1、实验21用双缝干涉测光的波长必备知识预案自诊一、注意事项1.调节双缝干涉仪时,要注意调节光源的高度,使它发出的一束光能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮。2.放置单缝和双缝时,缝要相互平行,中心大致位于遮光筒的轴线上。3.调节测量头时,应使分划板中心刻线和条纹的中心对齐,记清此时手轮上的读数,转动测量头,使分划板中心刻线和另一条纹的中心对齐,记下此时手轮上的读数,两次读数之差就表示这两个条纹间的距离。4.不要直接测x,要测几个条纹的间距,计算得x,这样可以减小误差。5.白光的干涉观察到的是彩色条纹,其中白色在中央,红色在最外边。二、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x带来的误差
2、如下:(1)干涉条纹没有调整到最清晰的程度。(2)误认为x为亮(暗)条纹的宽度。(3)分划板刻线与干涉条纹不平行,中心刻线没有恰好位于条纹中心。(4)测量多条亮条纹间的距离时读数不准确,此间距中的条纹数未数清。关键能力学案突破考点一实验原理与操作【典例1】(2019全国卷)某同学利用图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:(1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数,该同学可;A.将单缝向双缝靠近B.将屏向靠近双缝的方向移动C.将屏向远离双缝的方向移动D.使用间距更小的双缝(2)若双缝的间距为d,屏与双缝间的距离为l,测得
3、第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为x,则单色光的波长=;(3)某次测量时,选用的双缝的间距为0.300 mm,测得屏与双缝间的距离为1.20 m,第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56 mm。则所测单色光的波长为nm(结果保留3位有效数字)。规律方法用双缝干涉测光的波长问题的解决方法明确双缝干涉条纹间距公式x=ld中各物理量的意义,其中x是相邻两条亮条纹(或暗条纹)的中心间距,d是双缝之间的距离,l是双缝到屏的距离,为光的波长。考点二实验数据处理与误差分析【典例2】(2020山东青岛高三一模)某实验小组在用双缝干涉测光的波长的实验中,将双缝干涉实验仪器按要求安装在光具座上,如图甲所
4、示。双缝间距d=0.20 mm,测得屏与双缝间的距离L=500 mm。然后,接通电源使光源正常工作:(1)某同学在测量时,转动手轮,在测量头目镜中先看到分划板中心刻线对准亮条纹A的中心,如图乙所示,则游标卡尺的读数为cm;然后他继续转动手轮,使分划板中心刻线对准亮条纹B的中心,若游标卡尺的读数为1.67 cm,此时主尺上的cm刻度与游标尺上某条刻度线对齐;入射光的波长=m;(2)若实验中发现条纹太密,可采取的改善办法有(写一条即可)。规律方法熟记求解相邻两条亮条纹(或暗条纹)间的距离的公式x=a2-a1n-1中各物理量的意义。a1是使分划板的中心刻线对齐某条亮纹的中央时记下的手轮上的读数,将该
5、条纹记为第1条亮纹,a2是转动手轮,使分划板中心刻线移动至另一条亮纹的中央时记下的手轮上的读数,并将该条纹记为第n条亮纹。对应演练迁移应用1.(2020山东济南高三二模)如图甲所示为双缝干涉实验的装置示意图,现要利用这套装置来测量某种单色光的波长。甲(1)装置示意图中有三个电学元件的名称空缺,关于它们的说法正确的是。A.是双缝,是滤光片B.是双缝,是单缝C.是单缝,是双缝(2)用20分度的游标卡尺测量双缝间距如图乙所示,双缝间距d=mm。乙丙(3)图丙为实验得到的干涉条纹,用测量头测出了第1条和第6条亮纹中心间的距离为x,已知双缝到光屏的距离为l,则所测单色光波长的计算式为=(用题中所给的字母
6、表示)。2.(2020山东省实验中学高三模拟)利用如图甲所示装置研究双缝干涉现象,安装好仪器,调整光源的位置,使光源发出的光能平行地进入遮光筒并照亮光屏。放置单缝和双缝,使缝相互平行,调整各部件的间距,观察白光的双缝干涉图样,在光源和单缝间放置滤光片,使单一颜色的光通过后观察单色光的双缝干涉图样。用米尺测出双缝到屏的距离L,用测量头测出相邻的两条亮(或暗)纹间的距离x,换用不同颜色的滤光片,观察干涉图样的异同,并求出相应的波长。甲(1)(多选)关于该实验,下列说法正确的是(填正确选项标号)。A.增大单缝到双缝的距离,干涉条纹间距变窄B.将蓝色滤光片换成红色滤光片,干涉条纹间距变窄C.换一个两缝
7、之间距离较大的双缝,干涉条纹间距变窄D.去掉滤光片后,将观察到彩色的干涉条纹(2)实验装置中分划板与螺旋测微器相连,第一次分划板中心刻度线对齐第1条亮纹中心,螺旋测微器读数为1.990 mm,转动手轮第二次分划板中心刻度线对齐第10条亮纹中心,螺旋测微器的示数如图乙所示。已知双缝的间距为0.5 mm,从双缝到屏的距离为1 m,则图乙中螺旋测微器的示数是mm,求得相邻亮纹的间距x为mm,所测光波的波长为m(波长的结果保留两位有效数字)。乙实验21用双缝干涉测光的波长关键能力学案突破典例1答案(1)B(2)xd(n-1)l(3)630解析(1)由x=ld,得x越小,目镜中观察到的条纹数越多,故B符
8、合题意;(2)由xn-1=ld,得=dx(n-1)l;(3)=dx(n-1)l=0.310-3m7.5610-3m(4-1)1.2m=6.310-3m=630nm。典例2答案(1)1.113.210-7(2)减小双缝间距d(或者增大双缝到干涉屏的距离L)解析(1)游标卡尺的读数为1.1cm+0.1mm1=1.11cm;若游标卡尺的读数为1.67cm;条纹间距x=1.67-1.117cm=0.08cm,则根据x=Ld可得=xdL=0.0810-20.210-30.5m=3.210-7m。(2)若实验中发现条纹太密,即条纹间距太小,根据x=Ld可采取的改善办法有:减小双缝间距d或者增大双缝到干涉屏
9、的距离L。对应演练迁移应用1.答案(1)C(2)2.05(3)dx5l解析(1)为获取单色线光源,光源后面要有滤光片、单缝、双缝,则是滤光片,是单缝,是双缝,故AB错误,C正确。(2)游标卡尺读数d=0.2cm+10.05mm=2mm+0.05mm=2.05mm(3)相邻两亮条纹间距为x5,由干涉条纹与波长间的关系可知x5=ld得=dx5l2.答案(1)CD(2)13.8701.3206.610-7解析(1)根据x=Ld,d为双缝间距,L为双缝到屏的距离,增大单缝到双缝的距离,干涉条纹间距不变,A错误;将蓝色滤光片换成红色滤光片,由于红光的波长比蓝光长,干涉条纹间距变宽,B错误;换一个两缝之间距离较大的双缝,干涉条纹间距变窄,C正确;去掉滤光片后,将观察到白光彩色的干涉条纹,D正确。(2)根据螺旋测微器的读数规则可知读数为13.870mm,第1条亮纹中心与第10条亮纹中心有9个间距,故x=13.870-1.9909mm=1.320mm,把数据代入=xdL求得=6.610-7m。