第2节 科学测量:用双缝干涉测光的波长(课件 学案 练习,共3份)鲁科版(2019) 选择性必修 第一册

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第2节 科学测量:用双缝干涉测光的波长(课件 学案 练习,共3份)鲁科版(2019) 选择性必修 第一册

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第2节 科学测量:用双缝干涉测光的波长
1、2题每题5分,3题4分,4题9分,5题12分,共35分
1.(2023·无锡市高二期末)如图甲所示,在“用双缝干涉测光的波长”实验中,下列说法正确的是(  )
A.滤光片应置于双缝和测量头之间
B.拨杆的作用是调节单缝的宽度
C.实验中将6个条纹间距误数成7个,则波长测量值将偏小
D.如图乙,若通过目镜发现里面的亮条纹与分划板竖线未对齐,可通过旋转双缝进行调整
2.(多选)在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中(实验装置如图),下列说法正确的是(  )
A.调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时,应放上单缝和双缝
B.测量某条干涉亮条纹位置时,应使分划板中心刻线与该亮条纹的中心对齐
C.为了减小测量误差,可用测量头测出n条亮条纹间的距离a,求出相邻两条亮条纹间距Δx=
D.某同学用黄光作为入射光,为了增大干涉条纹的间距,可以采用的方法是改用蓝光作为入射光
3.(4分)实验中需测定的相邻条纹间距Δy指图中的________。
4.(9分)(2024·福州市高二期末)“用双缝干涉实验测量光的波长”实验装置如图甲所示
(1)(3分)某次测量中,分划板中心刻线对齐某一条亮纹的中心时,游标卡尺的游标尺位置如图乙所示,该读数为________ mm;
(2)(3分)下列说法中正确的是________;
A.去掉滤光片后,光屏上的干涉条纹消失
B.去掉单缝后,光屏上仍然呈现清晰的干涉条纹
C.实验中要注意使单缝与双缝相互平行,以便在光屏上得到清晰的干涉条纹
(3)(3分)若双缝间距为d,测出双缝与光屏间的距离L及n条亮纹中心间的距离为x,则计算该单色光波长的表达式为λ=________(用题中所给字母表示)。
5.(12分)(2023·白城市高二月考)某同学利用双缝干涉实验测量光的波长,实验装置如图所示,操作如下:
a.接好电源,打开开关,使光源正常发光;
b.调整各器件高度,使光源灯丝发出的光能沿遮光筒轴线到达光屏;
c.调节光源到凸透镜的距离,使其光线刚好被聚焦到单缝上;
d.调节拨杆,使单缝与双缝平行;
e.调整测量头(由分划板、目镜、手轮等构成),直至可在目镜端观察到干涉条纹;
f.旋转手轮完成测量。
(1)(3分)经过以上细心调节,该同学通过目镜观察,发现可以在毛玻璃上观察到彩色条纹,但无法观察到等间距的单色条纹,为了解决这一问题,该同学可在凸透镜和单缝之间增加________(填“偏振片”或“滤光片”)。
(2)(3分)做出适当调整后,该同学再次重复前面操作,终于在毛玻璃上看到了清晰的明暗相间的单色条纹,只不过发现里面的亮条纹与分划板刻线不平行,如图所示,若要使两者平行对齐,该同学应__________。
A.仅左右转动透镜 B.仅旋转单缝
C.仅旋转双缝 D.仅旋转测量头
(3)(3分)再次调节之后,测量头的分划板中心刻线与某条亮纹中心对齐,将该亮条纹定为第1条亮纹,此时手轮上的示数如图甲所示,然后同方向转动测盘头,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。
(4)(3分)已知双缝间距d为2.1×10-4 m,测得双缝到屏的距离L为0.700 m,求得所测光的波长为________ nm。
6.(15分)(2023·漳州市高二期中)某同学利用图示装置测量某绿色光的波长。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)(5分)若想减小条纹间距,该同学可________。
A.将屏向靠近双缝的方向移动
B.使用间距更小的双缝
C.将屏向远离双缝的方向移动
D.使用间距更大的双缝
(2)(5分)若双缝的间距为d,屏与双缝间的距离为L,测得第1条明条纹到第n条明条纹之间的距离为Δx,则单色光的波长λ=________。
(3)(5分)如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上,如图所示,在这种情况下测出干涉条纹的间距Δx,则波长的测量值________其实际值(填“大于”“小于”或“等于”)。
第2节 科学测量:用双缝干涉测光的波长
1.C [滤光片的作用是将复色光变为单色光,单缝的作用是使入射光变成线光源,双缝的作用是将单色光分解成频率相同、振动情况相同的相干光,因此滤光片应该放在单缝之前,故A错误;调节拨杆只能调整单缝的角度,使单缝和双缝平行,获得清晰的干涉图样,故B错误;由公式Δy=λ得λ=,可得实验中将6个条纹间距误数成7个,则Δy偏小,测得的波长值偏小,故C正确;旋转测量头,分划板竖线随之旋转,可使分划板竖线与亮条纹对齐,故D错误。]
2.BC [调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时,不需放单缝和双缝,故A错误;测量某条干涉亮条纹位置时,应使分划板中心刻线与该亮条纹的中心对齐,故B正确;n条亮条纹之间有n-1个间距,相邻两条亮条纹的间距Δx=,故C正确;某同学用黄光作为入射光,根据Δx=λ可知,为了增大干涉条纹的间距,应采用波长大于黄光的红光或橙光,不可以改用波长比黄光短的蓝光作为入射光,故D错误。]
3.CE [干涉条纹的中心间距是指一个亮条纹与一个暗条纹的宽度的和,等于两个相邻的亮条纹(或暗条纹)的中心之间的距离,故题图C、E是正确的。]
4.(1)13.50 (2)C (3)
解析 (1)读数为13 mm+10×0.05 mm=13.50 mm。
(2)若去掉滤光片,能观察到干涉图样,只不过是各色光重叠产生的彩色条纹,故A错误;双缝干涉的条件是频率相同、相位差恒定,撤去单缝屏,不能获取相干光源,所以光屏上双缝干涉的条纹不存在了,故B错误;实验中要注意使单缝与双缝相互平行,以便在光屏上得到清晰的干涉条纹,故C正确。
(3)n条亮纹中心间的距离x,则条纹间距Δx==λ,该单色光波长的表达式为λ=。
5.(1)滤光片 (2)D (3)13.870 (4)693
解析 (1)要观察到等间距的单色条纹,需要用单色光做实验,因此该同学可在凸透镜和单缝之间增加滤光片。
(2)旋转测量头,分划板的竖线随之旋转,可使分划板的竖线与亮条纹平行,故选D。
(3)由题图乙可知,手轮上的示数为13.5 mm+0.01×37.0 mm=13.870 mm。
(4)题图甲所示手轮上的示数为2.320 mm,相邻亮条纹的间距Δy= mm=2.310 mm,由Δy=λ得λ=Δy,代入数据得λ=693 nm。
6.(1)AD (2) (3)大于
解析 (1)根据题意,由公式Δx=λ可知,若想减小条纹间距,可以换波长更短的光,将屏向靠近双缝的方向移动,换间距更大的双缝,故选A、D。
(2)由=得λ=。
(3)条纹与分划板中心刻线不平行时,实际值Δx实=Δx测cos θ,θ为条纹与分划板中心竖直刻线间的夹角,故Δx实<Δx测,由Δx=λ得λ=Δx,可知测量值大于实际值。第2节 科学测量:用双缝干涉测光的波长
[学习目标] 1.了解实验装置,知道实验原理。2.会用测量头测量亮条纹的间距(重点)。3.经历实验过程,能分析双缝干涉条纹的信息,测得光的波长(难点)。
一、实验目的
1.用双缝干涉实验装置测量光的波长。
2.学习测量________距离的方法。
二、实验器材
________(毫米刻度尺)、双缝干涉仪[由光源、________、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、________(如图)组成]、学生电源。
三、实验原理与设计
根据双缝干涉的条纹间距公式可得λ=Δy,分别测量l和Δy(实验中d已知),可求得光波波长,为减小测量误差,可先测n个条纹间距,再求相邻条纹间距。
四、实验步骤
1.如图所示,在光具座上把各光学元件装配好。调节各光学元件中心共轴。
2.先观察光屏上的白光干涉条纹的特点,再给光源加上不同的滤光片,观察条纹的变化。
3.记下双缝间的距离d,测量并记录双缝到光屏的距离l。
4.转动手轮,先使分划板中心刻线对准某条亮(或暗)条纹中心,如图所示,记下此时的读数。继续转动手轮,使分划板中心刻线移过n条条纹,对齐另一亮条纹(或暗条纹)中心,再记下此时的读数。转动手轮进行测量时,一次测量中不要反向旋转。
五、数据记录和处理
把测量结果记录在数据表格中,算出两次读数之差,并求出相邻亮条纹(或暗条纹)的平均间距Δy。求出光的波长。
1.使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央,记下手轮上的读数a1,将该条纹记为第1条亮纹;转动手轮,使分划板中心刻线移动至第n条亮条纹的中央,记下此时手轮上的读数a2,则相邻两亮条纹间距Δy为多少?
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
2.若照在像屏上的光很弱或干涉条纹不够清晰,主要原因是什么?应如何调节?
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
六、误差分析
1.测双缝到屏的距离l带来的误差,可通过选用________________,进行多次测量求平均值的办法减小误差。
2.测条纹间距Δy带来的误差。
(1)干涉条纹没有调到最清晰的程度。
(2)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。
(3)测量多条亮条纹间距离时读数不准确。
七、注意事项
1.双缝干涉仪是比较精密的仪器,应轻拿轻放,不要随便拆解遮光筒、测量头等元件。
2.安装时,注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上,并使单缝、双缝平行且竖直,间距大约5~10 cm。
3.测量头在使用时应使中心刻度线对应着亮(暗)条纹的中心。
4.光源灯丝最好为线状灯丝,并与单缝平行靠近。
例1 (2023·海南琼中附中高二月考)(1)如图所示,在“用双缝干涉测光的波长”实验中,光具座上放置的光学元件依次为①光源、②________、③________、④________、⑤遮光筒、⑥光屏。对于某种单色光,为增加相邻亮条纹(暗条纹)间的距离,可采取______________的方法(写一种方法即可);
(2)转动测量头的手轮,使分划板中心刻线对准第1条亮条纹的中央,手轮的读数如图甲所示。继续转动手轮,使分划板中心刻线对准第10条亮条纹的中央,手轮的读数如图乙所示。则相邻两亮条纹的间距是     mm;
(3)如果已经量得双缝的间距是0.30 mm、双缝和光屏之间的距离是900 mm,则待测光的波长是________ m(取三位有效数字)。
针对训练 某同学在做“用双缝干涉测光的波长”的实验时,第一次分划板中心刻线对齐第2条亮条纹的中心时(如图甲中的A),测量头上的示数如图乙所示,第二次分划板中心刻线对齐第6条亮条纹的中心时(如图丙中的B),测量头上的示数如图丁所示。已知双缝间距d=0.5 mm,双缝到屏的距离l=1 m,则:
(1)图乙中游标卡尺的示数为________ cm。
(2)图丁中游标卡尺的示数为________ cm。
(3)所测光波的波长为______________ m(保留两位有效数字)。
例2 有位同学做双缝干涉实验时,通过测量头观察到如图所示清晰的干涉图样,出现这种现象的原因是(  )
A.单缝和双缝没有调平行
B.光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏没有调共轴
C.光源过于右偏,应调节光源,使它适当左移
D.测量头过于右偏,应调节测量头上的手轮,使它适当左移
第2节 科学测量:用双缝干涉
测光的波长
一、2.微小
二、光具座 滤光片 测量头
思考与讨论
1.||
2.照在像屏上的光很弱,主要原因是光源与单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴所致。干涉条纹不清晰的主要原因一般是单缝与双缝不平行。应调节各光学元件的中心共轴;调节单缝和双缝平行。
六、1.毫米刻度尺
例1 (1)滤光片 单缝 双缝 增大双缝到光屏间的距离 (2)1.610 (3)5.37×10-7
解析 (1)根据双缝干涉实验原理可知②③④分别是滤光片、单缝、双缝;
根据双缝干涉相邻条纹间的距离公式Δy=λ可知,对于某种单色光,为增加相邻亮条纹间的距离,可采取的方法有:增大双缝到光屏间的距离、减小双缝间的距离;
(2)图甲手轮的读数为x1=0+4.5×0.01 mm=0.045 mm,图乙手轮的读数为x2=14.5 mm+3.5×0.01 mm=14.535 mm,
相邻两亮条纹的间距是Δy==1.610 mm。
(3)根据双缝干涉相邻条纹间的距离公式Δy=λ
可得待测光的波长为λ==×10-3 m≈5.37×10-7 m。
针对训练 (1)1.250 (2)1.775
(3)6.6×10-7
例2 D [由图中干涉图样可知,干涉条纹清晰,亮度正常,干涉条纹偏左,出现这种现象的原因是测量头过于右偏,应调节测量头上的手轮,使它适当左移,故选D。](共39张PPT)
DIWUZHANG
第5章
第2节 科学测量:用双缝干涉测光的波长
1.了解实验装置,知道实验原理。
2.会用测量头测量亮条纹的间距(重点)。
3.经历实验过程,能分析双缝干涉条纹的信息,测得光的波长(难点)。
学习目标
一、实验目的
1.用双缝干涉实验装置测量光的波长。
2.学习测量 距离的方法。
二、实验器材
(毫米刻度尺)、双缝干涉仪[由光源、 、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、 (如图)组成]、学生电源。
光具座
滤光片
微小
测量头
三、实验原理与设计
四、实验步骤
1.如图所示,在光具座上把各光学元件装配好。调节各光学元件中心共轴。
2.先观察光屏上的白光干涉条纹的特点,再给光源加上不同的滤光片,观察条纹的变化。
3.记下双缝间的距离d,测量并记录双缝到光屏的距离l。
4.转动手轮,先使分划板中心刻线对准某条亮(或暗)条
纹中心,如图所示,记下此时的读数。继续转动手轮,使分划板中心刻线移过n条条纹,对齐另一亮条纹(或暗条纹)中心,再记下此时的读数。转动手轮进行测量时,一次测量中不要反向旋转。
五、数据记录和处理
把测量结果记录在数据表格中,算出两次读数之差,并求出相邻亮条纹(或暗条纹)的平均间距Δy。求出光的波长。
1.使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央,记下手轮上的读数a1,将该条纹记为第1条亮纹;转动手轮,使分划板中心刻线移动至第n条亮条纹的中央,记下此时手轮上的读数a2,则相邻两亮条纹间距Δy为多少?
思考与讨论
2.若照在像屏上的光很弱或干涉条纹不够清晰,主要原因是什么?应如何调节?
答案 照在像屏上的光很弱,主要原因是光源与单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴所致。干涉条纹不清晰的主要原因一般是单缝与双缝不平行。应调节各光学元件的中心共轴;调节单缝和双缝平行。
六、误差分析
1.测双缝到屏的距离l带来的误差,可通过选用 ,进行多次测量求平均值的办法减小误差。
2.测条纹间距Δy带来的误差。
(1)干涉条纹没有调到最清晰的程度。
(2)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。
(3)测量多条亮条纹间距离时读数不准确。
毫米刻度尺
七、注意事项
1.双缝干涉仪是比较精密的仪器,应轻拿轻放,不要随便拆解遮光筒、测量头等元件。
2.安装时,注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上,并使单缝、双缝平行且竖直,间距大约5~10 cm。
3.测量头在使用时应使中心刻度线对应着亮(暗)条纹的中心。
4.光源灯丝最好为线状灯丝,并与单缝平行靠近。
 (2023·海南琼中附中高二月考)(1)如图所示,在“用双缝干涉测光的波长”实验中,光具座上放置的光学元件依次为①光源、②________、③________、④________、⑤遮光筒、⑥光屏。对于某种单色光,为增加相邻亮条纹(暗条纹)间的距离,可采取__________________________的方法(写一种方法即可);
例1
滤光片
单缝
双缝
增大双缝到光屏间的距离
根据双缝干涉实验原理可知②③④分别是滤光片、单缝、双缝;
(2)转动测量头的手轮,使分划板中心刻线对准第1条亮条纹的中央,手轮的读数如图甲所示。继续转动手轮,使分划板中心刻线对准第10条亮条纹的中央,手轮的读数如图乙所示。则相邻两亮条纹的间距是________ mm;
1.610
图甲手轮的读数为x1=0+4.5×0.01 mm=0.045 mm,图乙手轮的读数为x2=14.5 mm+3.5×0.01 mm=14.535 mm,
(3)如果已经量得双缝的间距是0.30 mm、双缝和光屏之间的距离是900 mm,则待测光的波长是_____________ m(取三位有效数字)。
5.37×10-7
  某同学在做“用双缝干涉测光的波长”的实验时,第一次分划板中心刻线对齐第2条亮条纹的中心时(如图甲中的A),测量头上的示数如图乙所示,第二次分划板中心刻线对齐第6条亮条纹的中心时(如图丙中的B),测量头上的示数如图丁所示。已知双缝间距d=0.5 mm,双缝到屏的距离l=1 m,则:
针对训练
(1)图乙中游标卡尺的示数为________ cm。
(2)图丁中游标卡尺的示数为________ cm。
(3)所测光波的波长为____________ m(保留两位有效数字)。
1.250
1.775
6.6×10-7
 有位同学做双缝干涉实验时,通过测量头观察到如图所示清晰的干涉图样,出现这种现象的原因是
A.单缝和双缝没有调平行
B.光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻
璃屏没有调共轴
C.光源过于右偏,应调节光源,使它适当左移
D.测量头过于右偏,应调节测量头上的手轮,使它适当左移
例2

由图中干涉图样可知,干涉条纹清晰,亮度正常,干涉条纹偏左,出现这种现象的原因是测量头过于右偏,应调节测量头上的手轮,使它适当左移,故选D。
课时对点练
1.(2023·无锡市高二期末)如图甲所示,在“用双缝干涉测光的波长”实验中,下列说法正确的是
A.滤光片应置于双缝和测量头之间
B.拨杆的作用是调节单缝的宽度
C.实验中将6个条纹间距误数成7个,
则波长测量值将偏小
D.如图乙,若通过目镜发现里面的亮条纹与分划板竖线未对齐,可通过
旋转双缝进行调整
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基础对点练

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滤光片的作用是将复色光变为单色
光,单缝的作用是使入射光变成线
光源,双缝的作用是将单色光分解
成频率相同、振动情况相同的相干
光,因此滤光片应该放在单缝之前,故A错误;
调节拨杆只能调整单缝的角度,使单缝和双缝平行,获得清晰的干涉图样,故B错误;
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旋转测量头,分划板竖线随之旋转,可使分划板竖线与亮条纹对齐,故D错误。
2.(多选)在“用双缝干涉测量光的波长”的
实验中(实验装置如图),下列说法正确的是
A.调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时,应放上单缝和双缝
B.测量某条干涉亮条纹位置时,应使分划板中心刻线与该亮条纹的中心
对齐
C.为了减小测量误差,可用测量头测出n条亮条纹间的距离a,求出相邻
两条亮条纹间距Δx=
D.某同学用黄光作为入射光,为了增大干涉条纹的间距,可以采用的方
法是改用蓝光作为入射光
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调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏
中心时,不需放单缝和双缝,故A错误;
测量某条干涉亮条纹位置时,应使分划板中心刻线与该亮条纹的中心对齐,故B正确;
3.实验中需测定的相邻条纹间距Δy指图中的____。
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CE
干涉条纹的中心间距是指一个亮条纹与一个暗条纹的宽度的和,等于两个相邻的亮条纹(或暗条纹)的中心之间的距离,故题图C、E是正确的。
4.(2024·福州市高二期末)“用双缝干涉实验测量光的波长”实验装置如图甲所示
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13.50
(1)某次测量中,分划板中心刻线对齐某一条亮纹的中心时,游标卡尺的游标尺位置如图乙所示,该读数为________ mm;
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读数为13 mm+10×0.05 mm=13.50 mm。
(2)下列说法中正确的是_____;
A.去掉滤光片后,光屏上的干涉条纹消失
B.去掉单缝后,光屏上仍然呈现清晰的干涉条纹
C.实验中要注意使单缝与双缝相互平行,以便在光屏上得到清晰的干涉
条纹
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C
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若去掉滤光片,能观察到干涉图样,只不过是各色光重叠产生的彩色条纹,故A错误;
双缝干涉的条件是频率相同、相位差恒定,撤去单缝屏,不能获取相干光源,所以光屏上双缝干涉的条纹不存在了,故B错误;
实验中要注意使单缝与双缝相互平行,以便在光屏上得到清晰的干涉条纹,故C正确。
(3)若双缝间距为d,测出双缝与光屏间的距离L及n条亮纹中心间的距离为x,则计算该单色光波长的表达式为λ=___________(用题中所给字母表示)。
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5.(2023·白城市高二月考)某同学利用双缝干涉实验测量光的波长,实验装置如图所示,操作如下:
a.接好电源,打开开关,使光源正常发光;
b.调整各器件高度,使光源灯丝发出的光能沿遮光筒轴线到达光屏;
c.调节光源到凸透镜的距离,使其光线刚好被聚焦到单缝上;
d.调节拨杆,使单缝与双缝平行;
e.调整测量头(由分划板、目镜、手轮等构
成),直至可在目镜端观察到干涉条纹;
f.旋转手轮完成测量。
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(1)经过以上细心调节,该同学通过目镜观察,发现可以在毛玻璃上观察到彩色条纹,但无法观察到等间距的单色条纹,为了解决这一问题,该同学可在凸透镜和单缝之间增加________(填“偏振片”或“滤光片”)。
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滤光片
要观察到等间距的单色条纹,需要用单色光做实验,因此该同学可在凸透镜和单缝之间增加滤光片。
(2)做出适当调整后,该同学再次重复前面操作,终于在毛玻璃上看到了清晰的明暗相间的单色条纹,只不过发现里面的亮条纹与分划板刻线不平行,如图所示,若要使两者平行对齐,该同学应_____。
A.仅左右转动透镜 B.仅旋转单缝
C.仅旋转双缝 D.仅旋转测量头
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D
旋转测量头,分划板的竖线随之旋转,可使分划板的竖线与亮条纹平行,故选D。
(3)再次调节之后,测量头的分划板中心刻线与某条亮纹中心对齐,将该亮条纹定为第1条亮纹,此时手轮上的示数如图甲所示,然后同方向转动测盘头,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。
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13.870
由题图乙可知,手轮上的示数为13.5 mm+0.01×37.0 mm=13.870 mm。
(4)已知双缝间距d为2.1×10-4 m,测得双缝到屏的距离L为0.700 m,求得所测光的波长为________ nm。
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6.(2023·漳州市高二期中)某同学利用图示装置测量某绿色光的波长。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)若想减小条纹间距,该同学可____。
A.将屏向靠近双缝的方向移动
B.使用间距更小的双缝
C.将屏向远离双缝的方向移动
D.使用间距更大的双缝
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能力综合练
AD
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(2)若双缝的间距为d,屏与双缝间的距离为L,测得第1条明条纹到第n条明条纹之间的距离为Δx,则单色光
的波长λ=________。
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(3)如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上,如图所示,在这种情况下测出干涉条纹的间距Δx,则波长的测量值________其实际值(填“大于”“小于”或“等于”)。
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大于

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