2026人教版高中物理选择性必修第一册--4.4 实验：用双缝干涉测量光的波长同步练习（含解析）
文档属性
| 名称 | 2026人教版高中物理选择性必修第一册--4.4 实验：用双缝干涉测量光的波长同步练习（含解析） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 540.8KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2025-09-22 16:11:16 | ||
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文档简介
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2026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.如图所示,在“用双缝干涉测光的波长”实验中,下列说法正确的是 ( )
A.滤光片应置于单缝和双缝之间
B.拨杆的作用是调节单缝的宽度
C.实验中将6个条纹间距误数成7个,则波长测量值将偏小
D.如图,若通过目镜发现里面的亮条纹与分划板竖线未对齐,可通过旋转双缝进行调整
2.(2025广东中山华侨中学月考)某同学利用如图所示装置测量某种单色光的波长。若双缝的间距为d,屏与双缝间的距离为l,测得第1条暗条纹中心到第n条暗条纹中心之间的距离为Δx,下列说法正确的是 ( )
A.中央亮条纹最亮最宽
B.测得单色光的波长λ=
C.将单缝向双缝靠近,干涉条纹宽度变宽
D.将屏向远离双缝的方向移动,可以减少从目镜中观察到的条纹数
题组二 实验数据处理
3.(2025河北石家庄开学考)现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和红色滤光片E等光学元件,要把它们放在如图甲所示的光具座上组装成双缝干涉装置,用来测量红光的波长。
(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最佳顺序应为C、 、 、 、 A。
(2)实验步骤:
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时还应注意 和 ,为了增加屏上相邻两条亮条纹间的距离,可 (选填“增大”或“减小”)双缝间距离或 (选填“增大”或“减小”)双缝到屏的距离。
(3)将测量头的分划板中心刻线与某条亮条纹中心对齐,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条亮条纹中心对齐,记下此时图丙中手轮上的示数为 mm,求得相邻亮条纹的间距Δx为 mm。
(4)已知双缝间距d为2.0×10-4 m,测得双缝到屏的距离l为0.700 m,求得所测红光波长为 nm(结果保留三位有效数字)。
(5)上述实验中,若仅将红色滤光片更换为蓝色滤光片,则相邻亮条纹中心间距 (选填“增大”“减小”或“不变”)。
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
基础过关练
1.C 滤光片的作用是将复色光变为单色光,单缝的作用是使入射光变成线光源,双缝的作用是将单色光分解成频率相同、振动情况相同的相干光,因此滤光片应该放在单缝之前,选项A错误;调节拨杆只能调整单缝的角度,使单缝和双缝平行,获得清晰的干涉图样(破题关键),选项B错误;由公式Δx=λ,得λ=,可得实验中将6个条纹间距误数成7个,则Δx变小,测得的波长偏小,选项C正确;旋转测量头,分划板竖线随之旋转,可使分划板竖线与亮条纹对齐,选项D错误。
2.D 单色光的条纹间距为等宽,所以中央亮条纹最亮,中央亮条纹的宽度与其他亮条纹的宽度相同,选项A错误;测得第1条暗条纹中心到第n条暗条纹中心之间的距离为Δx,则相邻暗条纹的间距为Δx'=,又Δx'=λ,联立解得单色光的波长为λ=d,选项B错误;根据Δx'=λ可知将单缝向双缝靠近,干涉条纹宽度不变,选项C错误;将屏向远离双缝的方向移动,即l变大,根据Δx'=λ可知条纹的宽度增大,从目镜中观察到的条纹数减少,选项D正确。
方法技巧
公式法算波长的一般思路
3.答案 (1)E D B (2)单缝和双缝间距适当 单缝与双缝相互平行 减小 增大 (3)13.870 2.310 (4)660 (5)减小
解析 (1)根据实验装置可知,光源产生的光应通过滤光片获得单色光,通过单缝获得线光源,通过双缝获得相干光,故最佳顺序为C、E、D、B、A。(2)在操作步骤②时还应注意:单缝和双缝间距要适当,并使单缝与双缝相互平行。根据Δx=λ可知,为增加相邻两条亮条纹间的距离,可减小双缝间距离d或增大双缝到屏的距离l。(3)题图丙中的读数为13.5 mm+0.01 mm×37.0=13.870 mm,题图乙中的读数为
2 mm+0.01 mm×32.0=2.320 mm,所以Δx= mm=2.310 mm。(4)根据Δx=λ,整理得λ=Δx,代入以上数据得所测红光波长为λ=660 nm。(5)若仅将红色滤光片更换为蓝色滤光片,则λ减小,由Δx=λ可知,相邻亮条纹中心间距减小。
易错警示 相邻亮条纹间距Δx=,不是条纹宽度,亮暗条纹间距相等。
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,将测量头旋转一定角度;或者其他不动,将遮光筒(连同单缝、双缝)旋转一定角度,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,即中央亮条纹下移,相应的干涉图样均下移。
归纳总结 照在光屏上的光很弱,主要原因是灯丝与单缝、双缝,测量头与遮光筒不共轴;干涉条纹不清晰的主要原因一般是单缝与双缝不平行。
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.如图所示,在“用双缝干涉测光的波长”实验中,下列说法正确的是 ( )
A.滤光片应置于单缝和双缝之间
B.拨杆的作用是调节单缝的宽度
C.实验中将6个条纹间距误数成7个,则波长测量值将偏小
D.如图,若通过目镜发现里面的亮条纹与分划板竖线未对齐,可通过旋转双缝进行调整
2.(2025广东中山华侨中学月考)某同学利用如图所示装置测量某种单色光的波长。若双缝的间距为d,屏与双缝间的距离为l,测得第1条暗条纹中心到第n条暗条纹中心之间的距离为Δx,下列说法正确的是 ( )
A.中央亮条纹最亮最宽
B.测得单色光的波长λ=
C.将单缝向双缝靠近,干涉条纹宽度变宽
D.将屏向远离双缝的方向移动,可以减少从目镜中观察到的条纹数
题组二 实验数据处理
3.(2025河北石家庄开学考)现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和红色滤光片E等光学元件,要把它们放在如图甲所示的光具座上组装成双缝干涉装置,用来测量红光的波长。
(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最佳顺序应为C、 、 、 、 A。
(2)实验步骤:
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时还应注意 和 ,为了增加屏上相邻两条亮条纹间的距离,可 (选填“增大”或“减小”)双缝间距离或 (选填“增大”或“减小”)双缝到屏的距离。
(3)将测量头的分划板中心刻线与某条亮条纹中心对齐,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条亮条纹中心对齐,记下此时图丙中手轮上的示数为 mm,求得相邻亮条纹的间距Δx为 mm。
(4)已知双缝间距d为2.0×10-4 m,测得双缝到屏的距离l为0.700 m,求得所测红光波长为 nm(结果保留三位有效数字)。
(5)上述实验中,若仅将红色滤光片更换为蓝色滤光片,则相邻亮条纹中心间距 (选填“增大”“减小”或“不变”)。
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
基础过关练
1.C 滤光片的作用是将复色光变为单色光,单缝的作用是使入射光变成线光源,双缝的作用是将单色光分解成频率相同、振动情况相同的相干光,因此滤光片应该放在单缝之前,选项A错误;调节拨杆只能调整单缝的角度,使单缝和双缝平行,获得清晰的干涉图样(破题关键),选项B错误;由公式Δx=λ,得λ=,可得实验中将6个条纹间距误数成7个,则Δx变小,测得的波长偏小,选项C正确;旋转测量头,分划板竖线随之旋转,可使分划板竖线与亮条纹对齐,选项D错误。
2.D 单色光的条纹间距为等宽,所以中央亮条纹最亮,中央亮条纹的宽度与其他亮条纹的宽度相同,选项A错误;测得第1条暗条纹中心到第n条暗条纹中心之间的距离为Δx,则相邻暗条纹的间距为Δx'=,又Δx'=λ,联立解得单色光的波长为λ=d,选项B错误;根据Δx'=λ可知将单缝向双缝靠近,干涉条纹宽度不变,选项C错误;将屏向远离双缝的方向移动,即l变大,根据Δx'=λ可知条纹的宽度增大,从目镜中观察到的条纹数减少,选项D正确。
方法技巧
公式法算波长的一般思路
3.答案 (1)E D B (2)单缝和双缝间距适当 单缝与双缝相互平行 减小 增大 (3)13.870 2.310 (4)660 (5)减小
解析 (1)根据实验装置可知,光源产生的光应通过滤光片获得单色光,通过单缝获得线光源,通过双缝获得相干光,故最佳顺序为C、E、D、B、A。(2)在操作步骤②时还应注意:单缝和双缝间距要适当,并使单缝与双缝相互平行。根据Δx=λ可知,为增加相邻两条亮条纹间的距离,可减小双缝间距离d或增大双缝到屏的距离l。(3)题图丙中的读数为13.5 mm+0.01 mm×37.0=13.870 mm,题图乙中的读数为
2 mm+0.01 mm×32.0=2.320 mm,所以Δx= mm=2.310 mm。(4)根据Δx=λ,整理得λ=Δx,代入以上数据得所测红光波长为λ=660 nm。(5)若仅将红色滤光片更换为蓝色滤光片,则λ减小,由Δx=λ可知,相邻亮条纹中心间距减小。
易错警示 相邻亮条纹间距Δx=,不是条纹宽度,亮暗条纹间距相等。
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,将测量头旋转一定角度;或者其他不动,将遮光筒(连同单缝、双缝)旋转一定角度,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,即中央亮条纹下移,相应的干涉图样均下移。
归纳总结 照在光屏上的光很弱,主要原因是灯丝与单缝、双缝,测量头与遮光筒不共轴;干涉条纹不清晰的主要原因一般是单缝与双缝不平行。
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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