4.4 实验:用双缝干涉测量光的波长(知识解读)-2024-2025学年高中物理同步知识点解读与专题训练(人教版2019选择性必修第一册)
2024-12-26
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内容正文:
4.4 实验:用双缝干涉测量光的波长(知识解读)(原卷版)
•知识点 实验:用双缝干涉测量光的波长
•作业 巩固训练
知识点
实验:用双缝干涉测量光的波长
1、实验目的
(1)了解光波产生稳定的干涉现象的条件。
(2)观察白光及单色光的双缝干涉图样。
(3)测定单色光的波长。
2、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=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。
3、实验器材:双缝干涉仪,即光具座、光源、滤光片、透镜、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。
4、实验步骤
(1)将光源、透镜、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。
5、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条亮条纹;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条亮条纹,两条纹间距为a=|a2-a1|,则相邻两条亮条纹间的距离Δx==。
(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。
6、误差分析
(1)光波的波长很小,Δx、l的测量误差对波长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。
7、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,间距大约为5~10 cm。
(4)测量头在使用时应使中心刻线对应着亮(暗)条纹的中心。
【典例1-1】某同学利用如图甲所示装置测量某种单色光的波长,该同学通过测量头的目镜观察到如图乙所示的图像,下列说法中正确的是( )
A.凸透镜的作用是获得平行光
B.旋转测量头,可使分划板竖线与条纹平行
C.左右拨动拨杆,调节单缝可使条纹与分划板竖线平行
D.将屏向远离双缝的方向移动,可以增加从目镜中观察到的条纹个数
【典例1-2】(多选)如图甲所示的双缝干涉实验,用绿光照射单缝S时,在屏上观察到如图乙所示的条纹,仅改变一个实验条件后,观察到的条纹如图丙所示.他改变的实验条件可能是( )
A.增大双缝到光屏之间的距离
B.增大双缝之间的距离
C.将绿光换为红光
D.减小光源到单缝的距离
【典例1-3】在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中,用如图所示装置测量红光的波长:
(1)图中标示的器材“A”应为 。
(2)下列操作正确的是______。
A.先调节光源高度,观察到光束沿遮光筒的轴线传播后再装上测量头
B.接通电源前把输出电压调到小灯泡额定的电压
C.观察到条纹比较模糊,可以调节拨杆进行调整
D.测量某亮条纹位置时,目镜分划板中心刻度线与该亮纹边缘重合
(3)下列图示中条纹间距表示正确的是______
A. B.
C. D.
【典例1-4】图(a)是用双缝干涉测量光的波长的实验装置。
(1)测量过程中,下列说法正确的是______。
A.换用间距更大的双缝,相邻两亮条纹中心的距离增大
B.把绿色滤光片换成红色滤光片,相邻两亮条纹中心的距离减小
C.把屏向远离双缝的方向移动,相邻两亮条纹中心的距离增大
(2)在某次测量中,测量头如图(b)所示,调节分划板的位置,使分划板中心刻线对齐某亮条纹的中心,此时螺旋测微器的读数为 mm;转动手轮,使分划板中心刻线向一侧移动到另一条亮条纹的中心,由螺旋测微器再读出一读数。
(3)若实验测得第1条亮条纹到第5条亮条纹中心间的距离,已知双缝间距,双缝到屏的距离,则对应的光波波长 m(本格计算结果保留3位有效数字)。
【变式1-1】关于“用双缝干涉测量光的波长”的实验,错误的说法是( )
A.实验时应调节各器件共轴,并且单缝和双缝的缝应相互平行
B.观察到的白光的干涉图样是:在视野中可以看到彩色的干涉条纹,中央为一条白亮的零级干涉条纹;彩色条纹的排列,以零级亮条纹为中心左右对称,在第一级亮条纹中紫色在最外侧
C.看到白光的干涉条纹后,在单缝前面放上红色或绿色滤光片,即可看到红黑相间或绿黑相间的干涉条纹,且红条纹的相邻条纹间距比绿条纹的相邻条纹间距大
D.测量时应使测量头的分划板的中心刻线对齐条纹的中心再读数
【变式1-2】(多选)利用如图所示的装置测量光的波长时,若双缝间距为d,屏与双缝间距为l。当插上红色滤光片后,从目镜中观测到第1个亮条纹与第n个亮条纹的间距为Δx,则( )
A.换用间距较小的双缝,目镜中观察到的亮条纹个数将减少
B.将屏向双缝移动,可增加目镜中观察到的亮条纹个数
C.取下红色滤光片,目镜上不会观察到干涉条纹
D.红光的波长为
【变式1-3】在“用双缝干涉测光的波长”实验中,将实验仪器按要求安装在光具座上,如图甲所示。
(1)以下说法正确的是______。
A.如发现条纹不清晰,可通过拨杆调节,使单缝与双缝平行
B.换用间距较小的双缝,目镜中观察到的亮条纹个数将增多
C.如把红色滤光片换成蓝色滤光片,则屏上的条纹数会变少
D.若取下红色滤光片,则观察不到干涉条纹
(2)某次测量时,手轮上的示数如图乙所示,其示数为 mm。
(3)如图丙所示,若测得第1条暗条纹中心到第5条暗条纹中心之间的距离为x,双缝间距为d,双缝到屏的距离为l,则单色光的波长 。(用d、l、x表示)
(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,如图丁所示,则在这种情况下测量干涉条纹的间距时,真实值 (选填“大于”“小于”或“等于”)测量值。
【变式1-4】在“用双缝干涉测量光的波长”实验中:
(1)用图1所示装置测量,双缝竖直放置,观察到竖直条纹不清晰,可进行的操作是___________。
A.调节凸透镜使光聚焦到单缝 B.调节双缝与屏的距离
C.调节单缝与双缝的距离 D.调节单缝与双缝平行
(2)实验中使分划板中心刻线与其中一条亮条纹中心对齐,将该亮纹定为第1条亮条纹,此时手轮上示数如图2所示。同方向转动测量头,使分划板中心刻线与第11条亮纹中心对齐,此时手轮上示数如图3所示,则示数为 mm,求出相邻两个亮条纹的距离 mm。若双缝间距为d,双缝到屏的距离为L,则所测单色光波长的表达式为 (结果用字母表示)。
一、单选题
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.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
3.如图甲,在“用双缝干涉测光的波长”实验中,下列说法中正确的是( )
A.换用间距更小的双缝,观察到的条纹宽度会变小
B.若用红光替换绿光实验,观察到的条纹个数会增加
C.若实验中将条纹数量多数一条,则波长测量值将偏小
D.若乙图中亮条纹与分划板中心刻线未对齐,需旋转双缝进行调整
二、多选题
4.某同学用普通光源进行双缝干涉测光的波长实验。下列说法正确的是( )
A.光具座上依次摆放光源、透镜、滤光片、双缝、单缝、遮光筒、测量头等元件
B.透镜的作用是使光更集中
C.单缝的作用是获得线光源
D.双缝间距越小,测量头中观察到的条纹数目内越多
5.在“用双缝干涉测量光的波长”实验中,经调节后在目镜中观察到如图甲的单色光干涉条纹,下面能使条纹间距变小的是( )
A.减小光源到单缝的距离 B.增大双缝之间的距离
C.增大双缝到光屏之间的距离 D.将红色滤光片改为绿色滤光片
三、实验题
6.如图(a)所示为“用双缝干涉实验测量光的波长”的实验装置。
(1)、N、P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)已知双缝间距为d,转动手轮,分划板的中心刻线与第m条亮条纹的中心对齐,记下手轮上的读数如图(b)所示为,再转动手轮,分划板中心刻线与第n条()亮条纹的中心对齐,再次记下手轮上的读数如图(c)所示为 mm,则被测光的波长表达式为 (用m,n,d,,,,或其中的部分表示)
7.如图甲所示,利用双缝干涉测定光的波长的实验中,双缝的间距双缝到光屏的距离,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。
(1)某种单色光照射双缝得到的干涉条纹如图乙所示,则分划板在图乙中A位置时游标卡尺的读数(如图丙所示), ,在B位置时游标卡尺的读数;该单色光的波长 ;
(2)实验时测量多条干涉条纹宽度的目的是减小 (选填“系统误差”或“偶然误差”);
(3)在该实验中,如果分别用红色和绿色的激光照射同一双缝,装置各数据不变,在双缝后的屏幕上观察到的红光条纹个数比绿光条纹个数 (选填“多”或“少”)。
8.实验小组的成员用双缝干涉实验装置测光的波长,装置如图甲所示。
(1)光具座放置的光学元件有光源、透镜、遮光筒和其他元件,其中、、、d各元件的名称依次是______(填选项前的字母)。
A.单缝、滤光片、双缝、光屏 B.滤光片、单缝、双缝、光屏
C.单缝、双缝、滤光片、光屏 D.滤光片、双缝、单缝、光屏
(2)已知单缝到双缝之间的距离是,双缝到屏的距离为,双缝之间的距离为,在屏上得到的干涉图样如图乙所示,分划板中心刻度线在A位置时螺旋测微器的读数为,在位置时读数如图丙所示为 ,则该光的波长为 (计算结果保留3位有效数字)。
(3)若在另一组同学的实验操作中,测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上,如图丁所示,则此情形下波长的测量值 (填“大于”“等于”或“小于”)真实值。
(4)为减小误差,本实验并未直接测量相邻亮条纹间的距离,而是先测量个条纹的间距再求出。下列实验采用了类似方法的有______。(多选)
A.“用单摆测量重力加速度的大小”的实验中单摆周期的测量
B.“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中合力的测量
C.“探究弹簧弹力与形变量的关系”的实验中弹簧的形变量的测量
D.“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中1滴油酸酒精溶液的体积测量
9.小章同学利用如图甲所示的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)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.使用间距更大的双缝
(2)若双缝的间距为d,屏与双缝间的距离为L,实验中得到的干涉图样如图乙所示,毛玻璃屏上的分划板刻线在图乙中A、B位置时,手轮上的读数分别为、,则入射的单色光波长的计算表达式为 (用、、d、L表示);
(3)在第(2)问的测量中,选用的双缝的间距为0.300mm,测得屏与双缝间的距离为1.00m,分划板刻线在A位置时手轮上的读数为1.470mm,在B位置时手轮上的示数如图丙所示,则读数为 mm,所测单色光的波长为 nm(结果保留3位有效数字)。
10.(1) “测量玻璃的折射率”的实验中。某同学在白纸上放好玻璃砖,aa′和bb′分别是玻璃砖与空气的两个界面,如图甲所示。在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2,用“+”表示大头针的位置,然后在另一侧透过玻璃砖观察,并依次插上大头针P3和P4,在插P3和P4时,应使 (选填选项前的字母)。
A.P3只挡住P1 B.P4只挡住P2
C.P3把P1、P2都挡住 D.P4把P1、P2、P3都挡住
另一位同学作玻璃砖的下侧界面时向外稍许偏离,以aa′、bb′为界面画光路图,其它操作均正确,如图乙所示。该同学测得的折射率与真实值相比 (填“偏大”、“偏小”或“不变”)。
(2)双缝干涉实验如图所示,如果增加双缝到光屏的距离, (填“能”或“不能”)增大条纹间的距离。若双缝间距为d、光屏到双缝的距离为L,则必须 (填“足够大”“足够小”或“约等于1”)。若用一束红光和一束绿光分别照射双缝中的一条缝隙,则光屏上 (填“能”或“不能”)出现干涉条纹。
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4.4 实验:用双缝干涉测量光的波长(知识解读)(解析版)
•知识点 实验:用双缝干涉测量光的波长
•作业 巩固训练
知识点
实验:用双缝干涉测量光的波长
1、实验目的
(1)了解光波产生稳定的干涉现象的条件。
(2)观察白光及单色光的双缝干涉图样。
(3)测定单色光的波长。
2、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=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。
3、实验器材:双缝干涉仪,即光具座、光源、滤光片、透镜、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。
4、实验步骤
(1)将光源、透镜、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。
5、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条亮条纹;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条亮条纹,两条纹间距为a=|a2-a1|,则相邻两条亮条纹间的距离Δx==。
(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。
6、误差分析
(1)光波的波长很小,Δx、l的测量误差对波长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。
7、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,间距大约为5~10 cm。
(4)测量头在使用时应使中心刻线对应着亮(暗)条纹的中心。
【典例1-1】某同学利用如图甲所示装置测量某种单色光的波长,该同学通过测量头的目镜观察到如图乙所示的图像,下列说法中正确的是( )
A.凸透镜的作用是获得平行光
B.旋转测量头,可使分划板竖线与条纹平行
C.左右拨动拨杆,调节单缝可使条纹与分划板竖线平行
D.将屏向远离双缝的方向移动,可以增加从目镜中观察到的条纹个数
【答案】B
【详解】A.凸透镜的作用是使光汇聚到一点,故A错误;
BC.当分划板的中心刻线与亮条纹不平行时,应该转动测量头,将图中分划板调到竖直方向并与干涉条纹平行。左右拨动拨杆,调节单缝无法使条纹与分划板竖线平行,故B正确,C错误;
D.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,由
应该将屏向靠近双缝的方向移动从而减小l,或者增大双缝间距d,故D错误。
故选B。
【典例1-2】(多选)如图甲所示的双缝干涉实验,用绿光照射单缝S时,在屏上观察到如图乙所示的条纹,仅改变一个实验条件后,观察到的条纹如图丙所示.他改变的实验条件可能是( )
A.增大双缝到光屏之间的距离
B.增大双缝之间的距离
C.将绿光换为红光
D.减小光源到单缝的距离
【答案】AC
【详解】根据乙图和丙图可知条纹宽度变大,根据条纹间距公式
可知条纹间距变大,可能是改用了波长较长的光,也有可能是增大了双缝到光屏的距离L,也有可能减小了双缝间的距离d,但是条纹间距与光源到单缝的距离无关;红光的波长大于绿光。
故选AC。
【典例1-3】在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中,用如图所示装置测量红光的波长:
(1)图中标示的器材“A”应为 。
(2)下列操作正确的是______。
A.先调节光源高度,观察到光束沿遮光筒的轴线传播后再装上测量头
B.接通电源前把输出电压调到小灯泡额定的电压
C.观察到条纹比较模糊,可以调节拨杆进行调整
D.测量某亮条纹位置时,目镜分划板中心刻度线与该亮纹边缘重合
(3)下列图示中条纹间距表示正确的是______
A. B.
C. D.
【答案】(1)红光滤光片(或滤光片)
(2)ABC
(3)C
【详解】(1)题图中标示的器材“A”应为红光滤光片。
(2)A.根据“用双缝干涉测量光的波长”的实验操作步骤可知,安装器材的过程中,先调节光源高度,观察到光束沿遮光筒的轴线传播后再安装单缝、双缝以及测量头,故A正确;
B.若要小灯泡正常发光,则接通电源前把输出电压调到小灯泡的额定电压,故B正确;
C.观察到条纹比较模糊,可能是单缝与双缝不平行,可以调节拨杆进行调整,故C正确;
D.测量某亮条纹位置时,目镜分划板中心刻度线应与该亮纹的中心重合,故D错误。
故选ABC。
(3)干涉条纹的宽度是指相邻的明条纹(或暗条纹)的中心之间的距离,可知,第三个选择项符合要求。
故选C。
【典例1-4】图(a)是用双缝干涉测量光的波长的实验装置。
(1)测量过程中,下列说法正确的是______。
A.换用间距更大的双缝,相邻两亮条纹中心的距离增大
B.把绿色滤光片换成红色滤光片,相邻两亮条纹中心的距离减小
C.把屏向远离双缝的方向移动,相邻两亮条纹中心的距离增大
(2)在某次测量中,测量头如图(b)所示,调节分划板的位置,使分划板中心刻线对齐某亮条纹的中心,此时螺旋测微器的读数为 mm;转动手轮,使分划板中心刻线向一侧移动到另一条亮条纹的中心,由螺旋测微器再读出一读数。
(3)若实验测得第1条亮条纹到第5条亮条纹中心间的距离,已知双缝间距,双缝到屏的距离,则对应的光波波长 m(本格计算结果保留3位有效数字)。
【答案】(1)C
(2)1.130
(3)
【详解】(1)A.根据
可知,换用间距更大的双缝,相邻两亮条纹中心的距离减小,故A错误;
B.把绿色滤光片换成红色滤光片,波长变大,结合上述可知,相邻两亮条纹中心的距离增大,故B错误;
C.把屏向远离双缝的方向移动,双缝到光屏的间距增大,结合上述可知,相邻两亮条纹中心的距离增大,故C正确。
故选C。
(2)根据螺旋测微器的读数规律,该读数为
(3)根据
则有
解得
【变式1-1】关于“用双缝干涉测量光的波长”的实验,错误的说法是( )
A.实验时应调节各器件共轴,并且单缝和双缝的缝应相互平行
B.观察到的白光的干涉图样是:在视野中可以看到彩色的干涉条纹,中央为一条白亮的零级干涉条纹;彩色条纹的排列,以零级亮条纹为中心左右对称,在第一级亮条纹中紫色在最外侧
C.看到白光的干涉条纹后,在单缝前面放上红色或绿色滤光片,即可看到红黑相间或绿黑相间的干涉条纹,且红条纹的相邻条纹间距比绿条纹的相邻条纹间距大
D.测量时应使测量头的分划板的中心刻线对齐条纹的中心再读数
【答案】B
【详解】A.实验时应调节各器件共轴,且单缝和双缝的缝应该相互平行,A正确;
B.观察到的白光的干涉图样是:在视野中可以看到彩色的干涉条纹,中央为一条白亮的零级于涉条纹,彩色条纹的排列,从零级亮条纹为中心左右对称,在第一级亮条纹中,由于紫光的波长最短,则紫色在最内侧,B错误;
C.看到白光的干涉条纹后,在单缝前面放上红色或绿色滤光片,即可看到红黑相间或绿黑相间的干涉条纹,因红光的波长比绿光大,根据
可知,红条纹的相邻条纹间距比绿条纹的相邻条纹间距大,C正确;
D.测量时应使测量头的分划板的中心刻线对齐条纹的中心再读数,D正确。
故选B。
【变式1-2】(多选)利用如图所示的装置测量光的波长时,若双缝间距为d,屏与双缝间距为l。当插上红色滤光片后,从目镜中观测到第1个亮条纹与第n个亮条纹的间距为Δx,则( )
A.换用间距较小的双缝,目镜中观察到的亮条纹个数将减少
B.将屏向双缝移动,可增加目镜中观察到的亮条纹个数
C.取下红色滤光片,目镜上不会观察到干涉条纹
D.红光的波长为
【答案】AB
【详解】A.换用间距较小的双缝,则双缝间距d减小,可知相邻条纹间距变大,故目镜中观察到的亮条纹个数将减少,故A正确;
B.将屏向双缝移动,则双缝到屏的距离l减小,可知相邻条纹间距变小,可增加目镜中观察到的亮条纹个数,故B正确;
C.取下红色滤光片,目镜上不会观察到红光的干涉条纹,但是可以看到不同颜色的彩色干涉条纹,故C错误;
D.根据条纹间距关系式,有
解得
故D错误。
故选AB。
【变式1-3】在“用双缝干涉测光的波长”实验中,将实验仪器按要求安装在光具座上,如图甲所示。
(1)以下说法正确的是______。
A.如发现条纹不清晰,可通过拨杆调节,使单缝与双缝平行
B.换用间距较小的双缝,目镜中观察到的亮条纹个数将增多
C.如把红色滤光片换成蓝色滤光片,则屏上的条纹数会变少
D.若取下红色滤光片,则观察不到干涉条纹
(2)某次测量时,手轮上的示数如图乙所示,其示数为 mm。
(3)如图丙所示,若测得第1条暗条纹中心到第5条暗条纹中心之间的距离为x,双缝间距为d,双缝到屏的距离为l,则单色光的波长 。(用d、l、x表示)
(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,如图丁所示,则在这种情况下测量干涉条纹的间距时,真实值 (选填“大于”“小于”或“等于”)测量值。
【答案】(1)A
(2)0.820
(3)
(4)小于
【详解】(1)A.如发现条纹不清晰,可通过拨杆调节,使单缝与双缝平行,故A正确;
B.换用间距较小的双缝,则双缝间距d减小,可知相邻条纹间距变大,故目镜中观察到的亮条纹个数将减少,故B错误;
C.如把红色滤光片换成蓝色滤光片,因蓝光波长较小,根据
可知条纹间距减小,则屏上的条纹数会变多,故C错误;
D.若取下红色滤光片,在毛玻璃屏上观察到的是白光(复色光)的干涉条件,因此观察到的是彩色条纹,故D错误。
故选A。
(2)由图可知螺旋测微器示数为
(3)测得第1条暗条纹中心到第5条暗条纹中心之间的距离为x,则相邻暗条纹间距
根据
可知,单色光的波长
(4)如果测量头中的分划板中心刻度线与干涉条纹不在同一方向上,则在这种情况下测量干涉条纹的间距时,条纹间距测量值将偏大,即真实值小于测量值。
【变式1-4】在“用双缝干涉测量光的波长”实验中:
(1)用图1所示装置测量,双缝竖直放置,观察到竖直条纹不清晰,可进行的操作是___________。
A.调节凸透镜使光聚焦到单缝 B.调节双缝与屏的距离
C.调节单缝与双缝的距离 D.调节单缝与双缝平行
(2)实验中使分划板中心刻线与其中一条亮条纹中心对齐,将该亮纹定为第1条亮条纹,此时手轮上示数如图2所示。同方向转动测量头,使分划板中心刻线与第11条亮纹中心对齐,此时手轮上示数如图3所示,则示数为 mm,求出相邻两个亮条纹的距离 mm。若双缝间距为d,双缝到屏的距离为L,则所测单色光波长的表达式为 (结果用字母表示)。
【答案】(1)AD
(2) 13.451 1.1450
【详解】(1)A.凸透镜的作用是将平行的单色光聚焦于一点,以产生相干光源,观察到竖直条纹不清晰,可调节凸透镜使光聚焦到单缝,故A正确;
B.调节双缝与屏的距离,可以改变条纹间距,对条纹是否清晰无影响,故B错误;
C.调节单缝与双缝的距离对条纹是否清晰无影响,故C错误;
D.在用双缝干涉实验装置观察双缝干涉条纹时,观察到较模糊的干涉条纹,可以调节拨杆使单缝和双缝平行,使之更容易发生清晰的双缝干涉现象,从而使条纹变得清晰,故D正确;
故选AD。
(2)[1]图3所示螺旋测微器读数为
[2]图2所示螺旋测微器读数为
相邻两个亮条纹的距离
[3]根据条纹间距公式可得
一、单选题
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
【答案】B
【详解】相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距是
其中l为双缝到光屏的距离,d为双缝间距,λ为光的波长,若要增大条纹中心间距,增大l或λ,或减小d,故B正确,ACD错误。
故选B。
2.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
【答案】B
【详解】A.由双缝干涉的条纹间距公式△x=λ知条纹间距与波长成正比,与双缝间距d成反比;由公式可知,两缝间距d越小,条纹间距越大,A错误;
B.光屏离双缝越远短,则条纹间距越大,B正确;
C.七色光中紫光波长最短,故条纹间距最小,C错误;
D.白光含有七种波长的光,发生干涉后条纹间距不同,故得到彩色条纹,D错误。
故选B。
3.如图甲,在“用双缝干涉测光的波长”实验中,下列说法中正确的是( )
A.换用间距更小的双缝,观察到的条纹宽度会变小
B.若用红光替换绿光实验,观察到的条纹个数会增加
C.若实验中将条纹数量多数一条,则波长测量值将偏小
D.若乙图中亮条纹与分划板中心刻线未对齐,需旋转双缝进行调整
【答案】C
【详解】A.根据可知,换用间距更小的双缝,观察到的条纹宽度会变大,选项A错误;
B.根据可知,若用红光替换绿光实验,红光波长较长,则条纹间距变大,则观察到的条纹个数会减小,选项B错误;
C.若实验中将条纹数量多数一条,则条纹间距偏小,则波长测量值将偏小,选项C正确;
D.若乙图中亮条纹与分划板中心刻线未对齐,若要使两者对齐,则需要旋转测量头进行调整,选项D错误。
故选C。
二、多选题
4.某同学用普通光源进行双缝干涉测光的波长实验。下列说法正确的是( )
A.光具座上依次摆放光源、透镜、滤光片、双缝、单缝、遮光筒、测量头等元件
B.透镜的作用是使光更集中
C.单缝的作用是获得线光源
D.双缝间距越小,测量头中观察到的条纹数目内越多
【答案】BC
【详解】A.进行双缝干涉测光的波长实验,光具座上依次摆放光源、透镜、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、测量头等元件,故A错误;
B.透镜的作用是使光更集中,故B正确;
C.单缝的作用是获得线光源,故C正确;
D.根据条纹间距公式可知双缝间距越小,相邻亮条纹的间距较大,测量头中观察到的条纹数目内越少,故D错误。
故选BC。
5.在“用双缝干涉测量光的波长”实验中,经调节后在目镜中观察到如图甲的单色光干涉条纹,下面能使条纹间距变小的是( )
A.减小光源到单缝的距离 B.增大双缝之间的距离
C.增大双缝到光屏之间的距离 D.将红色滤光片改为绿色滤光片
【答案】BD
【详解】A.根据双缝干涉的条纹间距公式,可知减小光源到单缝的距离,条纹间距不变,故A错误;
B.根据双缝干涉的条纹间距公式,可知增大双缝之间的距离,能使条纹间距变小,故B正确;
C.根据双缝干涉的条纹间距公式,可知增大双缝到光屏之间的距离,条纹间距变大,故C错误;
D.根据双缝干涉的条纹间距公式,可知将红色滤光片改为绿色滤光片,波长变短,故条纹间距变小,故D正确。
故选BD。
三、实验题
6.如图(a)所示为“用双缝干涉实验测量光的波长”的实验装置。
(1)、N、P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)已知双缝间距为d,转动手轮,分划板的中心刻线与第m条亮条纹的中心对齐,记下手轮上的读数如图(b)所示为,再转动手轮,分划板中心刻线与第n条()亮条纹的中心对齐,再次记下手轮上的读数如图(c)所示为 mm,则被测光的波长表达式为 (用m,n,d,,,,或其中的部分表示)
【答案】(1)A
(2)
【详解】(1)根据“用双缝干涉实验测量光的波长”实验器材摆顺序可知,M是滤光片,让白光变为单色光,N是单缝,目的是获得线光源,P是双缝,目的是获得两个相干光。
故选A。
(2)[1][2]根据图可知,该游标卡尺进度为0.05mm,故读数为
根据双缝干涉条纹间距公式有
其中
,
代入整理得
7.如图甲所示,利用双缝干涉测定光的波长的实验中,双缝的间距双缝到光屏的距离,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。
(1)某种单色光照射双缝得到的干涉条纹如图乙所示,则分划板在图乙中A位置时游标卡尺的读数(如图丙所示), ,在B位置时游标卡尺的读数;该单色光的波长 ;
(2)实验时测量多条干涉条纹宽度的目的是减小 (选填“系统误差”或“偶然误差”);
(3)在该实验中,如果分别用红色和绿色的激光照射同一双缝,装置各数据不变,在双缝后的屏幕上观察到的红光条纹个数比绿光条纹个数 (选填“多”或“少”)。
【答案】(1) 11.5 500
(2)偶然误差
(3)少
【详解】(1)[1] 游标卡尺的读数为
[2] 根据
解得
(2)取平均值是为了减小偶然误差;
(3)根据可知,红光条纹间距大,条纹个数少。
8.实验小组的成员用双缝干涉实验装置测光的波长,装置如图甲所示。
(1)光具座放置的光学元件有光源、透镜、遮光筒和其他元件,其中、、、d各元件的名称依次是______(填选项前的字母)。
A.单缝、滤光片、双缝、光屏 B.滤光片、单缝、双缝、光屏
C.单缝、双缝、滤光片、光屏 D.滤光片、双缝、单缝、光屏
(2)已知单缝到双缝之间的距离是,双缝到屏的距离为,双缝之间的距离为,在屏上得到的干涉图样如图乙所示,分划板中心刻度线在A位置时螺旋测微器的读数为,在位置时读数如图丙所示为 ,则该光的波长为 (计算结果保留3位有效数字)。
(3)若在另一组同学的实验操作中,测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上,如图丁所示,则此情形下波长的测量值 (填“大于”“等于”或“小于”)真实值。
(4)为减小误差,本实验并未直接测量相邻亮条纹间的距离,而是先测量个条纹的间距再求出。下列实验采用了类似方法的有______。(多选)
A.“用单摆测量重力加速度的大小”的实验中单摆周期的测量
B.“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中合力的测量
C.“探究弹簧弹力与形变量的关系”的实验中弹簧的形变量的测量
D.“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中1滴油酸酒精溶液的体积测量
【答案】(1)B
(2) 14.536(14.533~14.538) 665
(3)大于
(4)AD
【详解】(1)根据实验原理可知,、、、d各元件的名称依次是滤光片、单缝、双缝、光屏.
故选B。
(2)[1]根据螺旋测微器的读数规律,该读数为
[2]A、间距
其间有6个条纹间隔,相邻两条纹间距
根据
解得所测光的波长
(3)测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上,实际值
其中为条纹值与分划板中心竖直刻线间的夹角,故可知测量值大于实际值,根据
可知波长的测量值大于其实际值。
(4)A.“用单摆测量重力加速度的大小”的实验中单摆周期的测量,采用的放大测量取平均值的方法,故A正确;
B.“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中合力的测量,采用等效替代的方法,故B错误;
C.“探究弹簧弹力与形变量的关系”的实验中弹簧形变量的测量,采用多次测量求平均值的方法,故C错误;
D.“用油腊法估测油酸分子的大小”的实验中1滴油酸酒精溶液的体积测量,属于放大测量取平均值的方法,故D正确。
故选AD。
9.小章同学利用如图甲所示的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)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.使用间距更大的双缝
(2)若双缝的间距为d,屏与双缝间的距离为L,实验中得到的干涉图样如图乙所示,毛玻璃屏上的分划板刻线在图乙中A、B位置时,手轮上的读数分别为、,则入射的单色光波长的计算表达式为 (用、、d、L表示);
(3)在第(2)问的测量中,选用的双缝的间距为0.300mm,测得屏与双缝间的距离为1.00m,分划板刻线在A位置时手轮上的读数为1.470mm,在B位置时手轮上的示数如图丙所示,则读数为 mm,所测单色光的波长为 nm(结果保留3位有效数字)。
【答案】(1)BD
(2)
(3) 13.870/13.871/13.872 620
【详解】(1)相邻亮条纹的间距
要增加观察到的条纹个数,即减小,需增大d或减小L,因此应将屏靠近双缝,或使用间距更大的双缝。
故选BD。
(2)根据图乙,相邻亮条纹的间距
由
得
(3)[1][2]B位置时手轮上的示数
所测单色光的波长
10.(1) “测量玻璃的折射率”的实验中。某同学在白纸上放好玻璃砖,aa′和bb′分别是玻璃砖与空气的两个界面,如图甲所示。在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2,用“+”表示大头针的位置,然后在另一侧透过玻璃砖观察,并依次插上大头针P3和P4,在插P3和P4时,应使 (选填选项前的字母)。
A.P3只挡住P1 B.P4只挡住P2
C.P3把P1、P2都挡住 D.P4把P1、P2、P3都挡住
另一位同学作玻璃砖的下侧界面时向外稍许偏离,以aa′、bb′为界面画光路图,其它操作均正确,如图乙所示。该同学测得的折射率与真实值相比 (填“偏大”、“偏小”或“不变”)。
(2)双缝干涉实验如图所示,如果增加双缝到光屏的距离, (填“能”或“不能”)增大条纹间的距离。若双缝间距为d、光屏到双缝的距离为L,则必须 (填“足够大”“足够小”或“约等于1”)。若用一束红光和一束绿光分别照射双缝中的一条缝隙,则光屏上 (填“能”或“不能”)出现干涉条纹。
【答案】(1) CD 偏小
(2) 能 足够小 不能
【详解】(1)[1]大头针理论上都应在同一光路上,所以P3把P1、P2都挡住,P4把P1、P2、P3都挡住。
故选CD。
[2]如图所示
红线表示实际的光路图,而黑线是作图时所采用的光路图,可见,入射角没有变化,折射角的测量值偏大,由
可知该同学测得的折射率与真实值相比偏小。
(2)[1]根据
可知如果增加双缝到光屏的距离,能增大条纹间的距离。
[2]由上式,可得
其中,波长的数量级为,条纹间距的数量级为,可知的数量级为,若双缝间距为d、光屏到双缝的距离为L,则必须足够小。
[3]红光与绿光的频率不同,二者不是相干光,若用一束红光和一束绿光分别照射双缝中的一条缝隙,则光屏上不能出现干涉条纹。
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