高考物理一輪復習 專題57 雙縫干涉測光的波長（講）（含解析）1

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專題57 雙縫干涉測光的波長（講） 本章考查的熱點有簡諧運動的特點及圖象、波的圖象以及波長、波速、頻率的關系，光的折射和全反射，題型以選擇題和填空題為主，難度中等偏下，波動與振動的綜合及光的折射與全反射的綜合，有的考區(qū)也以計算題的形式考查． 復習時應注意理解振動過程中回復力、位移、速度、加速度等各物理量的變化規(guī)律、振動與波動的關系及兩個圖象的物理意義，注意圖象在空間和時間上的周期性，分析幾何光學中的折射、全反射和臨界角問題時，應注意與實際應用的聯系，作出正確的光路圖；光和相對論部分，以考查基本概念及對規(guī)律的簡單理解為主，不可忽視任何一個知識點． 1．理解雙縫干涉的原理，能安裝和調試儀器． 2．觀察入射光分別為白光和單色光時雙縫干涉的圖樣． 3．掌握利用公式測波長的方法． 1．實驗原理 如實驗原理圖甲所示，電燈發(fā)出的光，經過濾光片后變成單色光，再經過單縫S時發(fā)生衍射，這時單縫S相當于一個單色光源，衍射光波同時到達雙縫S1和S2之后，S1、S2雙縫相當于兩個步調完全一致的單色相干光源，相鄰兩條明（暗）條紋間的距離Δx與入射光波長λ，雙縫S1、S2間距離d及雙縫與屏的距離l有關，其關系式為：，因此，只要測出Δx、d、l即可測出波長λ． 兩條相鄰明（暗）條紋間的距離Δx用測量頭測出．測量頭由分劃板、目鏡、手輪等構成．如實驗原理圖乙所示． 2．實驗器材 雙縫干涉儀，即：光具座、光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測量頭，另外還有學生電源、導線、刻度尺． 3．實驗步驟 （1）觀察雙縫干涉圖樣 ①將光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如實驗原理圖丁所示． ②接好光源，打開開關，使燈絲正常發(fā)光． ③調節(jié)各器件的高度，使光源燈絲發(fā)出的光能沿遮光筒軸線到達光屏． ④安裝雙縫和單縫，盡量使縫的中點位于遮光筒的軸線上，使雙縫與單縫平行，二者間距約5 cm～10 cm． ⑤在單縫和光源間放上濾光片，觀察單色光的干涉條紋． （2）測定單色光的波長 ①安裝測量頭，調節(jié)至可清晰觀察到干涉條紋． ②使分劃板中心刻線對齊某條亮條紋的中央，記下手輪上的讀數，將該條紋記為第1條亮紋；轉動手輪，使分劃板中心刻線移動至另一亮條紋的中央，記下此時手輪上的讀數；將該條紋記為第n條亮紋，測出n個亮條紋間的距離a，則相鄰兩亮條紋間距． ③用刻度尺測量雙縫到光屏間距離l（d是已知的）． ④重復測量、計算，求出波長的平均值． ★重點歸納★ 1．數據處理 （1）條紋間距的計算：移動測量頭的手輪，分劃板中央刻線在第1條亮紋中央時讀數為a1，在第n條亮紋中央時讀數為an，則． （2）根據條紋間距與波長的關系得，其中d為雙縫間距，l為雙縫到屏的距離． （3）測量時需測量多組數據，求λ的平均值． 2．注意事項 （1）調節(jié)雙縫干涉儀時，要注意調整光源的高度，使它發(fā)出的光束能夠沿著遮光筒的軸線把屏照亮． （2）放置單縫和雙縫時，縫要相互平行，中心大致位于遮光筒的軸線上． （3）調節(jié)測量頭時，應使分劃板中心刻線和條紋的中心對齊，記清此時手輪上的讀數，轉動手輪，使分劃板中心刻線和另一條紋的中心對齊，記下此時手輪上的讀數，兩次讀數之差就表示這兩條紋間的距離． （4）不要直接測Δx，要測多個亮條紋的間距再計算得Δx，這樣可以減小誤差． （5）白光的干涉觀察到的是彩色條紋，其中白色在中央，紅色在最外層． 3．誤差分析 （1）雙縫到屏的距離l的測量存在誤差． （2）測條紋間距Δx帶來的誤差： ①干涉條紋沒有調整到最清晰的程度． ②誤認為Δx為亮（暗）條紋的寬度． ③分劃板刻線與干涉條紋不平行，中心刻線沒有恰好位于條紋中心． ④測量多條亮條紋間的距離時讀數不準確，此間距中的條紋數未數清． ★典型案例★在“用雙縫干涉測量光的波長”實驗中，實驗裝置如圖所示。 （1）以白熾燈為光源，對實驗裝置進行了調節(jié)并觀察實驗現象后，總結出以下幾點，你認為正確的是。 A．狹縫和光源必須平行放置 B．各元件的中心可以不在遮光筒的軸線上 C．雙縫間距離越大呈現的干涉條紋越密 D．若將濾光片移走則無干涉現象產生 （2）當測量頭中的分劃板中心刻度對齊A條紋中心時，游標卡尺的示數如圖（3）所示，第二次分劃板中心刻度對齊B條紋中心時，游標卡尺的示數如圖（4）所示。已知雙縫間距為0．5mm，從雙縫到屏的距離為1m，則圖（4）中游標卡尺示數為mm。所測光波的波長為_____m．（保留兩位有效數字） （3）如果測量頭中的分劃板中心刻度線與干涉條紋不在同一方向上，如圖丙所示．則在這種情況下來測量干涉條紋的間距△x時，測量值______實際值．（填“大于”、“小于”或“等于”） 【答案】（1）AC（2）16．7mm；（3）大于 （3）如果測量頭中的分劃板中心刻度線與干涉條紋不在同一方向上，條紋間距測量值△x偏大；根據干涉條紋的間距公式為，波長測量值也是偏大； 【名師點睛】本題是對雙縫干涉測量光的波長問題的考查；解題的關鍵是明確實驗原理，然后根據雙縫干涉條紋的間距公式：列式分析，基礎題。 ★針對練習1★在利用雙縫干涉測定光波波長的實驗時，將測量頭的分劃板中心刻度線與某亮紋中心對齊，將該亮紋定為第1條亮紋，此時手輪上的示數如圖甲所示，然后同方向轉動測量頭，使分劃板中心刻度線與第6 條亮紋中心對齊，記下此時手輪上的示數如圖乙所示，已知雙縫間距2．0010-4m，雙縫到屏的距離為0．700 m。 （1）甲所示 mm，圖乙所示 mm； （2）相鄰亮紋的間距Δx為 mm； （3） 計算波長的公式、λ=，求得的波長值是 m。 【答案】（1）3．320、13．870（2）2．310 mm （3）、6．610-7m 【名師點睛】解決本題的關鍵掌握螺旋測微器的讀數方法，固定刻度讀數加上可動刻度讀數，不需估讀．以及掌握條紋間距公式． ★針對練習2★某同學設計了一個測定激光波長的實驗裝置，如圖甲所示，激光器發(fā)出的一束直徑很小的紅色激光進入一個一端裝雙縫、另一端裝有感光片的遮光筒，感光片的位置上出現一排等距的亮點，圖乙中的黑點代表亮點的中心位置． （1）通過量出相鄰光點的距離可算出激光的波長，若雙縫的縫間距離為a，則雙縫到感光片的距離為L，感光片上相鄰兩光點間的距離為b，則光的波長=．該同學查資料知道L=1．0000m，a=0．220mm，他用帶十分度游標的卡尺測感光片上的點間距時，尺與點的中心位置如圖乙所示．圖乙中第1個光點到第4個光點的距離是mm． （2）如果實驗時將紅激光換成藍激光，屏上相鄰兩光點間的距離將． 【答案】（1） 8．5 （2）變小 【解析】 （1）根據可知，； （2）主尺讀數為8mm，游標讀數為0．15=0．5mm，所以第一個光點到第四個光點的距離是8．5mm． （3）根據，如果實驗時將紅激光換成藍激光，知波長變短，屏上相鄰兩光點間的距離將變?。? 【名師點睛】此題考查了雙縫干涉的實驗；解決本題的關鍵掌握游標卡尺的讀數方法，游標卡尺的讀數等于主尺讀數加上游標讀數，不需要估讀；掌握條紋間距。