2027年高考物理一轮复习学案练习含答案14-第十四章 光学 04-实验15 用双缝干涉测量光的波长（教用）

这是一份2027年高考物理一轮复习学案练习含答案14-第十四章 光学 04-实验15 用双缝干涉测量光的波长（教用），共16页。试卷主要包含了教材原型实验，创新拓展实验等内容，欢迎下载使用。
探究点一 教材原型实验
一、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.测量单色光的波长。
二、实验器材
双缝干涉仪（由光具座、光源、_ _ _ _ _ _ 、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头组成），另外还有学生电源、导线、刻度尺等。
【答案】滤光片
三、实验原理
光通过单缝后把双缝照亮，来自双缝的光发生干涉，产生稳定的干涉图样；单色光形成的图样中相邻两条亮（暗）条纹间的距离Δx与双缝间的距离d、双缝到屏的距离l、单色光的波长λ 之间满足Δx=ldλ 。
四、实验步骤
1．观察干涉条纹
（1）将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上。
（2）接好电源，打开开关，使光源正常发光。
（3）调节光源的高度和角度，使光源发出的光能沿遮光筒的_ _ _ _ 到达光屏。
（4）安装双缝和单缝，尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上，使双缝与单缝_ _ _ _ ，二者间距约5～10cm，这时，可以观察白光的干涉条纹。
（5）在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。
【答案】轴线； 平行
2.测量单色光的波长
（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心，记下手轮上的读数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第n条亮条纹的中心，记下此时手轮上的读数a2；则相邻两条亮条纹的间距Δx=|a2−a1n−1|。
（3）用刻度尺测量双缝到光屏的距离l。
（4）重复测量、计算，求出波长的平均值(d是已知的)。
五、实验数据处理
1.相邻两条亮条纹间距：Δx=|a2−a1n−1|。
2.波长：λ=dlΔx。
3.计算多组数据，求λ 的平均值。
六、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）分划板中心刻线与干涉条纹不平行，中心刻线没有恰好位于条纹中心。
（3）测量多条亮条纹间的距离时读数不准确。
七、注意事项
1.双缝干涉仪是比较精密的仪器，应轻拿轻放，且注意保养。
2.安装时，注意调节光源、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。
3．光源灯丝最好为_ _ _ _ 灯丝，并与单缝平行且靠近。
【答案】线状
4.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；干涉条纹不清晰的一般原因是单缝与双缝不平行。故应正确调节。
例1 （2025·江西南昌模拟）在“用双缝干涉测光的波长”实验中，如图甲所示，光具座上放置的光学元件依次为光源、透镜、M、N、P、遮光筒、毛玻璃、目镜。
（1） M、N、P三个光学元件依次为_ _ _ _ （选填标号）；
A. 滤光片、单缝、双缝B. 单缝、滤光片、双缝
C. 单缝、双缝、滤光片D. 滤光片、双缝、单缝
（2） 若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，下列说法正确的是_ _ _ _ （选填标号）；
A. 中央亮纹最亮最宽
B. 将单缝向双缝靠近，干涉条纹宽度变宽
C. 将屏向远离双缝的方向移动，可以减少从目镜中观察到的条纹个数
（3） 某次实验中，目镜中心刻线对齐第n条亮条纹中心和第(n+10)条亮条纹中心时，游标卡尺的示数分别如图乙和图丙所示，图乙中游标卡尺的读数为_ _ _ _ mm。已知双缝间距d=0.4mm，双缝到屏的距离l=1.0m，所测单色光的波长为_ _ _ _ nm（保留3位有效数字）。
【答案】（1） A
（2） C
（3） 8.70；630
【解析】
（1） 为了获取单色的线光源，光源后面应放置滤光片、单缝，单缝相当于线光源，产生的光经过双缝产生干涉现象，因此，M、N、P三个光学元件依次为滤光片、单缝、双缝。故选A。
（2） 单色光的干涉条纹等宽等亮，故A错误；干涉条纹宽度与单缝与双缝的距离无关，将单缝向双缝靠近，干涉条纹宽度不变，故B错误；由双缝干涉条纹间距公式Δx=ldλ 可知，对于某单色光，波长λ 一定，增大双缝到光屏的距离l可增大相邻亮条纹（暗条纹）间的距离，从而减少从目镜中观察到的条纹个数，故C正确。
（3） 图乙中游标卡尺的读数为8mm+0.02×35mm=8.70mm，图丙中游标卡尺的读数为24mm+0.02×23mm=24.46mm，相邻亮条纹间距Δx=24.46−8.7010mm=1.576mm，根据条纹间距公式Δx=ldλ ，代入数据可得λ≈630nm。
探究点二 创新拓展实验
例2 1834年，洛埃利用平面镜同样得到了杨氏干涉的结果（称洛埃镜实验）。应用洛埃镜实验装置测量单色光波长的原理如下：
如图所示，S′是单缝S通过平面镜成的像，如果S被视为双缝干涉中的一个缝，S′相当于另一个缝。单色光从单缝S射出，一部分入射到平面镜后反射到光屏上，另一部分直接投射到光屏上，在光屏上两光束交叠区域里出现干涉条纹。
请回答下列问题：
（1） 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. 将平面镜稍向下移动一些
C. 将光屏稍向右移动一些D. 将光源由红色光改为绿色光
（2） S到平面镜的垂直距离和到光屏的垂直距离分别为ℎ、D，光屏上形成的相邻两条亮条纹（或暗条纹）间距离为Δx，则单色光的波长λ=_ _ _ _ _ _ _ _ 。
（3） 实验表明，光从光疏介质射向光密介质，在界面发生反射，反射光与入射光相比，相位有π 的变化，称为“半波损失”。已知ℎ远小于D，如果把光屏向左平移到与平面镜接触，接触处两束光相遇会相互_ _ _ _ （选填“加强”或“减弱”）。
【答案】（1） AC
（2） 2ℎΔxD
（3） 减弱
【解析】
（1） 由题意结合双缝干涉条纹间距公式有Δx=D2ℎλ ，若要增大条纹间距，可以增大D，即将光屏向右移动；或者减小ℎ，即将平面镜稍向上移动一些；或者换用波长更长的单色光，如将光源由绿色光改为红色光。故选A、C。
（2） 由Δx=D2ℎλ ，整理得λ=2ℎΔxD。
（3） 如果把光屏向左平移到与平面镜接触，反射光与入射光相比，相位有π 的变化，故接触处直接射到光屏上的光和经平面镜反射的光相位差为π ，两束光相遇会减弱。
例3 （2025·山东青岛模拟）图甲为用光传感器做双缝干涉实验的装置，单色光源在铁架台的最上端，中间是刻有双缝的挡板，下面带有白色狭长矩形的小盒是光传感器，沿矩形长边分布着许多光敏单元，传感器各个光敏单元得到的光照信息经计算机处理后，在显示器上显示出来。某实验小组要用该装置在暗室里检测一块玻璃板的厚度是否均匀，若厚度不均匀，进一步精确测量其厚度差。（计算结果均保留2位有效数字）
请回答下面问题：
（1） 该小组同学检测前先测量所用单色光的波长：调整双缝的高度和光传感器位置，显示器上显示的干涉条纹光强分布如图乙中的实线所示，则相邻两条亮纹（或暗纹）间距Δx=_ _ _ _ mm；该小组又测得双缝到光传感器的距离L=53.33cm，已知双缝间距d0=0.25mm，则该单色光的波长λ=_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ m；
（2） 保持双缝和光传感器的位置不变，将玻璃板紧贴挡板放置，如图丙所示，此时显示器上显示的干涉条纹光强分布如图乙中的虚线所示，说明_ _ _ _ _ _ （选填“S1”或“S2”）处玻璃板较厚。已知玻璃板对该单色光的折射率为n=1.5，则S1与S2两处玻璃板的厚度差Δd=_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ m。
【答案】（1） 1.6；7.5×10−7
（2） S2；3.0×10−6
【解析】
（1） 由题图乙可知，相邻亮条纹间距Δx=1.6mm，根据条纹间距公式可得λ=Δx⋅d0L=1.6×10−3×0.25×10−353.33×10−2m≈7.5×10−7m。
（2） 当玻璃板紧贴挡板放置时，由于玻璃对光的折射率大于空气，光在玻璃中传播的速度较慢，因此通过玻璃板的光线的光程增大，由乙图可知，干涉条纹向右移动，说明光线通过S2处玻璃板后的光程比S1处长，所以S2处玻璃较厚；由乙图可知，条纹移动了两个条纹间距，则光程差Δs=2λ ，又Δs=(n−1)Δd，代入数据解得Δd=3.0×10−6m。
温馨提示 请完成《分层突破训练》课时作业75