15.6双缝干涉测量光的波长实验（解析版）--2024高考一轮复习100考点100讲—高中物理

这是一份15.6双缝干涉测量光的波长实验（解析版）--2024高考一轮复习100考点100讲—高中物理，共15页。试卷主要包含了6讲 双缝干涉测量光的波长，190 ②，15，4 ③等内容，欢迎下载使用。
第15.6讲 双缝干涉测量光的波长
【知识点精讲】
[考纲解读] (1)知道获得理想干涉条纹的实验要求。
(2)知道测量头的使用方法，会测量明条纹的间距。
(3)会用控制变量的方法，分别研究光的颜色、双缝距离和双缝与屏之间距离等与条纹间距的关系。
(4)会根据给出的波长表达式计算不同颜色的波长。
【实验图解】
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测量头的构造及使用
如图甲所示，测量头由分划板、目镜、手轮等构成，转动手轮，分划板会向左右移动，测量时，应使分划板中心刻度对齐条纹的中心，如图乙所示，记下此时手轮上的读数。
两次读数之差就表示这两条条纹间的距离。
实际测量时，要测出n条明纹(暗纹)的宽度，设为a，那么Δx＝eq \f(a,n－1)。
注意事项
(1)保证灯丝、单缝、双缝、测量头与遮光筒共轴。
(2)保持单缝和双缝平行。
【最新高考题精练】
1．(2021·浙江6月选考·17(2))如图所示是“用双缝干涉测量光的波长”实验的装置．实验中：
(1)观察到较模糊的干涉条纹，要使条纹变得清晰，值得尝试的是________．(单选)
A．旋转测量头
B．增大单缝与双缝间的距离
C．调节拨杆使单缝与双缝平行
(2)要增大观察到的条纹间距，正确的做法是________．(单选)
A．减小单缝与光源间的距离
B．减小单缝与双缝间的距离
C．增大透镜与单缝间的距离
D．增大双缝与测量头间的距离
【参考答案】 (1)C (2)D
【名师解析】 (1)若粗调后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，要使条纹变得清晰，可尝试调节拨杆使单缝与双缝平行，故选C.
(2)根据Δx＝eq \f(l,d)λ，可知要增大条纹间距，可以增大双缝到光屏的距离l或减小双缝的间距d，故选D.
【最新模拟题精练】
1. . . (2023湖南长沙一中三模)如图甲所示是用“双缝干涉测量光的波长”实验装置图。

（1）已知单缝与双缝间的距离，双缝与屏间的距离，双缝间距。用测量头来测量亮纹中心间的距离，测量头由分划板、目镜、手轮等构成，转动手轮，使分划板左右移动，让分划板的中心刻度线对准第1条亮纹的中心（如图乙所示），此时手轮的读数如图丙所示，是______mm，转动测量头，使分划板中心刻度线对准第4条亮纹的中心，此时手轮的读数如图丁所示。则该被测光的波长为______m（保留两位有效数字）。

（2）图戊为上述实验装置的简化示意图。S为单缝，S1，S2为双缝，屏上会出现明暗相间的干涉条纹。若实验时单缝偏离光轴，向下微微移动，则可以观察到______。

A．干涉条纹消失
B．仍能看到干涉条纹，且条纹整体向上平移
C．仍能看到干涉条纹，且条纹整体向下平移
【参考答案】 ①. 2.190 ②. ③. B
【名师解析】
（1）[1] [2]对准第1条亮纹中心时手轮的读数为
对准第4条亮纹中心时手轮的读数为
相邻两亮条纹的间距为
根据
得波长为
（2）[3] A．实验时单缝偏离光轴，向下微微移动，通过双缝S1、S2的光仍是相干光，仍可产生干涉条纹，A错误；
BC．对于中央亮纹来说，从单缝S经过S1、S2到中央亮纹的路程差仍等于0
那么
则中央亮纹O的位置略向向上移动，故B正确，C错误。

故选B。
2. (2023·浙江省镇海中学模拟)(1)如图所示，小王同学做在“用双缝干涉测量光的波长”实验中发现目镜中干涉条纹与分划板中心刻线始终有一定的角度，下列哪个操作可以使得分划板中心刻线与干涉条纹平行________．
A．仅拨动拨杆
B．仅旋转单缝
C．仅前后移动凸透镜
D．仅旋转毛玻璃处的测量头
(2)小王同学将分划板中心刻线与干涉条纹调平行后，将测量头的分划板中心刻线与某条亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮条纹，此时手轮上的示数如图所示，手轮上的示数是________ mm.
【参考答案】 (1)D (2)50.15
【名师解析】 (1)若要使得分划板中心刻线与干涉条纹平行，则仅旋转毛玻璃处的测量头即可，故选D.
(2)手轮上的示数是50 mm＋0.05 mm×3＝50.15 mm.
3.（2023年7月浙江湖州期末） 在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，实验装置如图所示
（1）将实验仪器按要求安装在光具座上，在图中关于A、B处安装的器材和滤光片的位置下列说法正确是______。
A.A处为双缝、B处为单缝，滤光片在光源和凸透镜之间
B.A处为单缝、B处为双缝、滤光片在凸透镜和A之间
C.A处为双缝、B处为单缝、滤光片在遮光筒中间某个位置
D.A处为单缝，B处为双缝、滤光片在测量头和目镜之间
（2）当观察到干涉图样后，记录第一条亮纹中心位置时测量头如图（a）所示，则读数为______mm，转动手轮，记录第六条亮纹中心位置时测量头如图（b）所示。已知双缝与屏之间的距离为80.00cm，双缝间距为0.2mm，可算出光的波长为______m（结果保留两位有效数字）
（3）下列说法正确的是______。
A.若只去掉单缝将看不到条纹
B.若只去掉滤光片将看不到干涉条纹
C.若将普通光源换成激光光源，只去掉单缝后仍然能完成实验
D.若将普通光源换成激光光源，只去掉双缝后仍然能完成实验
【参考答案】 （1） ①. B （2）②. 2.80 ③. 7.6×10-7 （3） ④. AC
【名师解析】
（1）[1]为了得到单色光，在光通过凸透镜后，需要经过滤光片，即滤光片在凸透镜和A之间，为了形成线光源，光通过滤光片后需要使其通过单缝，之后为了形成相干光源，在单缝之后再放置双缝，因此A处为单缝、B处为双缝、滤光片在凸透镜和A之间。
故选B。
（2）[2]根据游标卡尺的读数规律，该读数为
[3]根据游标卡尺的读数规律，图（b）读数为
相邻明条纹之间的间距为
根据
解得
（3）[4]A．单缝的作用在于使到达双缝处的光是相干光源，若只去掉单缝将看不到条纹，故A正确；
B．滤光片是为了形成单色光，若只去掉滤光片仍然能够看到干涉条纹，只不过为彩色条纹，故B错误；
C．单缝的作用在于使到达双缝处的光是相干光源，由于激光本身就具有良好的相干性，因此若将普通光源换成激光光源，只去掉单缝后仍然能完成实验，故C正确；
D．若将普通光源换成激光光源，只去掉双缝后不能发生干涉现象，不能完成实验，故D错误。
故选AC。
4. . （2023年7月湖北十堰期末）图甲为用双缝干涉装置测量紫光的波长的实验。

（1）按照实验装置，转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对准第1条亮纹，手轮的示数如图乙所示。继续转动手轮，使分划板中心刻线对准第11条亮纹，手轮的示数如图丙所示，则相邻条纹的间距为_________mm(保留三位有效数字).
（2）如果已经测得双缝的间距是0.30mm，双缝和光屏之间的距离为900mm，则待测光的波长为_________m(保留三位有效数字)。
（3）若将装置浸入某种绝缘液体中，则_________。
A.干涉条纹消失 B.干涉条纹的间距变大
C.干涉条纹的间距不变 D.干涉条纹的间距变小
【参考答案】 ①. 1.25 ②. ③. D
【名师解析】
（1）[1] 图乙螺旋测微器的读数为
0mm+0.01×5.0mm=0.050mm
图丙螺旋测微器读数为
12.5mm+0.01×5.0mm=12.550mm.
所以条纹的间距为
（2）[2] 根据双缝干涉条纹的间距公式
解得
（3）[3] 若将装置浸入某种绝缘液体中，则根据
，
可知光的波长变小，再根据可知干涉条纹的间距变小。
故选D。
5. （2023年7月浙江湖州期末）在“探究气体等温变化的规律”实验中，实验装置如图所示。用注射器封闭一定质量的空气，连接到气体压强传感器上，用传感器测量封闭气体的压强，用注射器刻度读出气体体积。

（1）多次改变封闭气体的体积，测量出不同体积时气体的压强，用电脑记录下来，并生成p-V图像如图所示，由图可猜测p与V可能______（选填“成正比”、“成反比”、“不成比例”）

（2）实验完成后，某同学做出的图像如图所示（其中实线为实验所得，虚线为参考双曲线的一支），造成这一现象的原因可能是______。
A．操作实验时用手握住注射器
B．实验时环境温度降低了
C．注射器内气体向外泄漏
D．有气体进入注射器内
【参考答案】 ①. 成反比 ②. BC##CB
【名师解析】
（1）[1]根据图线进行猜测，p与V可能成反比；
（2）[2]实线与虚线进行比较，当体积V一定时，实验中气体压强偏小，结合理想气体状态方程可知，气体温度降低，即实验时环境温度降低；当压强一定时，实验中气体体积偏小，说明可能注射器内气体向外泄露。故选BC。
6. 洛埃德在1834年提出了一种更简单的观察干涉的装置．如图所示，单色光从单缝S射出，一部分入射到平面镜后反射到屏上，另一部分直接投射到屏上，在屏上两光束交叠区域里将出现干涉条纹．单缝S通过平面镜成的像是S′.
(1)通过洛埃德镜在屏上可以观察到明暗相间的干涉条纹，这和双缝干涉实验得到的干涉条纹一致．如果S被视为其中的一个缝，________相当于另一个“缝”．
(2)实验中已知单缝S到平面镜的垂直距离h＝0.15 mm，单缝到光屏的距离D＝1.2 m，观测到第3条亮条纹中心到第12条亮条纹中心的间距为22.78 mm，则该单色光的波长λ＝________ m．(结果保留1位有效数字)
(3)以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮条纹之间的距离________．
A．将平面镜稍向上移动一些
B．将平面镜稍向右移动一些
C．将光屏稍向右移动一些
D．将光源由红色光改为绿色光
【参考答案】 (1) S′ (2)6×10－7 (3)AC
【名师解析】 (1)通过洛埃德镜在屏上可以观察到明暗相间的干涉条纹，这和双缝干涉实验得到的干涉条纹一致．如果S被视为其中的一个缝，S′相当于另一个“缝”．
(2)第3条亮条纹中心到第12条亮条纹中心的间距为22.78 mm，则相邻亮条纹间距为Δx＝eq \f(22.78×10－3,12－3) m≈2.53×10－3 m，等效双缝间的距离为d＝2h＝0.30 mm＝3.0×10－4 m，根据双缝干涉条纹间距Δx＝eq \f(D,d)λ，则有λ＝eq \f(d,D)Δx＝eq \f(3.0×10－4×2.53×10－3,1.2) m≈6×10－7 m.
(3)根据双缝干涉条纹间距Δx＝eq \f(D,d)λ可知，仅增大D、仅减小d或仅增大波长λ都能够增大光屏上相邻两条亮条纹之间的距离，所以A、C正确．
7.(2023陕西名校冲刺)(10 分)用双缝干涉测量光的波长实验装置如图所示。将双缝干涉实验仪器按要求安装
在光具座上，光源发的光经滤光片(装在单缝前)成为单色光，把单缝照亮。单缝相当于一个线光源，它又把双缝照亮，已知双缝间的距离为 0.3 mm。透镜的作用是使射向单缝的光更集中。遮光筒的一端装有毛玻璃屏，通过目镜可以在屏上观察到干涉条纹。
①实验时，还需要测量的有 ；
②实验中将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，并将该亮纹定为第 1 条亮纹，
此时手轮上的示数如图甲所示；然后转动测量头、使分划板中心刻线与第 6 条亮纹
中心对齐，此时手轮上的示数如图乙所示，得相邻的条纹之间距离为 mm；
③若测得双缝到毛玻璃屏的距离为 120.00 cm，则本次实验测得的这种光的波长是 m(保留 2 位有效数字)；
④若实验中发现条纹太稀疏，可采取的改善办法是 (至少写一条)。
【参考答案】 ①双缝到毛玻璃屏的距离和相邻条纹间距 ②1.954(1.953～1.957)
③4.9×10-7 ④换波长更短的滤光片或减小双缝到毛玻璃屏的距离
【名师解析】：(2)①实验时，根据公式 Δx＝l d λ，可得 λ＝Δxd l ，所以需要测量相邻的条纹之间距离、
双缝间距、双缝到屏的距离。故还需要测量双缝到毛玻璃屏的距离和相邻条纹间距。
②第一条亮纹的读数为 4.5 mm+0.01×40.0 mm=4.900 mm，
第 6 条亮纹的读数为 14.5 mm+0.01×17.0 mm=14.670 mm，
所以相邻的亮纹间距 Δx= 14.670－4.900 5 mm=1.954 mm。
③光波波长 λ＝Δxd /l ＝1.954×1013 ×0.3×10-3÷（120.00×10-2） A m＝4.9×10P -7-7m。
④根据公式 Δx＝l Aλ/d 可知，想要条纹变密集，即让 Δx 变小，可以减小双缝到屏的距离l，减小光波的波长λ，增大双缝的间距d，即换波长更短的滤光片或减小双缝到毛玻璃屏的距离。
8.（2023广东实验中学质检） 图为“用双缝干涉测光的波长”的实验装置，为使光屏上能观察到清晰的干涉条纹；
（1）从左到右依次放置①光源、②绿色滤光片、③、④、⑤遮光筒、⑥光屏。下列说法正确是（ ）
A．③、④分别是单缝、双缝
B．减小双缝之间的距离，可以增大相邻暗条纹间的距离
C．应先放上单缝和双缝，再调节光源高度使光沿遮光筒轴线照在屏中心
D．屏上的干涉条纹与双缝垂直
（2）调节仪器使分划板的中心刻度对准一条亮条纹的中心，示数如图乙所示，其读数为________mm。
（3）该实验中，已知双缝与屏的距离为L，双缝间距为d，测出n条亮条纹间的距离a，则单色光的波长的表达式λ=___________（用a、L、d、n表示）；将滤光片由绿色换成红色，其他条件不变，则屏上干涉条纹的间距将___________（填“增大”“减小”或“不变”）。
【参考答案】 ①. AB ②. 19.4 ③. ④. 增大
【名师解析】
(1)[1]A．③、④分别是单缝、双缝。故A正确；
B．根据公式
易知减小双缝之间的距离，可以增大相邻暗条纹间的距离。故B正确；
C．是否先放上单缝和双缝，再调节光源高度使光沿遮光筒轴线照在屏中心对实验本身没有影响。故C错误；
D．屏上的干涉条纹与双缝平行。故D错误。
故选AB。
(2)[2]调节仪器使分划板的中心刻度对准一条亮条纹的中心，示数如图乙所示，其读数为
(3)[3]依题意，相邻亮条纹间的距离为
联立，可得
[4]将滤光片由绿色换成红色，入射光的波长变大，其他条件不变，则屏上干涉条纹的间距将增大。
9. . (2023湖南名校5月质检)在“用双缝干涉测光的波长”实验中，如图甲所示，将实验装置按要求安装在光具座上，并选用缝间距为的双缝屏。从光具座的刻度尺上读出毛玻璃屏与双缝屏间的距离为。接通电源使发白光的光源正常工作。
（1）组装仪器时，若单缝和双缝均与竖直方向成45°平行放置，则______；
A．可观察到水平的干涉条纹
B．可观察到倾斜的干涉条纹
C．看不到干涉现象
（2）若实验中在毛玻璃屏上得到的干涉图样如图乙所示，屏上的分划板刻线分别位于图中A、B位置时，游标卡尺的读数分别为、，则单色光波长的表达式______。
（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，如图丙所示，在这种情况下测出干涉条纹的间距，则波长的测量值______（填“大于”、“小于”或“等于”）其实际值。
【参考答案】 ①. B ②. ③. 大于
【名师解析】
（1）[1] 组装仪器时，若单缝和双缝均与竖直方向成45°平行放置，则可观察到倾斜的干涉条纹。
故选B。
（2）[2] ]条纹间距为
由
可得
（3）[3] 条纹与分划板中心刻线不平行时，实际值
Δx实=Δx测csθ
为条纹与分划板中心竖直刻线间的夹角，故
Δx实＜Δx测
由
可知测量值大于实际值。
10. (2023云南昆明一中第9次质检)某同学用激光笔、载玻片、蜡烛、刮胡刀片等工具研究光的干涉现象，首先将蜡烛点燃，将载玻片压住火焰尖部，则蜡烛的浓烟会将载玻片熏黑，然后将两片刮胡刀捏在一起并在载玻片上拉出两道细小的划痕，此时，打开激光笔，将绿色激光对着两道划痕照射，则会在墙壁上看到如图所示的于涉条纹。两条划痕间距约为，用直尺测得干涉条纹的平均间距为，载玻片到墙壁的距离为，则根据以上数据可以估算出该激光的波长约为___________，如果换用红色的激光笔照射，则干涉条纹间距会变___________（填“大”或“小”）。该同学将激光笔换成亮度很高的小灯泡，则无论如何调整也看不到干涉条纹，原因是___________。
【参考答案】 ①. 500 ②. 大 ③. 小灯泡发出的光频率不同，相位差不固定，为非相干光
【名师解析】
[1]根据干涉条纹间距公式
代入数据，解得
[2]根据条纹间距公式可知，在其他条件相同的情况下，条纹间距与波长成正比，红光的波长比绿光的波长长，因此，换用红光条纹间距将变大；
[3]小灯泡发出的光频率不同，相位差不固定，为非相干光，因此无论如何调整也看不到干涉条纹。
11. . (2023浙江杭州九校期中联考) 在“用双缝干涉测光的波长”实验中，将实验仪器按要求安装在光具座上，如图甲所示。
（1）关于该实验，下列说法正确的是____；
A.单缝及双缝必须平行放置
B.干涉条纹与双缝垂直
C.干涉条纹疏密程度与单缝宽度有关
D.若用绿色滤光片替换红色滤光片，干涉条纹间距会变小
（2）某同学在做该实验时，在同一视野中选取了A、B两条纹，第一次分划板中心刻度对齐A条纹中心时（图乙），游标尺的示数如图丙所示；第二次分划板中心刻度对齐B条纹中心时（图丁），游标尺的示数如图戊所示。已知双缝间距为0.50mm，双缝到屏的距离为1.00m，则图丙游标尺的示数为____mm，两个相邻亮条纹（或暗条纹）间的距离为____mm。所测单色光波长为___m。
【参考答案】： （1） ①. AD##DA （2） ②. 11.5 ③. 1.3 ④.
【名师解析】：（1）为使屏上的干涉条纹清晰，单缝和双缝必须平行放置，所得到的干涉条纹与双缝平行，A正确，B错误；
根据公式
可知，干涉条纹疏密程度与双缝间距离、双缝到屏的距离和光的波长有关，绿光的波长小于红光的波长，若用绿色滤光片替换红色滤光片，干涉条纹间距会变小，C错误，D正确。
（2）[2][3][4]由图丙可知，读数为
由图戊可知，读数为
由图乙和图丁可知，A、B两条纹间有4个间距，则两个相邻亮条纹（或暗条纹）间的距离为
根据公式
代入数据解得所测单色光波长为