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堂检测
展开第4.4课 实验:用双缝干涉测量光的波长
解题要点梳理:
则相邻亮纹间距为:
波长计算公式:
基础巩固
1.(2022·江苏·海安县实验中学高二阶段练习)有位同学做双缝干涉实验时,通过测量头观察到如图所示清晰的干涉图样,出现这种现象的原因是( )
A.单缝和双缝没有调平行
B.光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏没有调共轴
C.光源过于右偏,应调节光源,使它适当左移
D.测量头过于右偏,应调节测量头上的手轮,使它适当左移
【答案】D
【详解】图中干涉图样可知,干涉条纹清晰,亮度正常,干涉条纹偏左,出现这种现象的原因是测量头过于右偏,应调节测量头上的手轮,使它适当左移。故选D。
2.(2022·江苏南通·高二期中)用双缝干涉实验测量某单色光的波长,实验装置如图所示,由左至右依次放置相关光学元件,①、②、③三处放置的元件分别为( )
A.滤光片、双缝、单缝 B.滤光片、单缝、双缝
C.单缝、滤光片、双缝 D.单缝、双缝、滤光片
【答案】B
【详解】由左至右依次放置在①、②、③三处的元件分别为滤光片、单缝、双缝。故选B。
3.(2022·全国·高二课时练习)利用如图所示的实验装置研究双缝干涉现象并测量光的波长,下列说法正确的有( )
A.实验装置中的①②③元件分别为滤光片、单缝、双缝
B.将滤光片由紫色换成红色,干涉条纹间距变窄
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5个条纹间距数成6个,波长测量值偏大
【答案】A
【详解】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.将滤光片由紫色换成红色,波长λ变长,根据双缝干涉条纹的间距公式,条纹间距Δx增大,故B错误;C.将单缝向双缝移动一小段距离后,Δx与此距离无关,干涉条纹间距不变,故C错误;D.测量过程中,把5个条纹间距数成6个,导致Δx变小,则波长测量值偏小,故D错误。故选A。
4.(2022·全国·高二课时练习)在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中(实验装置如图),下列说法正确的是( )
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.测量某条干涉亮条纹位置时,应使分划板中心刻线与该亮条纹的中心对齐
C.为了减小测量误差,可用测量头测出n条亮条纹间的距离a,求出相邻两条亮条纹间距
D.某同学用黄光作为入射光,为了增大干涉条纹的间距,可以采用的方法是改用蓝光作为入射光
【答案】B
【详解】A.调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时,不需放单缝和双缝,故A错误;B.测量某条干涉亮条纹位置时,应使分划板中心刻线与该亮条纹的中心对齐,故B正确;C.n条亮条纹之间有n-1个间距,相邻两条亮条纹的间距为故C错误;D.某同学用黄光作为入射光,根据条纹间距与波长的关系,为了增大干涉条纹的间距,应采用波长大于黄光的红光或橙光,不可以改用波长比黄光短的蓝光作为入射光,故D错误。故选B。
5.(2022·河北·武安市第三中学高二期中)某学习小组在“用双缝干涉实验测量光的波长”实验中:
(1)用红色光照射双缝得到干涉条纹,将测量头的分划板中心刻线与某条亮纹中心对齐,如图甲所示,将该亮纹定为第1条亮纹,此时手轮上的示数如图乙所示为_______mm;然后同方向转动测量头,使分划板中心刻线与第8条亮纹中心对齐,此时手轮上的示数如图丙所示为_______mm,则相邻亮条纹的中心间距=_______mm。(结果保留三位有效数字)
(2)已知双缝间距,双缝到光屏之间的距离,则红色光的波长_______m。(结果保留三位有效数字)
【答案】 2.320 18.870 2.36
【详解】(1)题图乙螺旋测微器固定刻度示数为2mm,可动刻度示数为32.0×0.01mm,两者相加为2.320mm:题图丙螺旋测微器固定刻度示数为18.5mm,可动刻度示数为37.0×0.01mm,两者相加为18.870mm;相邻亮条纹的中心间距,(2)依据双缝干涉条纹间距规律可得。
6.(2022·辽宁·本溪满族自治县高级中学高二阶段练习)用双缝干涉测量某种单色光的波长的实验装置如图甲所示,光屏上某点P到双缝、的路程差为,如图乙所示,已知真空中的光速为,如果用频率为的橙色光照射双缝:
(1)该橙光的波长是______m。
(2)P点出现______(填“亮”或“暗”)条纹。
(3)仅将橙光换成红光,则光屏上相邻两亮条纹的中心间距______(填“变大”“变小”或“不变”)。
【答案】 暗 变大
【详解】(1) 橙光的波长为,(2) 由于,故P点是振动的减弱点,P点出现暗条纹。(3) 根据,在其他条件不变的情况下,光的波长增大,相邻两亮条纹的中心间距变大。
7.(2022·浙江·高三阶段练习)某同学利用如图丙所示装置测量某种单色光波长。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。某次测量时,选用的双缝的间距为0.2mm,测得屏与双缝间的距离为0.7m。将测量头的分划板中心刻线与某条亮条纹中心对齐,将该亮条纹定为第1条亮条纹,此时手轮上的示数如图丁所示。然后同方向转动测量头,使分划板中心刻线与第6条亮条纹中心对齐,记下此时图戊中手轮上的示数为__________mm,所测单色光波长为____________nm。
【答案】 13.870 660
【详解】图戊中手轮上的示数为,图丁的示数为,则亮条纹的宽度为,由,可得
8.(2022·全国·高二课时练习)某实验小组利用如图甲所示的装置完成“用双缝干涉测量光的波长”实验,双缝之间的距离d=0.20mm,双缝到光屏间的距离。
(1)实验时观察到干涉条纹比较模糊,要使条纹变得清晰,以下调节做法正确的是___________。(单选)
A.旋转测量头 B.移动光源
C.调节拨杆使单缝与双缝平行 D.左右转动透镜
(2)正确调节后,转动测量头的手轮,使分划板的中心刻线对齐亮条纹的中心,分划板在图乙中A、B位置时游标卡尺读数分别如图丙所示。
①分划板在图中A位置时游标卡尺的读数为xA=___________mm,在B位置时游标卡尺读数为xB=___________mm。
②相邻两条纹间距△x=___________mm。
③根据以上数据可得出光的波长=___________m(保留两位有效数字)。
【答案】 C 10.10 19.10 1.5 4.3×10-7
【详解】(1)若单缝与双缝不平行,则单缝上不同点发出的光在通过双缝后形成的干涉条纹将不在相应的位置重合,造成干涉条纹模糊,所以应调节拨杆使单缝与双缝重合。故选C。(2)①在 A位置时游标卡尺的读数为,在B位置时游标卡尺读数为
②A位置时和B位置之间的间距为,AB之间有7条条纹,故相邻两条条纹之间的间距为,③根据公式,可知所测光的波长。
能力提升
9.(2022·山西·太原师范学院附属中学高三阶段练习)图示为“用双缝干涉测光的波长”的实验装置,从左到右依次放置①光源、②红色滤光片、③_________、④___________、⑤遮光筒、⑥光屏。下列说法正确的是( )
A.③、④分别是双缝、单缝
B.减小双缝之间的距离,可以增大相邻暗条纹间的距离
C.若把此装置置于某液体中测量某单色光的波长,测得结果要比在真空中测得该光的波长长
D.若双缝的间距为d,④与光屏的间距为l,用测微目镜测出6条红色条纹间的距离为a,则该红光的波长
【答案】BD
【详解】A.在双缝干涉测光的波长实验中,应先使光源变为一个线光源,再变为频率相等的两个线光源,因此③和④两个元件分别是单缝和双缝,且顺序不能调换,故A错误;B.根据,可知,减小双缝之间的距离d,可以增大相邻暗条纹间的距离,故B正确;C.假若把此装置置于某种液体中,由于液体的折射率大于1,而光在两种情况下频率不变,根据,所以结果将比在真空中测得光的波长短,故C错误;D.用测微目镜测出6条红色条纹间的距离为a,则相邻亮条纹为
则,故D正确。故选BD。
10.(2022·全国·高二期末)利用双缝干涉测定光的波长的实验中,双缝到光屏间的距离l=1.2m,双缝间距d=0.3mm,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。
(1)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.将屏向远离双缝的方向移动 D.使用间距更小的双缝
(2)某种单色光照射双缝得到干涉条纹如图所示,分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数也如图中所给出,则分划板在图中A位置时游标卡尺的读数为xA=11.1mm,在B位置时游标卡尺读数为xB=___________mm,相邻两条纹间距△x=__________mm;该单色光的波长=__________m;
(3)该同学通过测量头的目镜观察单色光的干涉图样时,发现里面的条纹与分划板竖线未对齐(如图所示),若不调节两者平行,将使得波长的测量结果( )
A.结果偏大 B.结果偏小 C.结果无影响
【答案】 B 15.6 0.9 2.25×10-7 A
【详解】(1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数,则需要减小条纹间距,由公式可知A.将单缝向双缝靠近,不改变条纹间距,故A错误;BC.将屏向靠近双缝的方向移动,l减小,则条纹间距减小,故C错误,B正确;D.使用间距更小的双缝,条纹间距增大,故D错误。故选B;(2)由图2可知,游标为10分度,且第6个小格与主尺对齐,则在位置时游标卡尺读数为,则相邻两条纹间距,根据可知,该单色光的波长,(3)如图3测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上,则测得的偏大,由公式,可知,波长的测量值大于真实值,故选A。
11.(2022·全国·高二单元测试)某同学利用如图所示装置测量某种单色光波长。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) 关于本实验下列说法正确的是________
A. 若照在毛玻璃屏上的光很弱或不亮,可能是因为光源、单缝、双缝与遮光筒不共轴所致
B. 若想增加从目镜中观察到的条纹个数应将屏向远离双缝方向移动
C. 使用间距更小的双缝会使条纹间距变小
(2) 某次测量时,选用的双缝的间距为 ,测得屏与双缝间的距离为 ,用某种单色光实验得到的干涉条纹如图2所示,分划板在图中 、 位置时游标卡尺的读数也如图2中所示,则 位置对应的读数为________ 。已知 位置对应的读数为 ,则相邻条纹中心的间距为 ,所测单色光的波长为________ 。
(3) 若某次实验观察到的干涉条纹与分划板的中心刻线不平行,如图3所示,在这种情况测量相邻条纹间距 时,测量值________实际值。(填“大于”“小于”或“等于”)
【答案】 A 10.9 624 大于
【详解】(1)A.该实验中若照在毛玻璃屏上的光很弱或不亮,可能是因为光源、单缝、双缝与遮光筒不共轴所致,故A正确;B.若增加从目镜中观察到的条纹个数,则条纹的宽度 将减小,根据相邻亮条纹间的距离为 可知,可以减小 或者增大 ,所以应将屏向靠近双缝方向移动,故B错误;C.根据相邻亮条纹间的距离为 可知,使用间距更小的双缝,即 减小,会使条纹间距变大,故C错误。故选A。(2)该游标卡尺的精度为,则在A位置时游标卡尺读数为,已知位置对应的读数为 ,由图2知若A位置处为第1条暗纹,则位置处为第7条暗纹,可得相邻条纹中心的间距为,由 可得所测单色光的波长为;(3)若某次实验观察到的干涉条纹与分划板的中心刻线不平行,在这种情况测量相邻条纹间距 时,将导致测量值 大于实际值,由 可知, 的测量值也将大于实际值。
12.(2022·重庆·四川外国语大学附属外国语学校高三)某实验小组用双缝干涉测量光的波长,实验装置如图甲所示。
(1)将实验仪器按要求安装在光具座上,在题图甲中A、B处分别应该安装的器材和滤光片的位置依次是___________。
A.A处为双缝、B处为单缝,滤光片在光源和凸透镜之间
B.A处为单缝、B处为双缝、滤光片在A和B之间
C.A处为双缝,B处为单缝、滤光片在遮光筒内
D.A处为单缝、B处为双缝、滤光片在凸透镜和A之间
(2)己知双缝间距离,双缝到毛玻璃屏间的距离为,如图乙所示,实验时先转动测量头上的手轮,使与游标卡尺相连的分划线对准图丙所示的第1条明条纹中心,此时游标卡尺示数如题图丁所示,读数为___________,然后再转动手轮,使与游标卡尺相连的分划线向右边移动,直到对准第5条明条纹中心,如图丙所示,此时游标卡尺示数如图戊所示,则游标卡尺上的读数___________。由以上已知数据和测量数据,可测得该单色光的波长是___________。(计算结果保留两位有效数字)
【答案】 D 0.3 9.6 6.2×10-7
【详解】(1)从左向右的实验装置是光源、凸透镜、滤光片、单缝、双缝、双屏。故选D。
(2)由图丁可知,游标卡尺读数为,由图戊可知,游标卡尺读数为,相连条纹的间距为,根据
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