2021-2022学年粤教版（2019）选择性必修第一册 4.5用双缝干涉实验测定光的波长 课时练（word解析版）

2021-2022学年粤教版（2019）选择性必修第一册
4.5用双缝干涉实验测定光的波长
课时练（解析版）
1．在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，若已知双缝间的距离d。
（1）已知双缝到光屏之间的距离L=500mm，双缝之间的距离d=0.50mm，单缝到双缝之间的距离s=100mm，某同学在用测量头测量时，调整手轮，在测量头目镜中先看到分划板中心刻线对准A条亮条纹的中心，然后他继续转动，使分划板中心刻线对准B条亮条纹的中心，前后两次游标卡尺的读数如图所示。则入射光的波长λ=___________m（结果保留两位有效数字）。
（2）实验中发现条纹太密，难以测量，可以采用的改善办法有（________）
A．改用波长较长的光（如红光）作为入射光
B．增大双缝到屏的距离
C．增大双缝到单缝的距离
D．增大双缝间距
2．在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，按要求调整好实验装置。
（1）为测定相邻两个亮条纹的间距，转动手轮使目镜中能观察到如图所示的分划板中心刻度与干涉条纹，记下此时手轮上的读数。然后再次转动手轮，使目镜中能观察到下列图中的________（选填“A”“B”“C”或“D”）所示的分划板中心刻度与干涉条纹，再次记下手轮上的读数。
A．B．C．D．
（乙）
（2）测得相邻两个亮条纹间距为Δx，双缝间距为d，单缝与双缝的距离为l1，双缝到屏的距离为l2，则对应的光波波长为________。
3．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。
4．某同学利用图示装置测量某单色光的波长，请回答以下问题：
(1)装置b为______，作用是______；
(2)为使实验现象明显，下列操作有必要的是______；
A．保证单缝与双缝的间距为波长的整数倍
B．使a、b间的距离适当大些
C．使单缝与双缝相互平行
D．把光源置于透镜的焦点上
(3)已知双缝的间距为，实验中测得双缝到屏的距离为，第1条亮纹与第5条亮纹间的距离为，则该单色光的波长为______m。
5．某同学在实验室做“用双缝干涉测量光的波长”实验，在实验操作过程中，该同学转动手轮，使分划板向一侧移动，测得第一条亮纹中心与第七条亮纹中心间的距离为a=7.68mm，已知双缝间的距离为d=0.5mm，双缝到屏的距离为L=1.00m，则对应的光波的波长λ=________nm。若在实验时，该同学没有调节好实验装置就进行实验，结果使测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，而是处在如图所示的位置，则在这种情况下测量干涉条纹间距Δx时，测量值______实际值（填“大于”“小于”或“等于”），这时可通过调节_______使它们平行。
6．在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，所用装置如图所示。双缝间的距离d=3mm。
(1)若测定红光的波长，应选用______色滤光片；
(2)若测得双缝与屏之间的距离为0.7m，通过测量头(与螺旋测微器原理相似，手轮转动一周，分划板前进或后退0.500mm)观察第1条亮条纹的位置如图甲所示，观察第5条亮条纹的位置如图乙所示，则可求出红光的波长λ=______m(结果保留一位有效数字)。
7．如图甲所示是“用双缝干涉测光的波长”的实验装置示意图，包括白光光源、单缝、双缝、滤光片、凸透镜（焦距12cm）和测量头（由目镜、毛玻璃、分划板和手轮构成），其中单缝、双缝以及测量头可跟遮光简组装在一起。
(1)关于器材安装，下列说法正确的是___________。
A．凸透镜到光源的距离为6cm
B．图甲中①是凸透镜，②是滤光片
C．单缝必须跟双缝相互平行
D．单缝到双缝的距离越大越好
(2)某次实验使用红色滤光片，当分划板中心刻线与第5条红色亮纹中心对齐时，手轮上的示数如图乙所示，其读数为___________。
(3)若实验中所使用的双缝间距为d，双缝到毛玻璃的距离为L，某次实验测得相邻红色条纹的间距为，则所测红光的波长为___________。
8．某同学用图示装置做双缝干涉实验，左端位置①处有白光光源，右端位置⑤处有光屏。
（i）位置②、位置③和位置④应分别放置________、________、________。（选填“双缝”、“单缝”或“透红光的滤光片”）
（ii）下列操作中，能够增大光屏上相邻两条亮纹之间距离的是________。
A．增大③和④之间的距离
B．增大④和⑤之间的距离
C．将透红光的滤光片改为透绿光的滤光片
9．在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上，如图甲所示。已知双缝间的距离为d，在距离双缝L处的屏上，用测量头测量条纹间宽度。
(1)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条亮纹中心对齐，记下此时如图丙所示的手轮上的示数为___________mm，求得相邻亮纹的间距Δx为___________mm；
(2)波长的表达式λ=___________（用Δx、L、d表示）；
(3)若改用频率较高的单色光照射，得到的干涉条纹间距将___________（选填“变大”“不变”或“变小”）；
(4)如图丁为上述实验装置示意图。S为单缝，S1、S2为双缝，屏上O点处为一条亮条纹。若实验时单缝偏离光轴，向下微微移动，则可以观察到O点处的干涉条纹间距将___________（选填“变大”“不变”或“变小”）。
10．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，由左至右，表示各光学元件的字母排列顺序应为C、______、A；
(2)如图所示，A、B、C、D代表双缝产生的四种干涉图样，回答下列问题：
①如图A图样是红光通过双缝产生的，那么换用紫光得到的图样用______图样表示最合适；
②如果将B图样的双缝距离变小，那么得到的图样用______图样表示最合适；
(3)将测量头的分划板中心刻线与某亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮条纹，此时手轮上的示数为2.320mm，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，记下此时手轮上的示数为13.870mm，求得相邻亮条纹的间距Δx为______mm；
(4)已知双缝间距d为2.0×10－4m，测得双缝到屏的距离l为0.700m，由计算公式λ=______，求得所测红光波长为______mm。
11．如图甲所示是用“双缝干涉测量光的波长”实验装置图.
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________，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________（保留两位有效数字）.若在调节过程中观察到如图戊所示的干涉条纹，则出现这种现象的原因可能是________。
A．单缝与双缝不平行
B．单缝与双缝的距离太近
C．设备安装时，没有调节光源的高度使光线把整个光屏都照亮
参考答案
1．6.4×10-7
AB
【详解】
（1）游标卡尺读数精确度为0.1mm，A位置读数为
x1=11mm＋1×0.1mm=11.1mm
B位置读数为
x2=15mm＋6×0.1mm
15.6mm
则条纹间距为
Δx=≈0.64mm
根据，可得
（2）由可知，要增大条纹间距，可用波长更长的入射光或增大双缝到屏的距离或减小双缝间距。
故选AB。
2．B
【详解】
（1）为了测定相邻两个亮条纹的间距，转动手轮使目镜中能观察到如题图所示的分划板中心刻度与干涉条纹，记下此时手轮上的读数。然后再次转动手轮，使分划板的中心刻线对齐相邻亮条纹的中心，故选B。
（2）根据双缝干涉条纹的间距
Δx=λ
解得
λ=
3．B
C
31.10
【详解】
(1)因为该实验是双缝干涉实验，a是单缝，b是双缝，单缝是竖直放置，观察到的是竖直方向的干涉条纹，故B正确，ACD错误。
(2)若取下红色滤光片，白光干涉条纹为彩色的，故C正确，ABD错误。
(3)条纹间距
又知
两式联立得
此游标卡尺精度值为0.05mm，读数等于可动刻度读数与游标尺读数之和；故有
x=31mm+0.05mm×2=31.10mm
4．双缝
形成两列频率、相位、振动方向都相同（相干）的光源
BC
【详解】
(1)装置b为双缝，作用是形成两列频率、相位、振动方向都相同（相干）的光源；
(2)
A.单缝与双缝的间距对干涉条纹无影响，选项A错误；
B.使单缝a与双缝b间的距离适当大些，可使干涉更明显，选项B正确；
C.实验时必须使单缝与双缝相互平行，选项C正确；
D.把光源是否置于透镜的焦点上，对实验现象无影响，选项D错误；
故选BC。
(3)
第1条亮纹与第5条亮纹间的距离为12.160mm，可知
根据
可得
5．640
大于
测量头
【详解】
相邻两亮条纹中心间的距离
可得
测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上时，测得第n条与第1条亮（暗）纹中心间的距离比两者在同一方向上时的大，对应算出的Δx也偏大。图中出现的问题是分划板中心刻线与干涉条纹不平行，应调节测量头使干涉条纹与分划板中心刻线在同一方向上。
6．红
6×10－7
【详解】
(1)若测红光波长，则应选红色滤光片，因为红色滤光片只能透过红光。
(2)由题图甲、乙可知，第1、5条亮条纹间距
Δs=0.575mm
所以相邻两条亮条纹的间距为
Δx=≈0.144mm
根据
Δx=λ
解得
λ=≈6×10－7m
7．BC
15.325mm
【详解】
(1)
A．凸透镜到光源的距离为6cm时，小于焦距12cm，不能得到平行光，A错误；
B．图甲中①是凸透镜，②是滤光片，B正确；
C．单缝跟双缝相互平行，双缝的亮度均匀，干涉条纹清晰，所以单缝必须跟双缝相互平行，C正确；
D．单缝到双缝的距离不是越大越好，距离太远双缝的亮度降低，干涉条纹不清晰，D错误。
故选BC。
(2)手轮上示数的读数为
(3)根据
解得
。
8．透红光的滤光片
单缝
双缝
B
【详解】
（i）为获取两列单色相干光，白色光源后面从左至右依次放置滤光片、单缝和双缝。
（ii）A．根据双缝干涉条纹间距公式可知，增大③（单缝）和④（双缝）之间的距离，不能改变相邻两条亮纹的宽度，故A错误；
B．增大④（双缝）和⑤（光屏）之间的距离，即L增大，相邻两条亮纹之间的距离增大，故B正确；
C．将透红光的滤光片改为透绿光的滤光片，即相干光的波长变短，相邻两条亮纹之间的距离减小，故C错误。
故选B。
9．13.870
2.310
变小
不变
【详解】
(1)图乙读数
2mm+0.01mm×32.0=2.320mm
图丙读数
13.5mm+0.01mm×37.0=13.870mm
则条纹间距
Δx=mm=2.310mm
(2)根据Δx=λ可得波长的表达式λ=
(3)若改用频率较高的单色光照射，则波长减小，由Δx=λ可知，得到的干涉条纹间距将变小；
(4)若实验时单缝偏离光轴向下微微移动，由Δx=λ可知，条纹间距不变。
10．EDB
C
D
2.310
6.6×10－4
【详解】
(1)双缝干涉装置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，因此应填：E、D、B
(2)由Δx=λ可知，由于紫光的波长比红光的短，则图样为C
如果将B图样的双缝距离变小，由Δx=λ可知，明暗相间条纹变大，则图样为D
(3)由Δx=λ可知
Δx=mm=2.310mm
(4)由Δx=λ可得
=Δx
可求出
=×2.310mm=6.6×10－4mm
11．2.190
C
【详解】
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
由题图可知，干涉条纹清晰，亮度正常，是干涉条纹偏离中心位置，因此可能是设备安装时，没有调节光源的高度。
故选C。