四川省夹江中学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 达标作业（含解析）

5.2实验探究：用双缝干涉测量光的波长
1．某同学用如图所示的实验装置做“用双缝干涉测光的波长”的实验，他用带有游标尺的测量头测量相邻两条亮条纹间的距离，转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对齐某一条亮条纹（将这一条纹确定为第一亮条纹）的中心，此时游标尺上的示数；转动测量头的手轮，使分划板的中心刻线对齐第六亮条纹的中心，此时游标尺上的示数．双缝间的距离，双缝到屏的距离．实验中计算波长的表达式_________（用直接测量的符号表示）．根据以上数据，可计算得出光的波长__________
．
2．如图所示，在“用双缝干涉测光的波长”实验中，光具座上放置的光学元件依次为①光
源、②滤光片、③单缝、④双缝、⑤遮光筒、光屏，对于某种单色光，为增加相邻亮纹(暗纹)间的距离,可采取的措施有：
(1)______________________________________________________________；
(2)______________________________________________________________．
3．（1）在“用双缝干涉测光的波长”实验中，将所用器材按要求安装在如图所示的光具座上，然后接通电源使光源正常工作。已知实验中选用缝间距d=0.20mm的双缝屏，像屏与双缝屏间的距离L=700mm。图中的a、b、c三个位置对应的器材分别为_______、_______、_______。（选填：单缝、双缝、滤光片）
①已知测量头主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50分度。某同学调整手轮后，从测量头的目镜看去，像屏上出现的干涉条纹如图7甲所示，图甲中的数字是该同学给各暗纹的编号，此时图乙中游标尺上的读数x1=1.16mm；接着再转动手轮，像屏上出现的干涉条纹如图甲所示，此时图乙中游标尺上的读数x2=________mm；
②若通过第①中的测量可计算出干涉条纹的间距Δx，利用题目中的已知量和测量结果可计算出这种色光的波长，其字母表达式为λ=_________（用题目中的已知量和测量量的字母表示）；代入数据，可计算出λ=________nm。
（2）甲、乙两位同学在“验证牛顿第二定律”实验中，使用了如图所示的实验装置。
①实验时他们先调整垫木的位置，使小车不挂配重时能在倾斜的长木板上做匀速直线运动，这样做的目的是_______________。
②此后，甲同学把细线系在小车上并绕过定滑轮悬挂若干配重片。在小车质量一定的情况下，多次改变配重片数量，每改变一次就释放一次小车，利用打点计时器打出记录小车运动情况的多条纸带。图是其中一条纸带的一部分，O、A、B、C为4个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有4个打出的点没有画出。打点计时器接在频率为50Hz的交流电源上。通过对纸带的测量，可知小车运动过程中的加速度大小为_______m/s2（保留2位有效数字）。
③根据多条纸带的数据，甲同学绘制了小车加速度与小车所受拉力（测量出配重的重力作为小车所受拉力大小）的a-F图象，如图所示。由图象可知_______。（选填选项前的字母）
　　
A．当小车质量一定时，其加速度与所受合外力成正比
B．当小车所受合外力一定时，其加速度与质量成反比
C．小车的质量约等于0.3kg
D．小车的质量约等于3.3kg
④乙同学在实验时，因配重片数量不足改用5个质量为20g的钩码进行实验。平衡摩擦后，他首先将钩码全部挂上，用打点计时器打出记录小车运动情况的纸带，并计算出小车运动的加速度；之后每次将悬挂的钩码取下一个并固定在小车上，重复多次实验。根据测得的数据，绘制出小车加速度与悬挂的钩码所受重力的关系图线。关于这一图线下列说法错误的是_______。（选填选项前的字母）
A．可由该图线计算出小车和5个钩码质量之和
B．只有当小车质量远大于悬挂钩码的质量时，该图线才是一条直线
C．无论小车质量是否远大于悬挂钩码的质量，该图线都是一条直线
4．在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中
①已知双缝到光屏之间的距离为L，双缝之间的距离为d，单缝到双缝之间的距离为s，某同学在用测量头测量时，现将测量头目镜中看到的分划板中心刻度线对准某条亮纹（记作第1条）的中心，这时手轮上的示数用a表示，然后他转动测量头，使分划板中心刻线对准地6条亮纹的中心，这时手轮上的是用b表示（b>a），由此可计算出实验中所测得的单色光的波长λ=______________．
②以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮条纹之间的距离_______．
A．增大单缝和双缝之间的距离s
B．增大双缝和光屏之间的距离L
C．将红色滤光片改为绿色滤光片
D．增大双缝之间的距离d
5．如图所示是小刘同学做“用双缝干涉测量光的波长”实验的装置.
(1)在实验中应该在B处放___________.(选填“单缝”或“双缝”)，再装上滤光片.
(2)经过一系列的调试，得到了亮度较好，清晰的干涉图样，但在放大镜视野中出现如图(乙)
所示的现象，应该如何调整?_______________.
(3)手轮上测量头如图(丙)
所示，其读数为__________mm.
(4)一次实验测量完成后，小刘同学仪将红色混光片改为绿色，则观察到干涉条纹的间距______(填“变大”、“变小”或“不变”).
6．（1）在做“探究单摆周期与摆长的关系”实验中，悬挂单摆时，细线上端的悬挂方式应选哪种？______（从图甲.乙中选，选填“甲”或“乙”）；
（2）用图甲所示的实验装置，做“双缝干涉测光的波长”实验：
①某同学通过测量头的目镜观察单色光的干涉图样时，发现里面的两条纹与分划板中心刻线未对齐，如图乙所示，若要使两者对齐，该同学应如何调节_______。
A．仅左右转动透镜
B．仅旋转单缝
C．仅旋转双缝
D．仅旋转测量头
②在实验中，双缝间距，双缝与光屏间距离，用某种单色光照射双缝得到干涉图像如图丙，分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数如图丁，则图丁中A位置的游标卡尺读数为______
，单色光的波长为______
。（结果保留2位有效数字）。
7．如图甲所示用双缝干涉测光的波长，其中A、B、C、D分别表示滤光片、单缝、双缝、光屏。图乙a是实验时用红色滤光片和间距d=0.36mm的双缝在光屏上得到的图样；图乙b是实验时用红色滤光片和间距d=0.18mm的双缝在光屏上得到的图样；图乙c是实验时用蓝色滤光片和间距d=0.36mm的双缝在光屏上得到的图样，则
(1)比较图乙a和图乙b，对相同色光，双缝间距减小，相邻条纹间距________(选填“增大”或“减小”)
(1)比较图乙a和图乙c，对相同双缝，光的波长变短，相邻条纹间距________(选填“增大”或“减小”)
8．在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，
①下列操作正确的是________．
A．先调节光源高度，观察到光束沿遮光筒的轴线传播后再装上测量头
B．接通电源前把输出电压调到小灯泡额定的电压
C．观察到条纹比较模糊，可以调节拨杆进行调整
D．测量某亮条纹位置时，目镜分划板中心刻度线与该亮纹边缘重合
②下列图示中条纹间距表示正确是________．
9．在“用双缝干涉测量光的波长”实验中
(1)某同学先将光源靠近遮光筒的双缝端并等高放置，然后在筒的另外一侧观察，发现筒的上壁照得很亮，此时他应将遮光筒的观察端向___（填“上”或“下”）调节。
(2)某次测量如图所示，则读数为_____mm。
(3)几位同学实验时，有的用距离为0.1mm的双缝，有的用距离为0.2mm的双缝；同时他们还分别用红、紫两种不同颜色的滤光片遮住光源进行了观察，如图选自他们的观察记录，其中正确反映实验结果的是_____。
(已知红光波长大于紫光的波长)
10．下列说法中正确的是__________
A．不只声波能发生多普勒效应，其他类型的波也可以
B．只要知道光在某介质中的传播速度就能算出光在这种介质中的折射率
C．光从某种介质射入真空时，临界角的大小只跟介质有关
D．雨后彩虹是由于反射形成的
E．用红光代替黄光在同一装置上做双缝干涉实验形成的干涉条纹间距变大
参考答案
1．
【解析】根据双缝干涉条纹的间距公式得：
代入数据得：
.
2．增大双缝与光屏间的距离
减少双缝间的距离
【解析】
根据△x=λ知，为增加相邻亮纹（暗纹）间的距离，可采取增大双缝到光屏的距离、减小双缝间距离．
3．
（1）滤光片
单缝
双缝
①15.02
②或
①
为了平衡小车运动过程中所受摩擦力
②
0.50(或0.49)
③
AC
④B
【解析】（1）图中的a、b、c三个位置对应的器材分别为：滤光片、单缝、双缝；
①图中，游标卡尺的主尺读数为15mm，游标读数为0.02mm×1=0.02mm，所以最终读数为：x2=15.02mm．
②两个相邻明纹（或暗纹）间的距离为：
根据△x=λ，得：
=6.6×10-7m=660nm．
（2）①实验时他们先调整垫木的位置，使小车不挂配重时能在倾斜的长木板上做匀速直线运动，这样做的目的是为了平衡小车运动过程中所受摩擦力；
②相邻的两个计数点之间还有4个打出的点没有画出，则T=0.1s，△x=at2可知，
加速度：；
③图象为a-F图象，则由图象可知，质量一定时，加速度与拉力成正比，故A正确，因图象中无法显示质量，故无法确定加速度与质量的关系；故B错误；由牛顿第二定律得：
，a-F图象的斜率：，小车的质量：m==0.3kg，故C正确，D错误；故选AC；
④对钩码和小车整体分析可知，整体受到的拉力为钩码的重力，质量是整体的质量；由F=ma可知，作出的图象一定为直线；且图象的斜率一定为整体的质量；故AC正确，B错误；本题选错误的；故选B．
点睛：（1）解决本题的关键掌握游标卡尺的读数方法，游标卡尺的读数等于主尺读数加上游标读数，不需估读．并掌握“用双缝干涉测光的波长”的实验原理公式△x=λ．（2）在“验证牛顿第二定律”的实验用控制变量法，本实验只有在满足平衡摩擦力和小车质量远大于钩码质量的双重条件下，才能用钩码重力代替小车所受的合力.
4．
B
【解析】
（1）由题可知5?x=b-a；根据可得；
（2）根据可知：增大单缝和双缝之间的距离s对?x无影响，选项A错误；增大双缝和光屏之间的距离L可增大?x，选项B正确；将红色滤光片改为绿色滤光片，光的波长减小，则?x减小，选项C错误；增大双缝之间的距离d，则?x减小，选项D错误；故选B.
5．
21.(1)
单缝
(2)
调节测量头使分划板刻线与条纹平行
(3)
11.54mm
(4)
变小
【解析】（1）根据“用双缝干涉测量光的波长”实验的原理可知，灯光经过滤光片后，需要先经过单缝分光，然后再让光线经过双缝，最后到达光屏。
（2）应该调节测量头使分划板刻线与条纹平行。
（3）游标卡尺的主尺读数为11mm，游标读数0.02×27=0.54mm，所以读数为：11mm+0.02×27=11.54mm。
（4）将红色滤光片改为蓝色，即波长变短，根据公式：
，可知，干涉条纹的间距将变小。
6．
（1）乙
（2）①D
11.1
【解析】（1）根据实验的基本要求，摆球在摆动的过程中，悬线的长度不能变化，甲图摆长变化，乙图摆长不变化，则选乙；
（2）发现里面的亮条纹与分划板竖线未对齐，若要使两者对齐，该同学应调节测量头，故ABC错误，D正确；
（3）A位置游标卡尺的主尺读数为11mm，游标读数为0.1×1mm=0.1mm，所以最终读数为11.1mm．
B位置游标卡尺的主尺读数为15mm，游标读数为0.1×5mm=0.5mm，所以最终读数为15.5mm．
相邻两亮条纹的间距．
根据双缝干涉条纹的间距公式△x=λ得，λ=△x．
代入数据得，λ=m=6.4×10-7m．
点睛：本题关键是明确实验原理，了解构造及作用，能对故障进行分析和纠正；注意游标卡尺的读数规则，不估读；解决本题的关键掌握游标卡尺的读数方法，以及掌握双缝干涉条纹的间距公式△x=λ．
7．
(1)增大
(2)减小
【解析】(1)比较图乙a和图乙b，对相同色光，双缝间距减小，相邻条纹间距增大；
(1)比较图乙a和图乙c，对相同双缝，蓝光波长小于红光，即光的波长变短，相邻条纹间距减小.
8．ABC
C
【解析】
A、根据“用双缝干涉测量光的波长”的实验操作步骤可知，安装器材的过程中，先调节光源高度，观察到光束沿遮光筒的轴线传播后再装上单缝和双缝及测量头，故A正确；
B、要小灯泡发光，则接通电源前把输出电压调到小于或等于小灯泡额定的电压，故B错误；
C、观察到条纹比较模糊，可能是单缝和双缝不平行，可以调节拨杆进行调整，故C正确；
D、测量某亮条纹位置时，目镜分划板中心刻度线与该亮纹的中心重合，故D错误；
故选ABC．
(2)
干涉条纹的宽度是一个明条纹与一个暗纹之间的宽度的和，为两个相邻的明（或暗纹）条纹中心之间的距离，故C图是正确的．
【点睛】知道实验步骤和注意事项；条纹宽度是相邻明条纹中心或相邻暗条纹中心间的距离．
9．
上
5.007
BD
【解析】(1)
发现筒的上壁照得很亮说明光线向上即观察端偏下，所以应将观察端向上调节；
(2)
螺旋测微器的固定刻度为5mm，可动刻度为0.7×0.01mm=0.007mm，所以最终读数为5mm+0.007mm=5.007mm；
(3)根据，可知，当红光分别通有距离为0.1mm和0.2mm,的双缝时，距离越大的条纹间的距离越小，故B正确；同理，当红光和紫光通过相同距离的双缝时即L，d相同情况下，波长越长的条纹间的距离越大，故D正确。
10．ABE
【解析】
A、各种波包括机械波和电磁波等均可以产生多普勒效应，A正确；B、根据，由折射率，即可计算出光在这种介质中的传播速度，故B正确；C、根据
知，光在介质射入真空发生全反射时，临界角与折射率有关，故C错误．D、雨后彩虹的形成是光的色散现象，其实质是光的折射，故D错误；E、由于红光的波长大于黄光的波长，故在同一装置上做双缝干涉实验，用红光时得到的条纹间距更宽，则E正确．故选ABE.
【点睛】本题考查了光的折射、电磁波性质，以及光的干涉原理等内容，要注意明确电磁波的速度在真空中均相同，而在不同介质中传播速度与频率有关．
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