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文档简介
4.4实验:用双缝干涉测光的波长
1.(2022・湖南•高二阶段练习)某同学利用如图所示的双缝干涉实验装置测量紫色光的波长,测得双缝之间
的距离为0.24mm,光屏与双缝之间的距离为1.20m,第1条与第8条紫色亮条纹中心间的距离为14.70mm,
试回答下列问题:
屏
光源紫色滤光片单缝斗缝遮光筒
0
(1)相邻两条亮条纹的间距为mm;
(2)实验中测得的紫色光的波长为__________m;
(3)若将图中滤光片换为红色,则干涉条纹间距将(填“变大”、“不变”或“变小”)。
【答案】2.104.2x10-7变大
1470
【解析】(1)相邻两条干涉亮条纹间距以=丁7皿=2.1011™
8—1
⑵根据7"
可得有等0.24x10-3x2.1义10-3
m=4.2xl0-7m
L20
(3)红光的波长比紫光长,所以干涉条纹间距Ax将变大。
2.(2022・海南中学高三阶段练习)(1)如图甲所示,在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中,将实验仪器
按要求安装在光具座上,并选用缝间距d=0.20mm的双缝屏。从仪器注明的规格可知,像屏与双缝屏间的距
离L=700mm。然后,接通电源使光源正常工作。
光源凸透镜滤光片专缝;缝遮光筒黑
,111XA
甲
012
I।।।।।।11।I।।1।।111।I
।।।।11IIIfI।।।।।II।।I
01020
唧丙
乙।
已知测量头上主尺的最小刻度是毫米,副尺(游标尺)上有20分度。某同学调整手轮后,从测量头的目镜
看去,使分划板中心刻度线与某条纹A中心对齐,如图乙所示,此时测量头上主尺和副尺的示数情况如图
丙所示,此示数为mm;接着再转动手轮,使分划板中心刻度线与某条纹B中心对齐,测得A
到B条纹间的距离为8.40mm。利用上述测量结果,经计算可得经滤光片射向双缝的色光的波长2=m
(保留2位有效数字)。
【答案】0.354.8xlCr
【解析】主尺读数为0,游标尺第7格与主尺某条刻度线对齐,故读数为
0+7x0.05mm=0.35mm
A、B之间的距离为5条明纹的间距,故条纹间距为
Ax=——mm=1.68mm
5
根据
ALC
Ax=A
d
解得
彳=包0=4.8*10-7m
L
3.(2022•重庆市第H^一中学校高二阶段练习)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,要把它们放在如图甲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,由左至右,表示各光学元件的字母排列最
佳顺序应为C、E、、、Ao
(2)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
数如图乙所示。然后同方向转动测量头,使分划板中心刻线与第6条亮条纹中心对齐,记下此时图丙中手
轮上的示数为mm,进一步计算可以得到间距Ax的值。
(3)已知双缝间距d为2.0xl(y4m,测得双缝到屏的距离1为0.700m,求得所测红光波长为_____m。
【答案】DB13.8706.6x10-7
【解析】(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,由左至右,表示各光学元件的字
母排列最佳顺序应为C、E、D、B、Ao
(2)图丙中手轮上的示数为13.5mm+O.Olmmx37.0mm=13.870mm
(3)图丙中手轮上的示数为
2mm+0.01x32.0mm=2.320mm
条纹间距为
.13.870-2.320…八
Ax=------------------mm=2.310mm
6-1
根据
Ax——A
d
解得
A=6.6x107m
4.(2022・浙江•镇海中学模拟预测)(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
镜中于涉条纹与分划板的刻度线始终有一定的角度,下列哪个操作可以使得分划板刻度线与干涉条纹平行
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)小王同学将分划板刻度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下图所示,手轮上的示数是__________mm。
:f:(cm)
11I1|IIIIIIIII|I11I
01020
【答案】D50.15
【解析】(1)若要使得分划板刻度线与干涉条纹平行,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50mm+0.05mmx3=50.15m
5.(2022.河北.邢台市第二中学高二阶段练习)利用双缝干涉测定光的波长的实验中,双缝间距d=0.4mm,
双缝到光屏间的距离/=0.5m,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。
光源滤光片单缝双缝L转轮
遮光筒屏亓
甲tt七3b中目镜
==疝量头
图11**1
图3
(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.使用间距更小的双缝
(2)某种单色光照射双缝得到干涉条纹如图2所示,分划板在图中A、8位置时游标卡尺读数也如图2中
所给出,贝I
①分划板在图中A位置时游标卡尺的读数为XA=11.1mm,在8位置时游标卡尺读数为无8=mm,
相邻两条纹间距Ax=mm;
②该单色光的波长2=m;
(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3所示。则在这种情况下测量干涉
条纹的间距Ax时,测量值_______实际值。(填“大于”、“小于”或“等于“)
【答案】B15.60.756.0x10-7大于
【解析】(1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数,则需要减小条纹间距,由公式右=/14可知
a
A.将单缝向双缝靠近,不改变条纹间距,故A错误;
BC.将屏向靠近双缝的方向移动,条纹间距减小,故C错误B正确;
D.使用间距更小的双缝,条纹间距增大,故D错误。
故选B。
(2)①由图2可知,游标为10分度,且第6个小格与主尺对齐,则在8位置时游标卡尺读数为
xB=15nun+6x0.1mm=15.6mm
则相邻两条纹间距
AX=XB~XA=0.75mm
6
②根据=可知,该单色光的波长
a
2=AAZ/=60XL0_?M
(3)如图3测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上,则测得的Ar偏大,由公式可
a
知,波长的测量值大于真实值。
6.(2022•辽宁沈阳•三模)某实验小组利用图1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,调节器材,在目镜中可以观测到干涉图样。
(1)如图1所示,实验所需器材在光具座上依次排列,则A、B处分别是、。(填“单缝”、“双
缝”)
(2)在目镜中看到的干涉图样是图2中(填“甲”或"乙”)。
甲乙
图2
(3)移动测量头上的手轮,使分划板的中心刻线对准第2条亮纹的中心,记下此时手轮上读数4;转动测
量头,使分划板的中心刻线向右移动对准第6条亮纹的中心,此时手轮上的读数为巧,如图3所示,则读
数无2=mm;已知双缝与屏的距离为L,双缝间距为d,则单色光的波长力=o(用题目中给出
的字母表示)
图3
【答案】单缝双缝甲1.700Y
【解析】
(1)发生干涉的条件是相位差恒定且频率相同,所以组装仪器时,A处应固定单缝,产生相位差恒定的光;B
处固定双缝,产生两列频率相同的光,从而可以在毛玻璃上形成稳定的干涉图样;
(2)干涉图样为明暗相间且等间距的条纹,故选甲;
(3)由图示螺旋测微器可知,固定刻度读数L5mm
可动刻度读数为
20.0x0.01=0.200mm
则螺旋测微器的示数为
1.5+20.0x0.01=1.700mm
根据双缝干涉条纹的间距公式
d
得
7.(2022・吉林・延边二中高二期中)在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中,将双缝干涉实验仪器按要求安
装在光具座上,如图所示,并选用缝间距d=0.2mm的双缝片。从仪器注明的规格可知,像屏与双缝片间的
距离L=700mm。接通电源使光源正常工作。
(1)M、N、P三个光学元件依次为o
A.滤光片、单缝片、双缝片B.滤光片、双缝片、单缝片
C.偏振片、单缝片、双缝片D.双缝片、偏振片、单缝片
(2)在双缝干涉实验中,用绿色激光照射在双缝上,在缝后的屏幕上显示出干涉图样。若要增大干涉图样
中两相邻亮条纹的间距,可选用的方法是o
A.改用红色激光
B.改用蓝色激光
C.减小双缝间距
D.将屏幕向远离双缝的位置移动
E.将光源向远离双缝的位置移动
(3)已知测量头主尺的最小刻度是毫米,副尺上有50分度。某同学调整手轮后,从测量头的目镜看去,
第1次映入眼帘的干涉条纹如图甲所示,图中的数字是该同学给各暗条纹的编号,此时游标卡尺如图乙所
示,读数为玉=1.16mm;接着再转动手轮,映入眼帘的干涉条纹如图丙所示,此时游标卡尺如图丁所示,
(4)利用上述测量结果,经计算可得两个相邻亮条纹(或暗条纹间)的距离Ar=mm,进而计算得到
这种色光的波长2=m。
【答案】AACD15.022.316.6xlO^7
【解析】
(1)双缝干涉实验是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,
再经过单缝形成相干光,再通过双缝形成干涉条纹,故自光源起合理的顺序是滤光片、单缝片、双缝片,
故A正确,BCD错误。
故选Ao
(2)相邻亮条纹间的距离
d
为增加相邻亮条纹(暗条纹)间的距离,可减小双缝间距离d、增大双缝到屏的距离L或增大单色光的波长
XO
A.改用红色激光,增大波长,A正确;
B.改用蓝色激光,减小波长,B错误;
C.减小双缝间距d,C正确;
D.将屏幕向远离双缝的位置移动,增大L,D正确;
E.将光源向远离双缝的位置移动,对条纹间距没有影响,E错误。
故选ACDO
(3)图丁中,游标卡尺的主尺读数为15mm,游标读数为0.02mmxl=0.02mm,所以最终读数为X2=15.02mm
(4)两个相邻亮条纹(或暗条纹间)的距离
x—x15.02—1.16
Ax二2imm=2.31mm
7-16
根据心=。几得
a
°\xd2.3卜10-3/0.2乂10-3
X=-----m=6.6xl0-7m
L700x10-3
8.(2022.河北•沧县中学高二阶段练习)用双缝干涉测量光的波长实验装置如图甲所示,将双缝干涉实验仪
器按要求安装在光具座上。
甲a乙
(1)某同学通过测量头的目镜观察单色光的干涉图样时,发现里面的亮条纹与分划板竖线未对齐,如图乙
所示。若要使两者对齐,该同学应如何调节O
A.仅左右转动透镜B.仅旋转单缝
C.仅旋转双缝D.仅旋转测量头
(2)该同学正确操作后,在目镜中看到如图丙a所示的干涉条纹,A条纹中心线对应的测量头标尺如图丙
b所示,其读数是mm;B条纹中心线对应的测量头标尺读数为13.460mm,则相邻两亮条纹的
间距是mm(结果保留四位有效数字)。
AB
IIIIIIII
b
(3)已知上述装置中双缝的间距是0.30mm,双缝和光屏之间的距离是900mm,则单色光的波长为
m(结果保留三位有效数字)。
【答案】D2.189##2.191##2.1901.6105.37xW7
【解析】(1)若要使两者对齐,应该旋转测量头,分划板竖线随之旋转,可使分划板竖线与亮条纹对齐,D
正确,ABC错误。
故选D。
(2)测量头标尺读数是固定刻度读数(0.5mm的整数倍)加可动刻度(0.5mm以下的小数)读数,图中读
数为
2mm+19.0x0.01mm=2.190mm
A条纹与B条纹间有七段间隙,故相邻两亮条纹的间距
13.460—2.190
Ax=mm=1.610mm
7
(3)由~=。力可得,改光的波长为
d
2d/^x0.30x1.61J
A.=-----=-------------mm=5.37x10m
L900
9.(2022•北京市十一学校三模)物理实验一般都涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操
作、数据分析等。物理小组用如图甲所示的实验装置测光的波长。
(1)实验仪器。如图乙所示,将测量头的分划板中心刻线与A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xi=2.331mm,然后同方向转动测量头,使分划板中心刻线与B亮纹中心对齐,记下此时
图丙中手轮上的示数X6=___________mm;
(2)实验原理。已知双缝间距d=0.3mm,双缝到屏的距离1=1.2m,由计算式几=,可得所测
光的波长为m;(计算式用题中出现的字母表示,波长保留两位有效数字)
(3)误差分析。在其他操作都正确的前提下,下列操作中一定会使测量结果偏小的是o
A.数到第7条明条纹时误记为第6条
B.测量相邻两条亮条纹的间距作为Ax
C.测量单缝到屏的距离作为1
D.测间距时使分划板中心刻线与暗条纹中心对齐
【答案】15.376(15.375~15.379范围内均可)("一占”6.5x10"c
5/
【解析】(1)由题图丙可知
x6=15mm+37.6x0.01mm=15.376mm
(2)相邻亮条纹间距离为
.-AZA
一5
相邻亮条纹间距公式为
/2
A=——
d
联立以上两式可得
-51
代入数据解得
A«6.5xl(F7m
(3)A.数到第7条明条纹时误记为第6条,由九表达式可知测量值偏大,故A不符合题意;
B.测量相邻两条亮条纹的间距作为Ax,虽然没有通过累积法而减小误差,但测量结果不一定偏小,也可
能偏大,故B不符合题意;
C.测量单缝到屏的距离作为1,即1比真实值偏大,根据九表达式可知测量值偏小,故C符合题意;
D.测间距时使分划板
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