高中物理 选择性必修一 4.5用双缝干涉实验测定光的波长（含答案）

用双缝干涉实验测定光的波长
1．用双缝干涉实验测定光的波长，实验中采用双缝干涉仪，它包括以下元件：
A．白炽灯　　　　　　　　　 B．单缝片
C．光屏 D．双缝
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________________。
(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条红亮条纹间的距离为a；改用绿色滤光片，其他条件不变，用测量头测出10条绿亮条纹间的距离为b，则一定有a________b(选填“大于”“等于”或“小于”)。
2．在“用双缝干涉实验测定光的波长”的实验中，装置如图所示，双缝间的距离d＝3 mm。
(1)若测定红光的波长，应选用________色的滤光片。实验时需要测定的物理量有：__________和__________。
(2)若测得双缝与屏之间的距离为0.70 m，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0.5 mm)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。(保留一位有效数字)
(3)某位同学在测定光波波长的实验中，透过测量头上的目镜观察双缝干涉图样时发现，只在左侧视野中有明暗条纹出现，而右侧没有，应如何调节？
3．如图所示，某同学在“用双缝干涉实验测定光的波长”的实验中：
(1)如图乙是光的条纹形状示意图，其中干涉图样是________(填字母)。
(2)下述现象中能够观察到的是________。
A．将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹间距变宽
B．将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽
C．换一个两缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变窄
D．去掉滤光片后，干涉现象消失
(3)如果测得第一条亮条纹中心与第六条亮条纹中心间距是11.550 mm，求得这种单色光的波长为________m。(已知双缝间距d＝0.2 mm，双缝到屏的距离l＝700 mm)
4．用某种单色光做双缝干涉实验时，已知双缝间距离d＝0.20 mm，双缝到毛玻璃屏间的距离为l＝75.0 cm，如图甲所示，实验时先转动如图乙所示的测量头上的手轮，使与游标卡尺相连的分划板中心刻线对准如图丙所示的第1条亮条纹中心，此时游标卡尺的主尺和游标的位置如图戊所示，则游标卡尺上的读数x1＝________mm，然后再转动手轮，使与游标卡尺相连的分划板中心刻线向右边移动，直到对准第5条亮条纹中心，如图丁所示，此时游标卡尺的主尺和游标的位置如图己所示，则游标卡尺上的读数x2＝________mm，由以上已知数据和测量数据，则该单色光的波长是________mm。
5．在“用双缝干涉实验测定光的波长”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，使目镜中能观察到图________(在A、B、C、D中选填一个)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。
(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，目镜的放大倍数为k，则对应的光波波长为________。
6．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，要把它们放在如图所示的光具座上组成双缝干涉装置，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)本实验的步骤有：
①取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮；
②按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上；
③用米尺测量双缝到屏的距离；
④用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮条纹间的距离。
在操作步骤②时还注意单缝、双缝应______________且____________。
(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，此时手轮上的示数如图甲所示。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，记下此时图乙中手轮上的示数为________ mm，求得相邻亮条纹的间距Δx＝________ mm。
(4)已知双缝间距d为2.0×10－4 m，测得双缝到屏的距离l为0.700 m，由计算式λ＝________，求得所测红光波长为________ nm。
参考答案：
1．用双缝干涉实验测定光的波长，实验中采用双缝干涉仪，它包括以下元件：
A．白炽灯　　　　　　　　　 B．单缝片
C．光屏 D．双缝
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________________。
(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条红亮条纹间的距离为a；改用绿色滤光片，其他条件不变，用测量头测出10条绿亮条纹间的距离为b，则一定有a________b(选填“大于”“等于”或“小于”)。
解析：光源、滤光片、单缝、双缝、光屏在光具座上可从左向右排，也可从右向左排，但任何两个元件之间的顺序不能颠倒。正确的排列顺序是A、E、B、D、C。
由Δy＝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。
答案：(1)EBDC　(2)大于
2．在“用双缝干涉实验测定光的波长”的实验中，装置如图所示，双缝间的距离d＝3 mm。
(1)若测定红光的波长，应选用________色的滤光片。实验时需要测定的物理量有：__________和__________。
(2)若测得双缝与屏之间的距离为0.70 m，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0.5 mm)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。(保留一位有效数字)
(3)某位同学在测定光波波长的实验中，透过测量头上的目镜观察双缝干涉图样时发现，只在左侧视野中有明暗条纹出现，而右侧没有，应如何调节？
解析：(1)测红光波长选红色滤光片，因为红色滤光片能透过红光。据Δy＝λ知，需测双缝到屏的距离l和n条亮(暗)条纹间的距离a。
(2)由相邻条纹间距离Δy，最后算出λ，故λ≈7×10－7 m。
(3)只在左侧视野中有明暗条纹出现，而右侧没有，这是由于测量头目镜偏离遮光筒轴线所致，可以转动测量头上的手轮，使测量头向左移动，直到在目镜中看到明暗条纹布满视野为止。
答案：(1)红　双缝到屏的距离l　n条亮(暗)条纹间的距离a　(2)7×10－7　(3)见解析
3．如图所示，某同学在“用双缝干涉实验测定光的波长”的实验中：
(1)如图乙是光的条纹形状示意图，其中干涉图样是________(填字母)。
(2)下述现象中能够观察到的是________。
A．将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹间距变宽
B．将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽
C．换一个两缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变窄
D．去掉滤光片后，干涉现象消失
(3)如果测得第一条亮条纹中心与第六条亮条纹中心间距是11.550 mm，求得这种单色光的波长为________m。(已知双缝间距d＝0.2 mm，双缝到屏的距离l＝700 mm)
解析：(1)双缝干涉条纹特点是等间距、等宽度、等亮度，根据此特点知A图是干涉条纹。
(2)根据双缝干涉条纹的间距公式Δx＝λ知，将滤光片由蓝色的换成红色的，滤过的光波长变长，则干涉条纹间距变宽；条纹间距与单缝和双缝之间的距离无关；换一个两缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变窄；去掉滤光片后，通过单缝与双缝的光成为白光，白光通过双缝后，仍然能发生干涉现象。
(3)相邻亮条纹的间距Δx＝＝mm＝2.31 mm。根据Δx＝λ得，λ＝＝ m
＝6.6×10－7 m。
答案：(1)A　(2)AC　(3)6.6×10－7
4．用某种单色光做双缝干涉实验时，已知双缝间距离d＝0.20 mm，双缝到毛玻璃屏间的距离为l＝75.0 cm，如图甲所示，实验时先转动如图乙所示的测量头上的手轮，使与游标卡尺相连的分划板中心刻线对准如图丙所示的第1条亮条纹中心，此时游标卡尺的主尺和游标的位置如图戊所示，则游标卡尺上的读数x1＝________mm，然后再转动手轮，使与游标卡尺相连的分划板中心刻线向右边移动，直到对准第5条亮条纹中心，如图丁所示，此时游标卡尺的主尺和游标的位置如图己所示，则游标卡尺上的读数x2＝________mm，由以上已知数据和测量数据，则该单色光的波长是________mm。
解析：由游标卡尺读数规则读出x1＝0.1×3 mm＝0.3 mm，x2＝9 mm＋6×0.1 mm＝9.6 mm。则相邻两亮条纹间距Δx＝＝ mm。由Δx＝λ可得λ＝＝ mm＝6.2×10－4 mm。
答案：0.3　9.6　6.2×10－4
5．在“用双缝干涉实验测定光的波长”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，使目镜中能观察到图________(在A、B、C、D中选填一个)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。
(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，目镜的放大倍数为k，则对应的光波波长为________。
解析：(1)亮条纹间距指的是亮条纹中心之间的距离，因此选项C最合理。
(2)根据Δx＝可知，λ＝。
答案：(1)C　(2)
6．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，要把它们放在如图所示的光具座上组成双缝干涉装置，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)本实验的步骤有：
①取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮；
②按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上；
③用米尺测量双缝到屏的距离；
④用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮条纹间的距离。
在操作步骤②时还注意单缝、双缝应______________且____________。
(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，此时手轮上的示数如图甲所示。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，记下此时图乙中手轮上的示数为________ mm，求得相邻亮条纹的间距Δx＝________ mm。
(4)已知双缝间距d为2.0×10－4 m，测得双缝到屏的距离l为0.700 m，由计算式λ＝________，求得所测红光波长为________ nm。
解析：(1)由左至右依次放置白色光源C、滤光片E、单缝D、双缝B、毛玻璃屏A。
(2)单缝、双缝应相互平行且二者相距约5～10 cm。
(3)甲的示数为2.320 mm，乙的示数为13.870 mm，则Δx＝ mm＝2.310 mm。
(4)由Δx＝λ得λ＝Δx＝×2.310×10－3 m＝6.60×10－7 m＝660 nm。
答案：(1)E、D、B 　(2)相互平行　二者相距约5～10 cm　(3)13.870　2.310　(4)Δx　660