高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册4 实验：用双缝干涉测量光的波长优秀课后复习题

4.4实验：用双缝干涉测量光的波长人教版（ 2019）高中物理选择性必修一同步练习

学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________

注意事项:
1.答卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号填写在答题卡上。
2.回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡对应题目的答案标号涂黑；如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上，写在试卷上无效。
3.考试结束后，本试卷和答题卡一并交回。

第I卷（选择题）

一、单选题（本大题共7小题，共28.0分）

1. 下列关于双缝干涉实验的说法中正确的是(    )

A. 单缝的作用是获得频率保持不变的相干光源
B. 用红光和绿光分别做双缝干涉实验，绿光干涉图样的条纹间距比红光大
C. 双缝的作用是获得两个振动情况相同的相干光源
D. 在光屏上能看到光的干涉图样，但在双缝与光屏之间的空间却没有干涉发生

2. 某一质检部门为检测一批矿泉水的质量，利用干涉原理测定矿泉水的折射率。方法是将待测矿泉水填充到特制容器中，放置在双缝与荧光屏之间之前为空气，如图所示，特制容器未画出，通过比对填充后的干涉条纹间距和填充前的干涉条纹间距就可以计算出该矿泉水的折射率。单缝、双缝中点、屏上的点均位于双缝和的中垂线上，屏上点处是上方的第条亮条纹不包括点处的亮条纹的中心。已知入射光在真空中的波长为，真空中的光速为，双缝与之间距离为，双缝到屏的距离为，则下列说法正确的是

A. 来自双缝和的光传播到点处的时间差为
B. 该矿泉水的折射率为
C.
D. 仅将单缝向左保持在双缝的中垂线上移动的过程中，点处能观察到暗条纹

3. 在透明均匀介质内有一半径为的球状空气泡，一束单色光由介质从点以入射角射入气泡，从点射出气泡，如图。已知该单色光的偏向角为从点射出光线与在点入射光线的夹角，该单色光在空气泡中的传播速度为，则(    )

A. 介质对单色光的折射率为
B. 单色光从到的传播时间为
C. 单色光从介质射向空气的临界角正弦
D. 用该单色光做双缝干涉实验，减小双缝间距时，屏上的干涉条纹间距变小

4. 某同学利用如图所示装置测量某种单色光的波长若双缝的间距为，屏与双缝间的距离为，测得第条暗条纹到第条暗条纹中心之间的距离为，下列说法正确的是

A. 中央亮纹最亮最宽
B. 测得单色光的波长
C. 将单缝向双缝靠近，干涉条纹变宽
D. 将屏向远离双缝的方向移动，可以增加从目镜中观察到的条纹个数

5. 在“利用双缝干涉测量光的波长”实验中，将双缝干涉实验装置按如图所示安装在光具座上，单缝保持竖直方向，并选用缝间距为的双缝，并使单缝与双缝保持平行，调节实验装置使光屏上出现清晰干涉条纹。下列说法正确的是(    )

A. 若取下滤光片，光屏上将只见到白光，看不到干涉条纹
B. 若将滤光片由绿色换成红色，光屏上相邻两条暗纹中心的距离减小
C. 若将双缝间的距离増大，光屏上相邻两条暗纹中心的距离增大
D. 若测得个亮条纹中心间的距离为，则相邻两条亮条纹间距

6. 如图所示是双缝干涉实验装置，使用波长为的橙色光源照射单缝，在光屏中央处观察到亮条纹，在位于点上方的点出现第一条亮纹中心即到的光程差为一个波长，现换用波长为的紫光源照射单缝，则

A. 和仍为亮点 B. 为亮点，为暗点
C. 为暗点，为亮点 D. 、均为暗点

7. 如图是某同学用“双缝干涉法”做测定某单色光的波长实验示意图。图中，单缝到双缝的距离为，双缝到墙壁的距离为，双缝间距为，墙壁上的干涉图样及尺寸如图，则该单色光的波长为(    )

A.  B.  C.  D.

二、多选题（本大题共4小题，共16.0分）

8. 利用如图所示的装置研究双缝干涉现象并测量光的波长时，下列说法中正确的是(    )

A. 实验装置中的元件分别为滤光片、单缝、双缝
B. 将滤光片由绿色的换成红色的，干涉条纹间距变宽
C. 将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽
D. 减小实验中的双缝间距，目镜中的条纹数会增加

9. 双缝干涉实验装置如下图所示，绿光通过单缝后，投射到有双缝的挡板上，双缝和与单缝的距离相等，光通过双缝后在与双缝平行的屏上形成干涉条纹。屏上点距双缝和的距离相等，点是距点的第一条亮条纹，如果将入射的单色光换成红光或蓝光，已知红光波长大于绿光波长，绿光波长大于蓝光波长，则下列说法正确的是(    )

A. 点是红光的亮条纹 B. 红光的第一条亮条纹在点的上方
C. 点不是蓝光的亮条纹 D. 蓝光的第一条亮条纹在点的上方

10. 多选关于“用双缝干涉测量光的波长”的实验，正确的说法是(    )

A. 实验时应调节各器件共轴，并且单缝和双缝的缝应相互平行
B. 观察到的白光的干涉图样是：在视野中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
C. 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，且红条纹的相邻条纹间距比绿条纹的相邻条纹间距大
D. 测量时应使测量头的分划板的中心刻线对齐条纹的中心再读数

11. 利用如图所示装置研究双缝干涉现象并测量光的波长，下列说法中正确的是(    )

A. 实验装置中的元件分别为滤光片、单缝、双缝
B. 将滤光片由紫色换成红色，干涉条纹间距变宽
C. 将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽
D. 测量过程中误将个条纹间距数成个，波长测量值偏大

第II卷（非选择题）

三、实验题（本大题共2小题，共18.0分）

12. 现用如图所示双缝干涉实验装置来测量光的波长。
    在组装仪器时单缝和双缝应该相互______ 放置选填“垂直”或“平行”。
    已知测量头主尺的最小刻度是毫米，副尺上有分度。某同学调整手轮使测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，并将该亮纹定为第条亮纹，此时测量头上游标卡尺的读数为；接着再同方向转动手轮，使分划板中心刻线与第条亮纹中心对齐，此时测量头上游标卡尺的示数如图所示，则读数为 ______ 。已知双缝间距，测得双缝到毛玻璃屏的距离，所测光的波长 ______ 保留位有效数字。
    为减小误差，该实验并未直接测量相邻亮条纹间的距离，而是先测量个条纹的间距再求出。下列实验采用了类似方法的有______ 。
    探究两个互成角度的力的合成规律的实验中合力的测量
    B.探究弹簧弹力与形变量的关系的实验中弹簧的形变量的测量
    用单摆测重力加速度的实验中单摆的周期的测量
    用油膜法估测油酸分子的大小的实验中滴油酸酒精溶液体积的测量

13. 利用所学物理知识解答问题：
    
    如图甲所示是用双缝干涉测光波波长的实验设备示意图，图中是光源，是滤光片，是单缝，是双缝，是光屏。下列操作能增大光屏上相邻两条亮纹之间距离的是______
    A.增大和之间的距离
    B.增大和之间的距离
    C.将绿色滤光片改成红色滤光片
    D.增大双缝之间的距离
    如果将灯泡换成激光光源，该实验照样可以完成，这时可以去掉的部件是______填数字代号。
    转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对准第条亮纹，读出手轮的读数如图乙所示。继续转动手轮，使分划板中心刻线对准第条亮纹，读出手轮的读数如图丙所示。则相邻两亮条纹的间距是______。
    如果已经量得双缝的间距是、双缝和光屏之间的距离是，则待测光的波长是______取三位有效数字

四、计算题（本大题共3小题，共30.0分）

14. 用双缝干涉测光的波长，实验装置如图甲所示，已知单缝与双缝的距离，双缝与屏的距离，单缝宽．，双缝间距．。用测量头来测量光屏上干涉亮条纹中心的距离。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屏上亮纹的中心如图乙所示，记下此时手轮的读数，转动测量头，使分划板中心刻线对准另一条亮纹的中心，记下此时手轮上的刻度。

甲                                                乙

当分划板的中心刻线分别对准第条和第条亮纹的中心时，手轮上的读数如图丙所示，则对准第条时读数___ ，对准第条时读数___ ，相邻两条亮纹间的距离___ 。 

丙

计算波长的公式___求得的波长值是___ 。 

15. 激光已经深入到我们生活的各个方面某物理小组利用激光束测量玻璃对激光的折射率和利用双缝干涉测量激光的波长．

如图所示，在水平面上方适当位置固定激光光源，使其发射与水平面成角斜向下的激光，在水平光屏上点呈现一小光斑放入一块平行于水平面的长方体玻璃砖，激光光斑移至水平光屏上的点测得玻璃砖厚度为 ，根据以上信息，求该玻璃砖的折射率
 

为测量该激光的波长，将激光垂直射向间距为的双缝每个缝的宽度很窄，宽度可忽略，在双缝后面距离为处的光屏上可以观察到干涉条纹现使测量头的分划板中心刻线与条纹的中心对齐，经测量得出条亮条纹之间的距离为，求该激光的波长．

16. 如图是双缝干涉的实验示意图，和为双缝，是光屏上的一点，整个装置置于空气中．
    
    用单色光做实验．已知点与、距离之差为，光在空气中的中波长为通过计算说明处是亮条纹还是暗条纹；
    用单色光做双缝干涉实验，若已知双缝间距，并测得双缝到屏的距离，第条到第条亮条纹中心间的距离，求光在空气中的波长．
    

答案和解析

1.【答案】 

【解析】

【分析】
本题考查双缝干涉实验的原理和干涉条件。解决问题的关键是知道单缝的作用是获得频率保持不变的光源，双缝的作用是为了获得频率相同的两个光源。根据进行分析判断。
【解答】
A.单缝的作用是获得线光源，而不是获得频率保持不变的相干光源，故A错误。
B.用红光和绿光分别做双缝干涉实验，根据可知，绿光干涉图样的条纹间距比红光小，选项B错误；
C.两个双缝到单缝的距离相等，可获得两个振动情况相同的相干光源，故C正确。
D.在双缝与光屏之间的空间两光相遇处都会发生干涉。故D错误。  

2.【答案】 

【解析】

【分析】
本题考查双缝干涉实验，解决本题的关键掌握双缝干涉条纹的间距公式，和折射率与波长的关系，要注意其中表达式的关系。
根据双缝干涉条纹的间距公式，判断如何干涉条纹的间距的变化与折射率之间的关系，从而做出判定。
【解答】
A、由第三条亮条纹对应路程差，但光在介质中的传播速度小于，因此时间差大于，故A错误；
B、根据双缝干涉条纹的间距公式，，，光的频率不变，可得：
，，联立可得：，故B正确；
C、把空气换成矿泉水后，根据可知，入射光的频率不变，光在介质中的传播速度减小，波长减小，根据干涉的条纹间距公式可知，对同一个装置来说，波长减小，条纹间距减小，即，故C错误；
D、移动对观察结果没有影响，故D错误。  

3.【答案】 

【解析】

【分析】
本题主要考查光的折射定律的应用，作出光路图是解决问题的关键。作出光路图，结合题意，由几何关系求得光在点入射角和折射角，根据折射定律即可求得介质对单色光的折射率；由几何关系可知单色光从到的传播距离，结合单色光在介质中的传播速度，即可求得单色光从到的传播时间；根据可求得单色光从介质射向空气的临界角正弦；根据双缝干涉条纹间距公式可知用该单色光做双缝干涉实验，减小双缝间距时屏上的干涉条纹间距的变化情况。
【解答】
A.设光线在点的入射角为，则，设光线在点的折射角为，作出光路图如图所示：，
由几何关系可知，光线在点的入射角等于光线在点的折射角，结合题意，该单色光的偏向角为，由几何关系可得，，根据折射定律有，解得：介质对单色光的折射率，故A正确；
B.由几何关系可知，单色光从到的传播距离，单色光在介质中的传播速度，所以
单色光从到的传播时间为，故B错误；
C.单色光从介质射向空气的临界角正弦，故C错误；
D.根据双缝干涉条纹间距公式，可知用该单色光做双缝干涉实验，减小双缝间距时，屏上的干涉条纹间距变大，故D错误。  

4.【答案】 

【解析】

【分析】
熟记双缝干涉条纹间距公式，知道干涉条纹的特点。
【解答】
A、双缝干涉条纹的特点是平行等间距分布，亮度在一定范围内基本不变，故A错误；
B、相邻两条亮条纹的间距为，则有，解得，故B正确；
C、将单缝向双缝靠近，对条纹无影响，故C错误；
D、根据双缝干涉条纹间距公式，将屏向远离双缝的方向移动，则变大，所以变大，从目镜中观察到的条纹个数将变少，故D错误。
故选B。  

5.【答案】 

【解析】

【分析】
白光也能发生双缝干涉现象；
通过双缝干涉条纹间距公式判断条纹间距的变化；
根据相邻两条亮条纹间距，即可判定求解。
考查双缝干涉现象，理解干涉的条件，掌握双缝干涉的条纹间距公式的内容，并能灵活运用，注意白光双缝干涉是彩色条纹。
【解答】
A、若取下滤光片，则是两束白光的干涉，光屏上会出现彩色的干涉条纹，故A错误；
B、若将滤光片由绿色换成红色，由于红光的波长大，根据可知，光屏上相邻两条暗纹中心的距离会变大，故B错误；
C、若将双缝间的距离増大，光屏上相邻两条暗纹中心的距离减小，故C错误；
D、若测得个亮条纹中心间的距离为，则相邻两条亮条纹间距，故D正确。  

6.【答案】 

【解析】

【分析】
当光屏上的点到双缝的光程差是波长的整数倍时，出现明条纹；当光程差是半波长的奇数倍时，出现暗条纹。
本题考查了光的干涉。解决本题的关键知道波峰与波峰或波谷与波谷叠加，振动加强，波峰与波谷叠加，振动减弱．通过该关系知道形成明条纹或暗条纹的条件。
【解答】
从单缝射出的光波被、两缝分成的两束光为相干光，由题意，屏中央点到、距离相等，即由、分别射出的光到点的路程差为零，因此是亮纹中心因而，无论入射光是什么颜色的光，波长多大，点都是中央亮纹的中心，而点到、的路程差刚好是橙色光的一个波长，即 ： ；
当换用波长为的紫光时，，所以，点成为暗纹中心；
故ACD错误，B正确。

故选B。

7.【答案】 

【解析】

【分析】
本题根据双缝干涉条纹的间距公式，推导出波长的表达式。
【解答】
解：根据双缝干涉条纹的间距公式，由图知相邻条纹间距：，则。故C正确。  

8.【答案】 

【解析】

【分析】
根据双缝干涉条纹的间距公式，判断干涉条纹间距的变化，从而即可求解。
本题考查双缝干涉测量波长的实验原理，实验仪器，还考查了滤光片的作用。
【解答】
A.滤光片的作用是使入射光变成单色光，单缝的作用是使入射光变成线光源，双缝的作用是形成相干光源，所以实验装置中的元件分别为滤光片、单缝、双缝，故A正确；
B.将滤光片由绿色的换成红色的，波长变长，根据双缝干涉条纹的间距公式知条纹间距增大，即干涉条纹间距变宽，故B正确；
C.将单缝向双缝移动一小段距离后，由可知与此距离无关，故干涉条纹间距不变，故C错误；
D.减小实验中的双缝间距，条纹间距增大，目镜中的条纹数会减少，故D错误。  

9.【答案】 

【解析】

【分析】
本题主要考查双缝干涉，解决本题的关键知道形成明暗条纹的条件，以及掌握双缝干涉的间距公式。
【解答】
点到双缝的路程差为，则点出现光的亮条纹，不论是红光还是蓝光，故A正确，C错误。
B.红光的波长大于绿光的波长，根据，则红光条纹间距较大，红光的第一条亮纹中心线在点上方，故B正确。
D.蓝光的波长小于绿光的波长，根据，则蓝光条纹间距较小，蓝光的第一条亮条纹中心线在点下方，故D错误。  

10.【答案】 

【解析】

【分析】
本题考查“用双缝干涉测量光的波长”实验。操作中注意保持光源、单缝、双缝共轴，干涉图样可根据分析。
【解答】
A.实验时应调节各器件共轴，并且单缝和双缝的缝应相互平行，A正确；
B.白光的干涉图样彩色的条纹，中央为一条白亮的条纹；彩色条纹的排列，在第一级亮条纹中红色在最外侧，B错误；
C.由知红条纹的相邻条纹间距比绿条纹的相邻条纹间距大，C正确；
D.为减小误差，测量时应使测量头的分划板的中心刻线对齐条纹的中心再读数，D正确。  

11.【答案】 

【解析】

【分析】
根据双缝干涉条纹的间距公式，判断干涉条纹间距的变化，从而即可求解。
本题考查双缝干涉测量波长的实验原理，实验仪器，还考查了滤光片的作用。
【解答】
A、滤光片的作用是使入射光变成单色光，单缝的作用是使入射光变成线光源，双缝的作用是形成相干光源，其排列顺序合理，故A正确；
B、将滤光片由紫色的换成红色的，波长变长，根据双缝干涉条纹的间距公式知条纹间距增大，即干涉条纹间距变宽，故B正确；
C、将单缝向双缝移动一小段距离后，由可知与此距离无关，故干涉条纹间距不变，故C错误；
D、测量过程中，把个条纹间距数成个，导致变小，则波长测量值偏小，故D错误。  

12.【答案】平行  ；  ；   

【解析】只有保证单缝和双缝互相平行，这样才能在屏上出现明暗相间的条纹。
游标卡尺的的游标尺为分度，精度为，固定刻度读数为，游标尺上第个格对齐，
         故读数为。
所以最终读数为。
 由于第条亮纹，此时测量头上游标卡尺的读数为；第条亮纹中心对齐，测量头的读数。
所以 。
根据，知
代入数据得：．
先测量个条纹的间距再求出，属于放大测量取平均值。
探究两个互成角度的力的合成规律的实验中合力的测量，属于等效替代法，故错误。
探究弹簧弹力与形变量的关系的实验中弹簧的形变量的测量，属于测多次取平均值，故错误。
用单摆测重力加速度的实验中单摆的周期的测量，属于放大测量取平均值，故正确。
用油膜法估测油酸分子的大小的实验中滴油酸酒精溶液体积的测量，属于放大测量取平均值，故正确。
故选。
故答案为：平行；
，；
。
根据实验原理，单缝与双缝相平行。
测量头是游标卡尺，其读数的方法是主尺读数加上游标读数，不需估读；根据列式求解光波长。
依据放大测量取平均值，从而即可一一判定。
解决本题的关键掌握条纹的间距公式，及游标卡尺的读数方法，读数时要先注意精度，再确定游标尺上的读数，注意其读数没有估计值，同时理解双缝干涉条纹的间距公式。
 

13.【答案】；；； 

【解析】

【分析】
根据双缝干涉条纹的间距公式得出增加相邻亮纹暗纹间的距离的方法。
将灯泡换成激光光源，激光的单色性好，不需要滤光片。
螺旋测微器的读数等于固定刻度读数加上可动刻度读数，需要估读一位，再依据。
根据双缝干涉条纹的间距公式求出光波的波长。
解决本题的关键掌握螺旋测微器的读数方法，固定刻度读数加上可动刻度读数，不需估读。以及掌握条纹间距公式，注意相邻亮条纹间距的求解是解题的关键。
【解答】
根据知，为增大相邻亮纹暗纹间的距离，可采取增大双缝到光屏的距离、减小双缝间距离、或增大入射光的波长，而单缝与双缝间距不会影响条纹间距。故BC正确，AD错误。
故选BC。
将灯泡换成激光光源，激光的单色性好，不需要滤光片与单缝，即为与。
图乙中固定刻度读数为，可动刻度读数为，所以最终读数。
图丙中固定刻度读数为，可动刻度读数为：，所以最终读数。
根据；
相邻干涉条纹的间距；
由得。
故填：
；；；。  

14.【答案】；   或．；    ；；   。 

【解析】

【分析】
手轮上螺旋测微器的读数等于固定刻度读数加上可动刻度读数，需估读到．
根据双缝干涉条纹的间距公式求出波长的表达式，再代入数据求出波长
解决本题的关键掌握“用双缝干涉测光的波长”的实验原理，以及掌握螺旋测微器的读数方法
【解答】
图乙中螺旋测微器的固定刻度读数为，可动刻度读数为，则最终读数为；同理可得：或．；所以 ，
根据双缝干涉条纹的间距公式得：
。
故答案为：；   或．；    ；；   。  

15.【答案】解：如图所示，
设折射角所对的边的长度为，激光入射角，
由几何关系知，；
由折射定律
联立并代入数据解得。
条亮条纹之间的距离为，则相邻两条亮条纹之间的距离，
由条纹间距公式
联立解得。 

【解析】本题是简单的几何光学问题，关键利用好几何知识研究光路，解决本题的关键掌握条纹的间距公式，同时熟练应用双缝干涉条纹的间距公式。
解答本题应关注以下两点：
利用几何关系求得入射角和折射角的正弦值，再应用求；
由公式计算波长。
 

16.【答案】解：设光在空气中的波长为，则
根据路程差可知，
由于路程差是半个波长的奇数倍，所以处为暗条纹；    
根据双缝干涉规律可知相邻的亮条纹间距：
由题意知：
代入得
答：处是暗条纹；
光在空气中的波长为。 

【解析】已知点与和的距离之差，由出现亮暗的条件可判断是亮条纹或暗条纹；
根据，，频率相等，求出光在空气中的波长，再判断是亮条纹还是暗条纹；
对于光，求出相邻亮条纹间的距离，根据求出光在空气中的波长。
解决本题的关键掌握形成明条纹或暗条纹的条件、折射率与波长的关系等等知识，注意正确的计算，及路程差的概念，基础题。