高二物理用双缝干涉测量光的波长同步检测

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基础夯实1.做“双缝干涉测光的波长”实验时,一同学在光屏上隐约看到亮光,根本无法看见明暗相间的条纹,其原因可能是()A.光源的高度不合适B.没有放入滤光片C.单缝和双缝不平行D.单缝和双缝的前后位置放反了答案:ACD2.(2012·大连高二检测)做双缝干涉实验时,要增大屏上相邻亮条纹之间的距离,可以采取的措施是()A.减小双缝到屏的距离B.增大光的频率C.增大双缝之间的距离D.增大光的波长答案:D解析:由双缝干涉中条纹宽度的表达式Δx=ldλ可知,增大条纹宽度Δx,可以增大双缝到屏的距离l、减小双缝之间的距离d,或者增大光的波长λ,故A、C错,D对;增大光的频率,则减小了光的波长,条纹宽度减小,故B错。3.某同学在做“双缝干涉测定光的波长”实验时,第一次分划板中心刻度线对齐第2条亮纹的中心时(如图甲中的A),游标卡尺的示数如图乙所示,第二次分划板中心刻度线对齐第6条亮纹的中心时(如图丙中的B),游标卡尺的示数如图丁所示。已知双缝间距d=0.5mm,缝到屏的距离L=1m。则:(1)图乙中游标卡尺的示数为________cm。(2)图丁中游标卡尺的示数为________cm。(3)所测光波的波长为____m(保留两位有效数字)。答案:(1)1.250(2)1.770(3)6.5×10-7解析:(1)图乙中游标卡尺是20个等分刻度,精确度为0.05mm,读数为12mm+0.05mm×10=12.50mm=1.250cm。(2)图丁中游标卡尺也是20个等分刻度,读数为17mm+0.05mm×14=17.70mm=1.770cm。(3)由Δx=Ldλ可得λ=Δx·dL=1.770-1.250×10-26-2×0.5×10-31m=6.5×10-7m。4.双缝干涉实验装置如图所示,绿光通过单缝S后,投射到具有双缝的挡板上,双缝S1和S2与单缝的距离相等,光通过双缝后在与双缝平行的屏上形成干涉条纹。屏上O点距双缝S1和S2的距离相等,P点是距O点最近的第一条亮条纹。如果将入射的绿光换成红光或蓝光,讨论屏上O点及其上方的干涉条纹的情况是:①O点是红光的亮条纹;②红光的第一条亮条纹在P点的上方;③O点不是蓝光的亮条纹;④蓝光的第一条亮条纹在P点的上方。其中正确的是()A.只有①②正确B.只有①④正确C.只有②③正确D.只有③④正确答案:A解析:O点到两缝的距离相等,故不论换用红光还是蓝光,O点均为亮条纹,所以①正确,③错误;由Δx=ldλ可知,红光的波长比绿光的大,条纹间距也比绿光大,因此,红光的第一条亮条纹在P点的上方;②正确;同理,蓝光的波长比绿光的小,蓝光的第一条亮条纹在P点的下方,④错误;综上所述,只有A正确。5.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单缝、b双缝、c滤光片、d光屏C.a滤光片、b单缝、c双缝、d光屏D.a滤光片、b双缝、c单缝、d光屏对于某种单色光,为增加相邻亮纹(或暗纹)之间的距离,可采用的方法是(任写一种方法)________。答案:C增加双缝到屏的距离或减小双缝间距解析:a、b、c、d各装置的名称分别为滤光片、单缝、双缝、光屏,故C正确;由Δx=Ldλ可知,要增加相邻亮纹(或暗纹)的距离,可以增加双缝到屏的距离,也可以减小双缝间距。6.如图所示,A、B、C、D代表双缝产生的四种干涉图样,回答下面问题:(1)如果A图样是红光通过双缝产生的,那么换用紫光得到的图样用________图样表示最合适。(2)如果将B图样的双缝距离变小,那么得到的图样用________图样表示最合适。(3)如果将A图样的双缝到屏的距离变小,那么得到的图样用________图样表示最合适。(4)如果将A图样的装置从空气移入水中,那么得到的干涉图样用________图样表示最合适。答案:(1)C(2)D(3)C(4)C解析:利用Δx=ldλ公式,光源由红光换成紫光时,λ变小,相应Δx也变小,(1)中应选C;双缝距离d减小时,Δx变大,(2)中应选D;双缝到屏的距离l变小,得到的图样的Δx变小,(3)中应选C;将装置从空气移入水中时,波长λ减小,Δx也减小,(4)中应选C。7.某位同学在做用双缝干涉测光的波长的实验中,透过测量头上的目镜观察干涉图样,若只在左侧视野中有明暗相间的条纹,而右侧较暗(没有条纹),这是怎么回事?应如何调节?解析:既然在光屏上出现了明暗相间的条纹,说明双缝和单缝是平行的,符合干涉条件,而视野中右侧没有干涉条纹,可能是目镜过于偏向右侧,偏离了遮光筒轴线所致。所以可转动测量头上的手轮,使分划板连同目镜向左侧移动适当距离即可。能力提升1.图①是利用双缝干涉测某单色光波长的实验装置。测得双缝屏到毛玻璃屏的距离为0.2m、双缝的距离为0.4mm。图②是通过该仪器的观测装置看到毛玻璃屏上的干涉图样,其中1、2、3、4、5…是明条纹的编号。图③、图④是利用该仪器测光的波长时观察到的情景,图③是测第1号明条纹的位置,此时观测装置上千分尺的读数为____________mm,图④是测第4号明条纹的位置,此时观测装置上千分尺的读数为__________mm。根据上面测出的数据可知,被测光的波长为____________nm。答案:0.506~0.5091.507~1.509665~669解析:①螺旋测微器的读数为:0.5mm+0.01mm×0.8=0.508mm②读数为:1.5mm+0.01mm×0.9=1.509mm③两相邻明条纹之间的间距为:Δx=1.509-0.5083mm=0.334mm由Δx=Ldλ有λ=ΔxdL=0.334×10-3×0.4×10-30.2m=0.667×10-6m=667nm2.现有毛玻璃屏A,双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件,要把它们放在下图所示的光具座上组装成双缝干涉装置,用以测量红光的波长。(1)将白光光源C放在光具座最左端,依次放置其他光学元件,由左至右,表示各光学元件的字母排列顺序应为C、________、A。(2)本实验的实验步骤有:①取下遮光筒左侧的元件,调节光源高度,使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮;②按合理顺序在光具座上放置各光学元件,并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上;③用米尺测量双缝到屏的距离;④用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮纹间的距离。在操作步骤②时还应注意____________________和______________________________________。(3)将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐,将该亮纹定为第1条亮纹,此时手轮上的示数如图甲所示。然后同方向转动测量头,使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐,记下此时图乙中手轮上的示数__________mm,求得相邻亮纹的间距Δx为________mm。(4)已知双缝间距d为2.0×10-4m,测得双缝到屏的距离l为0.700m,由计算公式λ=________,求得所测红光波长为________mm。答案:(1)E、D、B(2)单缝与双缝的间距为5cm~10cm,使单缝与双缝相互平行。(3)13.8702.310(4)dlΔx6.6×10-4解析:(1)双缝干涉仪各组成部分在光具座上的正确排序为:光源、滤光片、单缝、双缝、屏,因此应填:E、D、B。(2)单缝与双缝的间距为5cm~10cm,使单缝与双缝相互平行。(3)甲图的读数为2.320mm乙图的读数为13.870mmΔx=13.870-2.3206-1mm=2.310mm(4)由Δx=ldλ可得:λ=dlΔx可求出λ=2.0×10-40.700×2.310mm=6.6×10-4mm3.用氦氖激光器进行双缝干涉实验,已知使用的双缝间距离d=0.1mm,双缝到屏的距离l=6.0m,测得屏上干涉条纹中相邻亮纹的间距是3.8cm,氦氖激光器发出的红光的波长λ是多少?假如把整个装置放入折射率是43的水中,这时屏上的条纹间距是多少?答案:6.3×10-7m2.8×10-2m解析:由条纹间距Δx,双缝间距离d,双缝到屏的距离l及波长λ的关系,可测波长。同理,知道水的折射率,可知该光在水中的波长,然后由d、Δx、l、λ的关系,可求条纹间距。由Δx=ld·λ,可以得出,红光的波长λλ=dl·Δx=0.1×10-3×3.8×10-26.0m=6.3×10-7m激光器发出的红光的波长是6.3×10-7m。如果整个装置放入水中,激光器发出的红光在水中的波长设为λ′,由光的特点可知:光在传播过程中,介质发生变化,波长和波速发生改变,但频率不变。由此可知λc=λ′v,而cv=n则λ′=λn=6.3×10-7×34m=4.7×10-7m这时屏上条纹的间距是Δx′=ld·λ′=6.0×4.7×10-70.1×10-3m=2.8×10-2m

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