4.4实验：用双缝干涉测量光的波长 综合训练 -2021-2022学年高二上学期物理人教版2019选择性必修第一册（解析版）

4.4实验：用双缝干涉测量光的波长一、选择题（共14题）1．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＝10cmC．h＝1mm，d＝10cm，l＝1mD．h＝1mm，d＝0.1mm，l＝1m2．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3．在利用测量头测量条纹宽度时，应使分划板中心刻线（）A．与亮条纹的边缘对齐 B．与暗条纹的边缘对齐C．与亮条纹的中心位置对齐 D．与暗条纹的中心位置对齐4．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，若想减少从目镜中观察到的条纹个数，该同学可（）A．将单缝靠近双缝 B．将单缝远离双缝C．将屏向远离双缝的方向移动 D．将屏向靠近双缝的方向移动5．一束单色平行光通过双缝后，在屏上得到干涉条纹，下列说法正确的是()A．相邻两条亮纹间距比相邻两条暗纹间距大B．用红光做实验比用紫光做实验时，得到的亮条纹或暗条纹间的间距小C．用白光做此实验不能形成条纹D．用白光做此实验，屏上出现彩色条纹6．如图所示，在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，光具座上放置的光学元件有光源、遮光筒和其他元件，其中a、b、c、d各装置的名称依次是下列选项中的（）A．a单缝、b滤光片、c双缝、d光屏B．a滤光片、b单缝、c双缝、d光屏C．a单缝、b双缝、c滤光片、d光屏D．a滤光片、b双缝、c单缝、d光屏7．在“用双缝干涉测光的波长”实验中（实验装置如图）:下列说法哪一个是错误的（）（填选项前的字母）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．测量某条干涉亮纹位置时，应使测微目镜分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐C．为了减小测量误差，可用测微目镜测出条亮纹中心间的距离，求出相邻两条亮纹间距8．如图甲所示为双缝干涉的实验装置，光源发出的光经滤光片，然后通过单缝和双缝，在光屏上出现明暗相间的条纹如图乙所示，屏上P、P1、P2处依次排列着明条纹，Q1、Q2处出现暗条纹，P到S1、S2的距离相等。若遮光筒内装满水，其它条件不变，则光屏上（）A．不再出现明暗相间的条纹 B．P处可能出现暗条纹C．P1处一定为明条纹 D．明暗相间的条纹间距变小9．如图所示为一双缝干涉实验的装置图，其中光源为白炽灯泡，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清晰的干涉条纹。关于该实验，下列说法正确的是（）A．若取下滤光片，光屏上将出现彩色的干涉条纹B．将单缝向右平移一小段距离，光屏上相邻两条亮条纹中心的距离减小C．将双缝间的距离增大，光屏上相邻两条暗条纹中心的距离增大D．将红色滤光片换成绿色滤光片，光屏上相邻两条暗条纹中心的距离增大10．图为“用双缝干涉测光的波长”的实验装置，实验装置使光屏上能观察到清晰的干涉条纹。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．应先放上单缝和双缝，再调节光源高度使光沿遮光筒轴线照在屏中心D．测出条亮条纹间的距离，则相邻两条亮条纹间距为11．如图，一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖，在玻璃砖底面上的入射角为，经折射后射出a、b两束光线，则（）A．单色光a、b从玻璃进入空气，波速变大，频率变大B．单色光a通过玻璃砖所需的时间小于单色光b通过玻璃砖所需时间C．若改变光束的入射方向使角逐渐变大，则折射光线b首先消失D．分别用a、b光在同一个双缝干涉实验装置上做实验，a光的干涉条纹间距小于b光的干涉条纹间距12．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13．如图所示，在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，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．测量某条干涉亮纹位置时，应使测微目镜分划中心刻线与该亮纹的中心对齐C．为了减少测量误差，可用测微目镜测出n条亮纹间的距离a，求出相邻两条亮纹间距D．屏上的干涉条纹与双缝垂直14．两束平行单色光a、b垂直于PQ面射入面为直三角形的棱镜PQM，从另一面PM射出时的光束为a′、b′，如图所示。下列说法正确的是（）A．b光在棱镜中传播速度较大B．b光的频率大于a光的频率C．在完全相同的条件下做双缝干涉实验，a光对应的干涉条纹间距较宽D．在其他条不变的情况下，当顶角P增大时，b光一定不会在PM面上发生全反射二、填空题15．如图所示利用激光完成“双缝干涉”实验，双缝的作用是______________，观察到的现象是______________．16．如图所示是用激光器、缝间距可调节的双缝屏、光屏等器材研究光的干涉现象的装置．实验中用激光照射双缝，其目的是产生________相同的两束光；为了增大光屏上干涉条纹的间距，只调节双缝间隙Δs，其它条件不变，应使Δs________（填“增大”或“减小”）；如果将红光换为紫光，其它条件不变，光屏上干涉条纹的间距将________（填“增大”或“减小”）．17．在某次双缝干涉实验中，如图所示，Q处是中央亮纹P往上数的第二条暗纹，已知从双缝S1和S2发出的两束相干光到Q点的路程差是9×10-7m，则实验所使用的单色光源发出光的频率是______．18．如图甲所示，在“用双缝干涉测光的波长”实验中，将双缝干涉仪按要求安装在光具座上，已知双缝与屏的距离为L，双缝间距为d。①调节仪器使分划板的中心刻度对准一条亮条纹的中心A，示数如图乙所示，其读数为x1=____________mm。移动手轮至另一条亮条纹的中心B，读出其读数为x2.②写出计算波长的表达式λ=____________（用x1、x2、L、d表示）。③若将滤光片由绿色换成红色，其他条件不变，则屏上干涉条纹的间距将____________（填“增大”“减小”或“不变”）。三、综合题19．用如图所示的实验装置观察双缝干涉图样，双缝之间的距离是，用的是绿色滤光片，从目镜中可以看到绿色干涉条纹。(1)如果把毛玻璃屏向远离双缝的方向移动，相邻两亮条纹中心的距离如何变化？(2)把绿色滤色片换成红色，相邻两个亮条纹中心的距离增大了。这说明哪种色光的波长较长？(3)如果改用间距为的双缝，相邻两个亮条纹中心的距离会有什么变化？20．某同学在“用双缝干涉测激光的波长”实验中；如图甲所示，若将激光束照在双缝上，在光屏上观察到的现象是图乙图样的平行且等宽的明暗相间的条纹，为测量该激光的波长，测得双缝间距为d（每个缝的宽度很窄，宽度可忽略），光屏到双缝距离为L，现使测量头的分划板中心刻线与条纹的中心对齐，经测量得出5条亮条纹之间的距离为a，求该激光的波长。21．1801年，托马斯·杨用双缝干涉实验研究了光波的性质。1834年，洛埃利用单面镜同样得到了杨氏干涉的结果（称洛埃镜实验）。洛埃镜实验的基本装置如图所示，为单色光源，为一平面镜。发出的光直接照在光屏上，同时发出的光还通过平面镜反射在光屏上。从平面镜反射的光相当于在平面镜中的虚像发出的，这样就形成了两个一样的相干光源。设光源到平面镜的垂直距离和到光屏的垂直距离分别为和，光的波长为。写出相邻两条亮纹（或暗纹）间距离的表达式。参考答案：1．D【详解】在双缝干涉实验中，要得到清晰的干涉条纹，由可知，必须满足单缝宽度和双缝之间的距离都很小，双缝到屏的距离足够大。故选D。2．D【详解】A．双缝干涉条纹等间距、等宽度、等亮度，故A错误；B．根据双缝干涉条纹的间距公式知不同色光，波长不同，则条纹间距不同，故B错误；C．根据双缝干涉条纹的间距公式知对于同种色光，光屏离双缝距离L越远明条纹的间距越大，故C错误；D．根据可知红光波长长，则条纹间距大，故D正确。故选D。3．C【详解】在利用测量头测量条纹宽度时，应使分划板中心刻线与亮条纹的中心位置对齐，这是因为条纹的边缘轮廓不清晰，如果对准边缘测量误差较大，而亮条纹比暗条纹更好观测，C正确，ABD错误。故选C。4．C【详解】AB．若想减少从目镜中观察到的条纹个数，则需要使条纹的宽度增大，根据相邻亮条纹间的距离公式可知改变单缝与双缝间的距离不能改变条纹的宽度。故AB错误；CD．同理，将屏向远离双缝的方向移动，可使L变大，达到增大条纹宽度的目的。故C正确；D错误。故选C。5．D【详解】干涉条纹的明纹和暗纹宽度是相等的，A错误；条纹间距与波长成正比，所以用红光做实验比用紫光做实验时，得到的明条纹或暗条纹间的间距大，B错误；用白光做此实验，屏上出现彩色干涉条纹，C错误，D正确．6．B【详解】为了获取单色的线光源，光源后面是滤光片、单缝，然后通过双缝在光屏上产生干涉图样，则后面是双缝、遮光筒和光屏。故B正确，ACD错误。故选B。7．A【详解】A．调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，不放单缝和双缝,A错误；B．测量某条干涉亮纹位置时，应使测微目镜分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐，B正确；C．为了减小测量误差，可用测微目镜测出条亮纹中心间的距离，求出相邻两条亮纹间距进而应用计算波长，C正确。故选A。8．D【详解】设光在空气中的波长为，在水中传播时，光的频率不变，波长和波速改变，在水中光速和波长分别为根据相邻条纹的间距公式可知在介质中相邻两个明条纹的间距仅为真空中的，即条纹变密；条纹变密，仍然有明暗条纹，且随着明暗条纹间距的变化，P处一定出现明条纹，P1处不一定为明条纹。故选D。9．A【详解】A．取下滤光片，不同的色光干涉，在光屏上将出现彩色的干涉条纹，故A正确；B．若单缝向右平移一小段距离，由于双缝到光屏的距离不变，则光屏上相邻两条亮纹中心的距离不变，故B错误；C．根据知将双缝的距离d增大，则光屏上相邻两条暗纹中心的距离减小，故C错误；D．根据知红色滤光片换成绿色滤光片，光的波长变小，则光屏上相邻两条暗条纹中心的距离减小，故D错误。故选A。10．B【详解】A．③、④分别是单缝、双缝，故A错误；B．根据可知，将双缝的距离减小，则光屏上相邻两条亮纹中心的距离增大，故B正确；C．应先调节光源高度使光沿轴线，再放上单缝和双缝，故C错误；D．条亮纹，则有个间隔，故两条亮条纹间距为故D错误。故选B。11．D【详解】A．光由玻璃进入空气传播时，频率不变，波速增大，波长增大，选项A错误；B．在真空中光线a与法线的夹角大，根据光路可逆性，由折射率公式得光线a在玻璃中的折射率大，传播速度小，所以在玻璃砖中，相同的路程光线a所用的时间长，选项B错误；C．增加入射角θ折射光线a首先消失，选项C错误；D．光线a的折射率，说明光线a的频率高，根据光线a在真空中的波长较短，根据双缝干涉条纹间距公式分别用a、b光在同一个双缝干涉实验装置上做实验，a光的干涉条纹间距小于b光的干涉条纹间距，选项D正确。故选D。12．AC【详解】由题意可知，在光屏上却观察不到干涉图样，可能不满足频率相同的条件，也可能满足条件，但不能满足单缝与双缝平行，及中央轴线与遮光筒的轴线在同一条直线上，与是否安装滤光片，及光源的强弱无关，故AC正确，BD错误。故选AC。13．BC【详解】A．调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，不应放上单缝和双缝，故A错误；B．测量某条干涉亮纹位置时，应使测微目镜分划中心刻线与该亮纹的中心对齐，故B正确；C．为了减少测量误差，可用测微目镜测出n条亮纹间的距离a，求出相邻两条亮纹间距故C正确；D．屏上的干涉条纹与双缝平行，故D错误。故选BC。14．BC【详解】AB．由题图知，光束通过棱镜后，b光束的偏折角大于a光束的偏折角，则棱镜对b光束的折射率大于a光束的折射率，故b光的频率大于a光的频率，由可知，b光在棱镜中的传播速度小于a光在棱镜中的传播速度，故A错误，B正确；C．由可知，b光的波长比a光的波长短，由可知在完全相同的条件下做双缝干涉实验，a光对应的干涉条纹间距较宽，故C正确；D．根据临界角公式得知，a光的临界角大于b光的临界角，当其他条不变的情况下，顶角P增大时，光线射到PM面上的入射角也增大，但由于临界角的大小未知，所以b光束在PM面上不一定发生全反射，故D错误。故选BC。15．

得到频率相等的两束光

明暗相间、等宽等亮的条纹【详解】利用双缝得到两束频率相等的光；光屏上可以看到明暗相间、等宽等亮的条纹。16．

频率

减小

减小【详解】实验中用激光通过双缝，双缝的作用是形成频率相同的相干光源；由条纹间距干涉知，为了增大光屏上干涉条纹的间距，应使得双缝间距离缩小；如果仅将红光激光器换为黄光激光器，其他条件都不变，则光屏上干涉条纹的间距变小．17．5×1014【详解】当光程差是半个波长的3倍时，出现第二条暗纹，因光到Q处的路程差是9×10-7m，则有：由，解得：18．

19.4

增大【详解】①由图乙所示可知，游标卡尺示数为：19mm+4×0.1mm=19.4mm；②由双缝干涉条纹公式有：，而，联立可得：；③由绿色换成红色，波长增大，其他条件不变，由双缝干涉条纹公式可知，屏上干涉条纹的间距将增大。19．（1）变大；（2）红光；（