2021届高考物理二轮复习实验精解训练（14）实验：用双缝干涉测量光的波长

2021届高考物理二轮复习实验精解训练（14）

实验：用双缝干涉测量光的波长

1.利用双缝干涉测定光的波长实验中，双缝间距，双缝到光屏间的距离，用某种单色光照射双缝得到干涉条纹如图所示，分划板在图中位置时游标卡尺读数也如图中所给出，则：

（1）分划板在图中B位置时游标卡尺读数________mm；

（2）相邻两条纹间距__________mm（保留3位有效数字）；

（3）该单色光的波长__________nm（保留3位有效数字）；

（4）若改用频率较高的单色光照射，得到的干涉条纹间距将________（填“变大”“不变”或“变小”）。

2.如图甲所示是用双缝干涉测光的波长的实验设备示意图。

在某次实验中，已知双缝到光屏之间的距离是600 mm，双缝之间的距离是0.20 mm，单缝到双缝之间的距离是100 mm。某同学在用测量头测量时，先将测量头目镜中看到的分划板中心刻线对准某条亮纹记作第1条的中心，这时手轮上的示数如图乙所示，然后他转动测量头，使分划板中心刻线对准第7条亮纹的中心，这时手轮上的示数如图丙所示，这两次示数依次为__________mm和___________mm，由此可以计算出这次实验中所测得的单色光的波长为_____________nm（结果保留到整数位）。

3.某同学利用图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：

（i）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

（ii）若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为，测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为，则单色光的波长___________；

（iii）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1.20 m，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______nm（结果保留3位有效数字）。

4.在“用双缝干涉测量光的波长”实验中,将实验器材按要求安装在光具座上,如图甲所示。在实验前已获知的数据有:双缝的间距为,双缝到屏的距离为。

(1)分别选用红色滤光片和蓝色滤光片做实验,得到的干涉图样是如下四幅图中的两幅,其中用红色滤光片做实验得到的干涉图样是________;

A.  B.

C.  D.

(2)一同学用某种单色光照射双缝得到的干涉图样如图乙所示,分划板在图乙中A位置时游标卡尺读数为11.1 mm,在B位置时游标卡尺的示数如图丙所示,则在B位置时游标卡尺的读数为________mm,单色光的波长为________m;(结果保留三位有效数字)

(3)另一同学按实验要求安装好器材后,观察到明显的干涉现象,若他对实验装置改动后,在屏上仍能观察到清晰的条纹,且条纹数目有所增加,此改动可能是________。

A.仅将滤光片移至单缝和双缝之间 B.仅将单缝向远离双缝方向移动少许

C.仅将单缝与双缝的位置互换 D.仅将红色滤芯光片换成绿色滤芯光片

5.某同学用如图甲所示的双缝干涉实验仪测量光的波长。

（1）实验中选用的双缝间距为d，双缝到像屏的距离为L，在像屏上得到的干涉图样如图乙所示，分划板刻线在图中位置时，游标卡尺的读数分别为，则入射的单色光波长的计算表达式为_________。

（2）分划板刻线在明条纹B处时，游标卡尺的读数为31.15 mm，由此可知该游标卡尺的分度是_______（选填“10分度”、“20分度”或“50分度”）

（3）关于该实验，下列说法正确的是___________。

A.如果去掉滤光片，在像屏上得到的是明暗相间的白色干涉条纹

B.如果用激光作为光源，则无须凸透镜和滤光片，也能在像屏上得到干涉条纹

C.单缝和双缝必须相互平行，且处于竖直方向的位置，否则无法用测量头读数

D.若双缝中某一条被遮住，则像屏上不再有条纹

（4）如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，如图丙所示，条纹间距的测量值_________（选填“大于”“小于”或“等于”）实际值。

6.在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，实验装置如图所示。

（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：

A.灯丝与单缝和双缝必须平行放置

B.干涉条纹与双缝垂直

C.干涉条纹的疏密程度与单缝宽度有关

D.干涉条纹的间距与光的波长

有关以上几点中，你认为正确的是________。

（2）当测量头中的分划板中心刻线对齐某条纹的中心时，手轮上的示数如图甲所示，该读数为_________mm。

（3）如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，如图乙所示。则在这种情况下来测量干涉条纹的间距时，测量值_________（选填“大于”“小于”或“等于”）实际值。

7.现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在如图甲所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长。

（1）将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，表示各光学元件的字母排列顺序应为C、_________、_________、_________、A。

（2）本实验的步骤有：

①取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮；

②按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上；

③用刻度尺测量双缝到屏的距离；

④用测量头（其读数方法同螺旋测微器）测量数条亮条纹间的距离。

在操作步骤②时还应注意___________和__________________。

（3）将测量头的分划板中心刻线与某亮条纹中心对齐，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条亮条纹中心对齐，记下此时图丙中手轮上的示数为_________mm，求得相邻亮条纹的间距为_____mm。

（4）已知双缝间距，测得双缝到屏的距离，由计算式_________，求得所测红光的波长为_________nm。

8.在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上，如图甲所示，并选用缝间距的双缝屏。从仪器注明的规格可知，像屏与双缝屏间的距离。接通电源使光源正常工作。

（1）三个光学元件依次为__________。

A.滤光片、单缝片、双缝片 B.滤光片、双缝片、单缝片

C.偏振片、单缝片、双缝片 D.双缝片、偏振片、单缝片

（2）对于某种单色光，为增加相邻亮条纹（暗条纹）间的距离，可采取的方法有________。

A.减小双缝间距离  B.增大单缝的宽度

C.减小透镜与光源的距离 D.增大双缝到屏的距离

（3）已知测量头主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50分度。某同学调整手轮后，从测量头的目镜看去，第1次映入眼帘的干涉条纹如图乙所示，图中的数字是该同学给各暗条纹的编号，此时游标卡尺如图丙所示，读数为；接着再转动手轮，映入眼帘的干涉条纹如图丁所示，此时游标卡尺如图戊所示，读数为__________mm。

（4）利用上述测量结果，经计算可得两个相邻亮条纹（或暗条纹）的距离，进而计算得到这种色光的波长________nm。

（5）一同学通过测量头的目镜观察单色光的干涉图样时，发现里面的亮条纹与分划板竖线未对齐，如图己所示。若要使两者对齐，该同学应___________。

A.仅左右转动透镜 B.仅旋转滤光片 C.仅拨动拨杆 D.仅旋转测量头

答案以及解析

1.答案：（1）15.5

（2）0.717

（3）574

（4）变小

解析：（1）B位置游标卡尺主尺读数15 mm，游标读数为，所以最终读数为15.5 mm；

（2）A位置游标卡尺主尺读数11 mm，游标读数为，所以最终读数为11.2 mm，根据公式；

（3）根据双缝干涉条纹间距公式可得；

（4）根据（3）的分析可知，频率越高，波长越短，条纹间距越小。

2.答案：0.640；10.294（10.293~10.295）；536

解析：题图乙的示数，主尺刻度为0.5 mm，螺旋分尺刻度为，所以示数为0.640 mm；题图丙主尺刻度为10 mm，螺旋分尺刻度为，所以示数为10.294 mm；根据题意可知，亮纹间距，根据，可得。

3.答案：（i）B

（ii）

（ⅲ）630

解析：（i）若想增加从目镜中观察到的条纹个数，需要减小条纹间距，由公式可知，需要减小双缝到屏的距离或增大双缝间的距离d，故B正确，ACD错误。（ii）由题意可知，，可得。（ⅲ）将已知条件代入公式解得。

4.答案：(1)A

(2)15.6;

(3)D

解析：(1)干涉图样应是间距相等明暗相间的条纹,由于红光的波长比蓝光的波长长,根据可知,红光的干涉图样的条纹间距更大,A正确。

(2)根据游标卡尺读数规则知读数为;根据条纹间距公式可知,得波长,由题图乙可知,之间共有7个条纹间距,故相邻两条亮条纹中心间的距离,将以上数据代入得。

(3)对实验装置改动后,在屏上仍能观察到清晰的条纹,且条纹数目有所增加,可知相邻两亮条纹中心的间距减小,,仅将滤光片移至单缝和双缝之间,与d都不变,则不变,故A错误;仅将单缝向远离双缝方向移动少许，与d都不变,则不变,故B错误;仅将单缝与双缝的位置互换,将不能正常观察双缝干涉,故C错误;仅将红色滤光片换成绿色滤光片,λ减小,L与d都不变,则减小,故D正确。

5.答案：（1）

（2）20分度

（3）B

（4）大于

解析：（1）根据条纹间距公式知，入射光的波长为。（2）因为10分度、20分度、50分度的精确度分别为0.1 mm、0.05 mm、0.02 mm，所以读数为31.15 mm时使用的是20分度的游标卡尺。（3）去掉滤光片，产生彩色的干涉条纹，故A错误。如果用激光作为光源，则无须凸透镜和单缝，因为激光平行度好，亮度高，故B正确。单缝和双缝必须相互平行，但不一定要处于竖直方向的位置，故C错误。若双缝中某一条被遮住，则会形成单缝衍射条纹，故D错误。（4）如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，则相邻两条亮条纹的中心在测量方向上的距离增大，所以条纹间距的测量值大于真实值。

6.答案：（1）AD（2）0.700（3）大于

解析：（1）为了获得清晰的干涉条纹，A正确；由干涉现象可知干涉条纹与双缝平行，B错误；干涉条纹的疏密与单缝宽度无关，与光的波长有关，C错误，D正确。

（2）手轮的读数为。

（3）条纹与分划板不平行时，实验值为条纹与分划板竖直刻线间的夹角，故。

7.答案：（1）E；D；B

（2）放置单缝、双缝时，必须使缝平行；单缝、双缝间距离要适当

（3）13.870；2.310

（4）；660

解析：（1）滤光片E是从白光中选出单色红光，单缝D获得线光源，双缝B获得相干光源，最后成像在毛玻璃屏A上。所以排列顺序为。

（2）在操作步骤②时应注意的事项有：放置单缝、双缝时，必须使缝平行；单缝、双缝间距离要适当；要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一轴线上。

（3）螺旋测微器的读数应该先读整数刻度，然后看半刻度是否露出，最后看可动刻度，题图丙读数为13.870 mm，题图乙读数为2.320 mm，所以相邻亮条纹间距。

（4）由条纹间距公式得，代入数值解得。

8.答案：（1）A

（2）AD

（3）15.02

（4）660

（5）D

解析：（1）双缝干涉实验是让单色光通过双缝在光屏上形成干涉图样，所以让白炽灯光通过滤光片形成单色光，再经过单缝形成线光源，再通过双缝形成干涉条纹。故自光源起合理的顺序是滤光片、单缝片、双缝片，选A。

（2）根据相邻亮条纹间的距离为，为增加相邻亮条纹（暗条纹）间的距离，可减小双缝间距离或增大双缝到屏的距离，AD正确，BC错误。

（3）题图戊中，游标卡尺的主尺读数为15 mm，游标读数为，所以最终读数为。

（4）两个相邻亮条纹（或暗条纹）间的距离，根据，得。

（5）旋转测量头，分划板竖线随之旋转，可使分划板竖线与亮条纹对齐，故选D。