4.实验：用双缝干涉测量光的波长-【金版教程】2025-2026学年高中物理选择性必修第一册作业与测评全书Word（人教版2019）

物理　选择性必修·第一册[人教版]作业与测评 4.实验：用双缝干涉测量光的波长 典型考点一　实验原理和实验操作 1．在“用双缝干涉测量光的波长”实验中： (1)实验装置采用双缝干涉仪，它由各部分光学元件在光具座上组成，现准备了下列仪器：A.光源、B.双缝、C.单缝、D.滤光片、E.毛玻璃(其中双缝片和光屏连在遮光筒上)。 把以上仪器安装在光具座上时，正确的排列顺序是________。 (2)若已知白光由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种色光复合而成，且它们波长依次减小。则关于本实验的说法正确的是________。 A．实验时应调节各元件共轴，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：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，且相邻红条纹的间距比相邻绿条纹的间距大 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　(1)ADCBE　(2)ACD 解析　(1)双缝干涉仪各组成部分在光具座上的正确安装顺序为：光源、滤光片、单缝、双缝、毛玻璃，答案为ADCBE。 (2)为了使干涉条纹明亮清晰，实验时应使光源、单缝、双缝的中心位于遮光筒的轴线上，且使单缝与双缝的缝平行，A正确；白光的干涉图样是彩色条纹，中央为白色亮纹，在第一级亮条纹中红色在最外侧，B错误；由Δx＝λ得相邻红条纹的间距大于相邻绿条纹的间距，C正确；为了减少误差，应使分划板的中心刻线对齐条纹中心再读数，D正确。 [名师点拨]　本实验中的器材排序是一个考查的重点，光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、屏，在光具座上可从左向右排，也可以从右向左排，但任何两个元件之间的排序不能颠倒，尤其是滤光片和单缝之间，要注意这一点。 2．小张同学做“用双缝干涉测量光的波长”实验。 (1)通过测量头的目镜观察红光的干涉图样时，发现里面的亮条纹中心与分划板竖线未对齐，如图甲所示，若要使两者对齐，小张同学应________； A．仅顺时针旋转单缝 B．仅顺时针旋转双缝 C．仅逆时针旋转测量头 D．仅逆时针旋转整个遮光筒 (2)在测量时，先获得亮条纹A的中心位置，如图乙所示，则读数为________ cm； (3)为了减小误差，他从亮条纹A出发，找到了右侧第七条亮条纹B进行测量，然后用两者距离测算条纹间距，从而计算红光波长。为了实现从A到B的测量，小张同学应________。 A．保持测量头不动，转动手轮，平移干涉成像的毛玻璃屏，使目镜中条纹从A移到B B．保持测量头不动，拨动拨杆控制双缝，使目镜中条纹从A移到B C．保持遮光筒不动，转动手轮，使目镜和分划板一起平移，使得中心刻线从正对A移到正对B D．保持遮光筒和目镜不动，转动手轮，调节分划板使其中心刻线从正对A平移到正对B 答案　(1)C　(2)1.11　(3)C 解析　(1)由图甲可知，亮条纹中心与分划板竖线未对齐，若要使两者对齐，小张同学应仅逆时针旋转测量头，或同时顺时针旋转单缝、双缝，故选C。 (2)由图乙可知，读数为1.1 cm＋0.1 mm×1＝1.11 cm。 (3)为了实现从A到B的测量，小张同学应该保持遮光筒不动，转动手轮，使目镜和分划板一起平移，使得中心刻线从正对A移到正对B，故选C。 典型考点二　数据分析和处理 3．在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，装置如图1所示，双缝间的距离d＝3 mm。 若测定红光的波长，选用红色的滤光片，实验中测得双缝与屏之间的距离为0.70 m，通过测量头(与螺旋测微器原理相似，手轮转动一周，分划板前进或后退0.500 mm)观察第1条亮条纹的位置如图2甲所示，其读数为________ mm；观察第5条亮条纹的位置如图2乙所示，其读数为________ mm。则可求出红光的波长λ＝________ m。 答案　0　0.640　6.86×10－7 解析　由测量头的数据可知a1＝0，a2＝0.640 mm，所以Δx＝＝ mm＝1.60×10－4 m，λ＝＝ m＝6.86×10－7 m。 4．某同学用图甲所示的实验装置做“用双缝干涉测量光的波长”实验，他用带有游标尺的测量头(如图乙所示)测量相邻两条亮条纹间的距离Δx。转动测量头的手轮，使分划板的中心刻线对齐某一条亮条纹(将这一条纹确定为第一亮条纹)的中心，此时手轮上的示数如图丙所示，再转动测量头的手轮，使分划板的中心刻线对齐第6条亮条纹的中心，此时手轮上的示数情况如图丁所示，则图丁的示数x2＝________mm。如果实验所用双缝之间的距离d＝0.20 mm，双缝到屏的距离l＝60 cm。根据以上数据可得出光的波长λ＝________nm(保留一位小数)。 答案　8.95　590.0 解析　由手轮的读数规则知，图丁的示数：x2＝8 mm＋19×0.05 mm＝8.95 mm，图丙的示数：x1＝2×0.05 mm＝0.10 mm，Δx＝，由Δx＝λ，可求得光的波长λ＝590.0 nm。 1．(多选)某同学按双缝干涉实验装置安装好仪器后，观察光的干涉现象，获得成功。若他在此基础上对仪器的安装做如下改动，仍能使实验成功的是(　　) A．将遮光筒内的光屏向靠近双缝的方向移动少许，其他不动 B．将滤光片移至单缝和双缝之间，其他不动 C．将单缝向双缝移动少许，其他不动 D．将单缝与双缝的位置互换，其他不动 答案　ABC 解析　由Δx＝λ知，改变双缝到光屏的距离l仍能得到清晰条纹，只不过相邻条纹间距发生变化，故A正确；单缝与双缝间的距离对干涉无影响，故C正确；滤光片的作用是得到相干单色光，装在单缝前还是在单缝、双缝之间不影响干涉，故B正确；互换单缝与双缝的位置，不能形成干涉条纹，故D错误。 2.有位同学做双缝干涉实验时，通过测量头观察到如图所示清晰的干涉图样，出现这种现象的原因是(　　) A．单缝和双缝没有调平行 B．光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏没有调共轴 C．光源过于右偏，应调节光源，使它适当左移 D．测量头过于右偏，应调节测量头上的手轮，使它适当左移 答案　D 解析　由图中干涉图样可知，干涉条纹清晰，亮度正常，说明单缝与双缝平行，各器件共轴，干涉条纹偏左，出现这种现象的原因是测量头过于右偏，应调节测量头上的手轮，使它适当左移，故选D。 3．在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，实验装置如图甲所示。 (1)当测量头中的分划板中心刻线与某条亮条纹中心对齐时，手轮上的示数如图乙所示，该读数为________ mm。 (2)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，则在这种情况下测量干涉条纹的间距Δx时，波长测量值________(填“大于”“小于”或“等于”)实际值。 答案　(1)0.702　(2)大于 解析　(1)读数为0.5 mm＋20.2×0.01 mm＝0.702 mm。 (2)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，条纹间距测量值Δx偏大，根据干涉条纹的间距公式Δx＝λ，知波长测量值偏大。 4．某学习小组要用双缝干涉测量某种单色光的波长，其实验装置如图所示。 (1)为测量该单色光的干涉条纹间距，各仪器安装位置如图所示，图中A为滤光片，B为________(填“单缝”或“双缝”)，C为________(填“单缝”或“双缝”)。 (2)在用双缝干涉实验装置观察双缝干涉条纹时： ①观察到较模糊的干涉条纹，可以调节拨杆使单缝和双缝________(填“垂直”或“平行”)，从而使条纹变得清晰。 ②要想增加从目镜中观察到的条纹个数，需将毛玻璃屏向________(填“靠近”或“远离”)双缝的方向移动。 (3)下列图示中条纹间距表示正确的是________(填正确答案标号)。 (4)在实验前已获知的数据有双缝间的距离d和双缝与毛玻璃屏之间的距离L，通过测量头观察到第N1条亮条纹的读数为Y1，观察到第N2条亮条纹的读数为Y2，请写出计算该单色光波长的表达式λ＝________。 答案　(1)单缝　双缝　(2)①平行　②靠近　(3)C　(4) 解析　(1)光源发出的光通过滤光片后变为单色光，再通过单缝获得线光源，通过双缝获得相干光，则B为单缝，C为双缝。 (2)①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，使条纹变得清晰。 ②要想增加从目镜中观察到的条纹个数，则条纹间距应减小，根据条纹间距公式Δx＝λ，可知需将毛玻璃屏向靠近双缝的方向移动。 (3)条纹间距是相邻两条亮条纹或相邻两条暗条纹中心位置之间的距离，所以图示中条纹间距表示正确的是C项。 (4)第N1条亮条纹的读数为Y1，第N2条亮条纹的读数为Y2，则条纹间距Δx＝，根据Δx＝λ，可得λ＝。 5．在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上(如图1)，并选用双缝间距d＝0.20 mm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＝700 mm。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，副尺为50分度。某同学调整手轮后，从测量头的目镜看去，第一次映入眼帘的干涉条纹如图2(a)所示。图3(a)中的数字是该同学给各暗纹的编号，此时图2(b)中手轮上的读数x1＝1.16 mm；接着再转动手轮，映入眼帘的干涉条纹如图3(a)所示，此时图3(b)中手轮上的读数x2＝________ mm。 (2)利用上述测量结果，经计算可得两条相邻亮(暗)条纹间的距离Δx＝________ mm；这种色光的波长λ＝________ nm。 答案　(1)15.02　(2)2.31　6.6×102 解析　(1)图3(b)中的读数：x2＝15 mm＋1× mm＝15.02 mm。 (2)由图知，两次读数间移动了6条条纹间距的宽度，则有Δx＝ mm＝2.31 mm；再由Δx＝λ，可求出λ＝＝ mm＝6.6×102 nm。 6．可发出红、黄、绿三色光的多层警示灯，被广泛应用于数控机床、电子机械自动化生产线等工业领域。某同学想采用如图甲所示的实验装置测定三种色光的波长。 (1)打开多层警示灯的绿光灯，将遮光筒对准光源放置。在光源和双缝之间还必须放置一个________(选填“滤光片”或“单缝”)，其目的是为了保证经双缝得到的两列光是________光(选填“相干”或“非相干”)。 (2)已知双缝之间的距离为0.6 mm，双缝到屏的距离为1.5 m，绿光的干涉图样如图乙所示，分划板中心刻线在A位置时螺旋测微器的读数为1.128 mm，在B位置时读数如图丙所示，为________ mm，则该绿光的波长为________ nm(计算结果保留三位有效数字)。 (3)该同学又用这一装置进行了几组实验，通过照相底片记录了干涉图样，分别测定了红光、黄光的波长(红光625 nm、黄光570 nm)。图丁中a、b、c是实验中记录下的三种色光的干涉图样，但被不小心弄混了，经判断绿光产生的干涉图样是图丁中的________(选填“a”“b”或“c”)。 答案　(1)单缝　相干　(2)6.525　540　(3)c 解析　(1)在光源和双缝之间还必须放置一个单缝，其目的是为了保证经双缝得到的两列光是相干光。 (2)在B位置时读数为6.5 mm＋2.5×0.01 mm＝6.525 mm；相邻亮条纹间距为Δx＝ mm＝1.34925 mm，由Δx＝λ，解得该绿光的波长为λ＝Δx＝×1.34925×10－3 m＝5.397×10－7 m≈540 nm。 (3)由三种色光的波长关系λ红>λ黄>λ绿，可知在同一双缝干涉实验装置下干涉图样条纹间距Δx红>Δx黄>Δx绿，所以绿光的条纹间距最小，则绿光产生的干涉图样是图丁中的c。 8 学科网（北京）股份有限公司 $$