大
B．光强度较小
C．光源到双缝的距离较大
D．双缝到光传感器的距离可能较小
【答案】 D C A C D
【详解】（1）[1][2]根据“用双缝干涉测量光的波长”的实验中仪器的位置可知，从左向右依次为：白色光源、凸透镜、滤光片、单缝、双缝、测量头。将以上器材安装在光具座遮光筒上时，自光源起合理的顺序是：A、B、D、C、F、E；
（2）[3]为了便于测量，要使条纹亮度增加，即使得单位时间内的光子数目增多。
A．当增加光源的功率，导致单位时间内的光子数目增多，故A正确；
B．将毛玻璃换成透明玻璃，不会看到亮条纹，故B错误；
C．调节测量头的位置，亮度不变，故C错误。故选A。
（3）[4]干涉条纹的宽度是指一个明条纹与一个暗条纹的宽度的和，为两个相邻的明条纹（或暗条纹）的中心之间的距离，故C正确。
（4）[5]A．由题图可知，第一次得到的条纹间距较小，根据可知：单缝与双缝的间距对条纹间距无影响，选项A错误；
B．光强度对条纹间距无影响，选项B错误；
C．光源到双缝的距离对条纹间距无影响，选项C错误；
D．双缝到光传感器的距离l较小，则条纹间距较小，选项D正确。故选D。
2．（1）某同学利用图（甲）所示的装置研究光的干涉和衍射，将刀片在涂有墨汁的玻璃片上划过便可得到单缝、不同间距双缝的缝屏，光电传感器可用来测量光屏上光强的分布。
①某次实验时，在电脑屏幕上得到图（乙）所示的两种光a、b的光强分布，这位同学在缝屏上安装的是 （选填“单缝”或“双缝”）。由该图像两条曲线的特征可知 （填选项）。
A．以相同角度斜射到同一玻璃板透过平行表面后，a光侧移量小
B．若两光均由氢原子能级跃迁产生，产生a光的能级能量差小
C．以相同的入射角从水中射入空气，在空气中只能看到一种光时，一定是a光
D．分别照射在同一金属板，若b光能引起光电效应，a光也一定能
②当做干涉现象研究时，选用间距较大的双缝相比于间距较小的双缝，在光屏上可观察到 的条纹个数（选填“更多”、“更少”或“一样多”）
【答案】 单缝 D 更多
【详解】①[1]由图乙可知，条纹中间宽，两边窄，是衍射条纹，这位同学在缝屏安装的是单缝。
[2]A．由于a光衍射条纹间距较小，则a光波长较短。根据，a光频率较大。在同一介质中，频率大的光折射率大，因此a光折射率更大，偏转角度更大。因此以相同角度斜射到同一玻璃板透过平行表面后，a光侧移量大，故A错误；
B．a光频率较大，由知，若两光均由氢原子能级跃迁产生，产生a光的能级能量差大，故B错误；
C．a光频率较大，折射率较大，根据知a光临界角较小，以相同的入射角从水中射入空气，光先发生全反射，在空气中只能看到一种光时，一定是b光，故C错误；
D．当入射光的频率大于金属板的极限频率时，金属板上的电子就会逸出光电子，a光频率较大，分别照射在同一金属板，若b光能引起光电效应，a光也一定能，故D正确。
②[3]根据可知选用间距较大的双缝相比于间距较小的双缝，条纹间距小，在光屏上可观察到更多条纹个数。
（2022年海南卷高考真题）在用双缝干涉测量光的波长的实验中，如图所示，则：
①a、b分别是( )
A．单缝和双缝 B．双缝和单缝 C．单缝和单缝 D．双缝和双缝
②如果双缝间距是d，双缝到毛玻璃的距离是L，第一条亮纹到第六条亮纹间距是x，则光的波长是 。（用x、d、L表示）
【答案】 A
【详解】①[1]由双缝干涉原理可知，先用滤光片得到单色光，然用单缝得到细长的光源，最后用双缝得到两束相干光，故a、b分别单缝和双缝。故选A。
②[2]第一条亮纹到第六条亮纹间距是x，则相邻亮条纹间距为根据可得光的波长是
考点要求
考题统计
考情分析
用双缝干涉实验测量光的波长
2022年海南卷第12题
2021年6月浙江卷第18题
各地高考对用双缝干涉实验测量光的波长这个实验的考查近几年频度不是太高，即使考查难度也不大。