高中物理人教版 (2019)選擇性必修第一冊(cè)4 實(shí)驗(yàn)：用雙縫干涉測量光的波長優(yōu)秀當(dāng)堂檢測題-試卷下載-教習(xí)網(wǎng)

?4.4 實(shí)驗(yàn)：用雙縫干涉測量光的波長

基礎(chǔ)知識(shí)梳理

一、實(shí)驗(yàn)原理
如圖所示，兩縫之間的距離為d，每個(gè)狹縫都很窄，寬度可以忽略.

兩縫S1、S2的連線的中垂線與屏的交點(diǎn)為P0，雙縫到屏的距離OP0＝l.則相鄰兩個(gè)亮條紋或暗條紋的中心間距：Δx＝λ.
若已知雙縫間距，再測出雙縫到屏的距離l和條紋間距Δx，就可以求得光波的波長.
二、實(shí)驗(yàn)器材
雙縫干涉儀，即光具座、光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測量頭.另外，還有學(xué)生電源、導(dǎo)線、刻度尺等.
三、實(shí)驗(yàn)步驟
1.將光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如圖所示.

2.接好光源，打開開關(guān)，使燈絲正常發(fā)光.
3.調(diào)節(jié)各器件的高度，使光源燈絲發(fā)出的光能沿軸線到達(dá)光屏.
4.安裝雙縫和單縫，中心大致位于遮光筒的軸線上，使雙縫與單縫的縫平行，兩者間距5～10 cm，這時(shí)可觀察白光的干涉條紋.
5.在單縫和光源間放上濾光片，觀察單色光的干涉條紋.
四、數(shù)據(jù)處理
1.安裝測量頭，調(diào)節(jié)至可清晰觀察到干涉條紋.
2.使分劃板中心刻線對(duì)齊某條亮條紋的中心，記下手輪上的讀數(shù)a1，將該條紋記為第1條亮紋；轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使分劃板中心刻線移動(dòng)至另一亮條紋的中心，記下此時(shí)手輪上的讀數(shù)a2，將該條紋記為第n條亮紋，則相鄰兩亮條紋間距Δx＝.
3.用刻度尺測量雙縫到光屏間的距離l(d是已知的).
4.重復(fù)測量、計(jì)算，求出波長的平均值.
五、誤差分析
1.光波的波長很小，Δx、l的測量對(duì)波長λ的影響很大.
2.在測量l時(shí)，一般用毫米刻度尺；而測Δx時(shí)，用千分尺且采用“累積法”.
3.多次測量求平均值.
六、注意事項(xiàng)
1.雙縫干涉儀是比較精密的儀器，應(yīng)輕拿輕放，不要隨便拆解遮光筒、測量頭等元件.
2.濾光片、單縫、雙縫、目鏡等如有灰塵，應(yīng)用擦鏡紙輕輕擦去.
3.安裝時(shí)，注意調(diào)節(jié)光源、濾光片、單縫、雙縫的中心均在遮光筒的中心軸線上，并使單縫、雙縫平行且豎直，間距大約5～10 cm.
4.調(diào)節(jié)的基本依據(jù)是：照在像屏上的光很弱.主要原因是燈絲與單縫、雙縫、測量頭與遮光筒不共軸線所致.干涉條紋不清晰的主要原因一般是單縫與雙縫不平行.
5.測量頭在使用時(shí)應(yīng)使中心刻線對(duì)應(yīng)著亮(暗)條紋的中心.
6.光源燈絲最好為線狀燈絲，并與單縫平行靠近.
典型例題分析

考點(diǎn)一：楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原?br /> 【例1】如圖所示為雙縫干涉的實(shí)驗(yàn)裝置，圖中有四個(gè)光學(xué)元件的名稱空缺，關(guān)于它們的名稱正確的是（　?。?br />
A．①單縫②濾光片③雙縫 B．①濾光片②雙縫③遮光筒
C．②凸透鏡③雙縫④遮光筒 D．①凸透鏡②單縫③雙縫
【變式練習(xí)】
1．如圖是用雙縫干涉測光的波長的實(shí)驗(yàn)設(shè)備示意圖。圖中①是光源，②是濾光片，③是單縫，④是雙縫，⑤是光屏。以下操作能夠增大光屏上相鄰兩條亮紋之間的距離的是（　?。?br />
A．增大③和④之間的距離 B．增大④和⑤之間的距離
C．將紅色濾光片改為綠色濾光片 D．增大雙縫之間的距離
2．下列關(guān)于雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的說法中正確的是（　?。?br /> A．單縫的作用是獲得頻率保持不變的相干光源
B．用紅光和綠光分別做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)（λ紅>λ綠），綠光干涉圖樣的條紋間距比紅光大
C．雙縫的作用是獲得兩個(gè)振動(dòng)情況相同的相干光源
D．在光屏上能看到光的干涉圖樣，但在雙縫與光屏之間的空間卻沒有干涉發(fā)生
考點(diǎn)二：楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)和誤差分析
【例2】以下是一些有關(guān)高中物理實(shí)驗(yàn)的描述，其中不正確的是（????）

A．在“用雙縫干涉測光的波長”實(shí)驗(yàn)中，其他條件不變，換一個(gè)兩縫之間距離較大的雙縫，干涉條紋間距將變窄
B．在“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”實(shí)驗(yàn)中，斜槽可以不光滑，但必須保持其末端切線水平
C．在“用單擺測定重力加速度”實(shí)驗(yàn)中如果擺長測量無誤，但測得的g值偏小，其原因可能是將全振動(dòng)的次數(shù)n誤計(jì)為n-1
D．在測定玻璃折射率實(shí)驗(yàn)中，玻璃磚界面aa′與bb′間的距離越小實(shí)驗(yàn)誤差越小

【變式練習(xí)】
1．利用圖示裝置研究雙縫干涉現(xiàn)象并測量光的波長。下列說法中正確的是（　?。?br />
A．實(shí)驗(yàn)裝置中的①②③元件分別為單縫、濾光片、雙縫
B．測量時(shí)測量頭分劃板的中心刻線應(yīng)與條紋的中心對(duì)齊
C．將單縫向雙縫移動(dòng)一小段距離后，干涉條紋間距變寬
D．測量過程中誤將5個(gè)條紋間距數(shù)成6個(gè)，波長測量值偏大
2．在光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，光屏上出現(xiàn)的條紋情況是（????）
A．中央明條紋最寬
B．各種不同色光的暗條紋間距一樣大
C．對(duì)于同種色光，光屏離雙縫距離越遠(yuǎn)明條紋的間距越小
D．在相同裝置中紅光的明條紋間距比紫光的明條紋間距大
課后小練

一、單選題
1．在“用雙縫干涉測量光的波長”的實(shí)驗(yàn)中，光源與屏之間應(yīng)依次放置（　?。?br /> A．單縫、濾光片、雙縫 B．濾光片、單縫、雙縫
C．濾光片、雙縫、單縫 D．雙縫、單縫、濾光片
2．如圖所示，某同學(xué)對(duì)雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)并觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，下述現(xiàn)象中能夠觀察到的是（　?。?br />
A．將濾光片由紅色的換成藍(lán)色的，干涉條紋間距變寬
B．將單縫向雙縫移動(dòng)一小段距離后，干涉條紋間距變寬
C．換一個(gè)兩縫之間距離較大的雙縫，干涉條紋間距變窄
D．去掉濾光片后，干涉現(xiàn)象消失
3．在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，設(shè)單縫寬度為h，雙縫距離為d，雙縫與屏的距離為l，當(dāng)采取下列四組數(shù)據(jù)中的哪一組時(shí)，可在光屏上觀察到清晰可辨的干涉條紋(　　)

A．h＝1cm，d＝0.1mm，l＝1m B．h＝1mm，d＝0.1mm，l＝10cm
C．h＝1mm，d＝10cm，l＝1m D．h＝1mm，d＝0.1mm，l＝1m
4．如圖甲所示，利用激光器發(fā)射出的激光照射到雙縫上，在雙縫后面的光屏上能呈現(xiàn)出明、暗相間的干涉條紋。若實(shí)驗(yàn)中僅改變某一個(gè)實(shí)驗(yàn)條件、而其他條件均不變的情況下，得到的干涉圖樣分別如圖乙和丙所示。對(duì)于這兩次實(shí)驗(yàn)，下列說法中正確的是（　?。?br />
A．由于選用的激光器不同，乙圖對(duì)應(yīng)的激光的頻率較高
B．雙縫到光屏的距離L不同，乙圖對(duì)應(yīng)的L較大
C．雙縫的間距不同，乙圖對(duì)應(yīng)的間距較大
D．激光器到雙縫的距離不同，乙圖對(duì)應(yīng)的距離較大
5．楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，除給定條件外其它不變，下列說法正確的是（　　）
A．兩縫間距越小條紋間距越小
B．光屏離雙縫越遠(yuǎn)條紋間距越大
C．七色光中，用紫光做實(shí)驗(yàn)時(shí)條紋間距最大
D．用白光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)得到的是黑白相間的條紋
6．觀察雙縫干涉圖樣的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，用綠色濾光片時(shí)從目鏡中可以看到綠色的干涉條紋，在其他條件不變的情況下，下列操作可以使條紋的間距變大的是（　?。?br />
A．換成紫色濾光片 B．換成縫寬更大的單縫
C．換成間距更小的雙縫 D．換成雙縫到屏的距離更小的遮光筒
7．如圖所示為一束太陽光射到截面為六角形的冰晶上時(shí)的光路圖，、為其折射出的光線中的兩種單色光，下列說法正確的是（　?。?br />
A．在冰晶中，光的傳播速度較大
B．通過同一裝置發(fā)生雙縫干涉，光的相鄰條紋間距較大
C．從同種玻璃中射入空氣發(fā)生全反射時(shí)，光的臨界角較小
D．用同一裝置做單縫衍射實(shí)驗(yàn)，光的中央亮條紋更寬
8．下列說法正確的是（　?。?br /> A．在用單擺測定重力加速度實(shí)驗(yàn)中，誤將30次全振動(dòng)記成了31次，則所測加速度偏小
B．在用雙縫干涉測量光的波長實(shí)驗(yàn)中，僅將紅色濾光片換成藍(lán)色濾光片，光屏上觀察到的干涉條紋間距變小
C．在測定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)中，必須選用兩面平行的玻璃磚
D．用油膜法測分子直徑時(shí)，若撒的痱子粉過多，所測分子直徑偏小
二、多選題
9．用綠光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，在光屏上呈現(xiàn)出綠暗相間的條紋，相鄰兩條綠條紋中心間的距離為Δx。下列說法正確的是（　　）
A．如果增大單縫到雙縫之間的距離，Δx將增大
B．如果增大雙縫之間的距離，Δx將增大
C．如果增大雙縫到光屏的距離，Δx將增大
D．如果換成紅光做實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)裝置不變，Δx將增大
10．某同學(xué)在做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，按圖安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，在光屏上卻觀察不到干涉圖樣，這可能是由于（　　）
A．光束的中央軸線與遮光筒的軸線不一致，相差較大
B．沒有安裝濾光片
C．單縫與雙縫不平行
D．光源發(fā)出的光束太強(qiáng)
11．以下是一些有關(guān)高中物理實(shí)驗(yàn)的描述，其中正確的是（　?。?br />
A．在“用雙縫干涉測光的波長”實(shí)驗(yàn)中，其他條件不變，換一個(gè)兩縫之間距離較大的雙縫，干涉條紋間距將變窄
B．在實(shí)驗(yàn)“探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系”中，應(yīng)緩慢推拉活塞
C．在“用單擺測定重力加速度”實(shí)驗(yàn)中如果擺長測量無誤，但測得的g值偏小，其原因可能是將全振動(dòng)的次數(shù)n誤計(jì)為
D．在測定玻璃折射率實(shí)驗(yàn)中，玻璃磚界面與間的距離越小實(shí)驗(yàn)誤差越小
12．在“用雙縫干涉測光的波長”實(shí)驗(yàn)中，將所用器材按要求安裝在如圖甲所示的光具座上，然后接通電源使光源正常工作。實(shí)驗(yàn)時(shí)調(diào)節(jié)測量頭，使分劃板中心刻線與一條亮條紋中心對(duì)齊，記錄為第一條亮紋，此時(shí)手輪上的示數(shù)如圖乙所示，然后同方向轉(zhuǎn)動(dòng)測量頭，使分劃板中心線對(duì)準(zhǔn)第六條亮條紋的中心，記下此時(shí)圖丙中手輪的示數(shù)，已知雙縫間距d為，雙縫到屏的距離L為0.800m，下列說法正確的是（　?。?br />
A．用兩束單色光A、B分別做干涉實(shí)驗(yàn)，若A光的條紋間距比B光的大，則A光折射率更大，在水中的傳播速度更大
B．減小實(shí)驗(yàn)中的雙縫間距，目鏡中的條紋數(shù)會(huì)增加
C．圖丁中的亮條紋間距表示正確
D．該單色光的波長約為430nm
三、填空題
13．（某同學(xué)用如圖甲所示的裝置測量激光的波長。將一束激光照在雙縫上，在光屏上觀察到如圖乙所示平行且等寬的明暗相間的條紋。該同學(xué)測得雙縫間距為d（每個(gè)縫的寬度很窄可忽略），光屏到雙縫的距離為L，經(jīng)測量得出5條亮條紋中心之間的距離為a，圖乙中的條紋是因?yàn)榧す獍l(fā)生了______（填“干涉”、“衍射”）現(xiàn)象而產(chǎn)生的，經(jīng)計(jì)算該激光的波長為______。

14．在“雙縫干涉測量光的波長”實(shí)驗(yàn)中，分別用紅色和綠色的激光照射同一雙縫，在雙縫后的屏幕上，紅光的干涉條紋間距△y1與綠光的干涉條紋間距△y2相比，△y1________△y2（填“＞”、“=”或“＜”）。若雙縫之間的距離為0.3mm，雙縫與屏幕的距離為1.00m，某紅光的干涉實(shí)驗(yàn)中測得第l條到第6條亮條紋中心間的距離為10.5mm，。則該紅光波長為_________m
15．在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，分布用紅色和綠色的激光照射同一雙縫，在雙縫后的屏幕上，紅光的干涉條紋間距與綠光的干涉條紋間距相比______ （填“＞”、“＜”或“＝”）．若實(shí)驗(yàn)中紅光的波長為，雙縫到屏幕的距離為，測得第一條到第6條亮條紋中心間的距離為，則雙縫之間的距離為______．
16．某同學(xué)利用圖甲所示的裝置研究光的干涉和衍射，光電傳感器可以測量光屏上光強(qiáng)的分布。某次實(shí)驗(yàn)時(shí)，在電腦屏幕上得到圖乙所示的光強(qiáng)分布，這位同學(xué)在縫屏上安裝的是________(填“單縫”或“雙縫”)。當(dāng)研究干涉現(xiàn)象時(shí)，若要使干涉條紋的間距變大，可選用寬度較________(填“寬”或“窄”)的雙縫，或使雙縫屏與光屏間的距離________(填“增大”或“減小”)。

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