四川省成都市航天中学选修1高中物理 实验：用双缝干涉测量光的波长单元测试题

四川省成都市航天中学选修1高中物理实验：用双缝干涉测量光的波长单元

测试题

一、实验：用双缝干涉测量光的波长实验题

1．在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，某同学安装实验装置如图甲所示，调试好后能观察到清晰的干涉条纹．

（1）根据实验装置知，②、③、④依次是______、______、______．

（2）某次实验时，该同学调节分划板的位置，使分划板中心刻线对齐某亮纹的中心，如图乙所示，此时螺旋测微器的读数为______mm．

（3）转动手轮，使分划线向一侧移动到另一条亮纹的中心位置，再次从螺旋测微器上读数．若实验测得4条亮纹中心间的距离为?x1=0.960mm，已知双缝间距为d=1.5mm，双缝到屏的距离为L=1.00m，则对应的光波波长λ=______mm．

2．利用双缝干涉测定光的波长的实验中，双缝间距d=0.4mm，双缝到光屏间的距离

l=0.5m，用某种单色光照射双缝得到干涉条纹如图所示，分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数也如图中所给出，则：

（1）分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数分别为x A=______mm，x B=______mm，相邻两条纹间距Δx=______mm；

（2）该单色光的波长λ=_______m；

（3）若增大双缝的间距，其他条件保持不变，则得到的干涉条纹间距将_______（填“变大”“不变”或“变小”）；若改用频率较高的单色光照射，其他条件保持不变，则得到的干涉条纹间距将______（填“变大”“不变”或“变小”）。

3．我们用以下装置来做“用双缝干涉测量光的波长”的实验：

(1)在本实验中，需要利用关系式L x d

λ?=来求解某色光的波长，其中L 和d 一般为已知量，所以测量x ?是本实验的关键，观察下面的图像，你认为在实际操作中x ?应选下列图中的________图（填写“甲”、“乙”）更为合适？

(2)而在实际操作中，我们通常会通过测n 条亮纹间的距离取平均值的方法来减小测量误差。已知实验所用的测量头由分划板、滑块、目镜、手轮等构成，使用50分度的游标卡尺。某同学在成功观察到干涉图像后，开始进行数据记录，具体操作如下：从目镜中观察干涉图像同时调节手轮，总共测量了5条亮纹之间的距离，初末位置游标卡尺的示数如图所示，则相邻两条亮纹的间距x ?=________mm 。

(3)若在实验当中，某同学观察到以下图像，即测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上。若继续移动目镜观察，将会使测量结果出现偏差，所以需要对仪器进行调整，使干涉条纹与分划板中心刻线在同一方向上。下面操作中可行的有________。 A ．调节拨杆方向

B ．其他不动，测量头旋转一个较小角度

C ．其他不动，遮光筒旋转一个较小角度

D ．将遮光筒与测量头整体旋转一个较小角度

(4)在写实验报告时，实验要求学生将目镜中所观察到的现象描绘出来，甲同学和乙同学分别画了移动目镜时的所观察到的初末两个视场区，你觉得__________的图像存在造假现象。

4．某同学在做“用双缝干涉测光的波长”实验时,第一次分划板中心刻度对齐A条纹中心时(图1),游标卡尺的示数如图2所示,第二次分划板中心刻度对齐B条纹中心时(图3),游标卡尺的示数如图4所示,已知双缝间距离为0.05mm双缝到屏的距离为1m,则图2中游标卡尺的读数为_________mm,则图4中游标卡尺的读数为________mm.实验时测量多条干涉条纹宽度的目的是__________.所测光波的波长为___________m. (保留两位有效数字)

5．下图为研究电磁感应现象的实验装置，部分导线已连接．

（1）用笔画线代替导线将图中未完成的电路连接好____________________．

（2）在闭合电键时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下，那么合上电键后可能出现的情况有：将原线圈迅速插入副线圈时，灵敏电流计指针将______________（选填“向右偏”、“向左偏”或“不偏转”）．

（3）研究双缝干涉现象时，如图 1 所示，调节仪器使分划板的中心刻度对准一条亮条纹的中心 A，示数如图 2 所示，其读数为__________ mm．移动手轮至另一条亮条纹中心 B，读出其读数为 27.6mm．已知双缝片与光屏间距为 0.6m，所用双缝相距 0.2mm，则所测单色光波长为_________m．

图 1 图 2

6．利用双缝干涉实验装置测量光的波长实验中，双缝间距d=0.3 mm，双缝到光屏的距离L=1.0m，用红色光照射双缝得到干涉条纹，将测量头的分划板中心刻线与某条亮纹中心对齐，如图甲所示，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图乙所示，然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第8条亮纹中心对齐，此时手轮上的示数如图丙所示。则相邻亮条纹的中心间距?x=_______mm；红色光的波长λ=______m。（结果均保留三位有效数字）

7．在用双缝干涉测光的波长的实验中，将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上，从仪器注明的规格可知，双缝间距d=0.20mm．现测得像屏与双缝屏间的距离L=60.0cm．然后，接通电源使光源正常工作．

（1）已知测量头主尺的最小刻度是毫米（mm），游标尺上有50个分度．某同学调整手轮后，从测量头的目镜看去，映入眼帘的干涉条纹如图所示，他将分划板上的三条竖线对准a条纹，此时游标尺上的读数为x1=3.60mm；接着再转动手轮，将分划板上的三条竖线对准b条纹，此时游标尺上的读数如左图，则x2=_________mm．

（2）两个相邻亮纹（或暗纹）间距离的表达式为Δx=_________（用x1、x2表示）；这种色光的波长的表达式λ=____________（用Δx、L、d表示）．利用上述测量结果，代入数据经计算可得 =_____________m（保留三位有效数字）．

8．用双缝干涉测光的波长。实验装置如图a 所示，已知单缝与双缝的距离为L 1，双缝与屏的距离为L 2，单缝宽为d 1，双缝间距为d 2。用测量头来测量光屏上干涉亮条纹中心的距离，测量头由分划板、目镜、手轮等构成，转动手轮，使分划板左右移动，让分划板的中心刻度对准屏上亮纹的中心，记下此时手轮的读数，转动测量头，使分划板中心刻线对准另一条亮纹的中心，记下此时手轮上的刻度。

（1）分划板的中心刻线对准第1条亮纹的中心时示数为x 1=2.190mm ，对准第4条亮纹的中心时手轮上的读数如图b 所示，则此时读数x 2=______mm 。

（2）相邻两条亮纹间的距离公△x =_____mm ，入射光的波长为λ=_______（用题中的母表示）。

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一、实验：用双缝干涉测量光的波长 实验题

1．单缝 双缝 遮光筒 1.680 4.8×10﹣4

【解析】

【详解】

（1）该实验是让单色线光源通过双缝在光屏上形成干涉图样，所以光具座上放置的光学元件依次为光源、滤

解析：单缝 双缝 遮光筒 1.680 4.8×10﹣4

【解析】

【详解】

（1）该实验是让单色线光源通过双缝在光屏上形成干涉图样，所以光具座上放置的光学元件依次为光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏．注意调节光学元件各中心位于遮光筒的轴线上．根据?x =L d

λ知，增大双缝和遮光屏的间距或减小双缝间的间距，可以增加相邻亮纹（暗纹）间的距离．

（2）螺旋测微器的固定刻度读数为1.5 mm ，可动刻度读数为0.01×18.0 mm=0.180 mm ，所以最终读数为1.680 mm ．

（3）由题意可知，相邻条纹间距为?x=13x ?=0.32 mm ，根据?x =L d

λ得，

λ=xd L

?=31.50.320110?? mm=4.8×10﹣4 mm ． 【点睛】 解决本题的关键掌握螺旋测微器的读数方法，以及掌握双缝干涉条纹的间距公式?x =

L d λ． 2．1 15.6 0.75 变小 变小

【解析】

【分析】

【详解】

（1）[1]A 位置读数为

[2]B 位置读数为

[3]相邻两条纹间距为

。

（2）[4]由

解析：1 15.6 0.75 76.010-? 变小 变小

【解析】

【分析】

【详解】

（1）[1]A 位置读数为

111mm 1mm 11.1mm 10

A x =+?

= [2]B 位置读数为 115mm 6mm 15.6mm 10B x =+?

= [3]相邻两条纹间距为

1(15.611.1)mm 0.75mm 6

x ?=?-=。 （2）[4]由

l x d

λ?=

得 3

370.4100.7510m 6.010m 0.5

d x l λ---?=?=??=? （3）[5]由

l x d

λ?=

可知，其他条件保持不变时，双缝间距d 变大，则条纹间距x ?变小。

[6]根据频率、光速与波长的关系可知，频率越大的光，波长λ越小，所以其他条件保持不变时，改用频率较高的单色光照射，则条纹间距x ?变小。

3．甲图 BC 甲同学

【解析】

【分析】

【详解】

(1)[1]．在实际操作中标度线在明条纹中容易观察，则应选下列图中的甲图更为合适；

(2)[2]．由图可知，初末位置游标

解析：甲图 1.500mm ~1.900mm BC 甲同学

【解析】

【分析】

【详解】

(1)[1]．在实际操作中标度线在明条纹中容易观察，则x ?应选下列图中的甲图更为合适；

(2)[2]．由图可知，初末位置游标卡尺的示数分别为0.570cm 和1.380cm ，则相邻两条亮纹的间距

1.3800.570cm 0.1620cm 1.620mm 5

x -?===。 (3)[3]．首先要明确各器件的作用，拨动拨杆的作用是为了使单缝和双缝平行，获得清晰的干涉图样，因为已有清晰的干涉图样，所以不用调节；题中所说出现的问题是分刻板中心刻度线与干涉条纹不平行，应调节测量头使干涉条纹调成与分划板中心刻线同一方向上，故应其他不动，测量头旋转一个较小角度；或者其他不动，遮光筒旋转一个较小角度。故选BC 。

(4)[4]．实验中移动目镜时，分刻板中心刻度线不应该移动，则甲同学的图像存在造假现象。

4．4 15.7 减小测量的绝对误差(或提高测量的精确度)

【解析】

【分析】

【详解】

[1]游标卡尺读数等于固定刻度读数加上游标尺读数；图2中主尺读出固定刻度读数为：11

解析：4 15.7 减小测量的绝对误差(或提高测量的精确度) 85.410-?

【解析】

【分析】

【详解】

[1]游标卡尺读数等于固定刻度读数加上游标尺读数；图2中主尺读出固定刻度读数为：

11mm ，游标尺第4刻线与主尺刻线对齐为：0.14=0.4mm ?，故读数为：

11mm+0.1m 4=11.4mm ?

[2]同理图4中游标尺第7刻线与主尺刻线对齐，故读数为：

15mm+0.1m 7=15.7mm ?

故由图可知条纹间距为： 15.711.4mm 1.075mm 4

x -?== [3]实验时测量多条干涉条纹宽度的目的是减小测量的绝对误差(或提高测量的精确度).

[4]根据双缝干涉的条纹间距公式：

L x d

λ?= 计算得出：

33

81.075100.0510m 5.410m 1

x d L λ---?????==≈? 5．（1）如图； （2）向右偏 （3）19.4 6.8×10-7

【解析】

（1）连接电路时应组成两个回路：将大线圈和电流计串联形成一个回路；将电

键、滑动变阻器、电源、小线圈串

解析：（1）如图； （2）向右偏 （3）19.4

6.8×10-7

【解析】

（1）连接电路时应组成两个回路：将大线圈和电流计串联形成一个回路；将电键、滑动变阻器、电源、小线圈串联形成另一个回路即可，实物图如下图所示：

（2）如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下，说明穿过线圈的磁通量增加，电流计的指针向右偏，合上开关后，将原线圈迅速从副线圈中插入时，穿过线圈的磁通量增加，电流计指针将向右偏；

（3）测量头工具为10分度的游标卡尺，故读数为：19mm+4×0.1mm=19.4mm ；根据条纹间距公式l x d λ?=?可知，d x l

λ=??，其中

127.619.4mm 2.05mm 14

n

a a x n --?===-，d=0.2mm ，l =0.6m ，代入数据得：λ=6.8×10-7m

【点睛】（1）注意在该实验中有两个回路，一个由大线圈和电流计串联而成，另一个由电键、电源、小线圈串联而成；

（2）根据题意应用楞次定律分析答题；

（3）利用光的干涉实验测量波长的实验原理为：l x d λ?=

?，即：d x l λ=??，读出第一条手轮读数a1和第二条条纹手轮读数a2，再利用11n a a x n -?=

-求相邻条纹间距x ?，代

入数据便可求解波长． 6．36

【解析】

【分析】

【详解】

[1][2]图乙螺旋测微器固定刻度读数为2mm ，可动刻度读数为，两者相加为

2.320mm ，图丙螺旋测微器固定刻度读数为18.5mm ，可动刻度读数为

解析：36 77.0910-?

【解析】

【分析】

【详解】

[1][2]图乙螺旋测微器固定刻度读数为2mm ，可动刻度读数为32.00.01mm ?，两者相加为

2.320mm ，图丙螺旋测微器固定刻度读数为18.5mm ，可动刻度读数为37.00.01mm ?，两者相加为18.870mm ，所以

18.870 2.320mm 2.36mm 81

x -?=≈- 依据双缝干涉条纹间距规律可得 77.0910m xd L λ-?=

≈? 7．60mm

【解析】

【分析】

【详解】

（1）[1]游标卡尺的主尺读数为11mm ，游标读数为0.02mm×6×5=0.60mm，所

以最终读数为．

（2）[2][3][

解析：60mm

214x x - d x L

? 75.6710m -? 【解析】

【分析】

【详解】 （1）[1]游标卡尺的主尺读数为11mm ，游标读数为0.02mm×6×5=0.60mm ，所以最终读数为211.60x mm =．

（2）[2][3][4]两个相邻明纹（或暗纹）间的距离

214

x x x -?=

根据 L x d λ?=

得

33

70.210210 5.67100.6

d x m m L λ---????===?； 8．868(7.866～7.869） 1.893（或1.892）

【解析】

【分析】

【详解】

（1）[1] 图b 中螺旋测微器的固定刻度读数为7.5mm ，可动刻度读数为

0.01×3

解析：868(7.866～7.869） 1.893（或1.892） 2122

()3x x d L - 【解析】

【分析】

【详解】

（1）[1] 图b 中螺旋测微器的固定刻度读数为7.5mm ，可动刻度读数为

0.01×36.8mm=0.368mm ，则最终读数为

x 2=7.5mm+0.368mm=7.868mm(7.866～7.869）

（2）[2]相邻两条亮纹间的距离

7.868 2.190mm 1.893mm 3

x -?=≈（或1.892） [3]根据双缝干涉条纹的间距公式 22L x d λ?=

解得

()221222

3d x x xd L L λ-?==