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高中4 实验:用双缝干涉测量光的波长课后复习题
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这是一份高中4 实验:用双缝干涉测量光的波长课后复习题,共18页。试卷主要包含了实验目的,实验原理,数据处理等内容,欢迎下载使用。
4.4 实验:用双缝干涉测量光的波长 课程标准课标解读1.了解光波产生稳定的干涉现象的条件;2.观察双缝干涉图样;3.测定单色光的波长。1.了解“用双缝干涉测量光的波长”的实验原理,知道影响干涉条纹宽度的因素。2.经历用双缝干涉测量光的波长的实验过程,加深对双缝干涉图样的认识和理解,养成合作意识。 知识点01 实验目的与原理1.实验目的了解光波产生稳定的干涉现象的条件;观察双缝干涉图样;测定单色光的波长。2.实验原理据双缝干涉条纹间距得,波长。已知双缝间距d,再测出双缝到屏的距离L和条纹间距Δx,就可以求得光波的波长。【即学即练1】在光的双缝干涉实验中,光屏上出现的条纹情况是( )A. 中央明条纹最宽B. 各种不同色光的暗条纹间距一样大C. 对于同种色光,光屏离双缝距离越远明条纹的间距越小D. 在相同装置中红光的明条纹间距比紫光的明条纹间距大 知识点02 物理量的测量1、l的测量:双缝到屏的距离l可用刻度尺测出。2、的测量:相邻两条亮(暗)条纹间的距离需要用测量头测出。为了减小测量误差,可测出n条亮(暗)条纹间的距离a,则实验中用于测量干涉条纹间距的仪器叫测量头,其外形如图所示。(1)测量头由分划板、目镜和手轮三部分构成。(2)转动手轮,分划板会左右移动,测量时从手轮上读取测量数据,手轮的使用与螺旋测微器类似。 【即学即练2】在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中,(1)下列操作正确的是________.A.先调节光源高度,观察到光束沿遮光筒的轴线传播后再装上测量头B.接通电源前把输出电压调到小灯泡额定的电压C.观察到条纹比较模糊,可以调节拨杆进行调整D.测量某亮条纹位置时,目镜分划板中心刻线与该亮纹边缘重合(2)下列图中条纹间距表示正确是________.知识点03 实验步骤1.将光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上,如图所示。2.接好光源,打开开关,使灯丝正常发光。3.调节各元件的高度,使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏。4.安装双缝和单缝,中心大致位于遮光筒的轴线上,使双缝与单缝的缝平行,两者间距5~10 cm,这时可观察白光的干涉条纹。5.在单缝和光源间放上滤光片,观察单色光的干涉条纹。6.数据处理:已知双缝间的距离d,根据测得的和,由λ=计算单色光的波长。 【即学即练3】如图所示,某同学在利用双缝干涉测量单色光波长时,第一次分划板中心刻线对齐A条纹中心时(图a),游标卡尺的示数如图b所示,第二次分划板中心刻线对齐B条纹中心时(图c),游标卡尺的示数如图d所示,已知双缝间距为0.5 mm,从双缝到屏的距离为1 m,则图b中游标卡尺的示数为______mm,图d中游标卡尺的示数为______mm,由此可得相邻两亮条纹的间距Δx=________mm,所测单色光的波长为________m. 考法01 用双缝干涉测量光的波长的注意事项 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.滤光片、单缝、双缝、目镜等如有灰尘,应用擦镜纸轻轻擦去。3.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。4.调节的基本依据:照在像屏上的光很弱。主要原因是灯丝与单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴线所致。干涉条纹不清晰的主要原因一般是单缝与双缝不平行。5.测量头在使用时应使中心刻度线对应着亮(暗)条纹的中心。6.光源灯丝最好为线状灯丝,并与单缝平行靠近。 【典例1】在“用双缝干涉测量光的波长”实验中,实验装置如图甲所示.(1)以白炽灯为光源,对实验装置进行了调节并观察实验现象后,总结出以下几点,你认为正确的是______.A.单缝和双缝必须平行放置B.各元件的中心可以不在遮光筒的轴线上C.双缝间距离越大呈现的干涉条纹越密D.将滤光片移走则无干涉现象产生(2)当测量头中的分划板中心刻线第一次对齐A条纹中心时,游标卡尺的示数如图丙所示,第二次分划板中心刻度线对齐B条纹中心时,游标卡尺的示数如图戊所示.已知双缝间距为 0.5 mm,从双缝到屏的距离为1 m,则图戊中游标卡尺的示数为________ mm,所测光波的波长为________ m.(保留两位有效数字)(3)如果测量头中的分划板中心刻度线与干涉条纹不在同一方向上,如图己所示.则在这种情况下来测量干涉条纹的间距Δx时,测量值________实际值.(填“大于”、“小于”或“等于”) 题组A 基础过关练一、单选题1.在“用双缝干涉测量光的波长”实验中,小张同学通过测量头的目镜观察红光的干涉图样时,发现里面的亮条纹与分划板竖线未对齐,如图所示,若要使两者对齐,小张同学应如何调节()A.仅顺时针旋转单缝B.仅顺时针旋转双缝C.仅逆时针旋转测量头D.仅逆时针旋转整个遮光筒2.如图甲所示,利用激光器发射出的激光照射到双缝上,在双缝后面的光屏上能呈现出明、暗相间的干涉条纹。若实验中仅改变某一个实验条件、而其他条件均不变的情况下,得到的干涉图样分别如图乙和丙所示。对于这两次实验,下列说法中正确的是( )A.由于选用的激光器不同,乙图对应的激光的频率较高B.双缝到光屏的距离L不同,乙图对应的L较大C.双缝的间距不同,乙图对应的间距较大D.激光器到双缝的距离不同,乙图对应的距离较大3.如图所示,某同学对双缝干涉实验装置进行调节并观察实验现象,下述现象中能够观察到的是( )A.将滤光片由红色的换成蓝色的,干涉条纹间距变宽B.将单缝向双缝移动一小段距离后,干涉条纹间距变宽C.换一个两缝之间距离较大的双缝,干涉条纹间距变窄D.去掉滤光片后,干涉现象消失二、实验题4.如图所示,在做《用双缝干涉测量光的波长》的实验时,首先调节光源、滤光片、单缝和双缝的中心均位于遮光筒的中心轴线上,用直尺量得双缝到屏的距离为80.00cm,由双缝上的标识获知双缝间距为0.200mm,光波波长为6.00×10-7m.若调至屏上出现了干涉图样后,用测量头上的螺旋测微器去测量,转动手轮,移动分划板使分划板中心刻线与某条明纹中心对齐,如图所示,此时螺旋测微器的读数为________mm,此明条纹的序号定为1,其右侧的明纹序号依次为第2、第3、……条明纹.从第1条明纹中心至第6条明纹中心的距离为________mm.5.某实验小组利用如图所示的装置研究双缝干涉现象并测量光的波长。(1)图中①所示的装置名称为______,它在实验中的作用是_____________;(2)调整好装置进行实验,若将滤光片由紫色换为红色,则干涉条纹间距将______(填“增大”“减小”或“不变”);(3)某次实验中,若测得双缝之间的距离为,双缝到光屏之间的距离为,相邻两明纹之间的距离为,则这种光的波长为______。(结果保留两位有效数字)6.在“用双缝干涉测光的波长”实验中,将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上(如图1),并选用缝间距为d的双缝屏。从仪器注明的规格可知,毛玻璃屏与双缝屏间的距离为L。接通电源使光源正常工作,发出白光。(1)组装仪器时,若将单缝和双缝均沿竖直方向分别固定在a处和b处,则_______。A.可观察到水平方向的干涉条纹B.可观察到竖直方向的干涉条纹C.看不到干涉现象(2)若取下红色滤光片,其他实验条件不变,则在目镜中_______。A.观察不到干涉条纹B.可观察到明暗相间的白条纹C.可观察到彩色条纹(3)若实验中在像屏上得到的干涉图样如图2所示,毛玻璃屏上的分划板刻线在图2中A、B位置时,游标尺的读数分别为x1、x2,则入射的单色光波长的计算表达式为λ=________。分划板刻线在某条明条纹位置时游标卡尺如图3所示,则其读数为________mm。7.在“用双缝干涉测光的波长”实验中(实验装置如下图):(1)下列说法哪一个是错误的___________。(填选项前的字母)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.测量某条干涉亮纹位置时,应使测微目镜分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐C.为了减少测量误差,可用测微目镜测出n条亮纹间的距离a,求出相邻两条亮纹间距Δx=(2)测量某亮纹位置时,手轮上的示数如图,其示数为___________mm。8.现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件,要把它们放在如图所示的光具座上组装成双缝干涉装置,用以测量红光的波长。 (1)将白光光源C放在光具座最左端,依次放置其他光学元件,由左到右,表示各光学元件的字母排列顺序应为C、________、________、________、A;(2)本实验的步骤有:①取下遮光筒左侧的元件,调节光源高度,使光束能沿遮光筒的轴线把屏照亮;②按合理的顺序在光具座上放置各光学元件,并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上;③用刻度尺测量双缝到屏的距离;④用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮条纹间的距离;在操作步骤②时还应注意________________、________________和_____________。9.在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中,将下表中的光学元件放在如图甲所示的光具座上,由左至右,各光学元件的排列顺序应为C、E、___________、___________、A(填写元件代号)。实验中得到的干涉图样如图乙所示,如果亮条纹1、6中心之间的距离为,双缝之间的距离为,双缝到屏之间的距离为,则光的波长___________。元件代号ABCDE元件名称光屏双缝白光光源单缝透红光的滤光片10.用双缝干涉测光的波长,实验装置如图(甲)所示。①单色光通过单缝后,经双缝产生稳定的干涉图样。双缝的作用是:______;②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,如图乙所示,则在这种情况下测量干涉条纹的间距时,测量值______实际值。(填“大于”、“小于”或“等于”) 题组B 能力提升练一、单选题1.用单色光做双缝干涉实验,下列说法正确的是( )A.相邻两亮条纹或暗条纹的中心间距相等B.中央亮条纹宽度是两边亮条纹宽度的2倍C.屏与双缝之间的距离减小,则屏上条纹间的距离增大D.在实验装置不变的情况下,红光的条纹间距小于蓝光的条纹间距2.在“用双缝干涉测量光的波长”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.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C.测量某条干涉亮条纹位置时,应使测量头分划板中心刻线与该亮条纹的中心对齐D.将滤光片放在单缝与双缝之间将改变实验结果3.利用双缝干涉测量光的波长,装置如图。下列说法中正确的是( )A.图中分别为滤光片、双缝和单缝,且双缝和单缝应平行放置B.调节光源高度,使光束沿着遮光筒轴线照在屏中心时,应放上单缝和双缝C.仅将光屏稍向右移,则条纹的间距减小D.实验中将4个条纹间距误数成5个,测得的波长值偏小4.1834年,洛埃利用单面镜得到了杨氏干涉的结果(称洛埃镜实验)。洛埃镜实验的基本装置如图所示,为单色光源,为一平面镜。发出的光直接照在光屏上,同时发出的光通过平面镜反射在光屏上。设光源到平面镜的垂直距离和到光屏的垂直距离分别为和,光的波长为。则相邻两条亮条纹的中心间距是( )A. B. C. D.5.甲、乙两单色光分别通过同一双缝干涉装置得到各自的干涉图样,设相邻两个亮条纹的中心距离为,若,则下列说法正确的是( )A.从玻璃射向空气发生全反射时,甲光的临界角小于乙光的临界角B.在同一种均匀介质中甲光的波长一定小于乙光的波长C.甲光的光子能量一定大于乙光的光子能量D.在同一种均匀介质中甲光的传播速度大于乙光的传播速度二、多选题6.利用图示装置研究双缝干涉现象并测量光的波长,下列说法中正确的有 .A.实验装置中的①②③元件分别为滤光片、单缝、双缝B.将滤光片由紫色换成红色,干涉条纹间距变宽C.将单缝向双缝移动一小段距离后,干涉条纹间距变宽D.测量过程中误将5个条纹间距数成6个,波长测量值偏大7.下列说法中正确的是A.图甲是一束复色光进入水珠后传播的示意图,其中a束光在水珠中传播的速度一定大于b束光在水珠中传播的速度B.图乙是一束单色光进入平行玻璃砖后传播的示意图,当入射角i逐渐增大到某一值后不再会有光线从bb'面射出C.图丙和丁分别是双缝干涉和薄膜干涉示意图,反映出光具有波动性D.图戊中的M、N是偏振片,P是光屏.当M固定不动缓慢转动N时,光屏P上的光亮度将会发生变化,此现象表明光波是横波8.在“用双缝干涉测光的波长”的实验中,实验装置如图甲所示。某同学以线状白炽灯为光源,对实验装置进行调节并观察了实验现象后,总结出以下几点,正确的是( )A.灯丝与单缝和双缝必须平行放置B.干涉条纹与双缝垂直C.干涉条纹的疏密程度与单缝宽度有关D.干涉条纹的间距与光的波长有关9.关于“用双缝干涉测量光的波长”的实验,正确的说法是( )A.实验时应调节各器件共轴,并且单缝和双缝的缝应相互平行B.观察到的白光的干涉图样是:在视野中可以看到彩色的干涉条纹,中央为一条白亮的零级干涉条纹;彩色条纹的排列,以零级亮条纹为中心左右对称,在第一级亮条纹中紫色在最外侧C.看到白光的干涉条纹后,在单缝前面放上红色或绿色滤光片,即可看到红黑相间或绿黑相间的干涉条纹,且红条纹的相邻条纹间距比绿条纹的相邻条纹间距大D.测量时应使测量头的分划板的中心刻线对齐条纹的中心再读数10.用a、b两种单色光分别照射同一双缝干涉装置,在距双缝恒定距离的屏上得到如图所示的干涉图样,其中图甲是a光照射形成的,图乙是b光照射形成的,则关于a、b两束单色光,下述说法中正确的是( )A.a光的频率比b光的大B.在水中a光传播的速度比b光的大C.水对a光的折射率比b光大D.b光的波长比a光的短三、实验题11.(1)小丽用双缝干涉实验装置测量某单色光的波长,图甲中___________(填“A”或“B”)位置是双缝的位置,部件C的作用是调节___________。(2)小丽在调节过程中,出现了干涉条纹是竖直的、分划板中心刻线是倾斜的情况,如图乙所示,这种情况可通过_________来调整。(3)通过调整,小丽从目镜中看到如图丙所示的图像,当她将中心刻线分别对准第1和第5条亮条纹中央时,测量头游标尺读数如图丁、戊所示,则相邻两条亮条纹的条纹间距_______mm,再根据实验数据计算得到波长。12.下图为研究电磁感应现象的实验装置,部分导线已连接.(1)用笔画线代替导线将图中未完成的电路连接好____________________.(2)在闭合电键时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下,那么合上电键后可能出现的情况 有:将原线圈迅速插入副线圈时,灵敏电流计指针将______________(选填“向右偏”、“向左偏”或 “不偏转”) .(3)研究双缝干涉现象时,如图 1 所示,调节仪器使分划板的中心刻度对准一条亮条纹的中 心 A,示数如图 2 所示,其读数为__________ mm.移动手轮至另一条亮条纹中心 B,读出其 读数为 27.6mm.已知双缝片与光屏间距为 0.6m,所用双缝相距 0.2mm,则所测单色光波长 为_________m. 图 1 图 213.在“用双缝干涉测光的波长”实验中(实验装置如图):(1)下列说法哪一个是错误的_________(填选项前的字母)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.测量某条干涉亮纹位置时,应使测量头分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐C.为了减少测量误差,可用测量头测出n条亮纹间的距离a,求出相邻两条亮纹间距(2)测量某亮纹位置时,手轮上的示数如图,其示数为________。14.如图1是“用双缝干涉测量光的波长”的实验装置,实验中以白炽灯泡(,)作为光源,利用学生电源“直流”挡为白炽灯泡供电。(1)实验过程中,小夏同学先将学生电源的挡位旋钮打到,然后闭合开关,电源显示过载自动断电,再次闭合开关均显示过载。为了检测过载的原因,进行如下操作:①用多用电表“欧姆挡”测白炽灯泡电阻,正确操作后表盘指针如图2所示,则灯泡应该是_______(选择“短路”、“断路”或“正常”)。②将多用电表选择开关拨至直流电压“”挡,直接测量学生电源两极电压,正确操作后表盘指针如图3所示,则电源电动势约为_______V。③为进一步分析灯泡与电源情况,利用该电源与其他必须的实验器材,通过实验测绘出小灯泡的伏安特性曲线如图4所示,则电源过载的可能原因及解决的办法,下列说法最合理的是________。A.连接电源时误接了交流电压挡,可以通过更换为直流电压挡来解决B.电源内阻过小,导致电流过大,可以通过串联一个保护电阻来解决C.刚通电时灯丝温度低电阻小,电流过大,可以通过将电压由小逐渐增大到来解决(2)解决问题后,小夏同学利用红色滤光片做双缝干涉实验,发现获得的干涉图样条纹间距过密,测量误差较大,下列选项中能够进行有效调整的是_______。A.改用绿色滤光片 B.适当增大单缝与双缝之间的距离 C.换用间距较小的双缝15.“用双缝干涉测光波波长”实验中,当屏上出现了干涉图样后,用测量头上的游标卡尺去测量,转动手轮,移动分划板使分划中心刻线与某条明条纹中心对齐时(如图A所示),将此明条纹记为1,然后再转动手轮,分划板中心刻线向右移动,依次经过2,3,…等明条纹,最终与明条纹6中心对齐,分划板中心刻线与明条纹1和明条纹6对齐时游标卡尺示数分别如图B、C所示(游标卡尺为10分度),求:(1)图B对应的读数为________m,相邻两个亮条纹之间的距离为________m.已知双缝到屏的距离为60.00 cm,单缝到双缝的距离为8 cm,双缝之间的间距为0.2 mm,则发生干涉的光波波长为________m.(2)有一位同学通过测量头观察到如图D所示的清晰的干涉图样,出现这种现象的原因为__________.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.测量头过于左偏,应调节测量头上的手轮,使它适当右移D.测量头过于右偏,应调节测量头上的手轮,使它适当左移16.某同学利用图示装置测量某种单色光的波长。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)该同学可以调节屏向双缝__________(填“靠近”或者“远离”),可以增加在目镜中观察到的条纹个数;此外,还可以通过更换_____(填“更大”或者“更小”)间距的双缝来增加在目镜中观察到的条纹个数;(2)已知两缝间的间距为0.3mm,以某种单色光照射双缝时,在离双缝1.2m远的屏上,用测量头测量条纹间的宽度:先将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐,将该亮纹定为第1条亮纹,此时手轮上的示数如图甲所示;然后同方向转动测量头,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,则图乙读数为__________mm。根据题中所给数据及甲、乙两图的读数,计算出这种光的波长为__________m(波长结果保留两位有效数字)。
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