2020版物理浙江高考选考一轮复习讲义：选修3-4第十一章实验16用双缝干涉测量光的波长

实验16　用双缝干涉测量光的波长(同时

练习使用游标型测量头)

注意事项

(1)保证灯丝、单缝、双缝、测量头与遮光筒共轴。

(2)保持单缝和双缝平行。

(3)测双缝到屏的距离l可用米尺测多次，取平均值。

(4)测条纹间距Δx时，用测量头测出n条亮(暗)条纹间的距离a，求出相邻的两条亮(暗)条纹间的距离Δx＝。

热点一　游标型测量头的读数

游标卡尺

(1)游标卡尺的读数＝主尺读数＋游标尺读数。

(2)游标卡尺的读数方法：“三看”

①第一看→精确度

②第二看→游标尺上的0刻度线位置，区分零刻度与标尺最前端

例如(如图1所示)

图1

③第三看→游标尺的哪条(第N条)刻度线与主尺上的刻度线对齐

【例1】　如图2所示的三把游标卡尺，它们的游标卡尺从上至下分别为9 mm长10等分、19 mm长20等分、49 mm长50等分，它们的读数依次为________mm，________mm，________mm。

图2

解析　图2甲读数：整毫米是17，不足1毫米数是7×0.1 mm＝0.7 mm，最后结果是17 mm＋0.7 mm＝17.7 mm。

图2乙读数：整毫米是23，不足1毫米数是17×0.05 mm＝0.85 mm，最后结果是23 mm＋0.85 mm＝23.85 mm。

图2丙读数：整毫米是3，不足1毫米数是9×0.02 mm＝0.18 mm，最后结果是3 mm＋0.18 mm＝3.18 mm。

答案　17.7　23.85　3.18

热点二　实验原理和数据处理

【例2】　(2018·4月浙江选考)(1)细丝和单缝有相似的衍射图样。在相同条件下，小明用激光束分别垂直照射两种不同直径的细丝Ⅰ和细丝Ⅱ，在光屏上形成的衍射图样如图3中a和b所示。已知细丝Ⅰ的直径为0.605 mm，细丝Ⅱ的直径为1.000 mm。图中的________(填“a”或“b”)是细丝 Ⅱ 的衍射图样。

图3

(2)小明在做“用双缝干涉测量光的波长”实验时，尝试用单缝和平面镜做类似实验。单缝和平面镜的放置如图4所示，白炽灯发出的光经滤光片成为波长为λ的单色光照射单缝，能在光屏上观察到明暗相间的干涉条纹。小明测得单缝与镜面延长线的距离为h、与光屏的距离为D，则条纹间距Δx＝________。随后小明撤去平面镜，在单缝下方A处放置同样的另一单缝，形成双缝结构，则在光屏上________(填“能”或“不能”)观察到干涉条纹。

图4

解析　(1)衍射单缝越小，衍射越明显，条纹间距越大；衍射单缝越大，衍射越不明显，条纹间距越小，题图a的条纹间距小，对应的细线比较粗，题图b的条纹间距大，对应的细线比较细，因为1.000>0.605，所以选a。

(2)本题中，单缝在平面镜中的镜像，与原来的单缝共同构成一组双缝(如图)，所以双缝间距为d＝2h，故Δx＝。

不能，因为不符合发生干涉的条件。

答案　(1)a　(2)　不能

1.现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在如图5所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长。

图5

(1)将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，表示各光学元件的字母排列顺序应为C、________、________、________、A。

(2)本实验的步骤有：

①取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能沿遮光筒的轴线把屏照亮；

②按合理的顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上；

③用刻度尺测量双缝到屏的距离；

④用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮纹间的距离。

在操作步骤②时还应注意____________和____________。

解析　(1)滤光片E可以从白光中选出单色红光，单缝D是获取线光源，双缝B是获得相干光源，最后成像在毛玻璃屏A上。所以排列顺序为：C、E、D、B、A。

(2)在操作步骤②时应注意的事项有：放置单缝、双缝时，必须使缝平行；单缝、双缝间的距离要适当；要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一轴线上。

答案　(1)E　D　B　(2)放置单缝、双缝时，必须使缝平行　单缝、双缝间的距离要适当

2.如图6所示，在利用双缝干涉测量光的波长的实验中，需要从标尺上读出某条亮纹的位置。图中所示的读数是________ mm。

图6

若缝与缝间相距d，双缝到屏间的距离为L，相邻两个亮条纹中心的距离为Δx，则光的波长表示为λ＝________(字母表达式)，某同学在两个亮条纹之间测量，测出以下结果，其他数据为：d＝0.20 mm，L＝700 mm，测量Δx的情况如图7所示，由此可计算出该光的波长为λ＝______ m。

图7

解析　从图6中可以看出，主尺示数为5 mm，游标尺第12条刻线与主尺上的刻线对齐，即游标尺示数为12×0.02 mm＝0.24 mm，图中的游标卡尺的示数为5 mm＋0.24 mm＝5.24 mm。由干涉条纹间距的计算公式：Δx＝λ，解得光的波长表达式为λ＝。由图7中可以求出条纹间距为Δx＝ mm＝1.96 mm，代入数据解得光的波长为λ＝5.6×10－7 m。

答案　5.24　Δx　5.6×10－7

3.在“用双缝干涉测量单色光的波长”实验中，某同学准备的实验仪器包括以下元件：

A.白炽灯；B.单缝；C.毛玻璃屏；D.双缝；E.遮光筒；F.红色滤光片；G.凸透镜(其中双缝和光屏连在遮光筒上)

图8

(1)把以上元件安装在光具座上时，正确的排列顺序是：A________EC。

(2)将测量头的分划板中心刻线与某亮纹对齐，并将该亮纹定为第1条亮纹，此时10等分的游标卡尺位置如图9甲所示，其读数为________ mm，继续转动测量头，使分划板中心刻线与第7条亮纹中心对齐，此时游标卡尺位置如图乙所示，其读数为________ mm。

图9

(3)若已知双缝间距为0.2 mm，测得双缝到屏的距离为70.00 cm，则所测红光波长为________。

解析　(1)该实验中各元件的作用分别是：A.白炽灯——光源；B.单缝——产生相干光；C.毛玻璃屏——呈现能观察的像；D.双缝——作为产生干涉现象的两个波源；E.遮光筒——避免外界光线干扰，便于观察；F.红色滤光片——将白炽灯的其他色光过滤掉，只剩下红光；G.凸透镜——将光源的发散光束汇聚，产生放大的效果。所以正确的排列顺序是AGFBDEC。

(2)甲图中游标尺上第8条线与主尺刻度对齐，读数为19 mm＋×8＝19.8 mm；乙图中游标尺上第3条线与主尺刻度对齐，读数为30 mm＋×3＝30.3 mm。

(3)在双缝干涉现象中，条纹间距Δx＝λ，由(2)可知，条纹间距为Δx＝ mm＝1.75 mm，所以λ＝Δx＝×1.75 mm＝0.0 005 mm＝5×10－7 m。

答案　(1)GFBD　(2)19.8　30.3　(3)5×10－7 m