4.4实验：用双缝干涉测量光的波长课时作业-2022-2023学年高二上学期物理人教版2019选择性必修第一册（解析版）

4实验:用双缝干涉测量光的波长一、单项选择题1、在光的双缝干涉实验中,能增大条纹间距的做法是()A.改用频率更高的光波B.改用波长更长的光波C.增大双缝间距D.减小双缝与光屏间距2、用如图所示的装置来观察光的双缝干涉现象时,以下推断正确的是()A.狭缝屏的作用是使入射光到达双缝屏时,双缝就成了两个振动情况总是相同的光源B.若入射光是白光,则像屏上的条纹是黑白相间的干涉条纹C.屏上某点到双缝的距离差为入射光波长的1.5倍时,该点处一定是亮条纹D.双缝干涉中亮条纹之间的距离相等,暗条纹之间的距离不相等3、英国物理学家托马斯·杨巧妙地解决了相干光源问题，第一次在实验室观察到了光的干涉现象。图为实验装置简图，M为竖直线状光源，N和O均为有狭缝的遮光屏，P为光屏。现有四种刻有不同狭缝的遮光屏，实验时正确的选择是()A．N应选用遮光屏1B．N应用遮光屏3C．O应选用遮光屏3D．O应选用遮光屏44、在双缝干涉实验中,图甲是用绿光进行实验时,屏上观察到的条纹情况,a处为中央亮条纹,图乙是换用另一种颜色的单色光进行实验时,屏上观察到的条纹情况,a处仍为中央亮条纹,则 ()A.图乙可能是用红光实验产生的条纹,表明红光波长较长B.图乙可能是用紫光实验产生的条纹,表明紫光波长较长C.图乙可能是用紫光实验产生的条纹,表明紫光波长较短D.图乙可能是用红光实验产生的条纹,表明红光波长较短5、在双缝干涉实验中,用波长为5×10-7m的黄光照射双缝。已知两缝间的距离为0.3mm,双缝到光屏的距离为1.2m,光屏上P点到双缝S1和S2的路程差为7.5×10-7m,则 ()A.P点出现的是亮条纹,相邻两条亮条纹或暗条纹的中心间距为2mmB.P点出现的是暗条纹,相邻两条亮条纹或暗条纹的中心间距为2mmC.P点出现的是亮条纹,相邻两条亮条纹或暗条纹的中心间距为4mmD.P点出现的是暗条纹,相邻两条亮条纹或暗条纹的中心间距为4mm6、某次实验中,测得第一级亮条纹和第三级亮条纹中心相距4.0×10-2m,若双缝间距为0.1mm,双缝到屏的距离为4.0m,则光波的波长为()A.8.0×10-8mB.5.0×10-7mC.1.5×10-8mD.1.0×10-7m7、在杨氏双缝干涉实验中，如果不用激光光源而用一般的单色光源，为了完成实验可在双缝前边加一单缝获得线光源，如图所示，在用单色光做双缝干涉实验时，若单缝S从双缝S1、S2的中央对称轴位置处稍微向上移动，则()A．不再产生干涉条纹B．仍可产生干涉条纹，且中央亮纹P的位置不变C．仍可产生干涉条纹，中央亮纹P的位置向上移D．仍可产生干涉条纹，中央亮纹P的位置略向下移8、如图所示是用a、b两种单色光分别通过同一双缝干涉装置获得的干涉图样。现让a、b两种光组成的复色光穿过平行玻璃砖或三棱镜时，光的传播路径与方向可能正确的是()二、多项选择题9、用红光做光的双缝干涉实验，如果将其中一缝改用蓝光，下列说法正确的是()A．在光屏上出现红蓝相间的干涉条纹B．只有相干光源发出的光才能在叠加时产生干涉现象，红光和蓝光不会发生干涉现象C．频率不同的两列光也能发生干涉现象，此时出现彩色条纹D．两束光只能相互叠加，不能产生明暗相间的干涉条纹10、(多选)利用图中装置研究双缝干涉现象时，有下面几种说法，其中正确的是()A．将屏移近双缝，干涉条纹间距变窄B．将滤光片由蓝色的换成红色的，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．换一个两缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变窄11、在杨氏双缝干涉实验中,下列说法正确的是(n为自然数,λ为光波波长) ()A.在与双缝的距离相等的点形成暗条纹B.在与双缝的距离之差为nλ的点形成亮条纹C.在与双缝的距离之差为nλ2D.在与双缝的距离之差为n+112、利用图示装置研究双缝干涉现象并测量光的波长，下列说法中正确的有()A．实验装置中的①②③元件的中心大致位于遮光筒的中心轴线上B．将滤光片由紫色换成红色，干涉条纹间距变宽C．将双缝换为间距更小的双缝后，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13、在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中,实验装置如图所示。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.使用间距更大的双缝C.将屏向远离双缝的方向移动D.将红色滤光片换成绿色滤光片二、非选择题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为L1，双缝与屏的距离为L2，单缝宽为d1，双缝间距为d2．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，让分划板的中心刻度对准屏上亮纹的中心，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．(1)分划板的中心刻线对准第1条亮纹的中心时示数为x1＝2.190mm，对准第4条亮纹的中心时手轮上的读数如图乙所示，则此时读数x2＝________mm.(2)相邻两条亮纹间的距离Δx＝________mm，入射光的波长为λ＝________(用题中的字母表示)．15、某同学在实验室找到了一台陈旧的激光器,铭牌已模糊不清,为了测出该激光器发出光的波长,他在实验室中进行了以下操作:a.将双缝放置在距墙面恰好是5块完整地板砖的位置;b.用激光器照射双缝,在墙面上得到了如图所示的清晰的干涉条纹。(1)图中第5条亮条纹中心位置的读数为cm,相邻两条亮条纹间距Δx=cm;(2)已知所用双缝的宽度d=0.10mm,实验室的地面由“80cm×80cm”的地板砖铺成,则该激光器发出光的波长为m(结果保留2位有效数字)。16、在“用双缝干涉测光的波长”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d＝0.2mm的双缝屏．从仪器注明的规格可知，像屏与双缝屏间的距离l＝700mm.然后，接通电源使光源正常工作．(1)已知测量头主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50个分度．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(a)所示，图乙(a)中的数字是该同学给各暗纹的编号，此时图乙(b)中游标尺上的读数x1＝1.16mm；接着再转动手轮，映入眼帘的干涉条纹如图丙(a)所示，此时图丙(b)中游标尺上的读数x2＝________mm.(2)利用上述测量结果，经计算可得两个相邻明纹(或暗纹)间的距离Δx＝________mm；这种色光的波长λ＝________nm.17、洛埃德(H.Lloyd)在1834年提出了一种更简单的观察光的干涉现象的装置——洛埃德镜。如图所示,从单缝S发出的光,一部分入射到平面镜后反射到光屏上,另一部分直接投射到光屏上,在光屏上两光束交叠区域里将出现干涉条纹。单缝S通过平面镜成的像是S'。(1)通过洛埃德镜在屏上可以观察到明暗相间的干涉条纹,这和双缝干涉实验得到的干涉条纹一致。如果S被视为其中的一个缝,相当于另一个“缝”。(2)实验表明,光从光疏介质射向光密介质,在界面处发生反射时,若入射角接近90°,反射光与入射光相比,相位有π的变化,即半波损失。如果把光屏移动到和平面镜接触,接触点P处是(填“亮条纹”或“暗条纹”)。(3)实验中,已知单缝S到平面镜的距离为h=0.15mm,单缝到光屏的距离为D=1.2m,观测到第3条亮条纹到第12条亮条纹的中心间距为22.78mm,则该单色光的波长λ=m(结果保留3位有效数字)。

18、在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，请按照题目要求回答下列问题。(1)如图1所示，甲、乙都是光的条纹形状示意图，其中干涉图样是________。(2)将下表中的光学元件放在图2所示的光具座上组装成“用双缝干涉测量光的波长”的实验装置，并用此装置测量红光的波长。元件代号ABCDE元件名称光屏双缝白光光源单缝透红光的滤光片将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，各光学元件的排列顺序应为________。(填写元件代号)(3)已知该装置中双缝间距d＝0.50mm，双缝到光屏的距离l＝0.50m，在光屏上得到的干涉图样如图3中(a)所示，分划板中心刻线在图中A位置时游标卡尺示数如图3中(b)所示，则其读数为________mm；在B位置时游标卡尺示数如图3中(c)所示。由以上所测数据可以得出形成此干涉图样的单色光的波长为________m。答案与解析1、B解析：双缝干涉中相邻两条明(暗)条纹间的距离Δx=ldλ,频率越高的光波的波长越短,对应的条纹间距越小,故A错误;改用波长更长的光波,相邻两条明(暗)条纹间的距离会增大,故B正确;增大双缝间距,相邻两条明(暗)条纹间的距离会减小,故C错误;减小双缝与光屏间距,相邻两条明(暗)条纹间的距离会减小,故D2、A解析：狭缝的作用是形成线光源,使得入射光到达双缝屏时,双缝就成了两个振动情况总是相同的光源,故A正确;若入射光是白光,则像屏上产生的条纹是彩色的干涉条纹,故B错误;像屏上某点到双缝的距离差为入射光波长的1.5倍时,该点是振动减弱点,该处一定是暗条纹,故C错误;干涉条纹是等间距的,相邻的两条亮条纹或相邻的两条暗条纹间距相等,故D错误。3、A解析：在双缝干涉实验中，光线要先通过单缝，再通过双缝，形成相干光源，且线光源应和单缝、双缝均平行，因此N应选用遮光屏1，O应选用遮光屏2，选项A、C错误。4、A解析：同一实验装置,l、d不变,由Δx=ldλ可知,相邻两条亮条纹(或暗条纹)之间的距离Δx与λ成正比。图乙中条纹间距比图甲中的大,所以图乙所对应光的波长较长,可知图乙可能是用红光实验产生的条纹而不是紫光,故A正确,B、C、D5、B解析：光屏上P点到双缝S1和S2的路程差为7.5×10-7m,黄光的波长为5×10-7m,则n=Δsλ2=3,为奇数,在P点出现暗条纹,相邻两条亮条纹或暗条纹的中心间距为Δx=ldλ=1.2m0.0003m×5×10-7m=2×10-3m=2mm,故B正确,A6、B解析：Δx=4.0×10-23-1m=2.0×10-2m,l=4.0m,d=0.1mm=1.0×10-4m,根据公式Δx=ldλ,有λ=d·Δxl7、D解析：本实验中单缝S的作用是形成频率一定的线光源，双缝S1、S2的作用是形成相干光源，稍微移动S后，没有改变传到双缝的光的频率，S1、S2射出的仍是相干光，由单缝S发出的光到达屏幕上P点下方某点光程差为零，故中央亮纹下移．故D正确．8、D解析：从干涉图样可知a光的波长大于b光的波长，因此a光的频率小于b光的频率，所以b光的折射率更大；选项A应是左侧为b光，右侧为a光；选项B中射出的两光线都应与复色光平行，A、B错误。由于b光的折射率更大，所以b光的临界角更小，更容易发生全反射，C错误，D正确。9、BD解析：频率相同、相位差恒定是产生干涉现象的条件，红光和蓝光频率不同，不能产生干涉现象，不会产生干涉条纹，A、C错误。10、ABD解析：由条纹间距公式Δx＝eq\f(l,d)λ可知，当将屏移近双缝时，屏与双缝间的距离l减小，条纹间距Δx变窄，A正确；将滤光片由蓝色的换成红色的，由于红色的波长大，所以条纹间距Δx变宽，B正确；将单缝向双缝移动一小段距离后，对条纹间距Δx没有影响，C错误；当两双缝间距离d增大时，条纹间距Δx变窄，D正确．11、BD解析：在杨氏双缝干涉实验中,当某处与双缝距离之差Δδ为波长的整数倍,即Δδ=nλ(n=0,1,2,…)时,这点为振动加强点,该处出现亮条纹;当Δδ为半波长的奇数倍,即Δδ=(2n+1)λ2(n=0,1,2,…)时,这点为振动减弱点,该处出现暗条纹,选B、D12、ABC解析：实验装置中的①②③元件的中心大致位于遮光筒的中心轴线上，A正确；根据Δx＝eq\f(l,d)λ可知，将滤光片由紫色换成红色，红光波长大于紫光，则干涉条纹间距变宽，B正确；根据Δx＝eq\f(l,d)λ可知，将双缝换为间距更小的双缝后，干涉条纹间距变宽，C正确；测量过程中误将5个条纹间距数成6个，测得的条纹间距变小，则根据λ＝eq\f(dΔx,l)波长测量值偏小，D错误．13、BD解析：若想增加从目镜中观察到的条纹个数,则应该减小条纹间距,根据Δx=ldλ可知,将单缝向双缝靠近,对条纹间距无影响,故A错误;使用间距更大的双缝,可减小条纹间距,故B正确;将屏向远离双缝的方向移动,即l变大,条纹间距变大,故C错误;将红色滤光片换成绿色滤光片,则波长减小,条纹间距减小,故D正确。故选B、D14、答案：(1)7.868(7.866～7.869)(2)1.893(或1.892)eq\f(x2－x1d2,3L2)解析：(1)题图乙中螺旋测微器的固定刻度读数为7.5mm，可动刻度读数为0.01×36.8mm＝0.368mm，则最终读数为x2＝7.5mm＋0.368mm＝7.868mm.(2)相邻两条亮纹间的距离Δx＝eq\f(7.868－2.190,3)mm≈1.893mm(或1.892)；根据双缝干涉条纹的间距公式Δx＝eq\f(L2,d2)λ，解得λ＝eq\f(Δxd2,L2)＝eq\f(d2x2－x1,3L2).15、答案：(1)10.452.46(2)6.2×10-7解析：(1)刻度尺的分度值为1mm,需要估读到分度值的下一位,可得第5条亮条纹中心位置的读数为x5=10.45cm。第1条亮条纹中心位置的读数为x1=0.60cm,则相邻两条亮条纹间距Δx=x5-x1(2)所用双缝的宽度d=0.10mm=0.0001m,双缝到墙面的距离l=80cm×5=400cm=4m,根据双缝干涉条纹间距公式Δx=ldλ,可得λ=dl·Δx,代入数据解得波长λ=6.2×10-716、答案：(1)15.02(2)2.316.6×102解析：(1)游标尺的读数x2＝(15.0＋1×0.02)mm＝15.02mm.(2)图乙(a)中暗纹与题图丙(a)中暗纹间的间隔为6个，故Δx＝eq\f(x2－x1,6)＝2.31mm；由Δx＝eq\f(l,