高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册实验：用双缝干涉测量光的波长达标测试

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基础知识梳理
一、实验原理
如图所示，两缝之间的距离为d，每个狭缝都很窄，宽度可以忽略.
两缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P0，双缝到屏的距离OP0＝l.则相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距：Δx＝eq \f(l,d)λ.
若已知双缝间距，再测出双缝到屏的距离l和条纹间距Δx，就可以求得光波的波长.
二、实验器材
双缝干涉仪，即光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头.另外，还有学生电源、导线、刻度尺等.
三、实验步骤
1.将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图所示.
2.接好光源，打开开关，使灯丝正常发光.
3.调节各器件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏.
4.安装双缝和单缝，中心大致位于遮光筒的轴线上，使双缝与单缝的缝平行，两者间距5～10 cm，这时可观察白光的干涉条纹.
5.在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹.
四、数据处理
1.安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹.
2.使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中心，记下手轮上的读数a1，将该条纹记为第1条亮纹；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中心，记下此时手轮上的读数a2，将该条纹记为第n条亮纹，则相邻两亮条纹间距Δx＝eq \f(|a2－a1|,n－1).
3.用刻度尺测量双缝到光屏间的距离l(d是已知的).
4.重复测量、计算，求出波长的平均值.
五、误差分析
1.光波的波长很小，Δx、l的测量对波长λ的影响很大.
2.在测量l时，一般用毫米刻度尺；而测Δx时，用千分尺且采用“累积法”.
3.多次测量求平均值.
六、注意事项
1.双缝干涉仪是比较精密的仪器，应轻拿轻放，不要随便拆解遮光筒、测量头等元件.
2.滤光片、单缝、双缝、目镜等如有灰尘，应用擦镜纸轻轻擦去.
3.安装时，注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行且竖直，间距大约5～10 cm.
4.调节的基本依据是：照在像屏上的光很弱.主要原因是灯丝与单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴线所致.干涉条纹不清晰的主要原因一般是单缝与双缝不平行.
5.测量头在使用时应使中心刻线对应着亮(暗)条纹的中心.
6.光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行靠近.
典型例题分析
考点一：杨氏双缝干涉实验的实验目的、原理
【例1】如图所示为双缝干涉的实验装置，图中有四个光学元件的名称空缺，关于它们的名称正确的是（ ）
A．①单缝②滤光片③双缝B．①滤光片②双缝③遮光筒
C．②凸透镜③双缝④遮光筒D．①凸透镜②单缝③双缝
【变式练习】
1．如图是用双缝干涉测光的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是双缝，⑤是光屏。以下操作能够增大光屏上相邻两条亮纹之间的距离的是（ ）
A．增大③和④之间的距离B．增大④和⑤之间的距离
C．将红色滤光片改为绿色滤光片D．增大双缝之间的距离
2．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（λ红>λ绿），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
考点二：杨氏双缝干涉实验的注意事项和误差分析
【例2】以下是一些有关高中物理实验的描述，其中不正确的是（ ）
A．在“用双缝干涉测光的波长”实验中，其他条件不变，换一个两缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距将变窄
B．在“验证动量守恒定律”实验中，斜槽可以不光滑，但必须保持其末端切线水平
C．在“用单摆测定重力加速度”实验中如果摆长测量无误，但测得的g值偏小，其原因可能是将全振动的次数n误计为n-1
D．在测定玻璃折射率实验中，玻璃砖界面aa′与bb′间的距离越小实验误差越小
【变式练习】
1．利用图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①②③元件分别为单缝、滤光片、双缝
B．测量时测量头分划板的中心刻线应与条纹的中心对齐
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
2．在光的双缝干涉实验中，光屏上出现的条纹情况是（ ）
A．中央明条纹最宽
B．各种不同色光的暗条纹间距一样大
C．对于同种色光，光屏离双缝距离越远明条纹的间距越小
D．在相同装置中红光的明条纹间距比紫光的明条纹间距大
课后小练
一、单选题
1．在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，光源与屏之间应依次放置（ ）
A．单缝、滤光片、双缝B．滤光片、单缝、双缝
C．滤光片、双缝、单缝D．双缝、单缝、滤光片
2．如图所示，某同学对双缝干涉实验装置进行调节并观察实验现象，下述现象中能够观察到的是（ ）
A．将滤光片由红色的换成蓝色的，干涉条纹间距变宽
B．将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽
C．换一个两缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变窄
D．去掉滤光片后，干涉现象消失
3．在双缝干涉实验中，设单缝宽度为h，双缝距离为d，双缝与屏的距离为l，当采取下列四组数据中的哪一组时，可在光屏上观察到清晰可辨的干涉条纹( )
A．h＝1cm，d＝0.1mm，l＝1mB．h＝1mm，d＝0.1mm，l＝10cm
C．h＝1mm，d＝10cm，l＝1mD．h＝1mm，d＝0.1mm，l＝1m
4．如图甲所示，利用激光器发射出的激光照射到双缝上，在双缝后面的光屏上能呈现出明、暗相间的干涉条纹。若实验中仅改变某一个实验条件、而其他条件均不变的情况下，得到的干涉图样分别如图乙和丙所示。对于这两次实验，下列说法中正确的是（ ）
A．由于选用的激光器不同，乙图对应的激光的频率较高
B．双缝到光屏的距离L不同，乙图对应的L较大
C．双缝的间距不同，乙图对应的间距较大
D．激光器到双缝的距离不同，乙图对应的距离较大
5．杨氏双缝干涉实验，除给定条件外其它不变，下列说法正确的是（ ）
A．两缝间距越小条纹间距越小
B．光屏离双缝越远条纹间距越大
C．七色光中，用紫光做实验时条纹间距最大
D．用白光做双缝干涉实验得到的是黑白相间的条纹
6．观察双缝干涉图样的实验装置如图所示，用绿色滤光片时从目镜中可以看到绿色的干涉条纹，在其他条件不变的情况下，下列操作可以使条纹的间距变大的是（ ）
A．换成紫色滤光片B．换成缝宽更大的单缝
C．换成间距更小的双缝D．换成双缝到屏的距离更小的遮光筒
7．如图所示为一束太阳光射到截面为六角形的冰晶上时的光路图，、为其折射出的光线中的两种单色光，下列说法正确的是（ ）
A．在冰晶中，光的传播速度较大
B．通过同一装置发生双缝干涉，光的相邻条纹间距较大
C．从同种玻璃中射入空气发生全反射时，光的临界角较小
D．用同一装置做单缝衍射实验，光的中央亮条纹更宽
8．下列说法正确的是（ ）
A．在用单摆测定重力加速度实验中，误将30次全振动记成了31次，则所测加速度偏小
B．在用双缝干涉测量光的波长实验中，仅将红色滤光片换成蓝色滤光片，光屏上观察到的干涉条纹间距变小
C．在测定玻璃的折射率实验中，必须选用两面平行的玻璃砖
D．用油膜法测分子直径时，若撒的痱子粉过多，所测分子直径偏小
二、多选题
9．用绿光做双缝干涉实验，在光屏上呈现出绿暗相间的条纹，相邻两条绿条纹中心间的距离为Δx。下列说法正确的是（ ）
A．如果增大单缝到双缝之间的距离，Δx将增大
B．如果增大双缝之间的距离，Δx将增大
C．如果增大双缝到光屏的距离，Δx将增大
D．如果换成红光做实验，实验装置不变，Δx将增大
10．某同学在做双缝干涉实验时，按图安装好实验装置，在光屏上却观察不到干涉图样，这可能是由于（ ）
A．光束的中央轴线与遮光筒的轴线不一致，相差较大
B．没有安装滤光片
C．单缝与双缝不平行
D．光源发出的光束太强
11．以下是一些有关高中物理实验的描述，其中正确的是（ ）
A．在“用双缝干涉测光的波长”实验中，其他条件不变，换一个两缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距将变窄
B．在实验“探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系”中，应缓慢推拉活塞
C．在“用单摆测定重力加速度”实验中如果摆长测量无误，但测得的g值偏小，其原因可能是将全振动的次数n误计为
D．在测定玻璃折射率实验中，玻璃砖界面与间的距离越小实验误差越小
12．在“用双缝干涉测光的波长”实验中，将所用器材按要求安装在如图甲所示的光具座上，然后接通电源使光源正常工作。实验时调节测量头，使分划板中心刻线与一条亮条纹中心对齐，记录为第一条亮纹，此时手轮上的示数如图乙所示，然后同方向转动测量头，使分划板中心线对准第六条亮条纹的中心，记下此时图丙中手轮的示数，已知双缝间距d为，双缝到屏的距离L为0.800m，下列说法正确的是（ ）
A．用两束单色光A、B分别做干涉实验，若A光的条纹间距比B光的大，则A光折射率更大，在水中的传播速度更大
B．减小实验中的双缝间距，目镜中的条纹数会增加
C．图丁中的亮条纹间距表示正确
D．该单色光的波长约为430nm
三、填空题
13．（某同学用如图甲所示的装置测量激光的波长。将一束激光照在双缝上，在光屏上观察到如图乙所示平行且等宽的明暗相间的条纹。该同学测得双缝间距为d（每个缝的宽度很窄可忽略），光屏到双缝的距离为L，经测量得出5条亮条纹中心之间的距离为a，图乙中的条纹是因为激光发生了______（填“干涉”、“衍射”）现象而产生的，经计算该激光的波长为______。
14．在“双缝干涉测量光的波长”实验中，分别用红色和绿色的激光照射同一双缝，在双缝后的屏幕上，红光的干涉条纹间距△y1与绿光的干涉条纹间距△y2相比，△y1________△y2（填“＞”、“=”或“＜”）。若双缝之间的距离为0.3mm，双缝与屏幕的距离为1.00m，某红光的干涉实验中测得第l条到第6条亮条纹中心间的距离为10.5mm，。则该红光波长为_________m
15．在双缝干涉实验中，分布用红色和绿色的激光照射同一双缝，在双缝后的屏幕上，红光的干涉条纹间距与绿光的干涉条纹间距相比______ （填“＞”、“＜”或“＝”）．若实验中红光的波长为，双缝到屏幕的距离为，测得第一条到第6条亮条纹中心间的距离为，则双缝之间的距离为______．
16．某同学利用图甲所示的装置研究光的干涉和衍射，光电传感器可以测量光屏上光强的分布。某次实验时，在电脑屏幕上得到图乙所示的光强分布，这位同学在缝屏上安装的是________(填“单缝”或“双缝”)。当研究干涉现象时，若要使干涉条纹的间距变大，可选用宽度较________(填“宽”或“窄”)的双缝，或使双缝屏与光屏间的距离________(填“增大”或“减小”)。