5.2实验探究:用双缝干涉测量光的波长
1.用某种单色光做双缝干涉实验,实验中采用双缝干涉仪,它包括以下元件:
A.白炽灯
B.单缝片
C.光屏
D.双缝
E、遮光筒
F、滤光片(其中双缝和光屏连在遮光筒上)
(1)把以上元件安装在光具座上时,正确的排列顺序是:A_____________(A已写好),
(2)在双缝干涉实验中,滤光片的作用是____,单缝和双缝的作用是提供了_____光源.
(3)已知双缝间距离为d,双缝到毛玻璃屏间的距离的大小为L
,实验时先移动测量头上的手轮,把分化线对准靠近最左边的一条明条纹(如图丙1所示),并记下螺旋测微器的读数a1=
_________mm(如图丙2所示),然后转动手轮,把分划线向右边移动,直到对准第7条明条纹并记下螺旋测微器的读数a2=
________mm(如图丙3所示),试由以上测量数据根据式子________(用d,L
,a1,a2表示)求出该单色光的波长.
2.如图所示是双缝干涉实验,使用波长为600
nm的橙色光照射时,在光屏上的P0点和P0点上方的P1点恰好形成两列相邻的亮条纹;若用波长为400
nm的紫光重复上述实验,则P0点和P1点形成的明暗条纹情况是( )
A.P0点和P1点都是亮条纹
B.P0点是亮条纹,P1点是暗条纹
C.P0点是暗条纹,P1点是亮条纹
D.P0点和P1点都是暗条纹
3.某同学在做“用双缝干涉测光的波长”实验时,第一次分划板中心刻度线对齐A条纹中心时(如图甲),游标卡尺的示数如图丙所示,第二次分划板中心刻度线对齐B条纹中心线时(如图乙),游标卡尺的示数如图丁所示,A与B间有3条条纹,已知双缝间距为0.5
mm,从双缝到屏的距离为1
m,则图丙中游标卡尺的示数为____________mm.图丁中游标卡尺的示数为__________mm.实验时测量多条干涉条纹宽度的目的是________________,所测光波的波长为________m.(保留两位有效数字)
4.如图是用双缝干涉测光的波长的实验设备示意图.
(1)图中①是光源,②是滤光片,⑤是光屏,它们之间的③④依次是_____和_____.(填“单缝片”或“双缝片”)
(2)以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮纹之间的距离__________.
A.增大③和④之间的距离
B.增大④和⑤之间的距离
C.将红色滤光片改为绿色滤光片
D.增大双缝之间的距离
(3)若在实验中,使用的双缝的间距为0.02cm,测得双缝与光屏之间的距离为50cm.第1级亮纹中心到第5级亮纹中心距离为0.44cm,则待测单色光的波长是_____nm.
5.现有:A毛玻璃屏、B双缝、C白光光源、D单缝、E透红光的滤光片等光学元件.要把它们放在如图所示的光具座上组装成双缝干涉装置,用以测量红光的波长.
(1)将白光光源C放在光具座的最左端,依次放置其它光学元件,由左至右,表示各光学元件的字母排列顺序为
C、____、____、____、A.
(2)将测量头的分划板中心刻线与某亮纹的中心对齐,将该亮纹定为第一条亮纹,此时手轮上的示数如图甲所示,记为x1.然后同方向转动测量头,使分划板中心刻线与第六条亮纹中心对齐,此时手轮上的示数如图乙所示,记为x2.则x2=__________mm
(3)已知双缝间距d为2.0×10-4m,测得双缝到屏的距离L为0.700m,由计算式λ=____,求得所测红光波长为____nm.(公式要求按题目所给具体符号填写,计算结果保留整数,1
nm=10-9m)
6.如图所示为“用双缝干涉测光的波长”实验装置图.实验时如果将绿色滤光片换为红色滤光片,在毛玻璃屏上观察到的相邻亮条纹间距将_________(填“不变”、“变大”或“变小”).某次实验中,已知双缝间距为0.20mm,双缝到屏的距离为700mm,测得相邻亮条纹间距为2.17mm,则滤光片透过的这种单色光的波长为_________m(结果保留两位有效数字).
7.现有双缝A、白光光源B、单缝C、只能透过红光的滤光片D等光学元件,要把它们放在光具座上组装成双缝干涉实验装置,用以测量红光的波长.
(1)将白光光源B放在光具座的最左端,依次放置其它光学元件,由左向右的排列顺序应为B、_______________、遮光筒(带有屏和测量头).(填仪器前的字母)
(2)某同学用测量头测量时,先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,记录手轮上的示数x1,然后他转动测量头,使分划板中心刻度线对准第7条亮纹的中心,这时手轮上的示数是x2,由此可以计算相邻亮条纹之间的距离是________.
(3)以下操作能够增大屏上条纹之间距离的是_______
A.增大单缝和双缝之间的距离
B.增大双缝到屏之间的距离
C.将红色滤光片改为绿色滤光片
D.增大双缝之间的距离
8.用双缝干涉测光的波长,实验中采用双缝干涉仪,它包括以下元件:A
白炽灯;B
单缝片;C
光屏;D
双缝;E
滤光片(其中双缝和光屏连在滤光筒上)
(1)把以上元件安装在光具座上时,正确的排列顺序是:A
(A已写好)
(2)正确调节后,在屏上观察到红光干涉条纹,测出10条红光条纹间的距离为,改用绿光滤光片,其他条件不变,测量10条绿亮纹间的距离为,则一定有
大于
.
9.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=100
mm,双缝与屏的距离L2=700
mm,双缝间距d=0.25
mm.用测量头来测量亮纹中心的距离.测量头由分划板、目镜、手轮等构成,转动手轮,使分划板左右移动,让分划板的中心刻线对准亮纹的中心(如图乙所示),记下此时手轮上的读数,转动测量头,使分划板中心刻线对准另一条亮纹的中心,记下此时手轮上的读数.
①分划板的中心刻线分别对准第1条和第4条亮纹的中心时,手轮上的读数如图所示,则对准第1条时读数x1=________mm、对准第4条时读数x2=________mm
②该光的波长λ=________nm
③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.将遮光筒内的光屏,向靠近双缝的方向移动少许,其他不动
B.将滤光片移至单缝和双缝之间,其他不动
C.将单缝向双缝移动少许,其他不动
D.将单缝与双缝的位置互换,其他不动
10.如图所示是双缝干涉实验装置的示意图,以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮纹之间的距离(
)
A.增大双缝与光屏之间的距离
B.增大单缝与双缝之间的距离
C.将红色滤光片改为绿色滤光片
D.增大双缝之间的距离
参考答案
1.(1)AFBDEC
(2)产生单色光
相干
(3)0.300mm
14.700mm
【解析】
(1)双缝干涉实验是让单色线光源通过双缝在光屏上形成干涉图样,所以元件安装在光具座正确顺序是AFBDEC.
(2)滤光片的作用是获取单色光.单缝和双缝的作用是提供了干涉光源.
(3)图丙2中,螺旋测微器的固定刻度读数为0,可动刻度读数为0.01×30.0mm=0.300mm,最终读数为a1=0.300mm.图丙3中,螺旋测微器的固定刻度读数为14.5mm,可动刻度读数为0.01×20.0mm=0.200mm,最终读数为a2=14.700mm.
根据双缝干涉条纹的间距公式
得,.
2.B
【解析】
无论光的波长多大,P0点总是亮条纹.对600
nm的橙光,P1点与P0点为相邻的亮条纹,则S2P1-S1P1=λ1=600
nm,该距离之差是400
nm紫光半波长的奇数倍,因此用λ2=400
nm的紫光做实验,P1处出现暗条纹,选项B正确.
3.11.
6
16.6
减小误差
6.3×10-7
【解析】
[1][2][3][4]图丙读数为
图丁读数为
实验时测量多条干涉条纹宽度的目的是减小条纹宽度的误差;根据求得
4.单缝片
双缝片
B
450
【解析】
本实验中要获得相干光源,方法是利用滤光片、单缝、双缝组合得到.由条纹间距公式
知,增大光屏上相邻两条亮纹之间的距离,可以增大④和⑤之间的距离,或换用更长波长的光.由条纹间距公式求波长大小.
【详解】
(1)图中①是光源,⑤是光屏,它们之间的②、③、④依次是滤光片、单缝片、双缝片.
(2)依据条纹间距公式知:
A、△x与单缝和双缝间的距离无关,故增大③和④之间的距离不改变相邻两条亮纹之间的距离,故A错误.
B、增大④和⑤之间的距离L,由上式知,可增大相邻两条亮纹之间的距离,故B正确.
C、绿光的波长比红光短,由上知,将红色滤光片改为绿色滤光片,干涉条纹的间距减小,故C错误.
D、增大双缝之间的距离d,干涉条纹的间距减小,故D错误.
故选B.
(3)由条纹间距公式得:
5.E
D
B
13.870
(13.868-13.872均给分)
660
【解析】
(1)为获取单色线光源,白色光源后面要有滤光片、单缝、双缝.所以各光学元件的字母排列顺序应为C、E、D、B、A.
(2)测第6条亮纹时,螺旋测微器固定刻度读数为13.5mm,可动刻度读数为0.01×37.0=0.370mm,所以最终读数为13.870mm
(3)双缝干涉条纹的间距公式,测第1条亮纹时,螺旋测微器固定刻度读数为2mm,可动刻度读数为0.01×27.0=0.270mm,所以最终读数为2.320mm.
.所以计算式.
6.变大
2×10-7
【解析】
试题分析:根据双缝干涉的规律可知:△x=,由于红光的波长大于绿光,故条纹间距将变大;将数据代入公式得:λ=mm=6.2×10-7m.
考点:双缝干涉.
7.(1)DCA;
(2)
;(3)B
【解析】
(1)将白光光源B放在光具座的最左端,依次放置其它光学元件,由左向右的排列顺序应为白光光源B、只能透过红光的滤光片D、单缝C
、双缝A、遮光筒(带有屏和测量头).
(2)相邻亮条纹之间的距离是
(3)根据
,增大单缝和双缝之间的距离,不会影响条纹之间的距离,故A错误;增大双缝到屏之间的距离l会增大屏上条纹之间距离,故B正确;将红色滤光片改为绿色滤光片,减小了光的波长,则干涉条纹间距变小,故C错误.增大双缝之间的距离d,则干涉条纹间距变小,故D错误;所以本题选B.
8.(1)EBDC(2)a;b
【解析】
(1)双缝干涉实验是让单色线光源通过双缝在光屏上形成干涉图样,所以元件安装在光具座正确顺序是AEBDC.所以根据操作要求,正确顺序应该是AEBDC.
(2)根据公式
,由于红光的波长较绿光的波长长,故有a大于b
【点睛】
本题考查了光的干涉实验实验操作以及相关公式的应用.
9.2.190
7.870
676
ABC
【解析】
①测第1条时固定刻度读数为2mm,可动刻度读数为0.01×19.1=0.191mm,所以最终读数为x1=2.191mm;
测第4条时固定刻度读数为7.5mm,可动刻度读数为0.01×37.0=0.370mm,所以最终读数为x4=7.870mm.
②由,解得
③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,若将遮光筒内的光屏,向靠近双缝的方向移动少许,其他不动;或将滤光片移至单缝和双缝之间,其他不动;将单缝向双缝移动少许,其他不动;这三种做法,实验仍然成功.将单缝与双缝的位置互换,其他不动将得不到双缝干涉图样.故ABC正确,D错误.故选ABC
10.A
【解析】
解:依据双缝干涉条纹间距规律,可知:
A、增大双缝与光屏之间的距离L,由上式知,可增大相邻两条亮纹之间的距离,故A正确;B、△x与单缝和双缝间的距离无关,故增大单缝与双缝之间的距离不改变相邻两条亮纹之间的距离,故B错误;C、绿光的波长比红光短,由上知,将红色滤光片改为绿色滤光片,干涉条纹的间距减小,故C错误;D、增大双缝之间的距离d,干涉条纹的间距减小,故D错误.故选A.