（浙江選考）2020版高考物理一輪復習 第11章 機械振動 機械波 光 電磁波 實驗16 用雙縫干涉測量光的波長學案.doc

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實驗16　用雙縫干涉測量光的波長(同時練習使用游標型測量頭) 注意事項 (1)保證燈絲、單縫、雙縫、測量頭與遮光筒共軸。 (2)保持單縫和雙縫平行。 (3)測雙縫到屏的距離l可用米尺測多次，取平均值。 (4)測條紋間距Δx時，用測量頭測出n條亮(暗)條紋間的距離a，求出相鄰的兩條亮(暗)條紋間的距離Δx＝。 熱點一　游標型測量頭的讀數(shù) 游標卡尺 (1)游標卡尺的讀數(shù)＝主尺讀數(shù)＋游標尺讀數(shù)。 (2)游標卡尺的讀數(shù)方法：“三看” ①第一看→精確度 ②第二看→游標尺上的0刻度線位置，區(qū)分零刻度與標尺最前端 例如(如圖1所示) 圖1 ③第三看→游標尺的哪條(第N條)刻度線與主尺上的刻度線對齊 【例1】　如圖2所示的三把游標卡尺，它們的游標卡尺從上至下分別為9 mm長10等分、19 mm長20等分、49 mm長50等分，它們的讀數(shù)依次為________mm，________mm，________mm。 圖2 解析　圖2甲讀數(shù)：整毫米是17，不足1毫米數(shù)是70.1 mm＝0.7 mm，最后結果是17 mm＋0.7 mm＝17.7 mm。 圖2乙讀數(shù)：整毫米是23，不足1毫米數(shù)是170.05 mm＝0.85 mm，最后結果是23 mm＋0.85 mm＝23.85 mm。 圖2丙讀數(shù)：整毫米是3，不足1毫米數(shù)是90.02 mm＝0.18 mm，最后結果是3 mm＋0.18 mm＝3.18 mm。 答案　17.7　23.85　3.18 熱點二　實驗原理和數(shù)據處理 【例2】　(20184月浙江選考)(1)細絲和單縫有相似的衍射圖樣。在相同條件下，小明用激光束分別垂直照射兩種不同直徑的細絲Ⅰ和細絲Ⅱ，在光屏上形成的衍射圖樣如圖3中a和b所示。已知細絲Ⅰ的直徑為0.605 mm，細絲Ⅱ的直徑為1.000 mm。圖中的________(填“a”或“b”)是細絲 Ⅱ 的衍射圖樣。 圖3 (2)小明在做“用雙縫干涉測量光的波長”實驗時，嘗試用單縫和平面鏡做類似實驗。單縫和平面鏡的放置如圖4所示，白熾燈發(fā)出的光經濾光片成為波長為λ的單色光照射單縫，能在光屏上觀察到明暗相間的干涉條紋。小明測得單縫與鏡面延長線的距離為h、與光屏的距離為D，則條紋間距Δx＝________。隨后小明撤去平面鏡，在單縫下方A處放置同樣的另一單縫，形成雙縫結構，則在光屏上________(填“能”或“不能”)觀察到干涉條紋。 圖4 解析　(1)衍射單縫越小，衍射越明顯，條紋間距越大；衍射單縫越大，衍射越不明顯，條紋間距越小，題圖a的條紋間距小，對應的細線比較粗，題圖b的條紋間距大，對應的細線比較細，因為1.000>0.605，所以選a。 (2)本題中，單縫在平面鏡中的鏡像，與原來的單縫共同構成一組雙縫(如圖)，所以雙縫間距為d＝2h，故Δx＝。 不能，因為不符合發(fā)生干涉的條件。 答案　(1)a　(2)　不能 1.現(xiàn)有毛玻璃屏A、雙縫B、白光光源C、單縫D和透紅光的濾光片E等光學元件，要把它們放在如圖5所示的光具座上組裝成雙縫干涉裝置，用以測量紅光的波長。 圖5 (1)將白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光學元件，由左至右，表示各光學元件的字母排列順序應為C、________、________、________、A。 (2)本實驗的步驟有： ①取下遮光筒左側的元件，調節(jié)光源高度，使光束能沿遮光筒的軸線把屏照亮； ②按合理的順序在光具座上放置各光學元件，并使各元件的中心位于遮光筒的軸線上； ③用刻度尺測量雙縫到屏的距離； ④用測量頭(其讀數(shù)方法同螺旋測微器)測量數(shù)條亮紋間的距離。 在操作步驟②時還應注意____________和____________。 解析　(1)濾光片E可以從白光中選出單色紅光，單縫D是獲取線光源，雙縫B是獲得相干光源，最后成像在毛玻璃屏A上。所以排列順序為：C、E、D、B、A。 (2)在操作步驟②時應注意的事項有：放置單縫、雙縫時，必須使縫平行；單縫、雙縫間的距離要適當；要保證光源、濾光片、單縫、雙縫和光屏的中心在同一軸線上。 答案　(1)E　D　B　(2)放置單縫、雙縫時，必須使縫平行　單縫、雙縫間的距離要適當 2.如圖6所示，在利用雙縫干涉測量光的波長的實驗中，需要從標尺上讀出某條亮紋的位置。圖中所示的讀數(shù)是________ mm。 圖6 若縫與縫間相距d，雙縫到屏間的距離為L，相鄰兩個亮條紋中心的距離為Δx，則光的波長表示為λ＝________(字母表達式)，某同學在兩個亮條紋之間測量，測出以下結果，其他數(shù)據為：d＝0.20 mm，L＝700 mm，測量Δx的情況如圖7所示，由此可計算出該光的波長為λ＝______ m。 圖7 解析　從圖6中可以看出，主尺示數(shù)為5 mm，游標尺第12條刻線與主尺上的刻線對齊，即游標尺示數(shù)為120.02 mm＝0.24 mm，圖中的游標卡尺的示數(shù)為5 mm＋0.24 mm＝5.24 mm。由干涉條紋間距的計算公式：Δx＝λ，解得光的波長表達式為λ＝。由圖7中可以求出條紋間距為Δx＝ mm＝1.96 mm，代入數(shù)據解得光的波長為λ＝5.610－7 m。 答案　5.24　Δx　5.610－7 3.在“用雙縫干涉測量單色光的波長”實驗中，某同學準備的實驗儀器包括以下元件： A.白熾燈；B.單縫；C.毛玻璃屏；D.雙縫；E.遮光筒；F.紅色濾光片；G.凸透鏡(其中雙縫和光屏連在遮光筒上) 圖8 (1)把以上元件安裝在光具座上時，正確的排列順序是：A________EC。 (2)將測量頭的分劃板中心刻線與某亮紋對齊，并將該亮紋定為第1條亮紋，此時10等分的游標卡尺位置如圖9甲所示，其讀數(shù)為________ mm，繼續(xù)轉動測量頭，使分劃板中心刻線與第7條亮紋中心對齊，此時游標卡尺位置如圖乙所示，其讀數(shù)為________ mm。 圖9 (3)若已知雙縫間距為0.2 mm，測得雙縫到屏的距離為70.00 cm，則所測紅光波長為________。 解析　(1)該實驗中各元件的作用分別是：A.白熾燈——光源；B.單縫——產生相干光；C.毛玻璃屏——呈現(xiàn)能觀察的像；D.雙縫——作為產生干涉現(xiàn)象的兩個波源；E.遮光筒——避免外界光線干擾，便于觀察；F.紅色濾光片——將白熾燈的其他色光過濾掉，只剩下紅光；G.凸透鏡——將光源的發(fā)散光束匯聚，產生放大的效果。所以正確的排列順序是AGFBDEC。 (2)甲圖中游標尺上第8條線與主尺刻度對齊，讀數(shù)為19 mm＋8＝19.8 mm；乙圖中游標尺上第3條線與主尺刻度對齊，讀數(shù)為30 mm＋3＝30.3 mm。 (3)在雙縫干涉現(xiàn)象中，條紋間距Δx＝λ，由(2)可知，條紋間距為Δx＝ mm＝1.75 mm，所以λ＝Δx＝1.75 mm＝0.0 005 mm＝510－7 m。 答案　(1)GFBD　(2)19.8　30.3　(3)510－7 m