1、新人教版选择性必修一课后作业第四章光 实验:用双缝干涉测量光的波长 一、选择题 1.用单色光做双缝干涉实验,下列说法正确的是() A.相邻两亮条纹或暗条纹的中心间距相等 B.中央亮条纹的宽度是两侧亮条纹宽度的 2 倍 C.屏与双缝之间的距离减小,则屏上条纹间的距离增大 D.在实验装置不变的情况下,红光的条纹间距小于蓝光的条纹间距 2.用如图所示的装置来观察光的双缝干涉现象时,以下推断正确的是() A.狭缝屏的作用是使入射光到达双缝屏时,双缝就成了两个振动情况总是相同的光源 B.若入射光是白光,则像屏上的条纹是黑白相间的干涉条纹 C.屏上某点到双缝的距离差为入射光波长的 1.5 倍时,该点处一定
2、是亮条纹 D.双缝干涉中亮条纹之间的距离相等,暗条纹之间的距离不相等 3.(多选)在“用双缝干涉测量光的波长”实验中(实验装置如图),下列说法哪些是正确的() A.调节光源高度,使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时,应放上单缝和双缝 B.测量某条干涉亮条纹位置时,应使分划板中心刻线与该亮条纹的中心对齐 C.为了减小测量误差,可测出 n 条亮条纹间的距离 a,求出相邻两条亮条纹间距x= ? ?-1 D.某同学用黄光作为入射光,为了增大干涉条纹的间距,可以采用的方法是改用蓝光作为入射光 4.某次实验中,测得第一级亮条纹和第三级亮条纹中心相距 4.010 -2 m,若双缝间距为 0.1 mm,双缝 到屏的
3、距离为 l=4.0 m,则光波的波长为() A.8.010 -8 mB.5.010 -7 m C.1.510 -8 mD.1.010 -7 m 5.在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中,调节测量头的位置,使分划板中心刻线对齐某亮条纹的 中心,如图所示,此时手轮的读数是mm。转动测量头,使分划板中心刻线向一侧移动到另一 条亮条纹中心位置,再次记下手轮上的读数。若实验测得的 4 条亮条纹中心间的距离为 0.960 mm,且 已知双缝间距 d=1.5 mm,双缝到屏的距离 l=100 cm,则对应的光波的波长为=cm。 6.在用双缝干涉测光的波长的实验中,请按照题目要求回答下列问题。 (1)甲、乙两
4、图都是光的条纹形状示意图,其中干涉图样是。 (2)将表中的光学元件放在图丙所示的光具座上,组装成用双缝干涉测光的波长的实验装置,并用 此装置测量红光的波长。 丙 元件代号ABCDE 元件名称光屏双缝白光光源单缝透红光的滤光片 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,各光学元件的排列顺序应 为。(填写元件代号) (3)已知该装置中双缝间距 d=0.50 mm,双缝到光屏的距离 L=0.50 m,在光屏上得到的干涉图样如图 丁所示,分划板的中心刻线在图中 A 位置时,游标卡尺如图戊所示,则其示数为mm;分划板的 中心刻线在 B 位置时,游标卡尺如图己所示。由以上所测数据可
5、以得出形成此干涉图样的单色光的 波长为m。 7.(1)利用图甲(a)所示装置研究光的某些现象,下列说法正确的是。 甲 A.若在光屏上得到的图样如图(b)所示,则光源和光屏间放置的是单缝挡板 B.若光源和光屏间放置的是双缝挡板,光源由红光换为蓝光后,图样的条纹宽度会变窄 C.若光源和光屏间放置的是三棱镜,光源能发出红、绿、紫三色光,则红光最有可能照射不到光屏上 D.若光源和光屏间放置的是三棱镜,光源能发出红、绿、紫三色光,则紫光最有可能照射不到光屏上 (2)用双缝干涉测量某单色光的波长时,所得的图样如乙图所示,调节仪器使分划板的中心刻线对准 一条亮条纹 A 的中心,测量头的游标卡尺示数如图丙所示
6、,其读数为mm;移动手轮使分划板 的中心刻线对准另一条亮条纹 B 的中心,测量头的游标卡尺示数为 18.6 mm。已知双缝挡板与光屏间 距为 0.6 m,双缝相距 0.2 mm,则所测单色光的波长为m。 乙 丙 8.某同学在实验室找到了一台陈旧的激光器,铭牌已模糊不清,为了测出该激光器发出光的波长, 他在实验室中进行了以下操作: a.将双缝放置在距墙面恰好是 5 块完整地板砖的位置; b.用激光器照射双缝,在墙面上得到了如图所示的清晰的干涉条纹。 (1)图中第五条亮条纹中心位置的读数为cm,相邻两条亮条纹间距x=cm; (2)已知所用双缝的宽度 d=0.10 mm,实验室的地面由“80 cm8
7、0 cm”的地板砖铺成,则该激光器发 出光的波长为m(结果保留 2 位有效数字)。 9.洛埃德(H.Lloyd)在 1834 年提出了一种更简单的观察光的干涉现象的装置洛埃德镜。如图所 示,从单缝 S 发出的光,一部分入射到平面镜后反射到光屏上,另一部分直接投射到光屏上,在光屏上 两光束交叠区域里将出现干涉条纹。单缝 S 通过平面镜成的像是 S。 (1)通过洛埃德镜在屏上可以观察到明暗相间的干涉条纹,这和双缝干涉实验得到的干涉条纹一致。 如果 S 被视为其中的一个缝,相当于另一个“缝”。 (2)实验表明,光从光疏介质射向光密介质界面发生反射时,在入射角接近 90时,反射光与入射光相 比,相位有
8、的变化,即半波损失。如果把光屏移动到和平面镜接触,接触点 P 处是(填 “亮条纹”或“暗条纹”)。 (3)实验中,已知单缝 S 到平面镜的距离为 h=0.15 mm,单缝到光屏的距离为 D=1.2 m,观测到第 3 条 亮条纹到第 12 条亮条纹的中心间距为 22.78 mm,则该单色光的波长=m(结果保留 3 位有 效数字)。 10.如图所示为“双棱镜干涉”实验装置,S 为单色光源。A 为一个顶角略小于 180的等腰三角形棱 镜,P 为光屏,S 位于棱镜的对称轴上,光屏与棱镜底边平行。调节光路,可在屏上观察到干涉条纹。 这是由于光源 S 发出的光经棱镜作用后,相当于在没有棱镜时,两个分别位于
9、图中 S1和 S2位置的相干 光源所发出的光的叠加(S1和 S2的连线与棱镜底边平行)。已知 S1和 S2的位置可由其他实验方法确定, 类比“双缝干涉测波长”的实验,可以推测出,若要利用“双棱镜干涉”测量光源 S 发出的单色光的 波长,需要测量的物理量是、和。 答案答案 一、选择题 1.A因为相邻两亮条纹或暗条纹的中心间距x=? ?,其中 d 为双缝间的距离,l 为双缝到屏的距 离,为光波波长,可见相邻两亮条纹或暗条纹之间的距离相等,A 正确,B 错误。由公式x=? ?可 知,l 减小,屏上条纹间距减小,C 错误。因为红蓝,所以x 红x蓝,D 错误。 2.A狭缝的作用是形成线光源,使得入射光到
10、达双缝屏时,双缝就成了两个振动情况总是相同的光 源,故 A 正确;若入射光是白光,则像屏上产生的条纹是彩色的干涉条纹,故 B 错误;像屏上某点到双 缝的距离差为入射光波长的 1.5 倍时,该点是振动减弱点,该处一定是暗条纹,故 C 错误;干涉条纹是 等间距的,相邻的两个亮条纹或相邻的两个暗条纹间距相等,故 D 错误。 3.BC调节光源高度,使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时,不需放单缝和双缝,故 A 错误。测量某条 干涉亮条纹位置时,应使分划板中心刻线与该亮条纹的中心对齐,故 B 正确。n 条亮条纹之间有 n-1 个间距,相邻两条亮条纹的间距x= ? ?-1,故 C 正确。某同学用黄光作为入射光,
11、根据x= ? ?可知,为了 增大干涉条纹的间距,应用波长比黄光长的红光或橙光作为入射光,不可以改用波长比黄光短的蓝光 作为入射光,故 D 错误。 4.B根据公式x=? ?,x= 4.010-2 31 m=2.010 -2 m,l=4.0 m,d=0.1 mm=1.010 -4 m,有=? ? =5.010 - 7 m,故选 B。 二、非选择题 5.答案1.1804.810 -5 解析根据手轮的读数规则,可得手轮读数为 1.180 mm;根据公式x=? ?,解得= ? ? =4.810 -7 m=4.810 -5 cm。 6.答案(1)甲(2)CEDBA(3)111.206.410 -7 解析(
12、1)双缝干涉条纹的特点是等间距、等宽度、等亮度;衍射条纹的特点是中间宽两边窄、中间 亮两边暗,且不等间距。根据以上特点知甲图是干涉条纹。 (2)为获取单色线光源,白光光源后面要有滤光片、单缝、双缝,所以各光学元件的排列顺序应 为 CEDBA。 (3)游标卡尺读数=主尺读数+游标尺读数,故 xA=111 mm+0.05 mm4=111.20 mm,xB=115 mm+0.05 mm13=115.65 mm; 相邻两个亮条纹的间距x=?-? 7 =0.115650.11120 7 m0.64 mm 根据公式x=? ?,有= ? ? =0.6410 -30.5010-3 0.50 m=6.410 -
13、7 m 7.答案(1)BD(2)11.46.010 -7 解析(1)若在光屏上得到的图样如题图甲中的(b)图所示,为双缝干涉条纹,则光源和光屏间放置的 是双缝挡板,不是单缝挡板,故 A 错误;若光源和光屏间放置的是双缝挡板,光发生干涉,光源由红光 换为蓝光后,依据干涉条纹间距公式x=? ?可知,波长变短,图样的条纹宽度会变窄,故 B 正确;若光 源和光屏间放置的是三棱镜,光源能发出红、绿、紫三色光,光通过三棱镜后,红光偏折最小,则红光 最有可能照射到光屏上,紫光偏折最大,则紫光最有可能照射不到光屏上,故 C 错误,D 正确。 (2)由题图丙可知,游标卡尺的示数为 11 mm+40.1 mm=1
14、1.4 mm 相邻两个亮条纹间距为x=1 4(18.6-11.4) mm=1.810 -3 m 根据双缝干涉条纹间距公式x=? ?,代入数据解得=6.010 -7 m 8.答案(1)10.452.47(2)6.210 -7 解析(1)刻度尺的分度值为 1 mm,需要估读到分度值的下一位,根据刻度尺的读数规则,可得第五条 亮条纹中心位置的读数为 x5=10.45 cm。 第一条亮条纹中心位置的读数为 x1=0.57 cm,则相邻两个亮条纹间距x=?5-?1 4 =2.47 cm。 (2)所用双缝的宽度 d=0.10 mm=0.000 1 m,双缝到墙面的距离 L=80 cm5=400 cm=4
15、m,根据干 涉条纹间距公式x=? ?,代入数据解得波长=6.210 -7 m。 9.答案(1)S 经平面镜成的像 S(2)暗条纹(3)6.3310 -7 解析(1)如果 S 被视为双缝中的一个,S 经平面镜成的像 S相当于另一个“缝”。 (2)如果把光屏移动到和平面镜接触,入射角接近 90,反射光与入射光相比相位有的变化,即 半波损失,所以接触点 P 处是暗条纹。 (3)第 3 条亮条纹到第 12 条亮条纹的中心间距为 22.78 mm,则相邻两个亮条纹间距x=22.7810 -3 9 m=2.5310 -3 m 等效双缝间的距离 d=2h=0.30 mm=310 -4 m,根据双缝干涉条纹间距公式x=? ?,得 =? ? =310 -42.5310-3 1.2 m=6.3310 -7 m。 10.答案S1与 S2间的距离S1(或 S2)与光屏间的距离干涉条纹间距 解析由题意“光源 S 发出的光经棱镜作用后,相当于在没有棱镜时,两个分别位于图中 S1和 S2位置 的相干光源所发出的光的叠加”可知,S1与 S2相当于双缝干涉实验中的双缝。根据双缝干涉条纹的 间距公式x=? ?可知= ? ? ,故需要测量的物理量有:S1与 S2间的距离、S1(或 S2)与光屏间的距离、 干涉条纹间距。
