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实验　用双缝干涉测光的波长知能优化训练

上传时间: 2014-08-16

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1．在双缝干涉实验中，滤光片的作用是________，单缝的作用是________，双缝的作用是________．

答案：获得单色光　提供线状光源　提供相干光源

2．用红光做双缝干涉实验，在屏上观察到干涉条纹，在其他条件不变的情况下，改用紫光做实验，则干涉条纹间距将变________，如果改用白光做实验，在屏上将出现________色条纹．

解析：相同条件下，光波波长越大，条纹间距越宽，因为紫光波长较小，所以条纹间距窄．如果改用白光，由于白光是复色光，各种色光的波长不同，干涉条纹间距不同，各种色光相互叠加交错，形成彩色条纹．

答案：小　彩

3．用双缝干涉测光的波长的实验中，为什么不直接测Δy，而要测n个条纹的间距？

解析：相邻两条纹间距Δy是两条纹中心间的距离，这个距离比较小，为了减小误差，测出n个条纹间的距离a，然后取平均值求出Δy，且Δy＝.

答案：见解析

4．在“用双缝干涉测光的波长”实验中采用双缝干涉仪，它包括以下元件：

A．白炽灯　B．单缝片　C．光屏　D．双缝　E．滤光片(其中双缝和光屏连在遮光筒上)

(1)把以上元件安装在光具座上时，正确的排列顺序是：A________(A已写好)．

(2)正确调节后，在屏上观察到红光干涉条纹，用测量头测出10条红亮条纹间的距离为a；改用绿色滤光片，其他条件不变，用测量头测出10条绿亮条纹间的距离为b，则一定有________大于________．

解析：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，或把它们全部倒过来，因本题第一项已写好，故答案是惟一的．

由Δy＝λ知，波长越长，条纹越宽，间距越大，或由干涉条纹的特征均可得出a一定大于b.

答案：(1)EBDC　(2)a，b

5．在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，装置如图5－1－20所示．双缝间的距离d＝3 mm.

图5－1－20

(1)若测定红光的波长，应选用________色的滤光片，实验时需要测定的物理量有：____________和____________．

(2)若测得双缝与屏之间的距离为0.70 m，通过测量头(与螺旋测微器原理相似，手轮转动一周，分划板前进或后退0.5 mm)观察第1条亮纹的位置如图5－1－21甲所示，观察第5条亮纹的位置如图乙所示．则可求出红光的波长λ＝________m．(保留一位有效数字)．

图5－1－21

解析：测红光波长选红色滤光片，因为红色滤光片能透过红光．据Δy＝λ知须测双缝到屏的距离l和n条条纹间的距离a，从而计算出条纹间距离Δy，最后算得λ.

答案：(1)红　双缝到屏的距离l　n条亮条纹间的距离a

(2)6.9×10－7

一、单项选择题

1．双缝干涉实验中观察到的红光的干涉图样是(　　)

A．一系列明暗相同的同心圆

B．一些杂乱无章的点

C．平行、等间距的明暗相间条纹

D．条纹中间宽、两边窄

答案：C

2．关于双缝干涉现象，下列说法正确的是(　　)

A．在实验装置一定的情况下，红光的干涉条纹比紫光的干涉条纹宽

B．用同一频率的单色光做实验时，中央条纹最亮、最宽，周围条纹逐渐变暗、变窄

C．将屏向后移动，条纹宽度变窄

D．一狭缝通过红光，另一狭缝通过紫光，屏上仍能看到干涉条纹

解析：选A.由明暗条纹宽度计算公式Δy＝λ可知，红光的波长大于紫光的波长，所以Δy红大于Δy紫，A正确；用同一频率的单色光做双缝实验时，明暗条纹的宽度均相等，跟距离中央的远近无关，B错误；由Δy＝λ得，l增大，Δy增大，C错误；一狭缝通过红光，另一狭缝通过紫光时，两列波的频率不同，不能产生干涉图样，但屏上有红光的衍射条纹与紫光的衍射条纹叠加的条纹，D错误．

3．(2011年台州市高二期末)某同学用某种单色光做双缝干涉实验时，发现条纹太密难以测量，可以采用的改善办法是(　　)

A．增大双缝间距

B．增大双缝到屏的距离

C．增大双缝到单缝的距离

D．改用波长较短的光(如紫光)作为入射光

解析：选B.由Δy＝λ可知要增大条纹间距离Δy，可增大双缝到屏的距离l，也可换波长λ更大的单色光，还可以减小双缝间距．故选B项．

4．如图5－1－22甲所示为双缝干涉实验的装置示意图，乙图为用绿光进行实验时，在屏上观察到的条纹情况，a为中央亮条纹，丙图为换用另一颜色的单色光做实验时观察到的条纹情况，a′为中央亮条纹，则以下说法正确的是(　　)

图5－1－22

A．丙图可能为用红光实验产生的条纹，表明红光波长较长

B．丙图可能为用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较长

C．丙图可能为用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较短

D．丙图可能为用红光实验产生的条纹，表明红光波长较短

解析：选A.光的波长越长，同一装置产生的双缝干涉图样中条纹越宽，条纹间距也越大，由本题条件可确定另一种颜色的单色光比绿光波长要长，故A对，BCD错．

图5－1－23

如图5－1－23所示，在用单色光做双缝干涉实验时，若把单缝S从双缝S1，S2的中央对称轴位置处稍微向上移动，则(　　)

A．不再产生干涉条纹

B．仍可产生干涉条纹，且中央亮纹P的位置不变

C．仍可产生干涉条纹，中央亮纹P的位置略向上移

D．仍可产生干涉条纹，中央亮纹P的位置略向下移

解析：选D.本实验中单缝S的作用是形成频率一定的线光源，双缝S1、S2的作用是形成相干光源，稍微移动S后，没有改变传到双缝的光的频率，由S1、S2射出的仍是相干光，由单缝S发出的光到达屏上P点下方某点的光程差为零，故中央亮纹下移．

6．某同学按实验装置安装好仪器后，观察光的干涉现象获得成功，若他在此基础上对仪器的安装做如下改动，实验不能成功的是(　　)

A．将遮光筒内的光屏向靠近双缝的方向移动少许，其他不动

B．将滤光片移至单缝和双缝之间，其他不动

C．将单缝向双缝移动少许，其他不动

D．将单缝与双缝的位置互换，其他不动

解析：选D.干涉条纹是双缝发出的光叠加的结果，双缝后面的区域处处存在光波，所以屏前后移动，条纹仍然有．单缝是点光源，距双缝距离稍微变化不会影响双缝后面叠加区域的光波发生干涉，所以A、C能成功；将滤光片放在单缝和双缝间，照到双缝上的光仍是振动情况完全一样的光源，故B能成功；将单缝与双缝互换，失去了产生干涉的条件，即没有相干光源，故D不能成功．

7．利用图5－1－24中装置研究双缝干涉现象时，有下面几种说法：

图5－1－24

①将屏移近双缝，干涉条纹间距变窄

②将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹间距变宽

③将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽

④换一个双缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变窄

⑤去掉滤光片后，干涉现象消失

其中正确的是(　　)

A．①②③ B．①②⑤

C．①②④ D．②④⑤

解析：选C.由条纹间距公式Δy＝λ(d指双缝间距离，l是双缝到屏的距离)，可知①项中l减小，Δy变小，②项中λ变大，Δy变大；④项中d变大，Δy变小．故①②④正确．

二、非选择题

8．如图5－1－25为双缝干涉的实验示意图，若要使干涉条纹间距变大可改用波长更________(填“长”或“短”)的单色光；或者使双缝与光屏之间的距离________(填“增大”或“减小”)．

图5－1－25

解析：干涉条纹间距Δy＝，要使条纹间距变大，则使波长λ变长或双缝与光屏之间的距离l增大．

答案：长　增大

9．用单色光照射双缝，双缝间距等于0.06 cm，缝到屏的距离为1.5 m，若测得屏上7条亮条纹之间共相距9.0 mm，则此单色光的波长是多少？

解析：本题中，|Δx|≠ mm，|Δx|＝ mm＝ mm＝1.5×10－3 m.

把|Δx|＝1.5×10－3 m及d＝0.06 cm＝0.06×10－2 m，l＝1.5 m，代入λ＝可得：λ＝6×10－7 m.

答案：6×10－7 m

10．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＝0.1 mm，双缝到屏的距离l＝6.0 m，测得屏上干涉条纹中亮纹的间距是3.8 cm，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的水中，这时屏上的条纹间距是多少？

解析：由条纹间距Δy、双缝间距d、双缝到屏的距离l及波长λ的关系，可测光波的波长，同理知道水的折射率，可知该波在水中的波长，然后由Δy、d、l、λ的关系，可计算条纹间距．

由Δy＝λ可以得出红光的波长为

λ＝Δy＝ m＝6.3×10－7 m

激光器发出的红光的波长是6.3×10－7 m.

如果将整个装置放入水中，激光器发出的红光在水中的波长为λ′＝＝ m＝4.7×10－7 m

这时屏上条纹的间距是

Δy′＝λ′＝ m＝2.8×10－2 m.

答案：6.3×10－7 m　2.8×10－2 m

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