粤教版 (2019)选择性必修 第一册第五节 用双缝干涉实验测定光的波长课后练习题
展开1.在“用双缝干涉测量光的波长”实验中,实验装置如图甲所示,用以测量光的波长。
(1)实验中器材调节完成后发现干涉条纹明亮,但图像模糊不清晰,则必须___________
A.用手转动D(单缝),眼睛通过目镜看着条纹直到清晰为止
B.用手转动H(测量头),眼睛通过目镜看着条纹直到清晰为止
C.用手左右转动G(拨杆),眼睛通过目镜看着条纹直到清晰为止
D.用手上下移动G(拨杆),眼睛通过目镜看着条纹直到清晰为止
(2)某同学在实验时得到了如图乙所示清晰的条纹,他___________直接进行测量,并根据公式算出波长。
A.能 B.不能
(3)某次实验时,将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐,将该亮纹定为第1条亮纹,此时手轮上的示数,然后同方向转动测量头,使分划板中心刻线与第7条亮纹中心对齐,手轮上的示数。已知双缝间距d为,测得双缝到屏的距离L为,求得所测光波长为___________。
2.某实验小组利用如图所示的装置研究双缝干涉现象并测量光的波长。
(1)图中①所示的装置名称为______,它在实验中的作用是_____________;
(2)调整好装置进行实验,若将滤光片由紫色换为红色,则干涉条纹间距将______(填“增大”“减小”或“不变”);
(3)某次实验中,若测得双缝之间的距离为,双缝到光屏之间的距离为,相邻两明纹之间的距离为,则这种光的波长为______。(结果保留两位有效数字)
3.在“用双缝干涉测光的波长”的实验中,装置如图甲所示,双缝间的距离d=3 mm。
(1)若测定红光的波长,应选用______色的滤光片,实验时需要测定的物理量有______和____。
(2)若测得双缝与屏之间距离为0.60 m,通过测量头(与螺旋测微器原理相似,手轮转动一周,分划板前进或后退0.500 mm)观察第1条亮纹的位置如图乙所示,为2.240 mm,观察第3条亮纹的位置如图丙所示,为4.960 mm,则可求出红光的波长λ=___ m。(保留3位有效数字)
4.(1)小丽用双缝干涉实验装置测量某单色光的波长,图甲中___________(填“A”或“B”)位置是双缝的位置,部件C的作用是调节___________。
(2)小丽在调节过程中,出现了干涉条纹是竖直的、分划板中心刻线是倾斜的情况,如图乙所示,这种情况可通过_________来调整。
(3)通过调整,小丽从目镜中看到如图丙所示的图像,当她将中心刻线分别对准第1和第5条亮条纹中央时,测量头游标尺读数如图丁、戊所示,则相邻两条亮条纹的条纹间距_______mm,再根据实验数据计算得到波长。
5.洛埃德在1834年提出了一种中更简单的观察干涉的装置。如图所示,单色光从单缝射出,一部分入射到平面镜后反射到屏上,另一部分直接投射到屏上,在屏上两光束交叠区域里将出现干涉条纹。单缝通过平面镜成的像是。
(1)通过洛埃德镜在屏上可以观察到明暗相间的干涉条纹,这和双缝干涉实验得到的干涉条纹一致。如果S被视为其中的一个缝,___________相当于另一个“缝”;
(2)实验中已知单缝S到平面镜的垂直距离h=0.15mm,单缝到光屏的距离D=1.2m,观测到第3个亮条纹中心到第12个亮条纹中心的间距为22.78mm,则该单色光的波长λ=___________m(结果保留1位有效数字)
(3)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.将平面镜稍向上移动一些
B.将平面镜稍向右移动一些
C.将光屏稍向右移动一些
D.将光源由红色光改为绿色光
(4)实验表明,光从光疏介质射向光密介质界面发生反射,在入射角接近90°时,反射光与入射光相比,相位有π的变化,称为“半波损失”。如果把光屏移动到和平面镜接触,接触点P处是___________(选填“亮条纹”或“暗条纹”)
6.如图甲所示为双缝干涉实验的装置示意图,现要利用这套装置来测量某种单色光的波长。
(1)图甲装置示意图中有三个光学元件的名称空缺,关于它们的说法正确的是______。
A.①是双缝,②是单缝,③是滤光片
B.①是单缝,②是滤光片,③是双缝
C.①是滤光片,②是单缝,③是双缝
(2)用20分度的游标卡尺测量双缝间距如图乙所示,双缝间距d=______mm。
(3)图丙为实验得到的干涉条纹,用测量头测出了第1条和第6条亮纹中心间的距离为Δx,已知双缝到光屏的距离为l,则所测单色光波长的计算式为λ=______(用题中所给的字母表示)。
7.在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中乙。
(1)如图甲所示是用双缝干涉测光波波长的实验设备示意图,图中①是光源,②是滤光片,③是单缝,④是 ______ ,⑤是光屏。
(2)下列操作能减小光屏上相邻两条亮条纹之间距离的是______;
A.减小②和③之间的距离
B.减小③和④之间的距离
C.将红色滤光片改成绿色滤光片
D.增大双缝之间的距离
(3)转动测量头的手轮,使分划板中心刻线对准第1条亮条纹,此时手轮的示数为0.045mm。继续转动手轮,使分划板中心刻线对准第13条亮条纹,此时手轮的示数如图乙所示,则此时图乙的示数为 _____ mm,相邻两条亮条纹的间距是______mm。(结果保留三位有效数字)
(4)已知双缝的间距是0.40mm、双缝和光屏之间的距离是800mm,则待测光的波长是______m。(结果保留三位有效数字)
8.在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中,请按照题目要求回答下列问题:
(1)图中甲、乙两图都是光的条纹形状示意图,其中干涉图样是________(填“甲”或“乙”)。
(2)将下表中的光学元件放在图所示的光具座上组装成用双缝干涉测量光的波长的实验装置,并用此装置测量红光的波长。
将白光光源C放在光具座最左端,依次放置其他光学元件,从左至右,表示各光学元件的排列顺序应为________;(填写元件代号)
(3)已知该装置中双缝间距d=0.50 mm,双缝到光屏的距离l=0.50 m,在光屏上得到的干涉图样如图(a)所示,分划板中心刻线在图中A位置时游标卡尺如图(b)所示,则其示数为________ mm;在B位置时游标卡尺如图(c)所示。由以上所测数据可以得出形成此干涉图样的单色光的波长为________ m(保留2位有效数字)。
9.在“用双缝干涉测量光的波长”实验中。
①实验用小灯泡额定电压为,某同学按要求正确连接电路后,直接将电压调到,接通电源时,他发现小灯泡不亮,学生电源显示过载(即:流过电源的电流过大),如图甲。发生这一现象的原因可能是__________;
A.小灯泡灯丝断了
B.电源接线没有接在“直流”接线柱上
C.小灯泡两端电压没有从零开始逐渐增大调节
②通过测量头的目镜观察单色光的干涉图样时,发现分划板中心刻线与亮条纹未对齐,如图乙所示。若要使两者对齐,应如何调节?答:__________。
A.仅旋转单缝
B.仅旋转双缝
C.仅旋转测量头
10.在“用双缝干涉测光的波长”实验中(实验装置如图所示):
(1)关于操作下列说法哪一个是错误的__________(填选项前的字母)。
A.调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时,应放上单缝和双缝
B.测量某条干涉亮纹位置时,应使测微目镜分划板中心刻线与该亮条纹的中心对齐
C.为了减少测量误差,可用测微目镜测出n条亮条纹间的距离a,求出相邻两条亮条纹间距Δx=
(2)关于观察到的现象下列说法正确的是_____________________
A、观察到的白光的干涉图样是:可以看到彩色的干涉条纹,中央为一条白亮的零级干涉条纹;彩色条纹的排列,以零级亮条纹为中心左右对称,在第一级亮条纹中紫色在最外侧
B、看到白光的干涉条纹后,在单缝前面放上红色或绿色滤光片,即可看到红黑相间或绿黑相间的干涉条纹,且红条纹的间距比绿条纹的间距大
(3)用某种单色光做双缝干涉实验时,已知双缝间的距离d的大小恰好是图中游标卡尺的读数为0.25mm,如图丁所示;双缝到毛玻璃间的距离的大小由图中的毫米刻度尺读出为748.8mm如图丙所示;实验时先移动测量头(如图甲所示)上的手轮,把分划线对准靠近最左边的一条亮条纹(如图乙所示),并记下螺旋测微器的读数x1(如图戊所示),然后转动手轮,把分划线向右移动,直到对准第7条亮条纹并记下螺旋测微器的读数x2(如图己所示),由以上测量数据求该单色光的波长为________________m
11.(1)小萌同学正在用双缝干涉实验仪测量光的波长,在光具座上正确安装好仪器后,他在测量端观察的同时,不断调节仪器的A部件(如照片所示),这样做的目的是___________(填选项)
A.使各部件的中心在同一直线上
B.使单缝与双缝相互平行
C.使观察到的图样呈现在视野中央
(2)若该同学分别用间距和的双缝来完成实验,你认为在测量头内观察到单色光的干涉条纹是___________和___________(填选项),其中对应双缝间距的是___________(填选项);
(3)某同学使用间距为0.20mm的双缝进行实验,调节双缝与屏之间的距离至100.00cm,当十字叉丝与第k个亮条纹中心重合时,测量头刻度如图甲所示(已加箭头标注),对应的读数为___________当十字叉丝与第个亮条纹中心重合时,测量头刻度如图乙所示(已加箭头标注),对应的读数为___________单色光的波长为___________m(结果保留三位有效数字)
12.某同学利用图甲所示装置测量某种单色光的波长。实验时,接通电源使光源正常发光;调整光路,使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题:
(1)仪器②的名称为_________;⑤的名称为_________
(2)某同学通过测量头的目镜观察单色光的干涉图样时,发现分划板的中心刻线与亮条纹未对齐,如图甲所示。下列操作中可使中心刻线与亮条纹对齐的是(______)
A.仅转动透镜 B.仅转动双缝 C.仅转动手轮 D.仅转动测量头
(3)某次测量如图所示,则读数为______ mm。
(4)如果A图样是红光通过双缝干涉产生的,那么换用紫光得到的图样用________图样表示最合适。
A. B.
C. D.
(5)若想增加从目镜中观察到的条纹个数,该同学可________。
A.将单缝向双缝靠近
B.将屏向靠近双缝的方向移动
C.使用间距更小的双缝
D.转动手轮
(6)若双缝的间距为d,屏与双缝间的距离为L,测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为Δx,则单色光的波长λ= ________ 。
(7)某次测量时,选用的双缝的间距为0.300 mm,测得屏与双缝间的距离为1.20m,第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56 mm。则所测单色光的波长为_____ m(结果保留3位有效数字)。
13.(1)在“探究加速度与力、质量关系的实验”中.
①在图1中轨道上的安装的水平仪,在平衡小车受到的阻力时,能不能用于判断阻力是否平衡?_______(填“能”或“不能”);当水平仪的气泡处于图示位置时,假设要调节a端螺母,则应使a端螺母______(填“升高”或“降低”);
②图2为实验中打出的纸带,图中相邻计数点间还有4个点未画出,则打点计时器在打下计数点5时小车的速度为______m/s;(保留两位有效数字)
③根据实验测得的数据得到加速度与力的关系如图3中实线所示,虚线为过原点的倾斜直线。为减小实验误差,细线下端所挂重物的质量不超过______。(填字母)
A.10g B.25g
C.40g D.50g
(2)在“用双缝干涉测量光的波长”实验中,用拨杆拨动______(填“单缝”或“双缝”)来调节单缝与双缝平行;某同学的拨杆安装如图所示,则在左右拨动拨杆的过程中______(填“能”或“不能”)有效调节单缝与双缝平行。
参考答案
1.C A 670
【详解】
(1)观察到条纹模糊,可能是单缝与双缝不平行,可以调节拨杆左右移动,使单缝与双缝平行,眼睛通过目镜看着条纹直到清晰为止,故C正确,ABD错误;
(2)测量头中的分划板中心刻度线与干涉条纹在同一个方向上,所以可以直接进行测量,故A正确,B错误;
(3)根据题中数据可得
已知双缝间距d为,测得双缝到屏的距离L为,带入公式
可解得
2.单缝 获得线光源 增大
【详解】
(1)题图中①所示的装置名称为单缝,在实验中的作用是获得线光源。
(2)根据
可知,将滤光片由紫色换为红色,光的波长增大,干涉条纹间距将增大。
(3)根据
可得
代入数据解得
3.红 相邻干涉条纹间的距离 双缝到屏之间的距离 0.680×10-5
【详解】
(1)若测定红光的波长,应选用红色的滤光片,保证光源发出的光只有红光能通过;根据
可得
还需要测量相邻干涉条纹间的距离和双缝到屏之间的距离;
(2)由题中数据可得
根据
代入数据可得
4.B 单缝与双缝平行 (遮光筒不动)逆时针转动测量头 1.64
【详解】
(1)小丽用双缝干涉实验装置测量某单色光的波长,图甲中B位置是双缝的位置,部件C的作用是调节单缝与双缝平行;
(2)出现了干涉条纹是竖直的、分划板中心刻线是倾斜的情况,如图乙所示,这种情况可通过(遮光筒不动)逆时针转动测量头来调整;
(3)图丁的读数为10.00mm,图戊的的读数为16.56mm,则四个亮条纹之间的距离为
则相邻两条亮条纹的条纹间距
5. 6.0×10-7 AC 暗条纹
【详解】
(1)通过洛埃德镜在屏上可以观察到明暗相间的干涉条纹,这和双缝干涉实验得到的干涉条纹一致。如果S被视为其中的一个缝,相当于另一个“缝”。
(2)第3个亮条纹中心到第12个亮条纹中心的间距为22.78mm,则相邻亮条纹间距为
等效双缝间距的距离为
根据双缝干涉条纹间距公式
则有
(3)根据双缝干涉条纹间距公式
可知,增大D,减小d,增大波长,能够增大光屏上相邻两条亮纹之间的距离,所以AC正确;BD错误;
故选AC。
(4)如果把光屏移动到和平面镜接触,在入射角接近90°时,反射光与入射光相比,相位有π的变化,称为“半波损失”,所以接触点P处是暗条纹。
6.C 2.05
【详解】
(1)为获取单色线光源,光源后面要有滤光片、单缝、双缝,则①是滤光片,②是单缝,③是双缝,故选C。
(2)游标卡尺读数为
(3)相邻两亮条纹间距为,由干涉条纹与波长间的关系可知
得
7.双缝 CD 14.528-14.530 1.21 6.05×10-7(或6.04×10-7)
【详解】
(1)用双缝干涉测波长的实验设备,从左往右顺序依次为光源、滤光片、单缝、双缝、光屏;
(2)根据
知,为减小相邻亮纹(暗纹)间的距离,可采取减小双缝到光屏的距离、增大双缝间距离、或减小入射光的波长:
A.减小滤光片和单缝之间的距离不会影响条纹间距,故A错误;
B.减小单缝与双缝之间的距离不会影响条纹间距,故B错误;
C.绿光的波长小于红光的波长,将红色滤光片改成绿色滤光片,则减小,故C正确;
D.增大双缝之间的距离d,则减小,故D正确。
(3)图乙中固定刻度读数为14.5mm,可动刻度读数为
所以最终读数为
则可得相邻两条亮条纹的间距为
(4)由
得出
代入数据算出
8.甲 EDBA 111.15 6.1×10-7
【详解】
((1)图甲中的条纹间距和亮度相同,是干涉图样,图乙中的条纹中央亮纹最宽,是衍射图样;
(2)光源发出的白光,各种频率都有,加上透红光的滤光片后通过的只有红光了,变成单色光,加上单缝和双缝后,就得到两列频率相同、步调一致的相干光,最后放置光屏,干涉条纹呈现在光屏上,所以顺序为EDBA;
(3)由图可知,游标卡尺是20分度的卡尺,其精确度为0.05mm,由游标卡尺可读出,主尺读数为111mm,可动部分第三个刻度与主尺对齐,所以A位置的示数为
B位置的示数为115.45 mm,所以图(a)中A、B之间的距离为
则相邻条纹的间距为
根据公式可得波长为
9.C C
【详解】
①A.小灯泡灯丝断了,则电源没有电流通过,所以不会电源不会显示过载,则A错误;
B.电源接线没有接在“直流”接线柱上,接交流电,小灯泡也会发光,所以B错误;
C.小灯泡两端电压没有从零开始逐渐增大调节,可能小灯泡被短路了,则C正确;
故选C。
②中心刻线与亮条纹未对齐,若要使两者对齐,应调节旋转测量头,所以C正确;AB错误;
故选C。
10.A B 8.01×10-7
【详解】
(1)A.调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时,不放上单缝和双缝,故A错误;
B.将测量某条干涉亮纹位置时,应使测微目镜分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐,故B正确;
C.为了减小测量误差,可用测微目镜测出n条亮纹间的距离a,求出相邻两条亮纹间距
再利用公式
便可得到波长的测量值,故C正确;
故选A。
(2)A.观察到的白光的干涉图样是:可以看到彩色的干涉条纹,中央为一条白亮的零级干涉条纹;彩色条纹的排列,以零级亮条纹为中心左右对称,在第一级亮条纹中红色在最外侧,选项A错误;
B.放上红色或者绿色滤光片以后就变成单色的红光或者绿光,因此可以看见红黑或者绿黑的干涉条纹,由
红光的波长大,因此条纹间距大,选项B正确。
故选B。
(3)双缝的间距d=0.25mm,双缝到毛玻璃间的距离的大小l=748.8mm,螺旋测微器的读数
x1=0.01×30.0mm=0.300mm
螺旋测微器读数
x2=14.5mm+0.01×20.0mm=14.700mm
则条纹的间距
根据
得
11.B E F E 2.76mm 11.16mm
【详解】
(1)调节仪器的A部件使为了保证单缝与双缝相互平行,故选B。
(2)因为单色光的干涉条纹与单缝和双缝都平行,应沿竖直方向,分划板中心刻度应对准干涉条纹的中心,故选EF。根据
可知d越小,则条纹间距越大,所以对应于的是E。
(3)图甲对应的读数为
图乙对应的读数为
则条纹间距为2.80mm,根据
可计算出
12.滤光片 遮光筒 D 5.005mm C B
【详解】
(1)仪器②的名称为滤光片;⑤的名称为遮光筒。
(2)通过测量头的目镜观察单色光的干涉图样时,发现分划板的中心刻线与亮条纹未对齐,可通过调节测量头或同时调节单双缝达到目的,仅调节双缝不可实现,与透镜和转动手轮没有关系,ABC错误,D正确,故选D。
(3)螺旋测微器读数为
(4)双缝干涉条纹间距公式
紫光波长比红光波长短,条纹间距变短,C正确,ABD错误,故选C。
(5)增加目镜中观察到的条纹数目,可通过减小条纹间距实现,由
可知,增大双缝间距d或减小双缝到屏的距离L可实现,B正确,ACD错误,故选B。
(6)单色光的波长
(7)将数值代入上式可得
13.不能 降低 0.35(±0.01) B 单缝 不能
【详解】
(1)平仪只能调节水平方向水平,竖直方向不能调节,图中气泡偏上,说明a端偏高了,应当将高度调低。
“5”点的瞬时速度为
实验要求钩码的质量要远小于小车的质量,用钩码的重力代替小车受到拉力,由图像可知,实线与虚线分离时,外力F为0.25N,对应钩码的质量为
钩码质量不宜超过25g,ACD错误,B正确,故选B。
(2)单缝管上装有拨杆,在实验过程中应当边观察,边左右移动拨杆,以调节单缝与双峰平行,所以用拨杆波动单缝来调节单缝与双峰平行;图中在左右拨动拨杆的过程中不能有效调节单缝与双缝平行。元件代号
A
B
C
D
E
元件名称
光屏
双缝
白光光源
单缝
透红光的滤光片
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