高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册4 实验：用双缝干涉测量光的波长精练

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册4 实验：用双缝干涉测量光的波长精练，共11页。试卷主要包含了利用双缝干涉测量单色光的波长，33×10-7等内容，欢迎下载使用。
第四章　光4　实验:用双缝干涉测量光的波长基础过关练题组一　实验原理与实验步骤1.(2023山西太原师范学院附属中学月考)图示为“用双缝干涉测光的波长”的实验装置,从左到右依次放置①白光光源、②红色滤光片、③、④、⑤遮光筒、⑥光屏。下列说法正确的是              (　　)A.③、④分别是双缝、单缝B.减小单缝与双缝之间的距离,可以增大相邻暗条纹间的距离C.若把此装置置于某液体中测量某单色光的波长,测得结果要比在真空中测得该光的波长长D.若双缝间距为d,④与光屏的距离为l,用测微目镜测出6条红色条纹间的距离为a,则该红光的波长λ=2.(2023四川绵阳期末)在多个玻璃片上涂墨汁,晒干后用刀片分别划出两条相距不远的直缝,做成多个双缝。按如图所示的装置,让激光束通过自制的双缝,观察在光屏上出现的现象。(1)保持玻璃片到光屏的距离不变,换用两条直缝间距不同的玻璃片。两条直缝间距越大,光屏上明暗相间的条纹间距　　　　(选填“越大”或“越小”)。 (2)用不同颜色的光照射同一玻璃片,保持光屏与玻璃片位置不变。用红光照射时屏上明暗相间条纹的间距比用蓝光照射时条纹的间距　　　　(选填“大”或“小”)。 (3)若所用激光的波长为5.300×10-7 m,屏上某点P距玻璃片上两条直缝S1和S2的路程差为1.855×10-6 m(图中未标出P、S1和S2),则在P点处出现的应是　　　　(选填“亮条纹”或“暗条纹”)。 题组二　实验数据处理3.利用双缝干涉测量单色光的波长。(1)某同学在做该实验时,第一次分划板中心刻线对齐A条纹中心(图甲),手轮上的示数如图乙所示,第二次分划板中心刻线对齐B条纹中心(图丙),手轮上的示数如图丁所示,已知双缝间距为0.5 mm,从双缝到屏的距离为1 m,则图乙中示数为　　　　mm,图丁中示数为　　　　mm,实验中所测单色光的波长为　　　　m。 　　　(2)如图戊所示,实验中发现测量头分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上,则该情况下干涉条纹间距Δx的测量值　　　　实际值(填“大于”“小于”或“等于”)。 
能力提升练题组一　实验综合问题的分析 1.(2023天津十四中校考)某同学做“用双缝干涉测光的波长”实验,实验装置如图甲所示,使用的双缝间距d已知。(1)下列说法正确的是　　　　。 A.如果将光源换成激光光源,去掉滤光片和单缝,该实验照样可以完成B.去掉滤光片,不可能观察到干涉图样C.毛玻璃屏上的干涉条纹与双缝垂直(2)当屏上出现了干涉图样后,通过测量头观察到第一条亮纹的位置如图乙中(a)所示,第五条亮纹位置如图乙中(b)所示,可得相邻两条亮纹间的距离Δx=　　　　mm(保留3位小数),再测出双缝与屏之间的距离L,即可根据公式λ=　　　　(用题中所给字母表示)算出光的波长。 2.(2023广东深圳实验学校阶段测试)某学习小组要用双缝干涉测量某种单色光的波长,其实验装置如图所示。(1)为测量该单色光的干涉条纹宽度,各仪器安装位置如图所示,图中A为滤光片,B为　　　　(填“单缝”或“双缝”)。 (2)在用双缝干涉实验装置观察双缝干涉条纹时:①观察到较模糊的干涉条纹,可以调节拨杆使单缝和双缝　　　　(填“平行”或“垂直”),从而使条纹变得清晰。 ②要想增加从目镜中观察到的条纹个数,需将毛玻璃屏向　　　　(填“靠近”或“远离”)双缝的方向移动。 (3)下列图示中条纹间距Δx表示正确的是　　　　(填正确答案标号)。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(4)在实验前已获知的数据有双缝间的距离d和双缝与毛玻璃屏之间的距离L,通过测量头观察到第N1条亮条纹的读数为Y1,观察到第N2条亮条纹的读数为Y2,请写出计算该单色光波长的表达式λ=　　　　。 3.(2022江苏常熟期中)如图甲所示,某同学利用双缝干涉测定光的波长。实验中,双缝间距d=0.4 mm,双缝到光屏的距离l=0.5 m。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。甲(1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数,该同学可　　　　。 A.将单缝向双缝靠近B.将屏向靠近双缝的方向移动C.将屏向远离双缝的方向移动D.使用间距更大的双缝(2)该同学通过测量头的目镜观察单色光的干涉图样时,发现分划板的中心刻线与亮条纹未对齐,如图乙所示,下列操作中可使中心刻线与亮条纹对齐的是　　　　。 乙A.仅转动目镜　　　　　　　　B.仅转动双缝C.仅转动手轮　　　　　　　　D.仅转动测量头(3)正确操作后,该同学用某种单色光照射双缝得到干涉条纹如图丙所示,分划板中心刻线在图中A、B位置时手轮上的读数如图丁所示,则:丙丁①相邻两条亮条纹间距Δx=　　　　mm。 ②该单色光的波长λ=　　　　m。 (4)光屏上出现的明暗相间条纹的位置如图戊所示,屏上P、P1、P2处出现亮条纹,Q1、Q2处出现暗条纹,P到S1、S2的距离相等。该同学突发奇想,如果在遮光筒内装满水,其他条件不变,则光屏上　　　　。 戊A.不再出现明暗相间的条纹B.P处可能出现暗条纹C.P1处一定为亮条纹D.明暗相间的条纹间距变小题组二　实验原理的迁移与创新4.洛埃在1834年设计了一种更简单的观察光的干涉现象的装置——洛埃镜。如图所示,从单缝S发出的光,一部分入射到平面镜后反射到光屏上,另一部分直接投射到光屏上,在光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)实验表明,光从光疏介质射向光密介质,在界面处发生反射时,若入射角接近90°,反射光与入射光相比,相位有π的变化,即半波损失。如果把光屏移动到和平面镜接触,接触点P处是　　　　　　(填“亮条纹”或“暗条纹”)。 (3)实验中,已知单缝S到镜面所在平面的距离为h=0.15 mm,单缝S到光屏的距离为D=1.2 m,观测到第3条亮条纹的中心与第12条亮条纹的中心之间的距离为22.78 mm,则该单色光的波长λ=　　　　m(结果保留3位有效数字)。 
答案与分层梯度式解析第四章　光4　实验:用双缝干涉测量光的波长基础过关练1.D　在用双缝干涉测光的波长实验中,应先使光源变为一个单色线光源,再变为两个频率、相位和振动方向都相同的线光源,即两个相干的线光源,光源发出的白光照射到红色滤光片后,只有红光通过,此后的光就成了单色光,红光照到单缝上,单缝就成了一个单色线光源,使双缝与单缝平行,使缝的中点位于遮光筒轴线上,这样通过双缝的光就是两列相干光,因此③和④两个元件分别是单缝和双缝,且顺序不能调换,A错误;根据Δx=λ可知,条纹间距与单缝、双缝间距离无关,B错误;若把此装置置于某种液体中,光的频率不变,但光速减小,由λ=可知波长减小,C错误;用测微目镜测出6条红色条纹间的距离为a,则相邻亮条纹间距为Δx'=,则λ==,D正确。故选D。2.答案　(1)越小　(2)大　(3)暗条纹解析　(1)由Δx=λ可知,两条直缝间距d越大,光屏上明暗相间的条纹间距越小。(2)红光的波长大于蓝光的波长,所以用红光照射时屏上明暗相间条纹的间距比用蓝光照射时条纹的间距大。(3)由n===7可知,屏上某点P距玻璃片上两条直缝S1和S2的路程差为半波长的奇数倍,在P点处出现的应是暗条纹。3.答案　(1)11.4　16.8　6.75×10-7　(2)大于解析　(1)根据游标卡尺的读数原理,可读出图乙的示数为11 mm+4×0.1 mm=11.4 mm;图丁的示数是16 mm+8×0.1 mm=16.8 mm;条纹间距Δx= mm=1.35 mm,根据Δx=λ有λ==6.75×10-7 m。(2)测量头分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向,由几何知识可知,Δx的测量值大于实际值。能力提升练1.答案　(1)A　(2)1.200　解析　(1)如果将光源换成激光光源,激光是相干光,单色性好,可以去掉滤光片和单缝,A正确;若去掉滤光片,能观察到干涉图样,只是这时观察到的是各色光重叠产生的彩色条纹,B错误;毛玻璃屏上的干涉条纹与双缝是平行的,C错误。(2)根据题意可得图(a)中读数为1 mm+13.0×0.01 mm=1.130 mm,图(b)中读数为5.5 mm+42.8×0.01 mm=5.928 mm,所以可得相邻两条亮纹间的距离为Δx=≈1.200 mm;根据公式Δx=λ可得λ=。2.答案　(1)单缝　(2)①平行　②靠近　(3)C　(4)解析　(1)双缝干涉实验让单色光通过双缝在光屏上形成干涉图样,所以让白炽灯光通过滤光片形成单色光,再经过单缝、双缝。故B为单缝。(2)①单缝和双缝应平行放置。②要想增加从目镜中观察到的条纹个数,需要减小条纹间距Δx,由Δx=λ可知,需将毛玻璃屏向靠近双缝的方向移动,减小双缝与光屏之间的距离L。(3)条纹间距指的是相邻两条亮条纹的中心线间的距离,或者相邻两条暗条纹的中心线间的距离。故选C。(4)第N1条亮条纹的读数为Y1,第N2条亮条纹的读数为Y2,则相邻两条亮条纹的间距Δx=,根据Δx=λ,可得λ=。3.答案　(1)BD　(2)D　(3)0.75　6×10-7　(4)D解析　(1)根据双缝干涉相邻条纹间距公式Δx=,要增加从目镜中观察到的条纹个数,即减小Δx,可采取的措施包括:将屏向靠近双缝的方向移动(减小l)、使用间距更大的双缝(增大d)或换用波长更短的单色光。故选B、D。(2)由题图可知,干涉条纹沿竖直方向,若要使中心刻线与亮条纹对齐,只需要转动测量头即可,D正确。(3)A位置读数为xA=11 mm+1×0.1 mm=11.1 mmB位置读数为xB=15 mm+6×0.1 mm=15.6 mm相邻两条亮条纹间距Δx==0.75 mm该单色光的波长λ==6×10-7 m(4)遮光筒内装满水后,光依然可以发生干涉,在光屏上依然会出现明暗相间的条纹,A错误;由于P点到双缝的距离相等,所以P处依然出现亮条纹,B错误;光从空气射入水中波长会变短,干涉条纹间距会变小,由于无法判定P1到双缝的光程差与光在水中波长的关系,因此P1处是何种条纹无法确定,C错误,D正确。4.答案　(1)S经平面镜成的像S'　(2)暗条纹(3)6.33×10-7解析　(1)如果S被视为双缝中的一个缝,S经平面镜成的像S'相当于另一个“缝”。(2)如果把光屏移动到和平面镜接触,入射角接近90°,反射光与入射光相比相位有π的变化,即半波损失,所以接触点P处是暗条纹。(3)第3条亮条纹中心到第12条亮条纹中心的距离为22.78 mm,则相邻两条亮条纹间距Δx= m=2.53×10-3 m等效双缝间的距离d=2h=0.30 mm=3.0×10-4 m,根据双缝干涉条纹间距公式Δx=λ,得λ== m=6.33×10-7 m。