4.4 实验:用双缝干涉测量光的波长练习题(Word版含答案)

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名称 4.4 实验:用双缝干涉测量光的波长练习题(Word版含答案)
格式 docx
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资源类型 教案
版本资源 人教版(2019)
科目 物理
更新时间 2021-12-25 17:58:51

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文档简介

4.4 实验:用双缝干涉测量光的波长
一、单选题
1.在光的双缝干涉实验中,能减小干涉条纹间距的做法是( )
A.改用频率更小的光波 B.改用波长更长的光波
C.减小双缝间距 D.减小双缝与光屏间距
2.如图所示,a、b、c、d四个图是不同的单色光形成的双缝干涉或单缝衍射图样.分析各图样的特点可以得出的正确结论是( )
A.a、b是光的干涉图样
B.c、d是光的干涉图样
C.形成a图样的光的波长比形成b图样光的波长短
D.形成c图样的光的波长比形成d图样光的波长短
3.白光通过双缝后产生的干涉条纹是彩色的,其原因是不同色光在空气中的
A.传播速度不同 B.强度不同
C.振动方向不同 D.波长不同
4.双缝干涉实验的装置如图所示,绿光通过单缝S后,投射到具有双缝的挡板上,双缝和与单缝S的距离相等,光通过双缝后在与双缝平行的屏上形成干涉条纹,屏上O点距双缝和的距离相等,P点是距O点最近的第一条亮条纹.如果将入射光换成其他色光,则下列说法中正确的是
A.若将入射光换成红光,则在O点将出现红光的亮条纹
B.若将入射光换成紫光,则在O点不可能出现紫光的亮条纹
C.若将入射光换成红光,则红光的第一条亮条纹在P点的下方
D.若将入射光换成紫光,则紫光的第一条亮条纹在P点的上方
二、多选题
5.利用图中装置研究双缝干涉现象时,有下面几种说法,其中正确的是(  )
A.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.换一个双缝之间距离较大的双缝,干涉条纹间距离变宽
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.图中给出了用“双缝干涉测量光的波长”实验示意图,双缝S1和S2间距为0.80 mm,双缝到屏的距离为0.80 m,波长为500 nm的单色平行光垂直入射到双缝S1和S2上,在屏上形成干涉条纹,中心轴线OO′上方第一条亮纹中心位置在P1处,第三条亮纹中心位置在P2处,现有1号、2号虫子分别从S1和S2出发,以相同速度沿垂直屏方向飞行,1号虫子到达屏后,沿屏直线爬行到P1,2号虫子到达屏后,沿屏直线爬行到P2,假定两只虫子爬行速度均为10-3 m/s,下列说法正确的是(  )
A.1号虫子运动路程比2号短
B.两只虫子运动的时间差为0.2秒
C.两只虫子运动的时间差为1.0秒
D.已知条件不够,两只虫子运动的时间差无法计算
三、实验题
8.(1)利用甲图所示装置研究光的某些现象,下列说法正确的是______。
A.若在光屏上得到的图样如(a)图所示,则光源和光屏间放置的是单缝挡板
B.若光源和光屏间放置的是双缝挡板,光源由红光换作蓝光后,图样的条纹宽度会变窄
C.若光源和光屏间放置的是三棱镜,光源能发出红、绿、紫三色光,则红光最有可能照射不到光屏上
D.若光源和光屏间放置的是三棱镜,光源能发出红、绿、紫三色光,则紫光最有可能照射不到光屏上
(2)用双缝干涉测量某单色光的波长时,所得图样如乙图所示,调节仪器使分划板的中心刻线对准一条亮条纹A的中心,测量头卡尺的示数如丙图所示,其读数为______mm,移动手轮使分划板中心刻线对准另一条亮条纹B的中心,测量头卡尺的示数为18.6mm。已知双缝挡板与光屏间距为0.6m,双缝相距0.2mm,则所测单色光的波长为______m。
9.用双缝干涉测光的波长.实验装置如图所示,已知单缝与双缝间的距离L1=100mm,双缝与屏的距离L2=700mm,双缝间距d=0.25mm.用测量头来测量亮纹中心的距离.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,让分划板的中心刻线对准亮纹的中心(如图所示),记下此时手轮上的读数,转动测量头,使分划板中心刻线对准另一条亮纹的中心,记下此时手轮上的读数.
(1)分划板的中心刻线分别对准第1条和第4条亮纹的中心时,手轮上的读数如图所示,则对准第1条时读数x1=_______mm、对准第4条时读数x2=_______mm
(2)写出计算波长λ的表达式,λ=_________(用符号表示),λ=_____mm(保留三位有效数字)
10.某同学在做“用双缝干涉测量光的波长”的实验中,实验装置如图1所示.
某同学经过粗略的调试后,出现了干涉图样,但不够清晰,以下调节做法正确的是______.
A.旋转测量头
上下拨动金属拨杆
C.左右拨动金属拨杆
前后拨动金属拨杆
该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2所示,若要使两者对齐,该同学应如何调节_______.
A.仅左右转动透镜
仅旋转单缝
C.仅旋转双缝
仅旋转测量头
如图3所示中条纹间距表示正确是______.
11.用双缝干涉测光的波长的实验装置如图所示,验装置使光屏上能观察到清晰的干涉条纹.
关于该实验,下列说法正确的是____.
A.取下滤光片,光屏上将出现彩色的干涉条纹
B.若单缝向右平移一小段距离,光屏上相邻两条亮纹中心的距离增大
C.若将双缝间的距离d增大,光屏上相邻两条暗纹中心的距离减小
D.若将滤光片由红色换成绿色,光屏上相邻两条暗纹中心的距离减小
E. 测出n条亮条纹间的距离a,则相邻两条亮条纹间距为
12.在“用双缝干涉测量光的波长”实验中,实验装置如图所示.
(1)以线状白炽灯为光源,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
A.灯丝和单缝及双缝必须平行放置
B.干涉条纹与双缝垂直
C.干涉条纹疏密程度与双缝宽度有关
D.干涉条纹间距与光的波长有关
以上几点中你认为正确的是______________.
(2)当测量头中的分划板中心刻线对齐某条刻度线时,手轮上的示数如图甲该读数为_____________mm.
(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,如图所示.则在这种情况下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”)
13.洛埃德(H.Lloyd)在1834年提出了一种更简单的观察干涉的装置.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屏上,另一部分直接投射到屏上,在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′.
(i)通过洛埃德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”;
(ii)实验表明,光从光疏介质射向光密介质界面发生反射时,在入射角接近90°时,反射光与入射光相比,相位有的变化,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__________(填写“亮条纹”或“暗条纹”);
(iii)实验中已知单缝S到平面镜的垂直距离h=0. 15 mm,单缝到光屏的距离D= 1.2m,观测到第3个亮条纹到第12个亮条纹的中心间距为22.78 mm,则该单色光的波长_________m(结果保留3位有效数字).
14.现有:A毛玻璃屏、B双缝、C白光光源、D单缝、E透红光的滤光片等光学元件.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放在光具座的最左端,依次放置其它光学元件,由左至右,表示各光学元件的字母排列顺序为 C.____.____.____.A.
(2)将测量头的分划板中心刻线与某亮纹的中心对齐,将该亮纹定为第一条亮纹,此时手轮上的示数如图甲所示,记为x1.然后同方向转动测量头,使分划板中心刻线与第六条亮纹中心对齐,此时手轮上的示数如图乙所示,记为x2.则x2=__________mm
(3)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,由计算式λ=____,求得所测红光波长为____nm.(公式要求按题目所给具体符号填写,计算结果保留整数,1 nm=10-9m)
四、解答题
15.用双缝干涉测量光的波长的实验中,已知两缝间的距离为0.3mm,以某种单色光照射双缝时,在离双缝1.2m远的屏上,第1个亮条纹到第10个这条纹的中心间距为22.78mm.求(保留二位有效数字)
①这种单色光的波长λ;
②双缝到第10条亮条纹中心的路程差S.
16.在双缝干涉实验中,光屏上某点到双缝和的路程差为,如果用频率为的光照射双缝,试问:
(1)该光的波长是多少?
(2)试通过计算分析点出现亮条纹还是暗条纹?
17.用氦氖激光器进行双缝干涉实验,已知使用的双缝间距离d=0.1mm,双缝到屏的距离l=6.0m,测得屏上干涉条纹中亮纹的间距是3.8cm,氦氖激光器发出的红光的波长λ是多少?假如把整个装置放入折射率是的水中,这时屏上的条纹间距是多少?
试卷第1页,共3页
试卷第1页,共3页
参考答案
1.D
【详解】
根据
可知,减小干涉条纹间距的方法是减小l和λ,或者增加d;
A.频率小的光波波长大,则条纹间距变大,A不符合题意;
B.改用波长更长的光波会增加条纹间距,B不符合题意;
C.减小双缝间距d会增加条纹间距,C不符合题意;
D.减小双缝与光屏间距l可减小条纹间距,D符合题意。
故选D。
2.A
【解析】
干涉条纹是等距离的条纹,因此,a、b图是干涉图样,c、d图是衍射图样,故A项正确,B项错误;由公式Δx=λ可知,条纹宽的入射光的波长长,所以a图样的光的波长比b图样的光的波长长,故C项错误;c图样的光的波长比d图样的光的波长长,故D项错误.
3.D
【详解】
白光包含各种颜色的光,它们的波长不同,在相同条件下做双缝干涉实验时,它们的干涉条纹间距不同,所以在中央亮条纹两侧出现彩色条纹,与其他因素无关。
A. 传播速度不同,故A不符合题意;
B. 强度不同,故B不符合题意;
C. 振动方向不同,故C不符合题意;
D. 波长不同,故D符合题意。
故选D。
4.A
【详解】
AB.因为O点与双缝间的路程差等于0,知该点出现明条纹,故A正确,B错误;
CD.根据双缝干涉条纹的间距公式知,因为红光的波长大于绿光,紫光的波长小于绿光,则红光的条纹间距大于绿光,紫光的条纹的间距小于绿光,所用红光的第一条亮纹在P点的上方,紫光的第一条亮纹在P点的下方,故CD错误。
故选A。
5.AB
【详解】
A.移近双缝,L变小,根据:
知,干涉条纹间距变窄,故A正确;
B.光片由蓝色的换成红色的,波长变长,干涉条纹间距变宽,故B正确;
C.缝向双缝移动一小段距离后,干涉条纹间距不变,故C错误;
D.个两缝之间距离较大的双缝,d变大,干涉条纹间距变窄,故D错误。
故选AB。
【点睛】
此题考查了双缝干涉实验;解决本题的关键知道各种色光的波长大小,以及掌握双缝干涉条纹的间距公式;知道影响条纹间距的因素。
6.AB
【分析】
用条纹间距后公式求解.
【详解】
A.滤光片的作用是使入射光变成单色光,单缝的作用是使入射光变成线光源,双缝的作用是形成相干光源,其排列顺序合理,故A正确;
B.将滤光片由紫色的换成红色的,波长λ变长,根据双缝干涉条纹的间距公式知条纹间距△x增大,故B正确;
C.将单缝向双缝移动一小段距离后,由可知与此距离无关,故干涉条纹间距不变,故C错误;
D.测量过程中,把5个条纹间距数成6个,导致△x变小,则波长测量值偏小,D错误;
故选AB.
7.AB
【解析】
设光屏上某点P到O′的距离为x,则
由于 1,因此
PS2≈L[1+()2]
PS1≈L[1+ ()2]
根据PS1-PS2=n·λ对应亮条纹,代入上式x=
所以1号的路程为M1=L+xP1+
2号的路程为M2=L+xP2-
M2-M1=2-d=2×10-4 m,所以选项A对.
Δt==0.2 s,选项B正确,CD错误.故选AB.
8.BD 11.4 6.0×10-7
【详解】
(1)A.若在光屏上得到的图样如(a)图所示为干涉条纹,则光源和光屏间放置的是双缝挡板,不是单缝,A错误;
B.若光源和光屏间放置的是双缝挡板,光源由红光换作蓝光后,依据干涉条纹间距公式
可知,波长变短,图样的条纹宽度会变窄,B正确;
C.若光源和光屏间放置的是三棱镜,光源能发出红、绿、紫三色光,红光偏折最小,则红光最有可能照射到光屏上,C错误;
D.若光源和光屏间放置的是三棱镜,光源能发出红、绿、紫三色光,紫光偏折最大,则紫光最有可能照射不到光屏上,D正确。
故选BD。
(2)由图丙所示可知,游标卡尺示数为:
11mm+4×0.1mm=11.4mm
条纹间距为:
m
由双缝干涉条纹公式有:
代入数据解得:m
9.2.190或2.191 7.869或7.870 6.76×10-4
【详解】
(1)测第1条时固定刻度读数为2mm,可动刻度读数为0.01×19.1=0.191mm,所以最终读数为2.191mm.
测第4条时固定刻度读数为7.5mm,可动刻度读数为0.01×36.9=0.369mm,所以最终读数为7.869mm.
(2)根据双缝干涉条纹的间距公式,知

代入数据得:
10.C D CE
【详解】
使单缝与双缝相互平行,干涉条纹更加清晰明亮,则要增大条纹的宽度,
根据公式可知,增大双缝到屏的距离L或减小双缝之间的距离都可以增大条纹的间距,所以需要左右移动拨杆.故C正确ABD错误;
发现里面的亮条纹与分划板竖线未对齐,若要使两者对齐,该同学应调节测量头,故ABC错误,D正确;
干涉条纹的宽度是指一个明条纹与一个暗条纹的宽度的和,为两个相邻的明条纹或暗条纹的中心之间的距离,故图CE是正确的.
11.ACD
【详解】
取下滤光片,不同的色光干涉,在光屏上将出现彩色的干涉条纹,故A正确.若单缝向右平移一小段距离,由于双缝到光屏的距离不变,则光屏上相邻两条亮纹中心的距离不变,故B错误.根据知,将双缝的距离d增大,则光屏上相邻两条暗纹中心的距离减小,故C正确.若将滤光片由红色换成绿色,色光的波长减小,根据知,光屏上相邻两条暗纹中心的距离减小,故D正确.测出n条亮条纹间的距离a,则相邻两条亮条纹间距为,故E错误.
12.(1)ACD (2)0.702(0.701---0.703都给分) (3)大于
【详解】
(1) A项:实验中,灯丝和单缝及双缝必须平行放置,故A正确;
B项:干涉条纹与双缝平行,故B错误;
C、D项:根据干涉条纹的间距公式知,干涉条纹疏密程度与双缝宽度、波长有关,故C、D正确;
(2) 螺旋测微器的读数为:0.5mm+0.01mm×20.2mm=0.702mm;
(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,条纹间距测量值偏大,根据双缝干涉条纹的间距公式,待测光的波长测量值也是偏大.
【点晴】
根据干涉条纹的间距公式分析间距与哪些因素有关,螺旋测微器的读数等于固定刻度读数加上可动刻度读数,在读可动刻度读数时需估读,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,条纹间距测量值偏大;根据干涉条纹的间距公式分析.
13.S经平面镜成的像S′ 暗条纹 6.33×10-7
【详解】
(i)根据图可知,如果S被视为其中的一个缝,S经平面镜成的像S′相当于另一个“缝”.
(ii)根据题意可知,把光屏移动到和平面镜接触,光线经过平面镜反射后将会有半波损失,因此接触点P处是暗条纹.
(iii)条纹间距为
根据
代入数据解得:
14.E D B 13.870 (13.868-13.872均给分) 660
【详解】
(1)为获取单色线光源,白色光源后面要有滤光片.单缝.双缝.所以各光学元件的字母排列顺序应为CEDBA
(2)测第6条亮纹时,螺旋测微器固定刻度读数为13.5mm,可动刻度读数为
0.01×37.0=0.370mm
所以最终读数为13.870mm
(3)双缝干涉条纹的间距公式
测第1条亮纹时,螺旋测微器固定刻度读数为2mm,可动刻度读数为
0.01×27.0=0.270mm
所以最终读数为2.320mm.
所以计算式
15.①②
【解析】①根据可得
②双缝到第10条亮条纹中心的路程差
16.(1)(2)暗条纹
【详解】
(1)由公式可得
(2)p到双缝S1和S2的路程差为
所以是暗条纹。
17.(1)氦氖激光器发出的红光波长λ是6.3×10﹣7m;
(2)屏上的明条纹间距是2.85×10﹣2m.
【解析】试题分析:根据△x=λ,可得红光的波长.进入水中,红光的波长发生改变,则明条纹的间距发生变化.
解:(1)根据△x=λ,解得红光的波长为:
λ=△x=×3.8×10﹣2m=6.3×10﹣7m.
(2)因为v=,所以λ=
则红光进入水中的波长为:λ′===
所以△x=λ′==2.85×10﹣2m
故屏上的明条纹间距是2.85×10﹣2m.
答:(1)氦氖激光器发出的红光波长λ是6.3×10﹣7m;
(2)屏上的明条纹间距是2.85×10﹣2m.
【点评】解决本题的关键掌握波动和振动的关系,以及条纹间距公式△x=λ的应用.答案第1页,共2页
答案第1页,共2页