2024-2025學(xué)年高中物理第13章光3光的干涉實(shí)驗(yàn)：用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)課時(shí)練習(xí)含解析新人教版選修3-4

PAGE7-光的干涉試驗(yàn):用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)(40分鐘100分)一、選擇題(本題共7小題,每小題8分,共56分)1.(多選)用波長(zhǎng)為λ的單色光照耀單縫O,經(jīng)過(guò)雙縫M、N在屏上產(chǎn)生明暗相間的干涉條紋,如圖所示,圖中a、b、c、d、e為相鄰亮條紋的位置,c為中心亮條紋,則 ()A.O到達(dá)a、b的路程差為零B.M、N到達(dá)b的路程差為λC.O到達(dá)a、c的路程差為4λD.M、N到達(dá)e的路程差為2λ【解析】選B、D。振動(dòng)一樣的兩光源在空間發(fā)生干涉,得到亮條紋的條件滿意Δx=nλ(n=0,1,2,3…)。故B、D正確。2.如圖甲所示為雙縫干涉試驗(yàn)的裝置示意圖。圖乙為用綠光進(jìn)行試驗(yàn)時(shí),在屏上視察到的條紋狀況,a為中心亮條紋,丙圖為換用另一顏色的單色光做試驗(yàn)時(shí)視察到的條紋狀況,a′為中心亮條紋。若已知紅光、綠光和紫光的波長(zhǎng)大小關(guān)系為紅光的波長(zhǎng)最長(zhǎng),紫光的波長(zhǎng)最短。則以下說(shuō)法正確的是 ()A.丙圖可能為用紅光試驗(yàn)產(chǎn)生的條紋,表明紅光波長(zhǎng)較長(zhǎng)B.丙圖可能為用紫光試驗(yàn)產(chǎn)生的條紋,表明紫光波長(zhǎng)較長(zhǎng)C.丙圖可能為用紫光試驗(yàn)產(chǎn)生的條紋,表明紫光波長(zhǎng)較短D.丙圖可能為用紅光試驗(yàn)產(chǎn)生的條紋,表明紅光波長(zhǎng)較短【解析】選A。依據(jù)雙縫干涉圖樣的特點(diǎn),入射光的波長(zhǎng)越長(zhǎng),同一裝置產(chǎn)生的雙縫干涉圖樣中條紋的間距就越大。由本題的條件可確定另一種顏色的單色光比綠光的波長(zhǎng)長(zhǎng),因此A正確,B、C、D錯(cuò)誤。3.在雙縫干涉試驗(yàn)中,以白光為光源,在屏上視察到彩色干涉條紋,若在雙縫中的一縫前放一紅色濾光片(只能透過(guò)紅光),另一縫前放一綠色濾光片(只能透過(guò)綠光),這時(shí) ()A.只有紅色和綠色的干涉條紋,其他顏色的雙縫干涉條紋消逝B.紅色和綠色的干涉條紋消逝,其他顏色的干涉條紋仍舊存在C.任何顏色的干涉條紋都不存在,但屏上仍有亮光D.屏上無(wú)任何亮光【解析】選C。在雙縫中的一縫前放一紅色濾光片(只能透過(guò)紅光),另一縫前放一綠色濾光片(只能透過(guò)綠光),由于綠光和紅光的頻率不同,則不能發(fā)生干涉,但屏上仍有光亮。故C正確,A、B、D錯(cuò)誤。故選C。4.瓦斯在隧道施工、煤礦采掘等方面危害極大,某同學(xué)查資料得知含有瓦斯的氣體的折射率大于干凈空氣的折射率,于是他依據(jù)雙縫干涉現(xiàn)象設(shè)計(jì)了一個(gè)監(jiān)測(cè)儀,其原理如圖所示:在雙縫前面放置兩個(gè)完全相同的透亮容器A、B,容器A與干凈的空氣相通,在容器B中通入礦井中的氣體,視察屏上的干涉條紋,就能夠監(jiān)測(cè)瓦斯?jié)舛?。假如屏的正中心O點(diǎn)變?yōu)榘禇l紋,說(shuō)明B中氣體 ()A.肯定含瓦斯 B.肯定不含瓦斯C.不肯定含瓦斯 D.無(wú)法推斷【解析】選A。假如屏的正中心O點(diǎn)變?yōu)榘禇l紋,說(shuō)明從兩個(gè)子光源到屏的光程差發(fā)生改變,所以B中氣體肯定含瓦斯。5.如圖所示,用頻率為f的單色光垂直照耀雙縫,在光屏上的P點(diǎn)出現(xiàn)第3條暗條紋。已知光速為c,則P點(diǎn)到雙縫的距離之差r2-r1應(yīng)為 ()A. B.C. D.【解析】選D。在某點(diǎn)產(chǎn)生暗條紋的條件是光程差r2-r1為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍。已知P點(diǎn)出現(xiàn)第3條暗條紋,說(shuō)明r2-r1=λ,由c=λf得:λ=,則r2-r1=。6.從兩只手電筒射出的光,當(dāng)它們照到同一屏上時(shí)看不到干涉條紋,這是因?yàn)?)A.干涉圖樣太細(xì)小看不清晰B.手電筒射出的光不是單色光C.四周環(huán)境的漫反射光太強(qiáng)D.兩個(gè)光源是非相干光源【解析】選D。兩只手電筒的小燈泡發(fā)出的光在屏上不產(chǎn)生干涉條紋,是因?yàn)樾襞轃艚z發(fā)出的光是大量原子被激發(fā)后隨機(jī)輻射的,頻率不穩(wěn)定,不符合干涉產(chǎn)生的條件。故D正確,A、B、C錯(cuò)誤。故選D。7.如圖所示是探討光的雙縫干涉的示意圖,擋板上有兩條狹縫S1、S2,由S1和S2發(fā)出的兩列波到達(dá)屏上時(shí)會(huì)產(chǎn)生干涉條紋。已知入射激光的波長(zhǎng)為λ,屏上的P點(diǎn)到兩縫S1和S2的距離相等,假如把P處的亮條紋記作第0號(hào)亮條紋,由P向上數(shù),與0號(hào)亮條紋相鄰的亮條紋為1號(hào)亮條紋,與1號(hào)亮條紋相鄰的亮條紋為2號(hào)亮條紋,則P1處的亮條紋恰好是10號(hào)亮條紋。設(shè)直線S1P1的長(zhǎng)度為r1,S2P1的長(zhǎng)度為r2,則r2-r1等于 ()A.9.5λ B.10λ C.10.5λ D.20λ【解析】選B。由題設(shè)可知,從中心亮條紋P算起,P1點(diǎn)處是第10號(hào)亮條紋的位置,表明縫S1、S2到P1處的距離差r2-r1為波長(zhǎng)的整數(shù)倍,且剛好是10個(gè)波長(zhǎng),所以選項(xiàng)B正確。【總結(jié)提升】光的干涉條件的分析(1)生活中任何兩個(gè)各自獨(dú)立發(fā)光的光源產(chǎn)生的光在空間相疊加都不會(huì)產(chǎn)生干涉,這是由物體的發(fā)光機(jī)理確定的,即任何兩個(gè)各自獨(dú)立的光源都不是相干光源。(2)楊氏雙縫干涉中單縫的作用就是從同一光源得到線光源,以便能有相同的頻率和振動(dòng)規(guī)律。雙縫是由同一個(gè)狹縫照亮的,所以雙縫也就成了一對(duì)相干光源。(3)光的相干條件中頻率相同是光發(fā)生干涉的必要條件,要發(fā)生干涉,兩光源還必需具有相同的振動(dòng)方向和恒定的相位差。二、非選擇題(14分)8.某同學(xué)在“用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)”試驗(yàn)中,已知單縫片與雙縫片間的距離為d1,雙縫間的距離為d2,雙縫片到毛玻璃屏間距離為L(zhǎng),試驗(yàn)時(shí)先轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量頭上的手輪,第一次分劃板中心刻度線對(duì)齊A條紋中心時(shí)(如圖(1)所示),登記游標(biāo)卡尺的讀數(shù)xA=________mm(如圖(3)所示);然后轉(zhuǎn)動(dòng)手輪,把分劃線向右邊移動(dòng),其次次分劃板中心刻度線對(duì)齊B條紋中心時(shí)(如圖(2)所示),登記此時(shí)游標(biāo)卡尺的示數(shù)xB=__________mm,計(jì)算試驗(yàn)中紅光波長(zhǎng)的表達(dá)式為λ=________(用字母d1或d2及L、xA、xB表示)。

【解析】游標(biāo)卡尺的讀數(shù)等于主尺刻度讀數(shù)加上游標(biāo)尺刻度讀數(shù),不需估讀。卡尺的主尺刻度是11mm,游標(biāo)尺與主尺對(duì)齊的刻度是4,讀數(shù)是0.1×4mm=0.4mm,總讀數(shù)是xA=11mm+0.4mm=11.4mm;同理xB=16mm+0.1×7mm=16.7mm,依據(jù)雙縫干涉條紋的間距公式Δx=λ,試驗(yàn)中紅光波長(zhǎng)的表達(dá)式為λ=。答案:11.416.79.(15分)(1)(多選)對(duì)兩列光波在空中疊加,以下說(shuō)法中正確的是 ()A.不同顏色的光有可能發(fā)生干涉現(xiàn)象B.不同顏色的光不行能發(fā)生干涉現(xiàn)象C.光的強(qiáng)度不同有可能發(fā)生干涉現(xiàn)象D.光的強(qiáng)度不同不行能發(fā)生干涉現(xiàn)象E.光的強(qiáng)度相同不肯定會(huì)發(fā)生干涉(2)在雙縫干涉試驗(yàn)中,若雙縫處的兩束光的頻率均為6×1014Hz,兩光源S1、S2的振動(dòng)狀況恰好相反,光屏上的P點(diǎn)到S1與到S2的路程差為3×10-6m,如圖所示,則:①P點(diǎn)是明條紋還是暗條紋?②設(shè)O為到S1、S2路程相等的點(diǎn),則PO間還有幾條明紋,幾條暗紋?(不包括O、P兩處的條紋)【解析】(1)選B、C、E。兩列光波疊加是否發(fā)生干涉現(xiàn)象關(guān)鍵看兩列光波是否是相干光,即是否滿意頻率相同、相位差恒定的條件,不同顏色的光頻率不同,所以不行能發(fā)生干涉現(xiàn)象,故選項(xiàng)B正確,A錯(cuò)誤;光的強(qiáng)度不同,但仍有可能滿意相干條件,也就是有可能發(fā)生干涉現(xiàn)象,故選項(xiàng)C正確,D錯(cuò)誤;光的強(qiáng)度相同時(shí)頻率不肯定相同,相位差也不肯定恒定,故選項(xiàng)E正確。(2)①由波長(zhǎng)計(jì)算公式得λ==5×10-7mn===6由于兩光源的振動(dòng)狀況恰好相反,所以P為暗條紋。②O點(diǎn)路程差為0,也是暗條紋,OP間還有5條暗條紋,6條明條紋。答案:(1)B、C、E(2)①暗條紋②5條暗條紋,6條明條紋。10.(15分)(1)(多選)用波長(zhǎng)為λ的單色光照耀單縫O,經(jīng)過(guò)雙縫M、N在屏上產(chǎn)生明暗相間的干涉條紋,如圖所示,圖中a、b、c、d、e為相鄰亮紋的位置,c為中心亮條紋,則 ()A.O到達(dá)a、b的路程差為零B.M、N到達(dá)b的路程差為λC.O到達(dá)a、c的路程差為4λD.M、N到達(dá)e的路程差為2λE.若改用波長(zhǎng)為1.5λ的單色光照耀單縫O,光屏上條紋間距將變大(2)在“用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)”試驗(yàn)中①某同學(xué)先將光源靠近遮光筒的雙縫端并等高放置,然后在筒的另外一側(cè)視察,發(fā)覺(jué)筒的上壁照得很亮,此時(shí)他應(yīng)將遮光筒的視察端向__________(選填“上”或“下”)調(diào)整。

②某次測(cè)量如圖所示,則讀數(shù)為_(kāi)_________mm。

③幾位同學(xué)試驗(yàn)時(shí),有的用距離為0.1mm的雙縫,有的用距離為0.2mm的雙縫;同時(shí)他們還分別用紅、紫兩種不同顏色的濾光片遮住光源進(jìn)行了視察,如圖選自他們的視察記錄,其中正確反映試驗(yàn)結(jié)果的是__________。(已知紅光波長(zhǎng)大于紫光的波長(zhǎng))

【解析】(1)選B、D、E。振動(dòng)一樣的兩光源在空間發(fā)生干涉,得到亮條紋的條件滿意Δx=nλ(n=0,1,2,3……),若單色光波長(zhǎng)變大,則條紋間距變大,E正確。(2)①發(fā)覺(jué)筒的上壁照得很亮說(shuō)明光線向上,即視察端偏下,所以應(yīng)將視察端向上調(diào)整。②螺旋測(cè)微器的固定刻度為5mm,可動(dòng)刻度為0.7×0.01mm=0.007mm,所以最終讀數(shù)為5mm+0.007mm=5.007mm。③依據(jù)Δx=可知,當(dāng)紅光分別通過(guò)距離為0.1mm和0.2mm的雙縫時(shí),距離越大的條紋間的距離越小,故B正確;同理,當(dāng)紅光和紫光通過(guò)相同距離的雙縫時(shí),即L、d相同狀況下,波長(zhǎng)越長(zhǎng)的條紋間的距離越大,故D正確。答案:(1)B、D、E(2)①上②5.007③B、D【加固訓(xùn)練】(1)(多選)關(guān)于楊氏試驗(yàn),下列說(shuō)法中正確的是 ()A.單色光通過(guò)單縫后射向兩個(gè)靠得很近的狹縫可作為振動(dòng)狀況總是相同的波源B.兩波源發(fā)出的光波在波谷與波谷疊加的地方,光相互抵消或者減弱,屏上出現(xiàn)暗條紋C.兩個(gè)波源發(fā)出的光波在波峰與波峰疊加的地方,光相互加強(qiáng),屏上出現(xiàn)亮條紋D.兩波源發(fā)出的光波在波峰與波谷疊加的地方,光相互抵消或減弱,屏上出現(xiàn)暗條紋(2)如圖所示,實(shí)線表示兩個(gè)相干光源S1、S2發(fā)出光的波峰位置,則對(duì)于圖中的a、b兩點(diǎn),________點(diǎn)為振動(dòng)加強(qiáng)的位置,________點(diǎn)為振動(dòng)減弱的位置。

【解析】(1)選A、C、D。在楊氏試驗(yàn)中,兩個(gè)狹縫的光源