2025人教版高中物理选择性必修第一册同步练习题（有解析）--4.4 实验：用双缝干涉测量光的波长
文档属性
| 名称 | 2025人教版高中物理选择性必修第一册同步练习题（有解析）--4.4 实验：用双缝干涉测量光的波长 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 494.4KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-06-05 15:21:28 | ||
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文档简介
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2025人教版高中物理选择性必修第一册
第四章 光
4 实验:用双缝干涉测量光的波长
基础过关练
题组一 实验原理与操作
1.(2024江苏扬州学情调研)图为教材中用双缝干涉测光的波长的装置,则下列说法正确的是 ( )
A.如发现条纹不清晰,可通过拨杆调节,使单缝与双缝平行
B.转动手轮,直接读出相邻两亮条纹间距离,再算波长
C.如把红色滤光片换成蓝色滤光片,则屏上的条纹数会变少
D.滤光片应置于单缝和双缝之间
题组二 数据处理
2.(2024重庆实验中学月考)在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中,用图甲所示装置测量某种色光的波长。
(1)图甲中单缝前标示的器材“A”应为 。
(2)当测量头中的分划板中心刻线对齐某条纹的中心时,手轮上的示数如图乙所示,读数为 mm。
(3)若单缝到双缝距离为s,双缝的间距为d,屏与双缝间的距离为l,实验中在像屏上得到的干涉图样如图丙所示,测量头上的分划板中心刻线分别在图中A、B位置时,手轮上的读数分别为x1、x2,则入射的单色光波长的计算表达式为λ= 。
3.(2024重庆黔江中学月考)在“用双缝干涉测光的波长”实验中,将双缝干涉实验仪器按要求安装在光具座上,如图甲所示,选用缝间距d=0.2 mm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=700 mm,然后接通电源使光源正常工作。
(1)已知测量头主尺的最小刻度是毫米,副尺上有50个分度,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乙(a)所示,图乙(a)中的数字是该同学给各亮纹的编号,此时图乙(b)中读数x1=1.16 mm;接着再转动手轮,映入眼帘的干涉条纹如图丙(a)所示,此时图丙(b)中读数x2= mm;
(2)利用上述测量结果,经计算可得该种色光的波长λ= nm;(保留三位有效数字)
(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.(2024江苏镇江期中改编)用如图甲所示的装置来做“用双缝干涉测量光的波长”的实验。
(1)如图甲所示,光具座放在水平桌面上,安装光源和各光学元件应保证其中心在 ;
(2)如图乙所示,在实验中,某同学观察到以下图像,即测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上,若继续移动目镜观察,将会使测量结果出现偏差,所以需要对仪器进行调整,使干涉条纹与分划板中心刻线在同一方向上,下面操作中可行的有 ;
A.调节拨杆方向
B.其他不动,测量头旋转一定角度
C.其他不动,遮光筒(连同单缝、双缝)旋转一定角度
D.将遮光筒与测量头整体旋转一定角度
(3)实验中,选用红色滤光片测量红光的波长,测得双缝间的距离d=2 mm,双缝与屏之间的距离L=0.80 m,通过测量头观察第1条亮条纹的读数为3.645 mm,转动手轮,使分划板向一侧移动,使分划板的中心刻线对齐第6条亮条纹的中心,仪器示数如图丙所示,则其读数为 mm,由此求得该红光的波长为 m(计算结果保留三位有效数字);
(4)实验中,若用一块薄玻璃片挡在双缝中的一条缝S2的后面,如丁图所示,则原来在P0处的某个条纹将 (选填“向上移动”“向下移动”或“位置不动”)。
题组三 拓展创新实验
5.洛埃在1834年设计了一种更简单的观察光的干涉现象的装置——洛埃镜。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光屏上,另一部分直接投射到光屏上,在光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'。
(1)通过洛埃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”。
(2)实验表明,光从光疏介质射向光密介质,在界面处发生反射时,若入射角接近90°,反射光与入射光相比,相位有π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“亮条纹”或“暗条纹”)。
(3)实验中,已知单缝S到镜面所在平面的距离为h=0.15 mm,单缝S到光屏的距离为D=1.2 m,观测到第3条亮条纹的中心与第12条亮条纹的中心之间的距离为22.78 mm,则该单色光的波长λ= m(结果保留3位有效数字)。
答案与分层梯度式解析
第四章 光
4 实验:用双缝干涉测量光的波长
基础过关练
1.A 如发现条纹不清晰,可通过拨杆调节,使单缝与双缝平行,选项A正确;转动手轮,读出多条亮条纹间的总的距离,然后求解相邻两条纹间距,再算波长,选项B错误;如把红色滤光片换成蓝色滤光片,因蓝光波长较小,根据Δx=λ,可知条纹间距减小,则屏上的条纹数会变多,选项C错误;滤光片应置于凸透镜和单缝之间,使复色光变成单色光,选项D错误。
2.答案 (1)滤光片 (2)0.820 (3)
解析 (1)根据实验原理知,图甲中单缝前标示的器材“A”应为滤光片。(2)读数为0.5 mm+32.0×0.01 mm=0.820 mm。(3)由Δx=λ,Δx=,解得λ=。
3.答案 (1)15.02 (2)660 (3)变小
解析 (1)由游标卡尺的读数规则可知x2=(15+1×0.02) mm=15.02 mm。(2)题图乙(a)中对齐的亮纹编号为3,题图丙(a)中对齐的亮纹编号为9,故Δx==2.31 mm,由Δx=λ,可知λ=Δx=×2.31×10-3 m=660 nm。(3)频率变大,波长减小,由Δx=λ,可知干涉条纹间距变小。
4.答案 (1)同一高度 (2)BC (3)4.945 6.50×10-7 (4)向下移动
解析 (1)光具座放在水平桌面上,安装光源和各光学元件应保证其中心在同一高度。
(2)因为有清晰的干涉图样,所以不用调节拨杆方向,选项A错误。分划板中心刻线与干涉条纹不平行,所以应调节测量头或调节遮光筒(连同单缝、双缝)使干涉条纹与分划板中心刻线在同一方向上,所以可行的操作为:其他不动,将测量头旋转一个较小角度;或者其他不动,将遮光筒(连同单缝、双缝)旋转一个较小角度,选项B、C正确,D错误。
(3)读数为4.5 mm+0.01×44.5 mm=4.945 mm,条纹间距Δx==0.26 mm,根据Δx=λ得λ==6.50×10-7 m。(4)若用一块薄玻璃片挡在双缝中的一条缝S2的后面,这条光路的光程增大(破题关键),原光程差为0的点向下移动,即中央明纹下移,相应的干涉图样均下移。
5.答案 (1)S经平面镜成的像S' (2)暗条纹
(3)6.33×10-7
解析 (1)如果S被视为双缝中的一个缝,S经平面镜成的像S'相当于另一个“缝”。
(2)如果把光屏移动到和平面镜接触,入射角接近90°,反射光与入射光相比相位有π的变化,即半波损失,所以接触点P处是暗条纹。
(3)第3条亮条纹中心到第12条亮条纹中心的距离为22.78 mm,则相邻两条亮条纹间距
Δx= m=2.53×10-3 m
等效双缝间的距离d=2h=0.30 mm=3.0×10-4 m,根据双缝干涉条纹间距公式Δx=λ,得λ== m=6.33×10-7 m。
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第四章 光
4 实验:用双缝干涉测量光的波长
基础过关练
题组一 实验原理与操作
1.(2024江苏扬州学情调研)图为教材中用双缝干涉测光的波长的装置,则下列说法正确的是 ( )
A.如发现条纹不清晰,可通过拨杆调节,使单缝与双缝平行
B.转动手轮,直接读出相邻两亮条纹间距离,再算波长
C.如把红色滤光片换成蓝色滤光片,则屏上的条纹数会变少
D.滤光片应置于单缝和双缝之间
题组二 数据处理
2.(2024重庆实验中学月考)在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中,用图甲所示装置测量某种色光的波长。
(1)图甲中单缝前标示的器材“A”应为 。
(2)当测量头中的分划板中心刻线对齐某条纹的中心时,手轮上的示数如图乙所示,读数为 mm。
(3)若单缝到双缝距离为s,双缝的间距为d,屏与双缝间的距离为l,实验中在像屏上得到的干涉图样如图丙所示,测量头上的分划板中心刻线分别在图中A、B位置时,手轮上的读数分别为x1、x2,则入射的单色光波长的计算表达式为λ= 。
3.(2024重庆黔江中学月考)在“用双缝干涉测光的波长”实验中,将双缝干涉实验仪器按要求安装在光具座上,如图甲所示,选用缝间距d=0.2 mm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=700 mm,然后接通电源使光源正常工作。
(1)已知测量头主尺的最小刻度是毫米,副尺上有50个分度,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乙(a)所示,图乙(a)中的数字是该同学给各亮纹的编号,此时图乙(b)中读数x1=1.16 mm;接着再转动手轮,映入眼帘的干涉条纹如图丙(a)所示,此时图丙(b)中读数x2= mm;
(2)利用上述测量结果,经计算可得该种色光的波长λ= nm;(保留三位有效数字)
(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.(2024江苏镇江期中改编)用如图甲所示的装置来做“用双缝干涉测量光的波长”的实验。
(1)如图甲所示,光具座放在水平桌面上,安装光源和各光学元件应保证其中心在 ;
(2)如图乙所示,在实验中,某同学观察到以下图像,即测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上,若继续移动目镜观察,将会使测量结果出现偏差,所以需要对仪器进行调整,使干涉条纹与分划板中心刻线在同一方向上,下面操作中可行的有 ;
A.调节拨杆方向
B.其他不动,测量头旋转一定角度
C.其他不动,遮光筒(连同单缝、双缝)旋转一定角度
D.将遮光筒与测量头整体旋转一定角度
(3)实验中,选用红色滤光片测量红光的波长,测得双缝间的距离d=2 mm,双缝与屏之间的距离L=0.80 m,通过测量头观察第1条亮条纹的读数为3.645 mm,转动手轮,使分划板向一侧移动,使分划板的中心刻线对齐第6条亮条纹的中心,仪器示数如图丙所示,则其读数为 mm,由此求得该红光的波长为 m(计算结果保留三位有效数字);
(4)实验中,若用一块薄玻璃片挡在双缝中的一条缝S2的后面,如丁图所示,则原来在P0处的某个条纹将 (选填“向上移动”“向下移动”或“位置不动”)。
题组三 拓展创新实验
5.洛埃在1834年设计了一种更简单的观察光的干涉现象的装置——洛埃镜。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光屏上,另一部分直接投射到光屏上,在光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'。
(1)通过洛埃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”。
(2)实验表明,光从光疏介质射向光密介质,在界面处发生反射时,若入射角接近90°,反射光与入射光相比,相位有π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“亮条纹”或“暗条纹”)。
(3)实验中,已知单缝S到镜面所在平面的距离为h=0.15 mm,单缝S到光屏的距离为D=1.2 m,观测到第3条亮条纹的中心与第12条亮条纹的中心之间的距离为22.78 mm,则该单色光的波长λ= m(结果保留3位有效数字)。
答案与分层梯度式解析
第四章 光
4 实验:用双缝干涉测量光的波长
基础过关练
1.A 如发现条纹不清晰,可通过拨杆调节,使单缝与双缝平行,选项A正确;转动手轮,读出多条亮条纹间的总的距离,然后求解相邻两条纹间距,再算波长,选项B错误;如把红色滤光片换成蓝色滤光片,因蓝光波长较小,根据Δx=λ,可知条纹间距减小,则屏上的条纹数会变多,选项C错误;滤光片应置于凸透镜和单缝之间,使复色光变成单色光,选项D错误。
2.答案 (1)滤光片 (2)0.820 (3)
解析 (1)根据实验原理知,图甲中单缝前标示的器材“A”应为滤光片。(2)读数为0.5 mm+32.0×0.01 mm=0.820 mm。(3)由Δx=λ,Δx=,解得λ=。
3.答案 (1)15.02 (2)660 (3)变小
解析 (1)由游标卡尺的读数规则可知x2=(15+1×0.02) mm=15.02 mm。(2)题图乙(a)中对齐的亮纹编号为3,题图丙(a)中对齐的亮纹编号为9,故Δx==2.31 mm,由Δx=λ,可知λ=Δx=×2.31×10-3 m=660 nm。(3)频率变大,波长减小,由Δx=λ,可知干涉条纹间距变小。
4.答案 (1)同一高度 (2)BC (3)4.945 6.50×10-7 (4)向下移动
解析 (1)光具座放在水平桌面上,安装光源和各光学元件应保证其中心在同一高度。
(2)因为有清晰的干涉图样,所以不用调节拨杆方向,选项A错误。分划板中心刻线与干涉条纹不平行,所以应调节测量头或调节遮光筒(连同单缝、双缝)使干涉条纹与分划板中心刻线在同一方向上,所以可行的操作为:其他不动,将测量头旋转一个较小角度;或者其他不动,将遮光筒(连同单缝、双缝)旋转一个较小角度,选项B、C正确,D错误。
(3)读数为4.5 mm+0.01×44.5 mm=4.945 mm,条纹间距Δx==0.26 mm,根据Δx=λ得λ==6.50×10-7 m。(4)若用一块薄玻璃片挡在双缝中的一条缝S2的后面,这条光路的光程增大(破题关键),原光程差为0的点向下移动,即中央明纹下移,相应的干涉图样均下移。
5.答案 (1)S经平面镜成的像S' (2)暗条纹
(3)6.33×10-7
解析 (1)如果S被视为双缝中的一个缝,S经平面镜成的像S'相当于另一个“缝”。
(2)如果把光屏移动到和平面镜接触,入射角接近90°,反射光与入射光相比相位有π的变化,即半波损失,所以接触点P处是暗条纹。
(3)第3条亮条纹中心到第12条亮条纹中心的距离为22.78 mm,则相邻两条亮条纹间距
Δx= m=2.53×10-3 m
等效双缝间的距离d=2h=0.30 mm=3.0×10-4 m,根据双缝干涉条纹间距公式Δx=λ,得λ== m=6.33×10-7 m。
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