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高二物理选修3-4同步练习:13-4


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:ACD 2.(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 C.增大双缝之间的距离

答案:D l 解析:由双缝干涉中条纹宽度的表达式 Δx=dλ 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: ) B.增大光的频率 D.增大光的波长 )

1

(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。 L (3)由 Δx= d λ 可得 0.5×10 d ?1.770-1.250?×10 λ=Δx· = × m=6.5×10-7m。 L 1 6-2
-2 -3

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, 点是距 O 点最近的第一条亮 P 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 ( )

2

A.只有①②正确 C.只有②③正确 答案:A

B.只有①④正确 D.只有③④正确

解析: 点到两缝的距离相等, O 故不论换用红光还是蓝光, 点均为亮条纹, O l 所以①正确,③错误;由 Δx=dλ 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

3

L 正确;由 Δx= d λ 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

l 解析:利用 Δx=dλ 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,

4

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:0.506~0.509

1.507~1.509

665~669

解析:①螺旋测微器的读数为: 0.5mm+0.01mm×0.8=0.508mm ②读数为:1.5mm+0.01mm×0.9=1.509mm ③两相邻明条纹之间的间距为:
5

Δx=

1.509-0.508 mm=0.334mm 3

-3 -3 L Δxd 0.334×10 ×0.4×10 由 Δx= d λ 有 λ= L = m=0.667×10-6m=667nm 0.2

2.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。

6

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)13.870 d (4) l Δx 2.310
-4

6.6×10

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 13.870mm Δx= 13.870-2.320 mm=2.310mm 6-1

l d (4)由 Δx=dλ 可得:λ= l Δx 可求出 λ= 2.0×10-4 ×2.310mm=6.6×10-4mm 0.700

3.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 4 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 的水中,这 3 时屏上的条纹间距是多少? 答案:6.3×10-7m 2.8×10-2m 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、

7

λ 的关系,可求条纹间距。 l 由 Δx=d· λ,可以得出,红光的波长 λ 0.1×10-3×3.8×10-2 d λ= l ·Δx= m=6.3×10-7m 6.0 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。 λ λ′ c 由此可知c= v ,而v=n
-7 λ 6.3×10 ×3 则 λ′=n= m=4.7×10-7m 4

这时屏上条纹的间距是 6.0×4.7×10 l Δx′=d· λ′= m=2.8×10-2m 0.1×10-3
-7

8


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