5.2科学测量：用双缝干涉测光的波长--2024-2025学年高中物理鲁科版选择性必修一（含答案）

5.2科学测量：用双缝干涉测光的波长
一、单选题
1．如图所示，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，某同学观察到清晰的干涉条纹。若他对实验装置进行改动后，在毛玻璃屏上仍能观察到清晰的干涉条纹，但条纹间距变窄。下列改动可能会实现这个效果的是( )
A.仅将滤光片向右移动靠近单缝 B.仅减小双缝间的距离
C.仅增大双缝与毛玻璃屏间的距离 D.仅将红色滤光片换成绿色滤光片
2．用双缝干涉测量光的波长实验装置如图所示，得到不同色光、不同双缝的干涉条纹，如图甲、乙、丙所示.甲、乙为不同单色光通过相同双缝产生的条纹，乙、丙为同种单色光通过不同双缝产生的条纹，则( )
A.若单缝和双缝不平行，毛玻璃上没有干涉条纹
B.在遮光筒中没有干涉现象发生
C.甲图单色光波长小于乙图单色光波长
D.乙图双缝间距小于丙图双缝间距
3．如图所示,杨氏双缝干涉实验中,如果光屏上的P点是亮条纹,那么光波从缝、到P点的光程差应是( )
A.波长的整数倍 B.半波长的整数倍 C.只是波长的奇数倍 D.只是半波长的奇数倍
4．杨氏双缝干涉实验最成功的地方就是采用分光法找到了两束相干光源。小明利用图示装置测量光的波长，关于本实验下列说法中正确的是( )
A.为了实现单色光的双缝干涉，可以在透镜与单缝之间加装滤光片
B.将单缝向靠近双缝方向移动，则干涉条纹间距减小
C.改用频率较小的光完成实验，在目镜中观察到的条纹数目增多
D.转动手轮移动分划板，可使条纹间距增大
5．图1是用很弱的光做双缝干涉实验得到的不同数量的光子照射到感光胶片上的照片。图2是1927年戴维孙和汤姆孙分别完成的电子衍射实验简化图，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一。关于这两个图片，下列说法中正确的是( )
A.图1这些照片说明光只有粒子性没有波动性
B.图1这些照片说明光只有波动性没有粒子性
C.图2中该实验再次说明光子具有波动性
D.图2中该实验说明实物粒子具有波动性
6．为研究光的干涉规律，小明用激光做双缝干涉实验。他用频率为f的红色激光垂直照射双缝，观察到了干涉条纹。光速为c，下列说法正确的是( )
A.实验中若将入射光由红光换成紫光，相邻两个亮条纹间距将变大
B.如果将双缝的间距变大，则相邻两个亮条纹的间距将变大
C.在光屏的P点出现第三条暗条纹，则P点到双缝的距离之差为
D.如果将整个装置放到水中做实验，相邻两个亮条纹间距将变大
7．双缝干涉实验装置如图所示，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点处出现距O点最近的第一条亮条纹，如果将入射的绿光换成红光或蓝光，已知红光波长大于绿光波长，绿光波长大于蓝光波长，则下列说法正确的是( )
A.O点出现红光的暗条纹
B.O点上方距O点最近的红光的第一条亮条纹在P点的上方
C.O点不出现蓝光的亮条纹
D.O点上方距O点最近的蓝光的第一条亮条纹在P点的上方
8．用双缝干涉测光的波长的实验装置如图所示，其中光源为白炽灯泡，调整实验装置使光屏上能观察到清晰的干涉条纹.关于该实验，下列说法不正确的是( )
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
C.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
D.测出n条亮条纹间的距离a，则相邻两条亮条纹间距为
9．利用两台相距很远（几千公里）联合工作的射电望远镜观察射电恒星，可以精确测定大陆板块漂移的速度，模型可简化为如图所示的双缝干涉，将射电恒星看成点光源S，分别在地球上不同大陆的两个望远镜相当于两个狭缝、，它们收到的光满足相干条件，汇集两望远镜信号的接收器相当于光屏，设某时刻光屏上P点到、的距离相等，S到、的距离也相等，当向上远离时，下列说法中正确的有( )
A.P点接收到的干涉信号先变强 B.P点接收到的干涉信号先变弱
C.干涉条纹间距变大 D.干涉条纹间距不变
10．在“利用双缝干涉测量光的波长”实验中，将双缝干涉实验装置按如图所示安装在光具座上，单缝a保持竖直方向，并选用缝间距为d的双缝b，并使单缝与双缝保持平行，调节实验装置使光屏上出现清晰干涉条纹。下列说法正确的是( )
A.若取下滤光片，光屏上将只见到白光，看不到干涉条纹
B.若将滤光片由绿色换成红色，光屏上相邻两条暗纹中心的距离减小
C.若将双缝间的距离d増大，光屏上相邻两条暗纹中心的距离增大
D.若测得5个亮条纹中心间的距离为a，则相邻两条亮条纹间距
二、多选题
11．某同学用普通光源进行双缝干涉测光的波长实验。下列说法正确的是( )
A.光具座上依次摆放光源、透镜、滤光片、双缝、单缝、遮光筒、测量头等元件
B.透镜的作用是使光更集中
C.单缝的作用是获得线光源
D.双缝间距越小，测量头中观察到的条纹数目越多
12．图示为“用双缝干涉测光的波长”的实验装置，从左到右依次放置①光源、②红色滤光片、③_______、④_______、⑤遮光筒、⑥光屏。下列说法正确的是( )
A.③、④分别是双缝、单缝
B.减小双缝之间的距离，可以增大相邻暗条纹间的距离
C.若把此装置置于某液体中测量某单色光的波长，测得结果要比在真空中测得该光的波长长
D.若双缝的间距为d，④与光屏的间距为l，用测微目镜测出6条红色条纹间的距离为a，则该红光的波长
三、计算题
13．在双缝干涉实验中，光屏上某点P到双缝和的路程差为，如果用频率为的黄光照射双缝，（光速）试问:
（1）该黄光的波长是多少？
（2）P点出现亮条纹还是暗条纹？
14．【物理一选修3-4】
（1）如图所示，一束复色光斜射入平行玻璃砖，进入玻璃砖后分解成了两束单色光，若玻璃砖的厚度为d，复色光的入射角为i，光在真空中的传播速度为c，以下对两束光的说法中正确的是( )
A.单色光a在玻璃砖中的传播速度较小
B.射出璃后两光束一定平行
C.增大光的入射角i，单色光b可能会在下界面发生全反射
D.两束光通过同一个双缝干涉装置，a光的干涉条纹更宽一些
E.若单色光a进入玻璃砖后的折射角为α，则该单色光在玻璃砖中的传播时间为
（2）如图所示，等边三棱镜，分别为边、边的中点，面镀有一层银，构成一个反射面，一单色光以垂直于面的方向从P点射入，经折射、反射，刚好照射在边的中点Q，求
①棱镜对光的折射率；
②使入射光线绕P点在纸面内沿顺时针转动，当光线再次照射到Q点时，入射光线转过的角度.
参考答案
1．答案：D
解析：A.滤光片的作用是得到相干光源，靠近单缝和远离单缝不影响干涉，A错误；
BC.双缝干涉两相邻亮条纹的间距为
仅减小双缝之间的距离d或仅增大双缝与毛玻璃屏间的距离，条纹间距都会变大，B错误；
D.仅将红色滤光片换成绿色滤光片，滤光片射向双缝等的光的波长λ减小，根据
可知，条纹间距减小，D正确。
故选D。
2．答案：C
解析：在实验过程中，若单缝和双缝不平行，毛玻璃上的干涉条纹会不清晰，A错误；单色光通过单缝后，经双缝产生稳定的干涉图样，所以在遮光筒中有干涉现象发生，B错误；甲、乙为不同单色光通过相同双缝产生的条纹，由于题图甲条纹的间距小于题图乙条纹的间距，根据可知题图甲单色光波长小于题图乙单色光波长，C正确；乙、丙为同种单色光通过不同双缝产生的条纹，由于题图乙条纹的间距小于题图丙条纹的间距，根据可知题图乙双缝间距大于题图丙双缝间距，D错误.
3．答案：A
解析：在杨氏双缝干涉实验中,、两缝发出的光具备干涉条件,P点是亮条纹,则两列光在P点叠加过程中相互加强,光程差应为半波长的偶数倍,即波长的整数倍,A正确。
4．答案：A
解析：A.为了实现单色光的双缝干涉，可以在透镜与单缝之间加装滤光片，故A项正确;
B.条纹间距公式
其中是条纹间距，l是双缝到屏的距离，d是双缝间的距离，λ是单色光的波长，所以将单缝向靠近双缝方向移动，则干涉条纹间距不变，故B项错误；
C.条纹间距公式
波长和频率的关系满足
所以换用频率较小的光，其光的波长变大，条纹间距表达，即条纹数目减少，故C项错误;
D.转动手轮移动分划板，条纹间距不变，故D项错误。
故选A。
5．答案：D
解析： AB.光具有波粒二象性，图1这些照片说明少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性，故AD错误；
CD.图2亮条纹是电子到达概率大的地方，该实验说明物质波理论是正确的，说明实物粒子具有波动性，但该实验不能说明光子具有波动性，故C错误，D正确。
故选D。
6．答案：C
解析：本题考查双缝干涉实验规律。将入射光由红光换成紫光，则波长变短，根据双缝干涉条纹间距公式知，波长变短，相邻亮条纹间距变小，将双缝的间距变大，相邻亮条纹间距变小，选项A、B错误；光屏上P点出现第三条暗条纹，P点到双缝的矩离之差为，选项C正确；真空（或空气）中波长为λ的光，在折射率为n的水中波长变为，光线到水中时波长变短，相邻亮条纹间距变小，选项D错误。
7．答案：B
解析：由于O点到双缝的光程差为零，所以出现各种色光的亮条纹，A、C错误；P点处出现O点上方距O点最近的绿光的第一条亮条纹，而红光的波长大于绿光的波长，则红光的干涉条纹间距大于绿光的干涉条纹间距，B正确；同理，蓝光的干涉条纹间距小于绿光的干涉条纹间距，D错误.
8．答案：D
解析：取下滤光片，不同的色光的干涉条纹叠加，在光屏上将出现彩色的干涉条纹，故A正确.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B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C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D错误.D符合题意.
9．答案：B
解析：在双缝干涉实验中，当向上远离时，则光经过、到P的路程差不等于0，导致P点接收到的干涉信号先变弱，故A错误，B正确；根据公式，当向上远离时d增大，条纹间距将变小，故C、D错误.
10．答案：D
解析：
11．答案：BC
解析：光具座上的双缝应该在单缝和遮光筒之间，先通过单缝得到线光源，然后通过双缝得到两列完全相同的相干光，A错误，C正确；透镜的作用是使射向滤光片的光更集中，B正确；根据双缝干涉条纹间距公式可知，双缝间距d越小，则条纹间距越大，测量头中观察到的条纹数目越少，D错误。
12．答案：BD
解析：光源产生的光经滤光片变成单色光，通过单缝成为线光源，经过双缝获得相干光源，③、④分别是单缝、双缝，选项A错误；由知，要增大相邻暗条纹间的距离，可减小双缝之间的距离d或增大双缝到屏的距离l，选项B正确；先不放单缝和双缝，调节光源高度使光沿遮光筒轴线照在屏中心，然后再放单缝和双缝，调节其位置使光屏上出现干涉条纹，选项C错误；相邻两条红色条纹间的距离，又，得该红光的波长，选项D正确。
13．答案：（1）
（2）暗条纹
解析：（1）;
（2），所以P点出现暗条纹。
14．答案：（1）BDE
（2）① 画出光路图，根据对称性及光路可逆结合几何关系可知，光在面的入射角，折射角，根据折射定律有
② 当光线再次照射到Q点时，光路如图乙所示，由几何关系可知，折射角，根据折射定律有 解得：，因此入射光转过的角度为
解析：