高中物理5.2學(xué)生實(shí)驗(yàn)用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)同步練習(xí)（含解析）新人教版選修3-4

PAGE第2節(jié)學(xué)生實(shí)驗(yàn)：用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)1．光源發(fā)出的光經(jīng)____________成為單色光，單色光通過(guò)________后相當(dāng)于線光源，經(jīng)________產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣，通過(guò)屏可以觀察到________________的干涉條紋．如果用白光通過(guò)雙縫可以觀察到________條紋．2．若雙縫到屏的距離用l表示，雙縫間的距離用d表示，相鄰兩條亮紋間的距離用Δx表示，則入射光的波長(zhǎng)為λ＝________，實(shí)驗(yàn)中d是已知的，測(cè)出l、Δx即可測(cè)出光的波長(zhǎng)λ.3．在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，中間明條紋(零級(jí)明條紋)到雙縫的路程差為零，那么從雙縫到第三級(jí)明條紋之間的路程差是()A．1.5λ B．2λ C．2.5λ D．3λ4．在楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，如果()A．用白光做光源，屏上將呈現(xiàn)黑白相間的條紋B．用紅光做光源，屏上將呈現(xiàn)紅黑相間條紋C．若僅將入射光由紅光改為紫光，則條紋間距一定變大D．用紅光照射一條狹縫，用紫光照射另一條狹縫，屏上將呈現(xiàn)彩色條紋5．如圖1所示為雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的條紋圖樣：圖甲為綠光進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的圖樣，a為中央亮條紋；圖乙為換用另一種單色光進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的圖樣，a′為中央亮條紋．則以下說(shuō)法正確的是()圖1A．圖乙可能是用紅光實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的條紋，表明紅光波長(zhǎng)較長(zhǎng)B．圖乙可能是用紫光實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的條紋，表明紫光波長(zhǎng)較長(zhǎng)C．圖乙可能是用紫光實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的條紋，表明紫光波長(zhǎng)較短D．圖乙可能是用紅光實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的條紋，表明紅光波長(zhǎng)較短概念規(guī)律練知識(shí)點(diǎn)一對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解1．用單色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，下述說(shuō)法正確的是()A．相鄰干涉條紋之間的距離相等B．中央明條紋寬度是兩邊明條紋寬度的2倍C．屏與雙縫之間距離減小，則屏上條紋間的距離增大D．在實(shí)驗(yàn)裝置不變的情況下，紅光的條紋間距小于藍(lán)光的條紋間距2．利用條紋間距與波長(zhǎng)的關(guān)系式Δx＝eq\f(l,d)λ來(lái)推測(cè)用白光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，干涉圖樣的特點(diǎn)．知識(shí)點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)裝置及注意事項(xiàng)3．某同學(xué)在做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，按裝置圖安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，在光屏上卻觀察不到干涉圖樣，這可能是由于()A．光束的中央軸線與遮光筒的軸線不一致，相差較大B．沒(méi)有安裝濾光片C．單縫與雙縫不平行D．光源發(fā)出的光束太強(qiáng)4．用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)中采用雙縫干涉儀，它包括以下元件A．白熾燈 B．單縫C．光屏 D．雙縫片E．濾光片(其中雙縫和光屏連在遮光筒上)．(1)把以上元件安裝在光具座上時(shí)，正確的排列順序是A________(A已寫(xiě)好)．(2)正確調(diào)節(jié)后，在屏上觀察到紅光干涉條紋，用測(cè)量頭測(cè)出10條紅亮紋間的距離為a；改用綠色濾光片，其他條件不變，用測(cè)量頭測(cè)出10條綠亮紋間的距離為b，則a、b相比較一定有________大于________．方法技巧練實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法5．在利用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)時(shí)，首先調(diào)節(jié)光源、濾光片、單縫和雙縫的中心均位于遮光筒的中心軸線上，并使單縫和雙縫豎直并且互相平行，當(dāng)屏上出現(xiàn)了干涉圖樣后，用測(cè)量頭上的游標(biāo)卡尺去測(cè)量，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，移動(dòng)分劃板使分劃中心刻線與某條明紋中心對(duì)齊時(shí)(如圖2甲所示)將此明紋記為1，然后再轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，分劃板中心刻線向右移動(dòng)，依次經(jīng)過(guò)2、3…明紋．最終與明紋6中心對(duì)齊，分劃板中心刻線與明紋1和明紋6對(duì)齊時(shí)游標(biāo)卡尺示數(shù)分別如圖中乙、丙所示(游標(biāo)卡尺為10分度)，則圖乙對(duì)應(yīng)的讀數(shù)為_(kāi)_______m，圖丙對(duì)應(yīng)的讀數(shù)為_(kāi)_______m．用刻度尺量得雙縫到屏的距離為60.00cm.由雙縫上標(biāo)示獲知雙縫間距為0.2mm，則發(fā)生干涉的光的波長(zhǎng)為_(kāi)_______m.圖2在實(shí)驗(yàn)中，若經(jīng)粗調(diào)后透過(guò)測(cè)量頭上的目鏡觀察，看不到明暗相間的條紋，只看到一片亮區(qū)，造成這種情況的最可能的原因是____________________________________________________________________．6．雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，要使屏上單色光的干涉條紋之間的距離變寬，可采取以下辦法：(1)_____________________________________________________________________；(2)________________________________________________________________________；(3)________________________________________________________________________．為測(cè)量紅光的波長(zhǎng)，現(xiàn)測(cè)得屏上6條亮條紋間的距離為7.5mm，已知雙縫間的距離為0.5mm，雙縫到光屏的距離為1m，則此紅光波長(zhǎng)為_(kāi)_______．1．在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，以下說(shuō)法正確的是()A．雙縫屏的作用是使入射光到達(dá)雙縫屏?xí)r，雙縫就成了兩個(gè)振動(dòng)情況完全相同的光源B．若入射光是白光，則像屏上的條紋是黑白相間的干涉條紋C．像屏上某點(diǎn)到雙縫的距離差為入射光波長(zhǎng)的1.5倍時(shí)，該點(diǎn)處一定是亮條紋D．雙縫干涉中亮條紋之間的距離相等，暗條紋之間的距離不相等2．“用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)”實(shí)驗(yàn)中，為使光屏上單色光的條紋間距減小，可采取的措施是()A．換用縫距大些的雙縫片B．換用縫距小些的雙縫片C．適當(dāng)調(diào)大雙縫與屏的距離D．適當(dāng)調(diào)小雙縫與屏的距離3．在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，以下說(shuō)法正確的是()A．入射光波長(zhǎng)越小，干涉條紋間距越大B．入射光頻率越高，干涉條紋間距越大C．把入射光由綠光變成紫光，干涉條紋間距變小D．把入射光由綠光變成紅光，干涉條紋間距變小4．在利用測(cè)量頭測(cè)量條紋寬度時(shí)，應(yīng)使分劃板中心刻線最好()A．與亮條紋的邊緣線對(duì)齊B．與暗條紋的邊緣線對(duì)齊C．與亮條紋的中心位置對(duì)齊D．與暗條紋的中心位置對(duì)齊5．如圖3所示，從點(diǎn)光源發(fā)出的白光，經(jīng)過(guò)透鏡后成一平行光束，垂直照射到擋光板P上，板上開(kāi)有兩條靠得很近的平行狹縫S1、S2，在屏Q上可以看到干涉條紋，圖中O點(diǎn)是屏上與兩狹縫等距離的一點(diǎn)，則()圖3A．干涉條紋是黑白的，O點(diǎn)是亮條紋B．干涉條紋是黑白的，O點(diǎn)是暗條紋C．干涉條紋是彩色的，O點(diǎn)是亮條紋D．干涉條紋是彩色的，O點(diǎn)是暗條紋6.利用圖4中裝置研究雙縫干涉現(xiàn)象時(shí)，有下面幾種說(shuō)法：圖4A．將屏移近雙縫，干涉條紋間距變窄B．將濾光片由藍(lán)色的換成紅色的，干涉條紋間距變寬C．將單縫向雙縫移動(dòng)一小段距離后，干涉條紋間距變寬D．換一個(gè)兩縫之間距離較大的雙縫，干涉條紋間距變窄E．去掉濾光片后，干涉現(xiàn)象消失其中正確的是________．7．在利用雙縫干涉測(cè)定光波波長(zhǎng)時(shí)，首先調(diào)節(jié)______和________的中心均位于遮光筒的中心軸線上，并使單縫和雙縫豎直，并且互相平行．當(dāng)屏上出現(xiàn)了干涉圖樣后，用測(cè)量頭測(cè)出n條明條紋間的距離a，則兩條相鄰條紋間的距離Δx＝________，雙縫到毛玻璃的距離l用________測(cè)量，用公式________可以測(cè)出單色光的波長(zhǎng)．8．在某次實(shí)驗(yàn)中，已知雙縫到光屏之間的距離是600mm，兩縫之間的距離是0.20mm，單縫到雙縫之間的距離是100mm，某同學(xué)在用測(cè)量頭測(cè)量時(shí)，先將測(cè)量頭目鏡中看到的分劃板中心刻線對(duì)準(zhǔn)某一亮條紋(記作第一條)的中心，這時(shí)手輪上的示數(shù)如圖5(a)所示．然后他轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量頭，使分劃板中心刻線對(duì)準(zhǔn)第7條亮條紋的中心，這時(shí)手輪上的示數(shù)如圖(b)所示．這兩次示數(shù)依次為_(kāi)_____mm和______mm.由此可以計(jì)算這次實(shí)驗(yàn)中所測(cè)得的單色光的波長(zhǎng)為_(kāi)___mm.圖59．在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，兩縫間的距離為0.020cm，雙縫到觀察干涉條紋的光屏的距離是100.00cm，用一種單色光黃光做此實(shí)驗(yàn)，在光屏上測(cè)出21條黃色亮條紋間的距離是5.90cm，試求這種黃光的波長(zhǎng)．如果換用一種頻率為4.00×1014Hz的紅光做此實(shí)驗(yàn)，在光屏上6.00cm范圍內(nèi)最多能有多少條暗條紋．10．如圖6所示，用激光束照射雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置，后面屏上出現(xiàn)干涉條紋，其中單縫的作用是產(chǎn)生線光源，單縫、雙縫應(yīng)平行放置．圖6(1)若將單縫繞中心軸旋轉(zhuǎn)(不超過(guò)90°)，條紋將發(fā)生什么變化？(2)若將雙縫繞中心軸旋轉(zhuǎn)(不超過(guò)90°)，條紋將發(fā)生什么變化？第2節(jié)實(shí)驗(yàn)探究：用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)答案課前預(yù)習(xí)練1．濾光片單縫雙縫明暗相間彩色2.eq\f(dΔx,l)3．D[由Δr＝nλ(n＝0、1、2、3…)可知屏上的第三級(jí)亮條紋對(duì)應(yīng)n＝3.]4．B[用白光做光源，屏上將呈現(xiàn)彩色條紋，A錯(cuò)．用紅光做光源，屏上將呈現(xiàn)紅色亮條紋與暗條紋(即黑條紋)相間，B對(duì)．λ變小，Δx變小，C錯(cuò)．紅光和紫光頻率不同，不能產(chǎn)生干涉條紋，D錯(cuò)．]5．A[由圖可知，圖乙中的條紋間距較大，由Δx＝eq\f(l,d)λ可知λ乙>λ甲，故A正確．]課堂探究練1．A[因?yàn)橄噜弮蓷l亮紋(或暗紋)間的距離Δx＝eq\f(l,d)λ，其中d為兩個(gè)縫間的距離，l為縫到屏的距離，λ為光波波長(zhǎng)，可見(jiàn)相鄰干涉條紋之間的距離相等．A正確，B、C錯(cuò)誤．因?yàn)棣思t>λ藍(lán)，所以Δx紅>Δx藍(lán)，故D也錯(cuò)誤．]2．中央亮條紋是白色，其他各級(jí)亮條紋中，紅色在最外側(cè)解析如圖所示，自雙縫S1、S2透射的光到達(dá)O點(diǎn)的距離總相等，則各種顏色的光在O點(diǎn)都被加強(qiáng)，故O點(diǎn)作為中央亮紋是白色的．自雙縫出射的某單色光到達(dá)P點(diǎn)，其路程差為此光波波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，P點(diǎn)就為這種單色光的顏色．由于紅光的波長(zhǎng)最長(zhǎng)，而條紋間距Δx＝eq\f(l,d)λ，故紅條紋間距最大，紅色在最外側(cè)．3．AC[安裝實(shí)驗(yàn)器件時(shí)要注意：光束的中央軸線與遮光筒的軸線要重合，光源與光屏正面相對(duì)，濾光片、單縫和雙縫要在同一高度，中心位置在遮光筒軸線上，單縫與雙縫要相互平行，才能使實(shí)驗(yàn)成功．當(dāng)然還要使光源發(fā)出的光束不致太暗．據(jù)上分析，可知選項(xiàng)A、C正確．]點(diǎn)評(píng)光束的中央軸線與遮光筒的軸線不一致時(shí)，因遮光筒很長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)S1、S2發(fā)生干涉的圖樣不能呈現(xiàn)在屏上，失之毫厘，謬以千里，所以在調(diào)節(jié)時(shí)要特別仔細(xì)．4．(1)EBDC(2)ab解析(1)雙縫干涉儀各組成部分在光具座上的正確排序?yàn)楣庠础V光片、單縫、雙縫、屏，或把它們?nèi)康惯^(guò)來(lái)，因第一項(xiàng)已給填好，故答案是EBDC.(2)由Δx＝eq\f(l,d)λ知，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，條紋越寬，間距越大，或由干涉條紋的特征均可得出a一定大于b.點(diǎn)評(píng)光源、濾光片、單縫、雙縫、屏在光具座上的順序是固定的，任何兩個(gè)元件之間的順序不能顛倒，尤其是濾光片和單縫之間．5．1.94×10－22.84×10－26.00×10－7單縫與雙縫不平行解析圖乙對(duì)應(yīng)讀數(shù)為1.94×10－2m圖丙對(duì)應(yīng)讀數(shù)為2.84×10－2m根據(jù)公式Δx＝eq\f(l,d)λλ＝eq\f(dΔx,l)＝eq\f(0.2×10－3×(2.84×10－2－1.94×10－2)×\f(1,5),60.00×10－2)m＝6.00×10－7m若粗調(diào)后看不到干涉條紋，只看到一片亮區(qū)，則最可能的原因是單縫與雙縫不平行．6．見(jiàn)解析解析在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)公式Δx＝eq\f(l,d)λ可知，要使屏上單色光的干涉條紋之間距離變寬，可以采取的辦法有：(1)使用波長(zhǎng)λ較長(zhǎng)的單色光；(2)增加雙縫到光屏間距離或選用較長(zhǎng)的遮光筒；(3)減小雙縫之間的距離．根據(jù)測(cè)量值，計(jì)算相鄰條紋間的距離：Δx＝eq\f(a,n－1)＝eq\f(7.5,5)mm＝1.5mm再代入公式λ＝eq\f(dΔx,l)，求得紅光波長(zhǎng)為λ＝7.5×10－7m.方法總結(jié)(1)在計(jì)算條紋間距時(shí)，一定要弄清游標(biāo)卡尺(或螺旋測(cè)微器)兩條刻線之差對(duì)應(yīng)幾個(gè)條紋間距．課后鞏固練1．A[分光法獲得相干光源，所以A正確；白光的干涉條紋是彩色的，不是黑白相間的，B錯(cuò)；像屏上某點(diǎn)到雙縫的距離差為波長(zhǎng)的1.5倍時(shí)，該處應(yīng)是暗紋，C錯(cuò)；相鄰亮紋間距等于相鄰暗紋間距，D錯(cuò)．]2．AD[根據(jù)公式Δx＝eq\f(l,d)λ可知，增大雙縫間距d或減小雙縫跟屏的距離l，都會(huì)使單色光的干涉條紋間距Δx減小，故選A、D.]3．C4．C[相鄰兩亮條紋的間距是指相鄰兩亮條紋中心的間距．]5．C[白光是復(fù)色光，通過(guò)雙縫形成的干涉條紋是彩色條紋．由題意知eq\x\to(OS1)＝eq\x\to(OS2)，即光程差等于零，在O點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng)，形成亮條紋．所以A、B、D錯(cuò)誤，C正確．]6．ABD7．光源濾光片eq\f(a,n－1)毫米刻度尺Δx＝eq\f(l,d)λ[第2個(gè)空也可填濾色片，第4個(gè)空也可填米尺(準(zhǔn)確到毫米)]8．0.14010.3005.64×10－4解析由圖知：a1＝0.140mma7＝10.300mm條紋寬度Δx＝eq\f(a7－a1,n－1) ①又Δx＝eq\f(l,d)λ ②解①②得λ＝eq\f(dΔx,l)＝5.64×10－4mm9．5.90×10－7m16條解析Δx＝eq\f(a,n－1)＝eq\f(5.90×10－2,20)m＝2.95×10－3m，λ＝eq\f(dΔx,l)＝eq\f(0.02×10－2×2.95×10－3,1)m＝5.90×10－7m.而紅光波長(zhǎng)λ′＝eq\f(c,f)＝eq\f(3×108,4.00×1