高考物理一轮复习第13章实验18用双缝干涉实验测量光的波长课件

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类型1　 教材原型实验　多维探究
考向1　实验原理与操作 [典例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。
海南卷 2022·T12
(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。
[解析]　透红光的滤光片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。
[答案]　E　D　B　
(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时还应注意放置单缝、双缝时，必须使缝________和单缝、双缝间的距离要________。
[解析]　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]　平行　适当　
(3)将测量头的分划板中心刻线与某条亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮条纹，此时手轮上的示数如图甲所示。然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮条纹中心对齐，记下此时图乙中手轮上的示数为________ mm，求得相邻亮条纹的间距Δx为________ mm。
[答案]　13.870　2.310　
(4)已知双缝间距d为2.0×10－4 m，测得双缝到屏的距离l为0.700 m，由计算式λ＝ ，求得所测红光波长为________ nm。
考向2　数据处理与误差分析 [典例2]　(2022·辽宁丹东测试)某同学利用如图1所示装置测量某种单色光的波长。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。回答下列问题：
A位置读数　　　B位置读数　 图2
(1)关于本实验下列说法正确的是________。 A．若照在毛玻璃屏上的光很弱或不亮，可能是因为光源、单缝、双缝与遮光筒不共轴所致 B．若想增加从目镜中观察到的条纹个数应将屏向远离双缝的方向移动 C．使用间距更小的双缝会使条纹间距变小
(2)某次测量时，选用的双缝的间距为0.4 mm，测得屏与双缝间的距离为0.5 m，用某种单色光实验得到的干涉条纹如图2所示，分划板在图中A、B位置时游标卡尺的读数也如图2中所示，则A位置对应的读数为________ mm。已知B位置对应的读数为15.6 mm，则相邻条纹中心的间距为______ mm，所测单色光的波长为_____ nm。
[答案]　11.1　0.75　600　
(3)若某次实验观察到的干涉条纹与分划板的中心刻线不平行，如图3所示，在这种情况下测量相邻条纹间距Δx时，测量值________实际值。(选填“大于”“小于”或“等于”)
类型2　 拓展创新实验　多维探究
考向1　实验器材创新 [典例3]　(2023·湖北荆州高三检测)小沈同学进行“用双缝干涉测量波长”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。
[解析]　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)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．换一个面积更大的凸透镜 D．调节测量头的位置
[解析]　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，应当增加光源的功率，故A正确；将毛玻璃换成透明玻璃，不会看到亮条纹，故B错误；将凸透镜换成一个面积更大的凸透镜，则光的强度将增强，亮度增加，故C正确；调节测量头的位置，亮度不变，故D错误。
(3)下列图示中条纹间距表示正确的是________。
A　　　　　　B　　　 　C　　　　　 　D　　　
[解析]　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，故图C是正确的，图A、B、D错误。
(4)如图所示是小沈同学参考课本上“用光传感器做双缝干涉的实验”进行的实验，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，第一次实验中的________。
甲　　　　　　　　　乙
A．单缝与双缝的缝距一定较大 B．光强度较小 C．光源离双缝的距离较大 D．双缝离光传感器的距离可能较小
[解析]　由图可知，第一次得到的条纹间距较小，根据Δx＝ 可知：单缝与双缝的缝距对条纹间距无影响，A错误；光强度对条纹间距无影响，B错误；光源离双缝的距离对条纹间距无影响，C错误；双缝离光传感器的距离l较小，则条纹间距较小，D正确。
创新点解读　 (1)利用凸透镜的聚光作用提升干涉条纹的亮度。 (2)利用光传感器与计算机结合得到干涉图样光强分布图。
考向2　实验原理与装置创新 [典例4]　洛埃德(H．Llyd)在1834年提出了一种更简单的观察干涉的装置。如图所示，从单缝S发出的光，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”；
[解析]　根据题图可知，如果S被视为其中的一个缝，S经平面镜成的像S′相当于另一个“缝”。
[答案]　S经平面镜成的像S′(或S′)　
(2)实验表明，光从光疏介质射向光密介质界面发生反射时，在入射角接近90°时，反射光与入射光相比，相位有π的变化，即半波损失。如果把光屏移动到和平面镜接触，接触点P处是________(选填“亮条纹”或“暗条纹”)；
[解析]　根据题意可知，把光屏移动到和平面镜接触，光线经过平面镜反射后将会有半波损失，因此接触点P处是暗条纹。
(3)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个亮条纹到第12个亮条纹的中心间距为22.78 mm，则该单色光的波长λ＝________ m(结果保留3位有效数字)。
[答案]　6.33×10－7