【优化探究】2014年新课标高考总复习人教物理选修3-4-2-3-2(二)用双缝干涉测光的波长

(二)用双缝干涉测光的波长(时间：45分钟，满分：100分)[命题报告·教师用书独具]知识点题号实验器材及其用途1实验原理分析2实验数据处理3、5实验步骤及注意事项41.用双缝干涉测光的波长，实验中采用双缝干涉仪，它包括以下元件：A．白炽灯B．单缝屏C．光屏D．双缝屏E．遮光筒F．滤光片(其中双缝屏和光屏连在遮光筒上)(1)把以上元件安装在光具座上时，自光源起合理的排列顺序是________．(只需填前面的字母)(2)正确调节后，在屏上观察到红光的干涉条纹，用测量头测出10条红亮纹间的距离为a，改用绿色滤光片，其他条件不变，用测量头测出10条绿亮纹间的距离为b，则一定有a________b．(填“大于”、“小于”或“等于”)(3)在双缝干涉实验中，滤光片的作用是________，单缝的作用是________，双缝的作用是________．解析：各元件的作用及排列顺序为：白炽灯作为光源，滤光片的作用是获得单色光，单缝的作用是形成线光源，双缝的作用是形成相干光源，遮光筒的作用是形成暗室，光屏承接干涉图样，测量头是测量条纹间距．由于红光的波长大于绿光的波长，根据Δx＝ldλ可知，红色光的干涉条纹宽度大于绿色光的干涉条纹宽度，因此ab.答案：(1)AFBDEC(2)大于(3)获得单色光形成线光源形成相干光源2．如图所示，在杨氏双缝干涉实验中，激光的波长为5.30×10－7m，屏上P点距双缝S1和S2的路程差为7.95×10－7m，则在这里出现的应是________(选填“明条纹”或“暗条纹”)．现改用波长为6.30×10－7m的激光进行上述实验，保持其他条件不变，则屏上的条纹间距将________(选填“变宽”、“变窄”或“不变”)．解析：n＝Δxλ＝7.95×10－75.30×10－7＝32，即路程差为半波长的奇数倍，所以出现暗条纹．根据条纹间距Δx＝ldλ，当单色光的波长变长时，条纹间距变宽．答案：暗条纹变宽3．利用双缝干涉测定光的波长实验中，双缝间距d＝0.4mm，双缝到光屏间的距离l＝0.5m，用某种单色光照射双缝得到干涉条纹如图所示，分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数也如图中所给出，则：(1)分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数分别为xA＝__________mm，xB＝________mm，相邻两条纹间距Δx＝________mm；(2)波长的表达式λ＝________(用Δx、l、d表示)，该单色光的波长λ＝________m；(3)若改用频率较高的单色光照射，得到的干涉条纹间距将________(填“变大”、“不变”或“变小”)．解析：(1)游标卡尺读数时：一要注意精确度，二要注意读数时主尺读数应为游标尺零刻度线所对主尺位置的读数；三要注意单位，无论是主尺读数还是游标尺读数都要以mm为单位读取．本题中还要注意主尺上的数字的单位是cm，不是mm.由图可知xA＝11.1mm，xB＝15.6mm，Δx＝16×(15.6－11.1)mm＝0.75mm.(2)由Δx＝ldλ得λ＝dlΔx＝0.4×10－30.5×0.75×10－3m＝6.0×10－7m.(3)从Δx＝ldλ可知，波长越长的光，干涉条纹间距越大．根据频率、光速与波长的关系可知，频率越大的光，波长越短，所以干涉条纹间距越小．答案：(1)11.115.60.75(2)dlΔx6.0×10－7(3)变小4．现有毛玻璃屏A、双缝屏B、白光光源C、单缝屏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．(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)本实验的实验步骤有：①取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮；②按合理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用米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____________________________________________________________________________________________________________(3)将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，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条亮纹中心对齐，记下此时图乙中手轮上的示数________mm，求得相邻亮纹的间距Δx为________mm.(4)已知双缝间距d为2.0×10－4m，测得双缝到屏的距离l为0.700m，由计算式λ＝________，求得所测红光波长为________nm.解析：(1)滤光片E是从白光中选出单色红光，单缝屏是获取线光源，双缝屏是获得相干光源，最后成像在毛玻璃屏．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、双缝间距离大约为5～10cm；要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一轴线上．(3)螺旋测微器的读数应该：先读整数刻度，然后看半刻度是否露出，最后看可动刻度．图乙读数为13.870mm，图甲读数为2.320mm，所以相邻条纹间距Δx＝13.870－2.3205mm＝2.310mm.(4)由条纹间距离公式Δx＝ldλ得：λ＝dΔxl，代入数值得：λ＝6.6×10－7m＝6.6×102nm.答案：(1)EDB(2)放置单缝、双缝时，必须使缝平行；单缝、双缝间距离大约为5～10cm(3)13.8702.310(4)dΔxl6.6×1025．在利用双缝干涉测光的波长时，首先调节光源、滤光片、单缝和双缝的中心均位于遮光筒的中心轴线上，并使单缝和双缝竖直并且互相平行，当屏上出现了干涉图样后，用测量头上的游标卡尺去测量，转动手轮，移动分划板使分划板中心刻线与某条明纹中心对齐时(如图A所示)将此明纹记为1，然后再转动手轮，分划板中心刻线向右移动，依次经过2,3……等明纹，最终与明纹6中心对齐，分划板中心刻线与明纹1和明纹6对齐时游标卡尺示数分别如图中B、C所示(游标卡尺为10分度)，则图B对应的读数为________m，图C对应的读数为________m．用刻度尺量得双缝到屏的距离为60.00cm，由双缝上标示获知双缝间距为0.2mm，则发生干涉的光的波长为________m.在实验中，若经粗调后透过测量头上的目镜观察，看不到清晰的明暗相间的条纹，看到的是模糊不清的条纹，造成这种情况的最可能的原因是___________________________________________________________________．解析：图B对应读数为1.94×10－2m图C对应读数为2.84×10－2m根据公式λ＝dΔxl＝0.2×10－3×2.84×10－2－1.94×10－2×1560.00×10－2m＝6.00×10－7m若粗调后看不到清晰的干涉条纹，看到的是模糊不清的条纹，则最可能的原因是单缝与双缝不平行．答案：1.94×10－22.84×10－26.00×10－7单缝与双缝不平行