题目性质:自编仿真题——题目、材料、选项、数据与情境均为按课程标准与联招常见考点独立编写的原创仿真题,非真题原文,未取自任何题库、教辅或试卷;解析与采分点为教研整理,非官方评分标准。
一、考点定位与做题顺序
公式 Δx = Lλ/d,故 λ = d·Δx/L。三个量的角色要分清:d 是双缝间距(由器材给出,自编取 0.200 mm),L 是缝到屏的距离(自编取 700.0 mm),Δx 是相邻亮纹中心间距,由测量头读出。三者必须先统一到同一单位(建议全部换成 m 再算,或全部用 mm 并把结果换算成 nm)。
最常见的错:数了 7 条亮纹就把距离除以 7,其实 7 条亮纹之间只有 6 个间隔;更稳的做法是「第 1 条到第 7 条」除以 6,或用逐差法把多组间隔平均。下面数据为自编示意,全部做过回代互验。
二、题目呈现
题1 公式与数量级(单选+计算)
在自编实验中,双缝间距 d=0.200 mm,缝屏距 L=700.0 mm,用自编单色光测得相邻亮纹间距 Δx=2.10 mm。
(1) 求该光波长 λ(以 nm 表示);
(2) 若换用波长更长的单色光、其余不变,下列判断正确的是( )
A. Δx 变小 B. Δx 变大 C. 条纹亮度一定变强 D. d 随之改变
题2 测量头读数与逐差法(计算)
测量头主尺最小分度 1 mm,可估读到 0.01 mm。自编读数如下:第 1 条亮纹中心 x₁=1.12 mm,第 2 条 3.22 mm,第 3 条 5.31 mm,第 4 条 7.43 mm,第 5 条 9.52 mm,第 6 条 11.63 mm,第 7 条 13.72 mm。
(1) 用「首末两条除以间隔数」求 Δx;
(2) 用逐差法(x₄−x₁、x₅−x₂、x₆−x₃、x₇−x₄ 各除以 3 后取平均)求 Δx;
(3) 取逐差法结果,代回 d=0.200 mm、L=700.0 mm 求 λ,并说明为何逐差法更稳。
题3 误差与改进(简答+计算)
(1) 若实验者误把 7 条亮纹当成 7 个间隔,用 (x₇−x₁)/7 作 Δx,求出的 λ 比真实值偏大还是偏小?偏了百分之多少?
(2) 若 L 的测量值比真实值大 1.0%,而 d、Δx 无误,λ 的相对误差是多少?方向如何?
(3) 写出两条能减小 Δx 测量误差的操作改进。
三、分步解析
题1 (1) 统一单位:d=0.200 mm=2.00×10⁻⁴ m,L=700.0 mm=0.7000 m,Δx=2.10 mm=2.10×10⁻³ m。λ = dΔx/L = (2.00×10⁻⁴ × 2.10×10⁻³)/0.7000 = 4.20×10⁻⁷/0.7000 = 6.00×10⁻⁷ m = 600 nm。回代:Δx = Lλ/d = 0.7000×6.00×10⁻⁷/(2.00×10⁻⁴)=2.10×10⁻³ m = 2.10 mm,与题给一致。
题1 (2) B。由 Δx=Lλ/d,L、d 不变时 Δx 与 λ 成正比,波长变长则条纹变宽。A 反了;C 错,亮度与光源强度、缝宽、透过率有关,与波长无必然关系;D 错,d 是器材参数,不随入射光改变。
题2 (1) 7 条亮纹之间是 6 个间隔:(x₇−x₁)/6 = (13.72−1.12)/6 = 12.60/6 = 2.100 mm。
题2 (2) 逐差:x₄−x₁=7.43−1.12=6.31 → /3 = 2.1033;x₅−x₂=9.52−3.22=6.30 → 2.1000;x₆−x₃=11.63−5.31=6.32 → 2.1067;x₇−x₄=13.72−7.43=6.29 → 2.0967。四组平均 =(2.1033+2.1000+2.1067+2.0967)/4 = 8.4067/4 = 2.1017 mm ≈ 2.102 mm。
题2 (3) λ = dΔx/L,用 mm 单位先算比值:λ = (0.200 mm × 2.1017 mm)/(700.0 mm) = 0.42034/700.0 mm = 6.0049×10⁻⁴ mm = 6.0049×10⁻⁷ m ≈ 600 nm(与题1 的 600 nm 在读数误差内一致)。回代互验:用 λ=6.0049×10⁻⁷ m 反算 Δx = 0.7000×6.0049×10⁻⁷/(2.00×10⁻⁴)=2.1017×10⁻³ m,与逐差结果一致。逐差法更稳的原因:它把全部 7 个读数都用上,且每组跨度 3 个间隔,单次读数估读误差被分摊;「首末两条」只用了 2 个读数,一次读错就全盘偏。
题3 (1) 误用 (x₇−x₁)/7 = 12.60/7 = 1.800 mm,比真值 2.100 mm 小。λ 与 Δx 成正比,故 λ 也偏小。相对偏差 =(1.800−2.100)/2.100 = −0.300/2.100 = −14.29%(即偏小约 14.3%)。回代:λ′ = d×1.800 mm/L = (0.200×1.800)/700.0 mm = 5.143×10⁻⁷ m ≈ 514 nm,600 nm×(6/7)=514.3 nm,一致。
题3 (2) λ = dΔx/L,L 在分母。L 测大 1.0%(L′=1.010L),则 λ′ = dΔx/(1.010L)=λ/1.010≈0.9901λ,相对误差 ≈ −0.99%,即偏小约 1.0%。方向记法:分母量测大 → 结果偏小,且相对误差近似等值反号。
题3 (3) ① 多测几条:不只读 7 条,读第 1 到第 11 条并用逐差法,把单次估读误差摊到更多间隔上;② 测中心不测边缘:每次对准亮纹中心最亮处读数,且测量头沿同一方向推进、中途不倒转(避免螺距回程差);可再补一条:适当增大 L 或减小 d 使 Δx 变宽,同样的读数误差占比更小。
四、采分点对照
| 题号 | 答案 | 采分点构成 |
|---|---|---|
| 题1 (1) | λ=600 nm | 单位统一 1 分;公式变形 1 分;数值 1 分;以 nm 表示 1 分;回代验算 1 分 |
| 题1 (2) | B | 由公式说明正比关系 1 分;逐项排除 A/C/D 1 分;指出 d 为器材参数 1 分 |
| 题2 (1) | 2.100 mm | 写出 6 个间隔 1 分;计算 1 分 |
| 题2 (2) | 2.102 mm | 四组逐差各 1 分(共 2 分);取平均 1 分;有效数字 1 分 |
| 题2 (3) | ≈600 nm | 代回求 λ 1 分;单位换算 1 分;说明逐差法「用满读数+分摊误差」1 分 |
| 题3 (1) | 偏小约 14.3% | 算出误用值 1 分;判定方向 1 分;相对偏差数值 1 分;用 6/7 回验 1 分 |
| 题3 (2) | 偏小约 1.0% | 指出 L 在分母 1 分;算出 −0.99% 1 分;方向表述 1 分 |
| 题3 (3) | 见解析 | 每条改进 1 分;须说明为什么能减小误差,只写操作不给满分 |
五、高频易错点
- 把 7 条亮纹当 7 个间隔:这是本实验最经典的失分点,间隔数永远比条纹数少 1。
- 单位混用:d 用 mm、L 用 m、Δx 用 mm 直接相乘,结果会差 10³ 倍。
- 误差方向写反:分母量测大 → 结果偏小,别凭「测大了结果也大」的直觉。
- 逐差法只写公式不算四组数值,或把「除以 3」写成「除以 4」。
- 测量头来回倒转读数,引入回程差;或对准亮纹边缘而非中心。
六、小结与自查清单
| 量 | 自编取值 | 在公式中的位置 | 相对误差传递 |
|---|---|---|---|
| d 双缝间距 | 0.200 mm | 分子 | d 偏大 → λ 偏大,等值同向 |
| L 缝屏距 | 700.0 mm | 分母 | L 偏大 1% → λ 偏小约 1% |
| Δx 相邻亮纹间距 | 2.10 mm | 分子 | 间隔数少算 → Δx 偏小 → λ 偏小 |
| λ 波长 | 600 nm(自编) | 待求 | 由 λ=dΔx/L 回代检验 |
- □ 先把 d、L、Δx 全部换成同一单位再代公式。
- □ 数清「条纹数 n → 间隔数 n−1」,逐差法每组除以跨度间隔数。
- □ 求完 λ 必回代算一次 Δx,看是否等于原始读数。
- □ 误差题先写公式、再看该量在分子还是分母,方向由位置定。
- □ 操作改进要连带写出「为什么能减小误差」,不只写动作。
这个实验的公式只有一行,分数却全丢在读数细节上:间隔数、估读、单位、误差方向。养成「算完必回代」的习惯——λ 代回公式能还原 Δx,7 条亮纹除以 6 能还原原始读数——数据自洽了,答案才站得住。本组器材参数、读数与解析均为原创自编仿真内容,600 nm 为示意波长,不代表任何真实光源标定值。