高中物理5.2学生实验用双缝干涉测量光的波长同步练习（含解析）新人教版选修3-4

PAGE第2节学生实验：用双缝干涉测量光的波长1．光源发出的光经____________成为单色光，单色光通过________后相当于线光源，经________产生稳定的干涉图样，通过屏可以观察到________________的干涉条纹．如果用白光通过双缝可以观察到________条纹．2．若双缝到屏的距离用l表示，双缝间的距离用d表示，相邻两条亮纹间的距离用Δx表示，则入射光的波长为λ＝________，实验中d是已知的，测出l、Δx即可测出光的波长λ.3．在双缝干涉实验中，中间明条纹(零级明条纹)到双缝的路程差为零，那么从双缝到第三级明条纹之间的路程差是()A．1.5λ B．2λ C．2.5λ D．3λ4．在杨氏双缝干涉实验中，如果()A．用白光做光源，屏上将呈现黑白相间的条纹B．用红光做光源，屏上将呈现红黑相间条纹C．若仅将入射光由红光改为紫光，则条纹间距一定变大D．用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色条纹5．如图1所示为双缝干涉实验中产生的条纹图样：图甲为绿光进行实验的图样，a为中央亮条纹；图乙为换用另一种单色光进行实验的图样，a′为中央亮条纹．则以下说法正确的是()图1A．图乙可能是用红光实验产生的条纹，表明红光波长较长B．图乙可能是用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较长C．图乙可能是用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较短D．图乙可能是用红光实验产生的条纹，表明红光波长较短概念规律练知识点一对实验原理的理解1．用单色光做双缝干涉实验，下述说法正确的是()A．相邻干涉条纹之间的距离相等B．中央明条纹宽度是两边明条纹宽度的2倍C．屏与双缝之间距离减小，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．利用条纹间距与波长的关系式Δx＝eq\f(l,d)λ来推测用白光做双缝干涉实验时，干涉图样的特点．知识点二实验装置及注意事项3．某同学在做双缝干涉实验时，按装置图安装好实验装置，在光屏上却观察不到干涉图样，这可能是由于()A．光束的中央轴线与遮光筒的轴线不一致，相差较大B．没有安装滤光片C．单缝与双缝不平行D．光源发出的光束太强4．用双缝干涉测光的波长，实验中采用双缝干涉仪，它包括以下元件A．白炽灯 B．单缝C．光屏 D．双缝片E．滤光片(其中双缝和光屏连在遮光筒上)．(1)把以上元件安装在光具座上时，正确的排列顺序是A________(A已写好)．(2)正确调节后，在屏上观察到红光干涉条纹，用测量头测出10条红亮纹间的距离为a；改用绿色滤光片，其他条件不变，用测量头测出10条绿亮纹间的距离为b，则a、b相比较一定有________大于________．方法技巧练实验数据的处理方法5．在利用双缝干涉测量光的波长时，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，并使单缝和双缝竖直并且互相平行，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纹中心对齐时(如图2甲所示)将此明纹记为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…明纹．最终与明纹6中心对齐，分划板中心刻线与明纹1和明纹6对齐时游标卡尺示数分别如图中乙、丙所示(游标卡尺为10分度)，则图乙对应的读数为________m，图丙对应的读数为________m．用刻度尺量得双缝到屏的距离为60.00cm.由双缝上标示获知双缝间距为0.2mm，则发生干涉的光的波长为________m.图2在实验中，若经粗调后透过测量头上的目镜观察，看不到明暗相间的条纹，只看到一片亮区，造成这种情况的最可能的原因是____________________________________________________________________．6．双缝干涉实验中，要使屏上单色光的干涉条纹之间的距离变宽，可采取以下办法：(1)_____________________________________________________________________；(2)________________________________________________________________________；(3)________________________________________________________________________．为测量红光的波长，现测得屏上6条亮条纹间的距离为7.5mm，已知双缝间的距离为0.5mm，双缝到光屏的距离为1m，则此红光波长为________．1．在双缝干涉实验中，以下说法正确的是()A．双缝屏的作用是使入射光到达双缝屏时，双缝就成了两个振动情况完全相同的光源B．若入射光是白光，则像屏上的条纹是黑白相间的干涉条纹C．像屏上某点到双缝的距离差为入射光波长的1.5倍时，该点处一定是亮条纹D．双缝干涉中亮条纹之间的距离相等，暗条纹之间的距离不相等2．“用双缝干涉测量光的波长”实验中，为使光屏上单色光的条纹间距减小，可采取的措施是()A．换用缝距大些的双缝片B．换用缝距小些的双缝片C．适当调大双缝与屏的距离D．适当调小双缝与屏的距离3．在双缝干涉实验中，以下说法正确的是()A．入射光波长越小，干涉条纹间距越大B．入射光频率越高，干涉条纹间距越大C．把入射光由绿光变成紫光，干涉条纹间距变小D．把入射光由绿光变成红光，干涉条纹间距变小4．在利用测量头测量条纹宽度时，应使分划板中心刻线最好()A．与亮条纹的边缘线对齐B．与暗条纹的边缘线对齐C．与亮条纹的中心位置对齐D．与暗条纹的中心位置对齐5．如图3所示，从点光源发出的白光，经过透镜后成一平行光束，垂直照射到挡光板P上，板上开有两条靠得很近的平行狭缝S1、S2，在屏Q上可以看到干涉条纹，图中O点是屏上与两狭缝等距离的一点，则()图3A．干涉条纹是黑白的，O点是亮条纹B．干涉条纹是黑白的，O点是暗条纹C．干涉条纹是彩色的，O点是亮条纹D．干涉条纹是彩色的，O点是暗条纹6.利用图4中装置研究双缝干涉现象时，有下面几种说法：图4A．将屏移近双缝，干涉条纹间距变窄B．将滤光片由蓝色的换成红色的，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．换一个两缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变窄E．去掉滤光片后，干涉现象消失其中正确的是________．7．在利用双缝干涉测定光波波长时，首先调节______和________的中心均位于遮光筒的中心轴线上，并使单缝和双缝竖直，并且互相平行．当屏上出现了干涉图样后，用测量头测出n条明条纹间的距离a，则两条相邻条纹间的距离Δx＝________，双缝到毛玻璃的距离l用________测量，用公式________可以测出单色光的波长．8．在某次实验中，已知双缝到光屏之间的距离是600mm，两缝之间的距离是0.20mm，单缝到双缝之间的距离是100mm，某同学在用测量头测量时，先将测量头目镜中看到的分划板中心刻线对准某一亮条纹(记作第一条)的中心，这时手轮上的示数如图5(a)所示．然后他转动测量头，使分划板中心刻线对准第7条亮条纹的中心，这时手轮上的示数如图(b)所示．这两次示数依次为______mm和______mm.由此可以计算这次实验中所测得的单色光的波长为____mm.图59．在双缝干涉实验中，两缝间的距离为0.020cm，双缝到观察干涉条纹的光屏的距离是100.00cm，用一种单色光黄光做此实验，在光屏上测出21条黄色亮条纹间的距离是5.90cm，试求这种黄光的波长．如果换用一种频率为4.00×1014Hz的红光做此实验，在光屏上6.00cm范围内最多能有多少条暗条纹．10．如图6所示，用激光束照射双缝干涉实验装置，后面屏上出现干涉条纹，其中单缝的作用是产生线光源，单缝、双缝应平行放置．图6(1)若将单缝绕中心轴旋转(不超过90°)，条纹将发生什么变化？(2)若将双缝绕中心轴旋转(不超过90°)，条纹将发生什么变化？第2节实验探究：用双缝干涉测光的波长答案课前预习练1．滤光片单缝双缝明暗相间彩色2.eq\f(dΔx,l)3．D[由Δr＝nλ(n＝0、1、2、3…)可知屏上的第三级亮条纹对应n＝3.]4．B[用白光做光源，屏上将呈现彩色条纹，A错．用红光做光源，屏上将呈现红色亮条纹与暗条纹(即黑条纹)相间，B对．λ变小，Δx变小，C错．红光和紫光频率不同，不能产生干涉条纹，D错．]5．A[由图可知，图乙中的条纹间距较大，由Δx＝eq\f(l,d)λ可知λ乙>λ甲，故A正确．]课堂探究练1．A[因为相邻两条亮纹(或暗纹)间的距离Δx＝eq\f(l,d)λ，其中d为两个缝间的距离，l为缝到屏的距离，λ为光波波长，可见相邻干涉条纹之间的距离相等．A正确，B、C错误．因为λ红>λ蓝，所以Δx红>Δx蓝，故D也错误．]2．中央亮条纹是白色，其他各级亮条纹中，红色在最外侧解析如图所示，自双缝S1、S2透射的光到达O点的距离总相等，则各种颜色的光在O点都被加强，故O点作为中央亮纹是白色的．自双缝出射的某单色光到达P点，其路程差为此光波波长的整数倍时，P点就为这种单色光的颜色．由于红光的波长最长，而条纹间距Δx＝eq\f(l,d)λ，故红条纹间距最大，红色在最外侧．3．AC[安装实验器件时要注意：光束的中央轴线与遮光筒的轴线要重合，光源与光屏正面相对，滤光片、单缝和双缝要在同一高度，中心位置在遮光筒轴线上，单缝与双缝要相互平行，才能使实验成功．当然还要使光源发出的光束不致太暗．据上分析，可知选项A、C正确．]点评光束的中央轴线与遮光筒的轴线不一致时，因遮光筒很长，经过S1、S2发生干涉的图样不能呈现在屏上，失之毫厘，谬以千里，所以在调节时要特别仔细．4．(1)EBDC(2)ab解析(1)双缝干涉仪各组成部分在光具座上的正确排序为光源、滤光片、单缝、双缝、屏，或把它们全部倒过来，因第一项已给填好，故答案是EBDC.(2)由Δx＝eq\f(l,d)λ知，波长越长，条纹越宽，间距越大，或由干涉条纹的特征均可得出a一定大于b.点评光源、滤光片、单缝、双缝、屏在光具座上的顺序是固定的，任何两个元件之间的顺序不能颠倒，尤其是滤光片和单缝之间．5．1.94×10－22.84×10－26.00×10－7单缝与双缝不平行解析图乙对应读数为1.94×10－2m图丙对应读数为2.84×10－2m根据公式Δx＝eq\f(l,d)λλ＝eq\f(dΔx,l)＝eq\f(0.2×10－3×(2.84×10－2－1.94×10－2)×\f(1,5),60.00×10－2)m＝6.00×10－7m若粗调后看不到干涉条纹，只看到一片亮区，则最可能的原因是单缝与双缝不平行．6．见解析解析在双缝干涉实验中，根据公式Δx＝eq\f(l,d)λ可知，要使屏上单色光的干涉条纹之间距离变宽，可以采取的办法有：(1)使用波长λ较长的单色光；(2)增加双缝到光屏间距离或选用较长的遮光筒；(3)减小双缝之间的距离．根据测量值，计算相邻条纹间的距离：Δx＝eq\f(a,n－1)＝eq\f(7.5,5)mm＝1.5mm再代入公式λ＝eq\f(dΔx,l)，求得红光波长为λ＝7.5×10－7m.方法总结(1)在计算条纹间距时，一定要弄清游标卡尺(或螺旋测微器)两条刻线之差对应几个条纹间距．课后巩固练1．A[分光法获得相干光源，所以A正确；白光的干涉条纹是彩色的，不是黑白相间的，B错；像屏上某点到双缝的距离差为波长的1.5倍时，该处应是暗纹，C错；相邻亮纹间距等于相邻暗纹间距，D错．]2．AD[根据公式Δx＝eq\f(l,d)λ可知，增大双缝间距d或减小双缝跟屏的距离l，都会使单色光的干涉条纹间距Δx减小，故选A、D.]3．C4．C[相邻两亮条纹的间距是指相邻两亮条纹中心的间距．]5．C[白光是复色光，通过双缝形成的干涉条纹是彩色条纹．由题意知eq\x\to(OS1)＝eq\x\to(OS2)，即光程差等于零，在O点振动加强，形成亮条纹．所以A、B、D错误，C正确．]6．ABD7．光源滤光片eq\f(a,n－1)毫米刻度尺Δx＝eq\f(l,d)λ[第2个空也可填滤色片，第4个空也可填米尺(准确到毫米)]8．0.14010.3005.64×10－4解析由图知：a1＝0.140mma7＝10.300mm条纹宽度Δx＝eq\f(a7－a1,n－1) ①又Δx＝eq\f(l,d)λ ②解①②得λ＝eq\f(dΔx,l)＝5.64×10－4mm9．5.90×10－7m16条解析Δx＝eq\f(a,n－1)＝eq\f(5.90×10－2,20)m＝2.95×10－3m，λ＝eq\f(dΔx,l)＝eq\f(0.02×10－2×2.95×10－3,1)m＝5.90×10－7m.而红光波长λ′＝eq\f(c,f)＝eq\f(3×108,4.00×1