广州市第六十五中学2019-2020学年高中物理粤教版选修3-4：4.5用双缝干涉实验测定光的波长 课时训练（含解析）

4.5用双缝干涉实验测定光的波长
1．某同学设计了一个测定激光的波长的实验装置如图甲，激光器发出的一束直径很小的红色激光进入一个一端装有双缝、另一端装有感光片的遮光筒，感光片的位置上出现一排等距的亮点，乙图中黑点代表亮点的中心位置．
⑴这个现象说明激光具有____性．
⑵通过量出相邻光点的距离可算出激光的波长，据资料介绍：双缝之间的距离为a=0.220mm，双缝到感光片的距离为L=1.0000m．该同学用带十分度游标的卡尺测感光片的点间距时，尺与点的中心位置如乙图所示．乙图中第1个光点与第4个光点之间的距离是_______mm．实验中激光的波长λ
=___________m，（结果保留两位有效数字）
⑶如果实验时将红激光换成蓝激光，屏上相邻两光点间的距离将____（选填“变大”、“不变”或“变小”）．
2．某同学在做“双缝干涉测定光的波长”实验时，第一次分划板中心刻度线对齐第2条亮纹的中心时（如图甲中的A），游标卡尺的示数如图乙所示，第二次分划板中心刻度线对齐第6条亮纹的中心时（如图丙中的B），游标卡尺的示数如图丁所示．已知双缝间距，缝到屏的距离，则图丁中游标卡尺的示数是______cm，所测光波的波长为______m（本小题最后一空保留两位有效数字）．
3．如图所示是用双缝干涉测光的波长的实验设备示意图。
（1）图中①是小灯泡光源，⑤是光屏，它们之间的②③④依次是____________、单缝和双缝。
（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）在某次实验中，已知双缝到光屏之间的距离是600
mm，双缝之间的距离是，单缝到双缝之间的距离是。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。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，这时手轮上的示数如图乙所示，这两次示数依次为________mm和________mm，由此可以计算出这次实验中所测得的单色光的波长为_________（结果保留三位有效数字）
4．在某次实验中，已知双缝到光屏之间的距离是=600mm，双缝之间的距离是=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左图所示,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如右图所示．则示数x1=_____mm．由此可以计算出这次实验中所测得的单色光的波长的公式为λ=_____（用、、x1、x2表示）．若将数值代入，可计算得λ=_______．（计算结果保留三位有效数字）
5．小明同学采用“双缝干涉仪”观察光的双缝干涉图样，并测定某种单色光的波长，实验装置如图1所示．
（1）下列说法正确的是_____
A．元件a是白炽灯，它的作用是照明并获得相干光源
B．元件f为拨杆，它的作用是调节单、双缝平行，即条纹的清晰度
C．将红色滤光片换成紫色滤光片时，观察到相邻亮条纹之间的间距将变大
（2）若在实验中小明观察到的条纹如图2（甲）所示，为了使干涉条纹竖直，即如图2（乙）所示，则小明应进行以下操作中的_____
A．左右调节拨杆
B．先松开坚固螺钉再旋转测量头
C．旋转遮光筒（连同单、双缝、测量头）
（3）在测定某种单色光的波长实验时，小明同学先转动手轮，把分划板刻线对准最靠左的一条明条纹并记作“1”，如图3所示，游标尺为50分度，则此时游标卡尺的读数为x1＝___mm；然后转动手轮，直到分划板刻线对准第6条明条纹并记下游标卡尺的读数x2＝14.64mm；若已知双缝间距d=0.2mm，双缝到屏的间距L＝800mm，则可求得该单色光的波长为___m（结果保留3位有效数字）．
6．（8分）
(1)为进行“杨氏双缝干涉实验”，现准备了下列仪器：
A．白炽灯
B．双窄缝片
C．单窄缝片
D．滤光片
E．白色光屏
把以上仪器装在光具座上时，正确的排列顺序应该是：　　　　　
(填写字母代号)．
(2)在双缝干涉实验中发现条纹太密，难以测量，可以采用的改善办法是　　　　　
A．改用波长较长的光(如红光)作为入射光
B．增大双缝到屏的距离
C．减少双缝间距
D．增大双缝间距
(3)在用双缝干涉测光的波长的实验中：⑴已知双缝到光屏之间的距离是600mm，双缝之间的距离是0.20mm，单缝到双缝之间的距离是100mm，某同学在用测量头测量时，先将测量头目镜中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左图所示。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，这时手轮上的示数如右图所示。这两次示数依次为_______mm和______mm。
7．用如图所示的实验装置观察双缝干涉图样，双缝之间的距离是0.5mm，用的是红色滤色片，在毛玻璃屏上可以看到红色干涉条纹．
（1）毛玻璃屏上的干涉条纹与双缝垂直还是平行？____________
（2）如果把单缝向双缝移近一些，相邻两亮条纹中心的距离____________．（填“增大”、“不变”或“减小”）
（3）经测量双缝与光屏间距离L=1.5m，某次实验用某种单色光照射双缝得到干涉图样如图，分划板在图中A、B位置时测量头的读数如图所示，试读出分划板在B位置时测量头（图乙所示）的读数为
　
，该单色光的波长为
m．
8．现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在右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．
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顺序应为C、E、____、____、A．
9．如图所示，某同学自制一个双缝，打开激光器，让一束红色的激光通过双缝．
（1）在光屏上观察到的图案应该是图_____________（选填“（c）”或“（d）”
）．
（2）（多选题）该同学希望在光屏上观察到的条纹间距变大，下列做法可行的是
（________）
A．其它条件不变，将光源换为绿色光源
B．其它条件不变，重新制作一个间距较大的双缝
C．其它条件不变，重新制作一个间距较小的双缝
D．其它条件不变，拉长光屏和双缝的距离
10．双缝干涉实验装置如图所示,双缝间距离为d,双缝到像屏间距为L,调整实验装置使像屏上见到清晰的干涉条纹,关于该干涉条纹及改变条件后干涉条纹的变化情况,下列叙述中正确的是
(
)
A．屏上所有亮线都是从双缝出来的两列光波的波峰与波峰叠加形成的,而所有暗线是波谷与波谷叠加形成的
B．若将像屏向右或向左平移一小段距离,屏上仍有清晰的干涉条纹
C．若将双缝间距d减小,像屏上两相邻明条纹间距变小
D．若改用频率较大的色光进行实验,在其他条件不变的前提下.像屏上两相邻暗条纹间距变小
参考答案
1．波动
8.6
6.3×10-7
变小
【解析】
第一空：光的干涉现象说明光具有波动性．
第二空：游标卡尺的主尺读数为8mm+0.1×6mm=8.6mm，则相邻条纹的间距，
第三空：根据得，波长．
第四空：如果实验时将红激光换成蓝激光，则波长减小，根据得，相邻两光点的距离将变小．
2．1.775；
6.6×10?7
【解析】
[1]图丁游标卡尺的固定刻度读数为1.7cm，游标尺上第15个刻度游标读数为0.05×15mm=0.75mm=0.075cm，所以最终读数为：1.7cm+0.075cm=1.775cm；
[2]
图乙游标卡尺的固定刻度读数为1.2cm，游标尺上第10个刻度游标读数为0.05×10mm=0.50mm=0.050cm，所以最终读数为：1.2cm+0.050cm=1.250cm；
△x==0.131cm，
根据△x=得：λ=6.6×10?7m
3．滤光片（或遮光片）、单缝、双缝
B
0.640或0.641
10.293~10.295
536
【解析】
（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、双缝；
（2）根据条纹间距公式知：增大③和④之间的距离不能改变条纹宽度，故A错误；增大④和⑤之间的距离则L增大，所以可增大相邻两条亮纹之间的距离，故B正确；将红色滤光片改为绿色滤光片则波长变短，所以条纹间距变小，故C错误；增大双缝之间的距离d，则条纹间距变小，故D错误。
（3）第一次的读数为，第二次的读数为，所以条纹间距为，由条纹间距公式得：
4．0.642
(x2-
x1)/6537nm
【解析】
x1读数中，主尺读数为0.5mm，螺旋尺读数为14.2×0.01mm，所以读数为0.5mm+14.2×0.01mm=0.642mm；
x2读数中，主尺读数为10mm，螺旋尺读数为29.5×0.01mm，所以读数为10mm+29.5×0.01mm=10.295mm；
由公式
，得：可计算出波长为537nm
5．B
C
0.26
【解析】
(1)[1]
A.元件a是白炽灯，它的作用是提供照明光源，而单缝是获得相干光源，故A错误；
B.
元件f为拨杆，它的作用是调节单、双缝平行，以获得清晰的条纹，故B正确；
C.
将红色滤光片换成紫色滤光片时，依据双缝干涉条纹间距公式，则观察到相邻亮条纹之间的间距将变小，故C错误；
(2)[2]
A.拨杆是调节单缝与双缝是否平行的，故A错误；
BC.由图2（甲）、（乙）可知，条纹与刻度仍平行，因此不需要旋转测量头，应该是旋转遮光筒，故B错误，C正确；
(3)[3][4]游标卡尺读数：
根据
可知
6．（1）
ADCBE
（2）
ABC
（3）
0.642　
10.298
（各2分）
【解析】
本题考查的是对“杨氏双缝干涉实验”的理解，按照白炽灯、滤光片、单窄缝片
、双窄缝片、白色光屏的顺序摆放，为了使条纹较清晰，可以改用波长较长的光(如红光)作为入射光、增大双缝到屏的距离、减少双缝间距来实现；最后按照读数规则读出数据；
7．（1）平行（2）不变
(3)13.870mm
5.5x10-7m
【解析】
（1）毛玻璃屏上的干涉条纹与双缝应该是平行的
（2）由公式可知，条纹间距只与光的波长、双缝间距及双缝到干涉屏的距离有关，所以如果把单缝向双缝移近一些，相邻两亮条纹中心的距离不变
（3）主尺读数为13.5mm，可动刻度为37.0×0.01mm，所以读数为13.5mm+37.0×0.01mm=13.870mm
由公式
求得波长=5.5x10-7m
8．D
B
【解析】
为获取单色线光源，白色光源后面要有滤光片、单缝、双缝．表示各光学元件的字母排列顺序应为CEDBA，则两个的答案分别为：D、B．
9．（c）
CD
【解析】
双缝干涉条纹是等间距，等宽度，等亮度．根据双缝干涉条纹的间距公式判断引起条纹间距增大的因素．
【详解】
（1）双缝干涉条纹是等间距，等宽度，等亮度．所以在光屏上观察到的图案应该是图（c）；
（2）A、根据双缝干涉条纹的间距公式，将光源换为绿色光源，波长变短，则条纹间距变小，故A错误；B、其它条件不变，重新制作一个间距较大的双缝，根据双缝干涉条纹的间距公式，d增大，条纹间距变小，故B错误；C、其它条件不变，重新制作一个间距较小的双缝，根据双缝干涉条纹的间距公式，d减小，条纹间距增大，故C正确；D、其它条件不变，拉长光屏和双缝的距离，根据双缝干涉条纹的间距公式，L增大，条纹间距增大，故D正确．故选CD．
10．BD
【解析】
屏上所有亮线都是从双缝出来的两列光波的波峰与波峰叠加形成的或波谷与波谷叠加形成的，故A错误；将光屏向左平移一小段距离，或右移一小段距离，屏上都仍有清晰的干涉条纹．故B正确；根据双缝干涉条纹的间距公式
，知d减小，相邻明条纹的距离增大，在其他条件不变的前提下.，若改用频率较大的色光进行实验，也是波长较小的色光进行实验，像屏上两相邻暗条纹间距变小，故C错误，D正确．