【高考物理】一轮复习19、实验十九　用双缝干涉实验测量光的波长-学案

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这是一份【高考物理】一轮复习19、实验十九　用双缝干涉实验测量光的波长-学案，共6页。

图1
(1)分划板在图中B位置时游标卡尺读数xB＝________mm。
(2)若分划板在图中A位置时游标卡尺读数为xA(xA(3)若用频率更高的单色光照射，同时增大双缝间的距离，则条纹间距______(填“变宽”“变窄”或“不变”)。
2.(2024·湖北黄冈模拟)做“用双缝干涉测光的波长”实验中，使用的双缝间距d＝0.20 mm，双缝到光屏的距离L＝600 mm，观察到的干涉条纹如图2甲所示。
图2
(1)在测量头上的是一个螺旋测微器(又叫“千分尺”)，分划板上的刻度线处于x1、x2位置时，对应的示数如图乙所示，则相邻亮纹的间距Δx＝________mm(结果保留3位小数)。
(2)计算单色光的波长的公式λ＝________(用L、d、x1、x2表示)。
(3)代入数据计算单色光的波长λ＝________m(结果保留2位有效数字)。
(4)图丙为实验装置示意图，S为单缝，S1、S2为双缝，屏上O点处为一亮条纹。若实验时单缝偏离光轴，向右微微移动，则可以观察到O点处的干涉条纹________。
A.向左移动B.向右移动
C.间距变大D.间距变小
3.(2024·广东梅州模拟)如图3甲所示，在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，将实验仪器按要求安装在光具座上，并选用缝间距d＝0.20 mm的双缝屏。从仪器注明的规格可知，像屏与双缝屏间的距离L＝700 mm。然后，接通电源使光源正常工作。
(1)已知测量头上主尺的最小刻度是毫米，副尺游标尺为20分度，某同学调整手轮后，从测量头的目镜看去，使分划板中心刻度线与某条纹A中心对齐，如图乙所示，此时测量头上主尺和副尺的示数如图丙所示，此示数为________mm；接着再转动手轮，使分划板中心刻度线与某条纹B中心对齐，测得A、B条纹间的距离x＝8.40 mm。则经滤光片射向双缝的色光的波长λ＝________(用题目中所给字母写出表达式)，利用上述测量结果，经计算可得波长λ＝________m(保留2位有效数字)。
图3
(2)另一同学按实验装置安装好仪器后，观察到光的干涉现象效果很好，若他对实验装置进行了调整后，在像屏上仍能观察到清晰的条纹，且条纹数目有所增加，则该调整可能是________。
A.仅增加光源与滤光片间的距离
B.仅增加单缝与双缝间的距离
C.仅将单缝与双缝的位置互换
D.仅将红色滤光片换成绿色滤光片
4.(2024·广东中山纪念中学高三月考)如图4所示，用双缝干涉实验装置来测量光的波长。
图4
(1)实验前，应调节光具座上放置的各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上，并保证单缝和双缝________(填“平行”或者“垂直”)。
(2)若从目镜中看到干涉条纹太密，要想减少从目镜中观察到的条纹个数，需将毛玻璃屏向________(填“靠近”或“远离”)双缝的方向移动。
(3)转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对准第1条亮纹，读出手轮的读数如图5甲所示，x1＝0.045 mm。继续转动手轮，使分划板中心刻线对准第10条亮纹，读出手轮的读数如图乙所示，则相邻两亮条纹的间距是________mm(结果保留3位有效数字)。
图5
(4)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6所示，用这种情况下测量得到的干涉条纹的间距Δx计算，则光的波长测量值________(填“大于”“小于”或“等于”)实际值。
图6
5.寒假期间小明利用图7甲所示的物品，测量了某型号刀片的厚度。
实验过程如下：
(1)点燃蜡烛，用蜡烛火焰把玻璃片的一面熏黑；
(2)并齐捏紧两片刀片，在玻璃片的熏黑面划出两条平直划痕；
(3)如图乙所示，将激光光源和玻璃片固定在桌上，并将作为光屏的白纸固定在距离足够远的墙上。
(4)打开激光光源，调整光源的高度并使激光沿水平方向射出，恰好能垂直入射在两划痕上。
(5)观察白纸上的干涉条纹如图丙所示。用刻度尺测出a、b两点间的距离为________cm，则两相邻暗纹中心之间的距离Δx＝________cm。
图7
(6)测得玻璃片到光屏的距离L＝3.00 m，已知该红色激光的波长λ＝700 nm，利用公式求出双划痕间距d＝________mm，即为刀片厚度(结果保留2位有效数字)。
参考答案
实验十九用双缝干涉实验测量光的波长
1.(1)15.5 (2)eq \f(（xB－xA）d,6L) (3)变窄
解析 (1)由图可知游标卡尺主尺刻度为15 mm，而游标尺为10分度值，精度为0.1 mm，游标尺第5格与主尺刻度对齐，可知游标尺读数为5×0.1 mm＝0.5 mm，分划板在图中B位置时游标卡尺读数xB＝15 mm＋0.5 mm＝15.5 mm。
(2)由条纹间距公式Δx＝eq \f(L,d)λ，结合图示两分划板的位置可知，该单色光的波长为
λ＝eq \f(（xB－xA）d,6L)。
(3)光的频率与波长之间的关系为λ＝eq \f(c,ν)，可见频率越高，波长越短，而由Δx＝eq \f(L,d)λ可知，若用频率更高的单色光照射，同时增大双缝间的距离d的情况下，条纹间距将变窄。
2.(1)1.420 (2)eq \f(d\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x2－x1)),4L) (3)4.7×10－7 (4)A
解析 (1)螺旋测微器读数为x1＝2 mm＋19.0×0.01 mm＝2.190 mm，x2＝7.5 mm＋36.8×0.01 mm＝7.868 mm，则相邻亮纹的间距Δx＝eq \f(x2－x1,4)＝1.420 mm。
(2)根据干涉条纹公式Δx＝eq \f(L,d)λ可得λ＝eq \f(d,L)Δx＝eq \f(d（x2－x1）,4L)。
(3)代入数据可得
λ＝eq \f(0.20×10－3×1.420×10－3,600×10－3) m＝4.7×10－7 m。
(4)根据Δx＝eq \f(L,d)λ可知，实验时单缝偏离光轴，向右微微移动，因双缝间距、双缝到光屏的距离、波长都不变，所以条纹间距不变，由于主光轴变的倾斜，可以观察到O点处的干涉条纹向左移动，故A正确。
3.(1)0.35 eq \f(dx,5L) 4.8×10－7 (2)D
解析 (1)图丙中游标卡尺的最小分度值为0.05 mm，主尺示数为0，游标尺的第7刻度线与主尺刻度线对齐，则示数为0＋7×0.05 mm＝0.35 mm；A、B条纹间的距离为5倍相邻亮(暗)条纹间的距离，故Δx＝eq \f(x,5)；根据相邻亮(暗)条纹间的间距公式有Δx＝eq \f(L,d)λ，解得λ＝eq \f(dx,5L)，代入数据可得λ＝4.8×10－7 m。
(2)该同学对实验装置调节后，在像屏上仍能观察到清晰的条纹，且条纹数目有所增加，可知相邻条纹间的宽度减小，由公式Δx＝eq \f(L,d)λ可知，该调节可能是更换波长更短的光做实验，即将红色滤光片换成绿色滤光片，其他选项的调节都达不到该实验效果，故D正确。
4.(1)平行 (2)远离 (3)1.61 (4)大于
解析 (1)实验前，应调节光具座上放置的各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上，并保证单缝和双缝平行。
(2)若从目镜中看到干涉条纹太密，要想减少从目镜中观察到的条纹个数，则需要使条纹间距变大，根据Δx＝eq \f(L,d)λ可知，需将毛玻璃屏向远离双缝的方向移动。
(3)图乙所示的手轮的读数为x2＝14.5 mm＋3.0×0.01 mm＝14.530 mm，相邻两亮条纹的间距Δx＝eq \f(x2－x1,9)≈1.61 mm。
(4)根据Δx＝eq \f(L,d)λ可得λ＝eq \f(Δxd,L)，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，所测得的条纹间距偏大，则光的波长测量值大于实际值。
5.(5)10.50 2.10 (6)0.10
解析 (5)用刻度尺测出a、b两点间的距离为10.50 cm，两相邻暗纹中心之间的距离为Δx＝eq \f(10.50,5) cm＝2.10 cm。
(6)刀片的厚度为Δx＝eq \f(L,d)λ，解得d＝0.10 mm。