4.4 实验： 用双缝干涉测量光的波长 分层作业 -2025-2026学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

4.4 实验： 用双缝干涉测量光的波长 分层作业 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ A层 1．“用光传感器做双缝干涉的实验”装置图如图甲所示，光传感器可以把光的强度在轴上各点分布情况，通过计算机显示成图像。 (1)双缝挡光片应该是图甲中__________（填“”或“”）。 (2)光源有红光和绿光两种，其中红光在计算机屏幕上显示的图像是__________（填“乙”或“丙”） (3)某次实验中，已知双缝间距为，双缝到光传感器间的距离为，计算机上显示第1条明条纹中心的横坐标为，第5条明条纹中心的横坐标为，由以上数据可测得该单色光的波长是__________（保留三位有效数字）。 2．用双缝干涉测量某种单色光的波长的实验装置如图甲所示，光屏上某点P到双缝、的路程差为，如图乙所示，已知真空中的光速为，如果用频率为的橙色光照射双缝： (1)该橙光的波长是______m。 (2)P点出现______（填“亮”或“暗”）条纹。 (3)仅将橙光换成红光，则光屏上相邻两亮条纹的中心间距______（填“变大”“变小”或“不变”）。 3．某同学想利用双缝干涉实验来测量某种单色光的波长，该同学所使用的装置如图所示，光具座上放置的光学元件依次为光源、透镜、M、N、P、遮光筒、毛玻璃、屏。 (1)M、N、P三个光学元件依次为（          ） A．滤光片、单缝、双缝 B．单缝、滤光片、双缝 C．单缝、双缝、滤光片 D．滤光片、双缝、单缝 (2)实验时，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。 4．在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，光具座上放置的光学元件依次为光源、透镜、M、N、P、遮光筒、毛玻璃、放大镜（目镜），如图所示。 (1)M、N、P三个光学元件依次为_____； A．滤光片、双缝、单缝 B．双缝、滤光片、单缝 C．滤光片、单缝、双缝 (2)如图所示，测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上。如果想使中心刻线与亮条纹对齐，下列操作中可达到目的的是_____； A．仅转动透镜 B．仅转动遮光筒 C．仅转动测量头 (3)关于该实验，下列说法正确的是_____。 A．仅撤去滤光片，光屏上仍能观察到干涉图样 B．若将双缝间的距离d减小，光屏上相邻两条暗条纹中心的距离减小 C．仅撤去双缝，在光屏上可能观察到明暗相间的条纹 D．为了减小测量误差，可用测微目镜测出n条亮条纹间的距离a，则相邻两条亮条纹间距为 B层 5．如图甲为双缝干涉实验装置示意图。光源发出的光经滤光片成为单色光，把单缝照亮。单缝相当于一个线光源，它又把双缝照亮。来自双缝的光在双缝右边的空间发生干涉。遮光筒的一端装有毛玻璃屏，我们可以在这个屏上观察到干涉条纹。 (1)若取下滤光片，其他实验条件不变，则在目镜中观察到__________（选填“白条纹”或“彩色条纹”）。 (2)若想增加从目镜中观察到的单色光干涉条纹个数，则应该____。 A．将单缝向双缝靠近 B．使用间距更小的双缝 C．将屏向靠近双缝的方向移动 D．将屏向远离双缝的方向移动 (3)某次实验中，该装置双缝间距d=0.20mm，双缝到光屏的距离l=700mm，在光屏上得到的干涉图样如图乙所示，将测量头的分划板中心刻线与A条纹中心对齐，此时手轮上的示数如图丙所示，然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与B亮条纹中心对齐，记下此时图丁中手轮上的示数为17.270mm，则得到相邻亮条纹的间距Δx为__________mm；形成此干涉图样的单色光的波长为__________m（最后一空保留2位有效数字）。 6．某同学利用双缝干涉实验测量某单色光波长，实验装置如图所示。 (1)对于光具座上的光学元件，下列说法正确的是___________。 A．①是凹透镜，③的作用是产生线光源 B．更换②后目镜中观察到的各条纹位置不变 C．可通过左右调节⑤，使得干涉条纹更加清晰明亮 D．将小灯泡换成激光光源，移除①、②、③后仍可观察到干涉条纹 (2)图中双缝干涉现象出现的区域是___________（选填“区域Ⅰ”、“区域Ⅱ”或“区域Ⅰ和区域Ⅱ”）。 C层 7．利用平面镜也可以进行双缝干涉实验。基本装置如图甲所示，S为单色光源，M为平面镜，S光源直接发出的光和经过平面镜M反射的光形成一对相干光。光源S到光屏的垂直距离为L到平面镜的垂直距离为a，在光屏上形成如图乙所示干涉条纹。 (1)已知光屏上第一条亮条纹读数为，第七条亮条纹如图丙所示读数记为_____________，该单色光的波长_____________（用a，L，，表示）。 (2)如图甲，若光源在水平面上的投影离平面镜左端距离为b，平面镜宽为c，则光屏上出现干涉条纹区域的竖直长度为_____________（用L、a、b和c表示） (3)如图甲，某同学做实验时，平面镜意外沿纸面向下平移了一小段。与未发生平移时相比，干涉条纹间距将_____________（变大、变小或不变） (4)若改用激光器进行双缝干涉实验，在激光器和双缝之间加入一个与光束垂直放置的偏振片，测得的干涉条纹间距与不加偏振片相比_____________（变大、变小或不变） 8．利用平面镜也可以进行双缝干涉实验。基本装置如图甲所示，S为单色光源，M为平面镜，S光源直接发出的光和经过平面镜M反射的光形成一对相干光。光源S到光屏的垂直距离为L到平面镜的垂直距离为a，在光屏上形成如图乙所示干涉条纹。 (1)已知光屏上第一条亮条纹读数为x1，第七条亮条纹如图丙所示读数记为___________mm，该单色光的波长λ=___________（用a，L，x1，x7表示）。 (2)某同学做实验时，平面镜意外倾斜了某微小角度θ如图丁所示。若沿AO向左略微平移平面镜，干涉条纹间距将___________（变大、变小或不变）。 (3)若光源在水平面上的投影离平面镜左端距离为b，平面镜宽为c，则光屏上出现干涉条纹区域的竖直长度为___________（用L、a、b和c表示）。 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 《4.4 实验： 用双缝干涉测量光的波长 分层作业》参考答案 1．(1)Q (2)丙 (3)520 【详解】（1）双缝实验原理图，如图所示。 题干中所给光源为单色光源，所以不需要滤光片，则根据先后顺序，为单缝挡光片，为双缝挡光片。 （2）相邻两条亮（或暗）条纹之间的距离 其中，为两缝到屏的距离，为两缝的间距，为光波的波长。 对于题干中的红光和绿光，、一样， 所以 乙图为绿光，丙图为红光。 （3）相邻两条亮（或暗）条纹之间的距离 代入数据得 2．(1) (2)暗 (3)变大 【详解】（1）根据光速、频率和波长的关系，得该橙光的波长 （2）已知路程差，橙光波长，则 路程差为半波长的奇数倍，因此P点出现暗条纹。 （3）双缝干涉条纹间距公式，红光的波长比橙光长，因此相邻两亮条纹的中心间距变大。 3．(1)A (2)靠近 【详解】（1）双缝干涉测量波长实验中，光学元件的作用顺序为，先通过滤光片获得单色光，再通过单缝获得线光源，最后通过双缝获得相干光，因此M、N、P依次为滤光片、单缝、双缝，故选A。 （2）根据双缝干涉条纹间距公式 要增加目镜中观察到的条纹个数，需要减小条纹间距（视野宽度固定，越小，条纹总数越多）。已知波长、双缝间距不变，因此需要减小双缝到屏的距离，即需将毛玻璃屏向靠近双缝的方向移动。 4．(1)C (2)C (3)AC 【详解】（1）M、N、P三个光学元件依次为滤光片、单缝、双缝。 故选C。 （2）测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，仅转动测量头即可。 故选C。 （3）A．仅撤掉滤光片，光屏仍能观察到彩色干涉图样，故A正确； B．根据条纹间距公式可知，若将双缝间的距离d减小，光屏上相邻两条暗条纹中心的距离增大，故B错误； C．仅撤掉双缝，在光屏上可能观察到明暗相间的衍射条纹，故C正确； D．用测微目镜测出n条亮条纹间的距离a，则相邻两条亮条纹间距为，故D错误； 故选AC。 5．(1)彩色条纹 (2)C (3) 2.12/2.121 6.1×10−7 【详解】（1）取下滤光片，光源发出的光为复色光，经双缝干涉后会形成彩色条纹（不同颜色的光干涉条纹间距不同，叠加成彩色）。 （2）根据双缝干涉条纹间距公式，要增加条纹个数，需减小条纹间距Δx A．单缝与双缝间距不影响条纹间距，故A不符合题意； B．使用间距更小的双缝即d减小，则Δx增大，故B不符合题意； C．将屏向靠近双缝移动即l减小，Δx减小，条纹个数增加，故C符合题意； D．将屏向远离双缝的方向移动，即l增大，Δx增大，条纹个数减小，故D不符合题意； 故选C。 （3）[1]手轮读数为固定刻度加可动刻度，故图丁中手轮上的示数为 [2]手轮读数为固定刻度加可动刻度，故图丙中手轮上的示数为 由乙图可知，则得相邻亮条纹的间距为 [3]根据双缝干涉条纹间距公式可知，形成此干涉图样的单色光的波长为 6．(1)CD (2)区域Ⅱ 【详解】（1）A．① 是凸透镜（不是凹透镜），作用是将灯泡发出的发散光变成平行光（或汇聚后形成线光源），③ 是单缝，作用是产生线光源，A错误； B．②是滤光片，更换后入射光的波长改变，干涉条纹间距改变，条纹位置改变，B错误； C．拨杆⑤的作用是调节单缝（③）的方向，使单缝与双缝平行。当单缝与双缝不平行时，干涉条纹会模糊、亮度低；调节至平行后，干涉条纹会更加清晰明亮，C 正确； D．激光相干性、平行度好，换成激光光源后，不需要滤光片、单缝这些元件，直接照射双缝就可以观察到干涉条纹，D正确。 故选CD。 （2）双缝位于遮光筒的区域Ⅰ右端，光从左向右传播，只有经过双缝后，才会分成两束相干光，在双缝右侧的区域Ⅱ发生叠加干涉，因此干涉现象出现在区域Ⅱ。 【点睛】 7．(1) 13.870 (2) (3)变小 (4)不变 【详解】（1）[1]由图丙可得读数为 [2]相邻亮条纹中心间距为 由题意可知，等效的双缝间距为 又 联立，解得 （2）画出光路图 根据几何关系，打到最上面的点A到P点距离设为，则 打到最下面的点B到P点距离设为，则 出现干涉条纹区域的竖直长度为 （3）光源S到平面镜中虚像的间距看成双缝的间距d，平面镜意外沿纸面向下平移了一小段，则d变大，根据可知，干涉条纹间距将变小。 （4）在激光器和双缝之间加入一个与光束垂直放置的偏振片，不影响光的波长，则测得的干涉条纹间距与不加偏振片相比不变。 8．(1) 13.870/3.868/13.872/13.869/13.871 (2)变大 (3) 【详解】（1）[1]由图丙可得读数为 [2]相邻亮条纹中心间距为 由题意可知，等效的双缝间距为 又 联立，解得 （2）画出光路图有 沿OA向左略微平移平面镜，即图中从②位置→①位置，由图可看出双缝的间距即S与像的间距减小，则干涉条纹间距变大。 （3）画出光路图 根据几何关系，打到最上面的点到P点距离设为，则 打到最下面的点到P点距离设为，则 出现干涉条纹区域的竖直长度为 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $