高考物理二轮复习训练实验专题17：用双缝干涉实验测量光的波长（含解析）

这是一份高考物理二轮复习训练实验专题17：用双缝干涉实验测量光的波长（含解析），共13页。试卷主要包含了2x，0×0等内容，欢迎下载使用。
1.(6分)(2022·浙江6月选考) 关于双缝干涉实验,下列说法正确的是( )
A.用复色光投射就看不到条纹
B.明暗相间条纹是两列光在屏上叠加的结果
C.把光屏前移或后移,不能看到明暗相间条纹
D.蓝光干涉条纹的间距比红光的大
2.(6分)(多选)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d的双缝,使单缝与双缝保持平行,调节实验装置使光屏上出现清晰的干涉条纹。下列说法正确的是( )
A.滤光片的作用是让白光变成单色光,取走滤光片,屏上显示彩色的干涉条纹
B.若将滤光片由绿色换成红色,光屏上相邻两条亮条纹中心的距离减小
C.若测得5个亮条纹中心间的距离为x,则相邻两条亮条纹间距Δx=0.2x
D.若更换间距更大的双缝,其他条件不变,可从目镜中观察到更多的条纹数量
【加固训练】
(2023·潍坊模拟)某同学做双缝干涉实验时,用波长为λ0的激光照射双缝,墙上的P点出现第3级亮条纹(中央亮条纹为第0级亮条纹)。当他改用另一种激光照射双缝时,P点变为第4级亮条纹,则该激光的波长为( )
A.34λ0 B.λ02 C.14λ0 D.43λ0
3.(6分)(2023·海口模拟)某同学利用如图所示的双缝干涉实验装置测量红色光的波长,测得双缝之间的距离为0.24 mm,光屏与双缝之间的距离为1.20 m,第1条与第8条红色亮条纹中心间的距离为25.90 mm,试回答下列问题:
(1)相邻两条亮条纹的间距为________ mm;
(2)实验中测得的红色光的波长为________ m;
(3)若将图中滤光片换为紫色,则干涉条纹间距将________(选填“变大”“不变”或“变小”)。
4.(8分)某同学利用图乙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)图丙为拨杆,请问它是按照下列哪种方式安装和操作的( )
A.拨杆A处丫字叉套在单缝所在处的支柱并为轴,手持拨杆的C端,通过左右拨动来调节B小孔套住的双缝
B.拨杆B处小孔套在双缝所在处的支柱并为轴,手持拨杆的C端,通过手的左右拨动来调节A处丫字叉套住的单缝
C.拨杆B处小孔套在双缝所在处的支柱并为轴,手持拨杆的C端,通过手的上下拨动来调节A处丫字叉套住的单缝
(3)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
(4)若想增加从目镜中观察到的条纹个数,该同学可进行的操作是( )
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
5.(8分)(2023·黄冈中学模拟)某同学在做“用双缝干涉测光的波长”实验中,使用的双缝间距为d=0.20 mm。双缝到光屏的距离为L=600 mm,观察到的干涉条纹如图甲所示。
(1)在测量头上的是一个螺旋测微器(又叫“千分尺”),分划板上的刻度线处于x1、x2位置时,对应的示数如图乙所示;则相邻亮条纹的间距Δx=__________mm(结果保留3位小数)
(2)计算单色光的波长的公式λ=________(用L、d、x1、x2表示)
(3)代入数据计算单色光的波长λ=________m(结果保留两位有效数字)
(4)图丙为实验装置示意图,S为单缝,S1、S2为双缝,屏上O点处为一亮条纹。若实验时单缝偏离光轴,向右微微移动,则可以观察到O点处的干涉条纹( )
A.向左移动B.向右移动
C.间距变大D.间距变小
6.(9分)(2023·沈阳模拟)在“用双缝干涉测光的波长”的实验中,实验装置如图甲所示。
(1)某同学以线状白炽灯为光源,对实验装置进行调节并观察了实验现象后,总结出以下几点,下列说法中正确的是________;
A.干涉条纹与双缝垂直
B.单缝和双缝应相互平行放置
C.若取下滤光片,光屏上可观察到白光的干涉图样
D.想增加从目镜中观察到的条纹个数,可以将单缝向双缝靠近
(2)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,此时手轮上螺旋测微器示数如图乙所示。然后同方向转动测量头,使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐,记下此时图丙中手轮上的示数为________mm;
(3)已知双缝间距d为2.0×10-4 m,测得双缝到屏的距离L为0.600 m,求所测量光的波长为________m(结果保留三位有效数字)。
7.(8分)(2023·嘉兴模拟)在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中,
(1)用单色光照射双缝后,在目镜中观察到如图所示的情形。若其他操作无误,则上述情形下测得的单色光波长将__________(选填“偏大”“不变”或“偏小”);
(2)若想对图的情形进行调整,则需要的操作是__________ 。
A.旋转毛玻璃屏
B.左右拨动拨杆
C.旋转测量头上的手轮
D.旋转遮光筒和测量头
8.(9分)在“观察光的干涉现象”的实验中,将两片刀片合在一起,在涂有墨汁的玻璃片上划出不同间隙的双缝;按如图所示的方法,让激光束通过自制的双缝,观察在光屏上出现的现象。
(1)保持缝到光屏的距离不变,换用不同间隙的双缝,双缝的间隙越小,屏上明暗相间的条纹间距________(选填“越大”或“越小”)。
(2)保持双缝的间隙不变,光屏到双缝的距离越大,屏上明暗相间的条纹间距________(选填“越大”或“越小”)。
(3)在双缝间的距离和双缝与屏的距离都不变的条件下,用不同颜色的光做实验,发现用蓝色光做实验在屏上明暗相间的条纹间距比用红色光做实验时________(选填“大”或“小”)。
(4)在该实验中,若所用激光的波长为5.300×10-7 m,屏上P点距双缝S1和S2的路程差为1.855×10-6 m,则在这里出现的应是__________(选填“亮条纹”或“暗条纹”)。
解析版
1.(6分)(2022·浙江6月选考) 关于双缝干涉实验,下列说法正确的是( )
A.用复色光投射就看不到条纹
B.明暗相间条纹是两列光在屏上叠加的结果
C.把光屏前移或后移,不能看到明暗相间条纹
D.蓝光干涉条纹的间距比红光的大
【解析】选B。用复色光投射同样能看到条纹,A错误;双缝干涉实验中,明暗相间条纹是两列光在屏上叠加的结果,B正确;由条纹间距Δx=Ldλ知,把光屏前移或后移,改变了L,从而改变了条纹间距,但还能看到明暗相间条纹,C错误;由条纹间距Δx=Ldλ且λ蓝 < λ红知,蓝光干涉条纹的间距比红光的小,D错误。
2.(6分)(多选)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d的双缝,使单缝与双缝保持平行,调节实验装置使光屏上出现清晰的干涉条纹。下列说法正确的是( )
A.滤光片的作用是让白光变成单色光,取走滤光片,屏上显示彩色的干涉条纹
B.若将滤光片由绿色换成红色,光屏上相邻两条亮条纹中心的距离减小
C.若测得5个亮条纹中心间的距离为x,则相邻两条亮条纹间距Δx=0.2x
D.若更换间距更大的双缝,其他条件不变,可从目镜中观察到更多的条纹数量
【解析】选A、D。滤光片的作用是让白光变成单色光,取走滤光片,屏上显示彩色的干涉条纹,故A正确;红光波长较长,由Δx=Ldλ可知光屏上相邻两条亮条纹中心的距离变大,故B错误;若测得5个亮条纹中心间的距离为x,则相邻两条亮条纹间距为0.25x,故C错误;若更换间距更大的双缝,其他条件不变,由Δx=Ldλ可知条纹间距变小,所以可从目镜中观察到更多的条纹数量,D正确。
【加固训练】
(2023·潍坊模拟)某同学做双缝干涉实验时,用波长为λ0的激光照射双缝,墙上的P点出现第3级亮条纹(中央亮条纹为第0级亮条纹)。当他改用另一种激光照射双缝时,P点变为第4级亮条纹,则该激光的波长为( )
A.34λ0 B.λ02 C.14λ0 D.43λ0
【解析】选A。假设双缝间距为d,双缝到光屏的距离为L,OP间距为x,两种激光干涉条纹间距分别为Δx1=x3,Δx2=x4,由Δx=Ldλ可得λλ0=Δx2Δx1=34,所以该激光的波长为λ=34λ0,故选A。
3.(6分)(2023·海口模拟)某同学利用如图所示的双缝干涉实验装置测量红色光的波长,测得双缝之间的距离为0.24 mm,光屏与双缝之间的距离为1.20 m,第1条与第8条红色亮条纹中心间的距离为25.90 mm,试回答下列问题:
(1)相邻两条亮条纹的间距为________ mm;
(2)实验中测得的红色光的波长为________ m;
(3)若将图中滤光片换为紫色,则干涉条纹间距将________(选填“变大”“不变”或“变小”)。
【解析】(1)根据题意可得相邻两条亮条纹的间距Δx=25.907 mm=3.70 mm。
(2)根据条纹间距公式Δx=Ld·λ,可得λ=ΔxdL,代入数据解得λ=7.4×10-7 m。
(3)紫光的波长比红光短,根据条纹间距公式Δx=Ld·λ可知干涉条纹间距将变小。
答案:(1)3.70 (2)7.4×10-7 (3)变小
4.(8分)某同学利用图乙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)图丙为拨杆,请问它是按照下列哪种方式安装和操作的( )
A.拨杆A处丫字叉套在单缝所在处的支柱并为轴,手持拨杆的C端,通过左右拨动来调节B小孔套住的双缝
B.拨杆B处小孔套在双缝所在处的支柱并为轴,手持拨杆的C端,通过手的左右拨动来调节A处丫字叉套住的单缝
C.拨杆B处小孔套在双缝所在处的支柱并为轴,手持拨杆的C端,通过手的上下拨动来调节A处丫字叉套住的单缝
(3)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
(4)若想增加从目镜中观察到的条纹个数,该同学可进行的操作是( )
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
【解析】(1)仪器②的名称为滤光片;⑤的名称为遮光筒。(2)由实验操作步骤可知,拨杆B处小孔套在双缝所在处的支柱并为轴,手持拨杆的C端,通过手的左右拨动来调节A处丫字叉套住的单缝,故选B。(3)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,A、B、C错误,D正确。(4)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Δx=Ldλ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。
答案:(1)滤光片 遮光筒 (2)B (3)D (4)B
5.(8分)(2023·黄冈中学模拟)某同学在做“用双缝干涉测光的波长”实验中,使用的双缝间距为d=0.20 mm。双缝到光屏的距离为L=600 mm,观察到的干涉条纹如图甲所示。
(1)在测量头上的是一个螺旋测微器(又叫“千分尺”),分划板上的刻度线处于x1、x2位置时,对应的示数如图乙所示;则相邻亮条纹的间距Δx=__________mm(结果保留3位小数)
(2)计算单色光的波长的公式λ=________(用L、d、x1、x2表示)
(3)代入数据计算单色光的波长λ=________m(结果保留两位有效数字)
(4)图丙为实验装置示意图,S为单缝,S1、S2为双缝,屏上O点处为一亮条纹。若实验时单缝偏离光轴,向右微微移动,则可以观察到O点处的干涉条纹( )
A.向左移动B.向右移动
C.间距变大D.间距变小
【解析】(1)由题图乙知,螺旋测微器读数为x1=2 mm+19.0×0.01 mm=2.190 mm,
x2=7.5 mm+36.8×0.01 mm=7.868 mm,则相邻亮条纹的间距Δx=x2-x14≈1.420 mm。
(2)根据干涉条纹公式Δx=Ldλ可得,λ=dLΔx=d(x2-x1)4L。
(3)代入数据可得λ=d(x2-x1)4L≈4.7×10-7 m。
(4)根据Δx=Ldλ可知,若实验时单缝偏离光轴,向右微微移动,因双缝间距、双缝到光屏的距离、波长都不变,所以间距不变;由于主光轴变倾斜,可以观察到O点处的干涉条纹向左移动,A正确。
答案:(1)1.420(1.419~1.421均可)
(2)d(x2-x1)4L (3)4.7×10-7 (4)A
6.(9分)(2023·沈阳模拟)在“用双缝干涉测光的波长”的实验中,实验装置如图甲所示。
(1)某同学以线状白炽灯为光源,对实验装置进行调节并观察了实验现象后,总结出以下几点,下列说法中正确的是________;
A.干涉条纹与双缝垂直
B.单缝和双缝应相互平行放置
C.若取下滤光片,光屏上可观察到白光的干涉图样
D.想增加从目镜中观察到的条纹个数,可以将单缝向双缝靠近
(2)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,此时手轮上螺旋测微器示数如图乙所示。然后同方向转动测量头,使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐,记下此时图丙中手轮上的示数为________mm;
(3)已知双缝间距d为2.0×10-4 m,测得双缝到屏的距离L为0.600 m,求所测量光的波长为________m(结果保留三位有效数字)。
【解析】(1)干涉条纹与双缝平行,A错误;单缝和双缝应相互平行放置,B正确;若取下滤光片,光屏上可观察到白光的干涉图样,C正确;想增加从目镜中观察到的条纹个数,则要条纹间距减小,由相邻两条纹间距公式Δx=Ldλ可知,可以将双缝的距离d增大,或减小双缝到屏的距离L,或用波长小的光做实验,若将单缝向双缝靠近,不会改变条纹的间距,不会改变目镜中观察到的条纹个数,D错误。
(2)由图丙可知,螺旋测微器的固定刻度读数为13.5 mm,可动刻度的读数为0.01×37.0 mm=0.370 mm,则手轮上的示数为x2=13.5 mm+0.370 mm=13.870 mm。
(3)由题图乙可知,螺旋测微器的固定刻度读数为2 mm,可动刻度的读数为0.01×32.0 mm=0.320 mm,则手轮上的示数为x1=2 mm+0.320 mm=2.320 mm。则两相邻亮条纹间距为
Δx=x2-x1n-1=13.870-2.3206-1 mm=2.31 mm=2.31×10-3 m
由Δx=Ldλ可得,所测量光的波长为λ=d·ΔxL=2.0×10-4×2.31×10-30.600 m=7.70×10-7 m。
答案:(1)B、C (2)13.870 (3)7.70×10-7
7.(8分)(2023·嘉兴模拟)在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中,
(1)用单色光照射双缝后,在目镜中观察到如图所示的情形。若其他操作无误,则上述情形下测得的单色光波长将__________(选填“偏大”“不变”或“偏小”);
(2)若想对图的情形进行调整,则需要的操作是__________ 。
A.旋转毛玻璃屏
B.左右拨动拨杆
C.旋转测量头上的手轮
D.旋转遮光筒和测量头
【解析】(1)在目镜中观察到如题图所示的情形,会导致条纹间距测量偏大,由公式Δx=Ldλ可知,导致测得的单色光波长偏大;
(2)毛玻璃屏在本实验中的作用是产生漫反射,使图样更明显,故A错误;拨动拨杆的作用是使单缝和双缝平行,获得清晰的干涉图样,因为已有清晰图样,不用调节,故B错误;旋转测量头上的手轮是为了测距,故C错误;旋转遮光筒和测量头的目的是使分划线与干涉条纹平行,故D正确。
答案:(1)偏大 (2)D
8.(9分)在“观察光的干涉现象”的实验中,将两片刀片合在一起,在涂有墨汁的玻璃片上划出不同间隙的双缝;按如图所示的方法,让激光束通过自制的双缝,观察在光屏上出现的现象。
(1)保持缝到光屏的距离不变,换用不同间隙的双缝,双缝的间隙越小,屏上明暗相间的条纹间距________(选填“越大”或“越小”)。
(2)保持双缝的间隙不变,光屏到双缝的距离越大,屏上明暗相间的条纹间距________(选填“越大”或“越小”)。
(3)在双缝间的距离和双缝与屏的距离都不变的条件下,用不同颜色的光做实验,发现用蓝色光做实验在屏上明暗相间的条纹间距比用红色光做实验时________(选填“大”或“小”)。
(4)在该实验中,若所用激光的波长为5.300×10-7 m,屏上P点距双缝S1和S2的路程差为1.855×10-6 m,则在这里出现的应是__________(选填“亮条纹”或“暗条纹”)。
【解析】(1)由Δx=ldλ可知双缝间隙d越小,屏上明暗相间的条纹间距Δx越大。
(2)由Δx=ldλ可知,光屏到双缝的距离l越大,明暗相间的条纹间距Δx越大。
(3)由Δx=ldλ可知,因蓝色光的波长比红色光的波长小,故用蓝色光做实验时的条纹间距比用红色光做实验时小。
(4)屏上P点距双缝S1和S2的路程差为所用激光的波长的3.5倍,所以P点应出现暗条纹。
答案:(1)越大 (2)越大 (3)小 (4)暗条纹