四川省合江中学2019-2020学年高中物理教科版选修3-4：5.2实验探究：用双缝干涉测量光的波长 同步练习（含解析）

5.2实验探究：用双缝干涉测量光的波长
1．图甲为20分度游标卡尺的部分示意图，其读数为
mm；图乙为螺旋测微器的示意图，其读数为
mm。
2．在“用双缝干涉测光的波长”实验中，准备了下列器材：
A．白炽灯
B．双缝片
C．单缝片
D．滤光片
E.毛玻璃光屏
（1）将以上器材安装在光具座上时，自光源起合理的顺序依次是（填所选器材前的字母）：D、_________、___________、E.
（2）在实验中，手轮上前后两次示数情况如图，其中表示a纹位置的手轮读数为______mm．
（3）如果上述实验中双缝片与光屏间距为0.500m，所用的双缝片是相距0.18mm规格的，则实验中所用单色光的波长为___________
nm.（保留三位有效数）
3．（1）如图所示的器材可用来研究电磁感应现象及判定感应电流的方向，其中L1为原线圈，L2为副线圈。
①在给出的实物图中，将实验仪器连成完整的实验电路。
（2）用图示实验装置探究“碰撞中的不变量”实验，
若实验中得到一条纸带如图所示，已知A、B车的质量分别为，则该实验需要验证的表达式是_____________________。（用图中物理量和已给出的已知量表示）
（3）在“探究单摆周期与摆场的关系”实验时，下列用游标卡尺测小球直径的操作最合理的是（____________）
A
B
C
D
(4)如图所示，某同学按实验装置安装好仪器后，观察光的干涉现象，获得成功，若他在此基础上对仪器的安装做如下改动，仍能使实验成功的是________．
A．将滤光片移至单缝和双缝之间，其他不动．
B．将单缝与双缝的位置互换，其他不动．
4．在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，选用红色滤光片和间距为0.20
mm的双缝，双缝与屏的距离为600
mm.某同学正确操作后，在目镜中看到如图甲所示的干涉条纹．换成紫色滤光片正确操作后，使测量头分划板刻线与第k级暗条纹中心对齐，在目镜中观测到的是图乙中的________(填字母)，此时测量头的读数为25.70
mm.沿同一方向继续移动测量头使分划板刻线与第k＋5级暗条纹中心对齐，此时测量头标尺如图丙所示，其读数是________mm.紫光的波长等于________nm.
5．在“用双缝干涉测量光的波长”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乙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△x，双缝间距为d，单缝与双缝的距离为11，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．研究双缝干涉现象时，如图所示，调节仪器使分划板的中心刻度对准一条亮条纹的中心A，示数如图所示，其读数为___________mm．移动手轮至另一条亮条纹中心B，读出其读数为27.6mm．已知双缝片与光屏间距为0.6m，所用双缝相距0.2mm，则所测单色光波长为__________m．
7．用双缝干涉测光的波长．实验装置如图甲所示，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．测量时用某种单色光照射双缝得到干涉图样．
（1）分划板在图中Q位置时如图乙所示，手轮上的读数是________mm．
（2）如果用上述装置测量氦氖激光器发出激光的波长，则图中除了光源以外，其他不必要的器材元件有______．
A．滤光片
B．单缝
C．双缝
D．光屏
（3）如图丙所示某同学由于没有量角器，在完成了光路图以后，他以O点为圆心，5．00Cm长为半径画圆，分别交线段OA于C点，交OO′于E点，过C点作法线NN′的垂线CD交NN′于点D，过E点作法线NN′的垂线EF交NN′于F点，如图所示．用刻度尺量得CD=3．00Cm，EF=2．00Cm．由此可得出玻璃的折射率n=_______．
8．在双缝干涉实验中，屏上出现了明暗相间的条纹，则（____）
A．中间条纹间距较两侧更宽
B．不同色光形成的条纹完全重合
C．双缝间距离越大条纹间距离也越大
D．增大双缝到光屏间的距离，相邻条纹间距会变大
9．用如图所示的装置测光的波长．
（1）将测量头的分划板中心刻线与某条亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，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，求得相邻亮纹的间距Δx为_______mm．
（2）已知双缝间距d
=
2.0×10－4m，测得双缝到屏的距离l
=
0.700m，由计算式
_______，求得所测红光波长为_______nm．
10．在某次实验中，已知双缝到光屏之间的距离是l=600mm，双缝之间的距离是d=0.20mm，某同学在用测量头测量时，先将测量头目镜中看到的分划板中心刻线对准某条亮纹（记作第1条）的中心，这时手轮上的示数如图甲所示读数为x1，然后他转动测量头，使分划板中心刻线对准第7条亮纹的中心，这时手轮上的示数x2如图乙所示，则示数x1=____mm，x2=_______mm．由此可以计算出这次实验中所测得的单色光的波长=________m．
参考答案
1．8．15；2．970±0．001
【解析】
试题分析：游标卡尺的主尺读数为8mm，游标读数为0.05×3mm=0.15mm，所以最终读数为8.15mm
螺旋测微器固定刻度为2.5mm，可动刻度为0.01×47.0=0.470mm，所以最终读数为2.970mm．
考点：考查了游标卡尺和螺旋测微器的读数问题
点评：游标卡尺读数的方法是主尺读数加上游标读数，不需估读．螺旋测微器的读数方法是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．
2．（1）C
B
（2）1.789
（3）567
【解析】
双缝干涉测光的波长，首先需要单色光，让单色光通过双缝在光屏上形成干涉图样；螺旋测微器的读数等于固定刻度读数加上可动刻度读数，需估读；根据双缝干涉条纹的间距公式去求单色光的波长；
【详解】
(1)双缝干涉实验让单色光通过双缝在光屏上形成干涉图样，所以让白炽灯光通过滤光片，再经过单缝形成单色光，再通过双缝，故自光源起合理的顺序是ADCBE；
(2)图甲中螺旋测微器固定刻度为1.5mm，可动刻度为0.01×28.9mm=0.289mm，最终读数为；
图乙中的螺旋测微器固定刻度为4.5mm，可动刻度读数为0.01×44.0=0.440mm，最终读数为
；
(3)干涉条纹的间距，根据双缝干涉条纹的间距公式得；
3．B
A
【解析】
（1）实验电路如图；
（2）碰前小车的速度，碰后两物体的共同速度：
；要验证的关系是：
，即，即.
（3）在“探究单摆周期与摆场的关系”实验时，下列用游标卡尺测小球直径的操作最合理的是B图.
（4）在波的干涉中，干涉条纹的间距△x=λ，由公式可得，条纹间距与波长、屏之间的距离成正比，与双缝间的距离d成反比，滤光片移至单缝和双缝之间，没有影响条纹间距的因素，故A正确；若单缝与双缝的位置互换，则缝间距变化，从而导线条纹间距变化，故B错误；故选A．
4．D19.40420
【解析】
换成紫色滤光片后，光的波长变小，条纹间距变小，B错，条纹方向不变，C错，分划板中心刻线的位置是不变的，A错，D对；游标尺的读数为19
mm＋8×0.05
mm＝19.40
mm；根据△x=
×（25.70-19.40）=1.26mm．根据△x=λ，λ=4.2×10-7m=420nm．.
5．C
【解析】
(1)为了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乙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，使使分划板的中心刻线对齐相邻亮条纹的中心，故应选C；
(2)
根据双缝干涉条纹的间距公式：
，解得：．
6．19.4
6.8×10-7
【解析】
卡尺读数：1.9cm+0.1mm×4=19.4mm；
条纹间距：；
根据双缝干涉条纹间距公式，解得
7．7.870
AB
1.5
【解析】
(1)图中螺旋测微器的固定刻度读数为7.5mm，可动刻度读数为0.01×37.0mm=0.370mm，所以最终读数为7.5+0.370=7.870mm；
(2)
氦氖激光器发出的激光具有很好的单色性和相干性，所以不需要滤光片和单缝，直接照射到双缝上即可得到干涉图样，故选AB；
(3)根据折射率．
8．D;
【解析】
根据△x=λ可知亮条纹之间的距离和暗条纹之间的距离相等，故A错误．根据△x=λ可知条纹间距随波长的变化而变化，不同色光形成的条纹不是完全重合，故B错误．根据△x=λ可知，双缝间距离越大条纹间距离越小；增大双缝到光屏间的距离l，相邻条纹间距会变大，故C错误，D正确．故选D．
9．13.870
2.310
6.6×102
【解析】
图甲中螺旋测微器的固定刻度读数为2mm，可动刻度读数为0.01×32.0mm=0.320mm，所以最终读数为2.320mm．
图乙中螺旋测微器的固定刻度读数为13.5mm，可动刻度读数为0.01×37.0mm=0.370mm，所以最终读数为13.870mm．
则△x=mm=2.310mm．根据双缝干涉条纹的间距公式△x=λ得，λ=．代入数据得，λ=6.6×10-7m=6.6×102nm．
故本题答案为：13.870，2.310，，6.6×102
10．0.641;
10.300;
;
【解析】
第一个螺旋测微器的固定刻度读数为0.5mm，可动刻度读数为0.01×14.1=0.141mm，所以最终读数为0.641mm．
第二个螺旋测微器的固定刻度读数为10mm，可动刻度读数为0.01×30.0mm=0.300mm，所以最终读数为：10mm+0.300mm=10.300mm．
根据△x=λ得：
又由于：
；
故：λ=；
代入数据，解得：
；
【点睛】
此题关键是知道螺旋测微器的读数等于固定刻度读数与可动刻度读数之和，在读可动刻度读数时需估读．根据△x=λ求出单色光的波长．