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例題精講 · 第 00881 題 · 自編示意 50 條吞吐對應的鏡面位移與波長反解

以一組自編示意邁克耳孫干涉儀讀數為材料,由吞吐條紋數反解反射鏡位移與光波波長,並用兩條獨立路徑互驗;波長、位移與計數均為自編示意。

00881題號全 1000 篇 · 第 第147輪 / 第147冊 輪
方向物理·實驗六向之一
題型自編仿真題逐題精講 · 采分點拆解

題目性質:自編仿真題——題目、材料、選項、數據與情境均為按課程標準與聯招常見考點獨立編寫的原創仿真題,非真題原文,未取自任何題庫、教輔或試卷;解析與採分點為教研整理,非官方評分標準。

例題精講 · 物理實驗

一、考點定位與做題順序

動鏡每移動 λ/2,光程差改變一個波長,視場就吞吐一條條紋;所以 d=N·λ/2,而不是 N·λ。 本講用一組自編示意計數把「單條位移」「總位移」「波長反解」三步串起來,並登記一次取位讀數帶來的相對偏差。

二、逐題精講

題1

自編示意波長 λ=632.8 nm,移動反射鏡時視場吞吐 50 條條紋。求單條條紋對應的鏡面位移與總位移(以 mm 計)。

解析

先把波長換成 mm:632.8 nm=632.8×10⁻⁶ mm=0.0006328 mm。 單條吞吐對應鏡面位移 Δd=λ/2=0.0003164 mm。總位移 d=N·Δd=50×0.0003164=0.01582 mm,也可直接寫 d=Nλ/2=50×0.0006328/2=0.01582 mm。

答案 單條 0.0003164 mm;總位移 0.01582 mm。

採分點 單位換算 2 分;λ/2 判據 3 分;單條位移 2 分;總位移 3 分。

易錯點 把 Δd 寫成 λ 會把結果放大一倍;把 nm 直接當 mm 代入會差 10⁶ 倍。

題2

若實測位移讀作 0.01580 mm,按 d=Nλ/2 反解波長是多少?與題給值的相對偏差如何?

解析

反解 λ′=2d/N=2×0.01580/50=0.0006320 mm=632.0 nm。 理論位移 0.01582 mm 與讀數 0.01580 mm 之差 0.00002 mm,相對偏差 (0.01582−0.01580)/0.01582×100≈0.126422%;按另一條路徑用理論值作分母同樣得 0.126422%。這說明吞吐計數少記約 0.06 條才會造成該偏差,屬讀數取位而非儀器常數變化。 數值回代核驗(按題面原始參數逐項獨立重算,每項另以一條獨立路徑互驗):單條位移(波長折半對應的鏡面位移)= 0.000316;五十條位移(條數乘單條位移)= 0.01582;波長反解毫米(由讀數位移反解波長)= 0.000632;波長反解納米(毫米折算為納米)= 632;理論波長納米(由理論位移反解波長)= 632.8;相對偏差百分數(讀數位移與理論位移之差佔比)= 0.126422

答案 λ′=632.0 nm;相對偏差約 0.126422%。

採分點 反解式 3 分;單位換算 2 分;偏差百分數 3 分;偏差性質說明 2 分。

易錯點 把偏差寫成 0.126422 個百分點,或把 632.0 nm 當成新的真實波長,都是口徑錯誤。

三、規律小結與對照表

量主路徑獨立路徑數值
波長(mm)632.8×10⁻⁶0.00063280.0006328 mm
單條位移λ/20.0006328/20.0003164 mm
總位移N·λ/250×0.00031640.01582 mm
反解波長2d/N2×0.01580/500.0006320 mm
折算 nm×10⁶632.0632.0 nm
相對偏差(0.01582−0.01580)/0.015822×10⁻⁵/0.015820.126422%

條紋吞吐的換算基準是 λ/2 而非 λ;反解波長時用「2 倍位移除以條數」,單位先統一。本講波長、位移與計數均為自編示意讀數,不代表真實儀器記錄。

四、自測清單

  • 是否先把 nm 換成 mm
  • 單條位移是否為 λ/2
  • 總位移是否等於 N·λ/2
  • 反解式是否為 2d/N
  • 兩路總位移是否閉合
  • 相對偏差分母是否取理論位移
  • 偏差是否用百分數
  • 是否說明屬於讀數取位

五、數值回代明細

按題面原始參數逐項重算(構造時另以一條獨立路徑互驗一致):單條位移 = 0.000316;五十條位移 = 0.01582;波長反解毫米 = 0.000632;波長反解納米 = 632;理論波長納米 = 632.8;相對偏差百分數 = 0.126422。以上數值與本篇解析、答案欄、規律表逐處對應,示意數據在正文另行註明。

六、選題邊界與相鄰板塊

本講只處理邁克耳孫干涉儀的條紋吞吐計數;牛頓環平方差、雙縫插片、劈尖干涉與光柵衍射另屬相鄰板塊,不在此重複出同一光程差模型。

本篇角度與全部已發篇目按累計選題臺賬跨批查重,未複用上批情境,也未把一篇拆成兩篇。

編寫說明與學科依據

本文為備考教研體例稿:題目系按課程標準與聯招常見考點範圍編寫的仿真練習題,非真題原文;文中案例為示意內容,非真實記錄;文末欄目為學科依據說明,非逐條引文。涉及報考、錄取、證件、居留、資助等事項,一律以當年官方文件與學校正式通知為準。

學科依據:

  • 人教版高中教材(物理):復擺測 g、霍爾元件對稱換向、邁克耳孫條紋吞吐、電容放電測高阻、旋轉液麵拋物面、雙稜鏡測波長相關章節
  • 《普通高等學校聯合招收華僑港澳臺學生考試大綱(物理科)》:相關考點考查範圍(僅作命題範圍參照,本文題目未與真題逐題比對)
  • 編寫說明:題目、選段、選項、數據與解析均為按常見考點獨立編寫的原創仿真題,未取自任何題庫、教輔或試卷;採分點為教研整理,非官方評分標準

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邁克耳孫干涉儀測微小位移:條紋吞吐與 λ/2
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