2024鲁科版高中物理选择性必修第一册同步
第5章 光的干涉、衍射和偏振
全卷满分100分 考试用时75分钟
一、单项选择题(本题共8小题,每小题3分,共24分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)
1.关于光的干涉、衍射和偏振,下列说法中错误的是 ( )
A.高级照相机镜头在阳光下呈现淡紫色是光的干涉现象
B.全息照相的拍摄主要利用了光的偏振原理
C.通过手指间的缝观察日光灯,可以看到彩色条纹,这是光的衍射现象
D.与紫外线相比,红外线更容易发生衍射现象
2.关于下面四幅图所对应的光学现象,下列说法不正确的是 ( )
A.图1是某单色光的双缝干涉条纹
B.图2检查工件的平整度是利用光的反射
C.图3肥皂液膜呈现彩色条纹是光的薄膜干涉现象
D.图4拍摄玻璃窗内的物品时,要在镜头前加装一个偏振片以过滤橱窗玻璃的反射光
3.关于下列四幅图中所涉及物理知识的论述中,正确的是 ( )
A.甲图是光的干涉图样
B.乙图是光的衍射图样
C.丙图是光的折射现象
D.丁图是光导纤维利用光的全反射原理,其内芯折射率小于外套的折射率
4.抽制高强度纤维细丝可用激光监控其粗细,如图所示,激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板的同样宽度的窄缝规律相同。观察光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可判断细丝粗细的变化,下列叙述中正确的是 ( )
A.这里应用的是光的干涉现象
B.这里应用的是光的偏振
C.如果屏上条纹变宽,表明抽制的丝变粗
D.如果屏上条纹变宽,表明抽制的丝变细
5.如图所示,让太阳光通过M上的小孔S后照射到M右方的一偏振片P上,P的右侧再放一光屏Q,现使P绕着平行于光传播方向的轴匀速转动一周,则关于光屏Q上的亮度变化情况,下列说法中正确的是 ( )
A.只有当偏振片转到某一适当位置时光屏才被照亮,在其他位置时光屏上无亮光
B.光屏上亮、暗交替变化
C.光屏上亮度不变
D.光屏上只有一条亮线,随偏振片转动而转动
6.某同学采用如图所示的实验装置测量单色光的频率。让一束单色光投射到一个有两条狭缝S1和S2的挡板上,P处是光屏上中央亮条纹O上方的第2条暗条纹。已知从双缝S1和S2发出的两束相干光到P点的路程差为9×10-7 m,光速c=3×108 m/s,则实验所使用单色光的频率为 ( )
A.6.7×1014 Hz B.5.0×1014 Hz
C.1.0×1015 Hz D.1.7×1015 Hz
7.劈尖干涉是一种薄膜干涉,将一平板玻璃放置在另一平板玻璃之上,在一端夹入两张纸片,从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜,如图甲所示,当光从上方入射后,从上往下看到的干涉条纹如图乙所示。现从图示装置中抽去一张纸片,从上往下看到的干涉条纹是 ( )
8.如图所示,凸透镜的弯曲表面是个球面,球面的半径叫作这个曲面的曲率半径。把一个凸透镜压在一块平面玻璃上,让单色光从上方射入,从上往下看凸透镜,可以看到亮暗相间的圆环状条纹。这个现象是牛顿首先发现的,这些环状条纹叫作牛顿环。下列说法正确的是 ( )
A.圆环状条纹是由于凸透镜上、下表面的反射光发生干涉形成的
B.圆环状条纹的间距不相等,从圆心向外条纹越来越稀疏
C.如果改用一个表面曲率半径更大的凸透镜,观察到的圆环状条纹间距将变小
D.如果改用波长更长的单色光照射,观察到的圆环状条纹间距将变大
二、多项选择题(本题共4小题,每小题4分,共16分。在每小题给出的选项中,有多项符合题目要求。全部选对的得4分,部分选对的得1分,有选错的得0分)
9.两种单色光分别通过同一双缝干涉装置得到的干涉图样如图甲、乙所示。图丙中有一半圆玻璃砖,O是圆心,MN是法线,PQ是足够长的光屏。甲单色光以入射角i由玻璃砖内部射向O点,折射角为r。则下列说法正确的是 ( )
A.乙光以入射角i入射时一定发生全反射
B.甲光的频率比乙光的频率大
C.光的干涉现象说明光是一列横波
D.若绕O点逆时针旋转玻璃砖,PQ上可能接收不到甲光
10.1834年,洛埃利用平面镜同样得到了杨氏干涉的结果(称洛埃镜实验)。某实验小组重做该实验,如图所示,水平放置的平面镜MN左侧有一与纸面垂直的缝光源S,S仅发出单一频率的光,平面镜右侧固定有竖直放置的光屏,平面镜所在水平线与光屏的交点为P,关于光屏上呈现的干涉图样,以下说法正确的是 ( )
A.光屏上呈现水平的明暗相间的干涉条纹
B.光屏上呈现的条纹关于P点上下对称
C.若将缝光源S水平向右移动一小段距离,光屏上的条纹间距将变大
D.若将缝光源S竖直向下移动一小段距离,光屏上的条纹间距将变大
11.如图所示,一束由两种单色光组成的细光束沿PO方向由空气射向玻璃砖,通过玻璃砖后分成两单色细光束A、B。下列说法正确的是 ( )
A.若增大入射角i,则B光先消失
B.在玻璃中A光的速度比B光的大
C.通过狭缝时A光比B光更容易发生衍射现象
D.利用同一双缝干涉实验装置分别用A、B光做实验,A光的干涉条纹间距比B光的小
E.若A光为绿光,则B光可能为紫光
12.利用薄膜干涉可检查工件表面的平整度,如图(a)所示,现使透明标准板M和待检工件N间形成一楔形空气薄层,并用单色光照射,可观察到如图(b)所示的干涉条纹,条纹的弯曲处P和Q对应于A和B处,C、D两点表示亮条纹的正中间,下列判断中正确的是 ( )
A.N的上表面A处向下凹陷
B.N的上表面B处向下凹陷
C.C、D两点对应M、N板所形成的空气薄膜厚度差d2-d1=4λ
D.C、D两点对应M、N板所形成的空气薄膜厚度差d2-d1=2λ
三、非选择题(本题共6题,共60分)
13.(9分)在“用双缝干涉测量光的波长”实验中,实验装置如图甲所示。
(1)以线状白炽灯为光源,对实验装置进行了调节并观察实验现象后,总结出以下几点结论,你认为正确的是 。
A.灯丝和单缝及双缝必须平行放置
B.干涉条纹与双缝垂直
C.干涉条纹疏密程度与双缝间距无关
D.干涉条纹疏密程度与光的波长有关
(2)当测量头中的分划板中心刻度线对齐某干涉条纹线时,手轮上的示数如图乙所示,该读数为 mm。
(3)如果测量头中的分划板中心刻度线与干涉条纹不在同一方向上,如图丙所示。用在这种情况下测量到的干涉条纹的间距Δy求得的光的波长λ测 (填“大于”“小于”或“等于”)该光的波长的真实值λ真。
14.(10分)小明和小强两位同学根据老师的要求到实验室利用双缝干涉测量光的波长,实验老师给他们提供(如图甲所示的)实验仪器。接通电源使光源正常发光。回答下列问题:
甲
(1)一开始小明和小强同学按图甲所示将仪器安装在光具座上之后,在目镜中什么也看不到,两人看了说明书之后,相互配合做了如下调节:一是调节光源、凸透镜、遮光筒轴线在同一高度上;二是调节单缝与双缝 ,使缝的中点位于遮光筒轴线上。但是这次小明同学在目镜中看到了模糊不清的条纹,为了得到清晰的条纹,因仪器装置较长,一人无法完成操作,两人开始分工,小明在目镜中观察,小强必须前后微调 (填写图中所给的仪器名称)才能看到清晰的干涉条纹。
(2)经过认真、正确地调节,小明和小强看到了彩色干涉条纹,说明在实验装置当中缺少了 。小明和小强认为同样可以测出彩色条纹间距,从而测出光源发出的光的波长,因此调节出如图乙、丙、丁所示的三个彩色条纹图样,请问观察到图乙情景时目镜中心相对于遮光筒轴线是 (填“偏左”或“偏右”)的。
(3)观察到图乙情景时,将测量头的分划板中心刻线与某亮条纹中心对齐,将该亮条纹定为第1条亮条纹,此时手轮上的示数为20.00 mm。然后转动测量头,使分划板中心刻线与第9条亮条纹中心对齐,记下此时手轮上的示数为3.00 mm,求得相邻亮条纹的中心间距Δy= mm。
(4)已知双缝间距d=0.200 mm,测得双缝到光屏的距离l=700 mm,由表达式λ= ,求得所测光源发出光的波长为 nm(结果保留三位有效数字)。
15.(9分)如图所示,双缝干涉测波长的实验中,双缝S1、S2的间距d=0.25 mm,双缝到光屏的距离l=60 cm,光屏上的P点到S1、S2的距离之差δ=1.5×10-6 m,现用某单色光在空气中做双缝干涉实验,测得两条相邻亮条纹的中心间距y=1.44 mm,光在空气中的传播速度c=3×108 m/s。
(1)求单色光的波长和频率;
(2)判断P处是亮条纹还是暗条纹(写出判断依据)。
16.(10分)如图所示是通过游标卡尺两脚间的狭缝观察白炽灯线光源时所拍下的四张照片。
(1)试通过图样分析四张照片对应的两脚间的宽度大小关系。
(2)试说明照片丁中中央条纹的颜色及成因。
17.(10分)电脑、手机的屏幕会发出短波蓝光,这种蓝光长时间照射对视网膜的危害程度极大。某同学利用薄膜干涉的原理设计“增反膜”眼镜来减小短波蓝光对眼睛的伤害,制作时需要测量短波蓝光的波长。他利用双缝干涉进行波长的测量,实验中使用的双缝间距d=0.10 mm,双缝到屏的距离l=1.0 m,测得屏上干涉条纹中亮条纹间距Δy=4.5 mm。求:
(1)被测短波蓝光的波长λ;
(2)若选用薄膜材料的折射率为n=1.25,要消除该短波蓝光,则制作“增反膜”眼镜时“增反膜”的最小厚度是多少。
18.(12分)如图给出了“用双缝干涉测量光的波长”实验示意图,双缝S1和S2间距为0.80 mm,双缝到屏的距离为0.80 m。波长为500 nm的单色平行光垂直入射到双缝S1和S2上,在屏上形成干涉条纹。中心轴线OO'上方第1条亮条纹中心位置在P1处,第3条亮条纹中心位置在P2处。现在1号、2号虫子分别从S1和S2出发以相同速度沿垂直屏方向飞行,1号虫子到达屏后,沿屏直线爬行到P1,2号虫子到达屏后,沿屏直线爬行到P2。假定两只虫子爬行速率均为10-3 m/s。求两只虫子运动的时间差。
答案全解全析
第5章 光的干涉、衍射和偏振
1.B 2.B 3.C 4.D 5.C 6.B
7.B 8.D 9.BD 10.AD 11.BCE 12.AD
1.B 高级照相机镜头在阳光下呈现淡紫色,这是由于镜头表面镀膜的上表面与玻璃表面反射的光发生了干涉现象,故A不符合题意;全息照相的拍摄主要是利用了光的干涉原理,故B符合题意;通过手指间的缝隙观察日光灯,可以看到彩色条纹,这是光的衍射现象,故C不符合题意;波长越长的光越容易发生衍射,红外线的波长比紫外线长,因此红外线更容易发生衍射现象,故D不符合题意。
2.B 图1中的条纹为等间距明暗相间条纹,是某单色光的双缝干涉条纹,A说法正确;图2利用透明的标准样板和单色光检查工件的平整度,利用了光的干涉现象,B说法错误;图3肥皂液膜呈现彩色条纹是光在前后膜的反射光叠加产生干涉形成的,C说法正确;图4拍摄玻璃窗内的物品时,在镜头前加装一个偏振片,利用反射光是偏振光,则可阻碍反射光通过,从而减小反射光的干扰,D说法正确。故选B。
3.C 甲图是光的衍射图样,乙图是光的干涉图样,故A、B错误;丙图是光的折射现象,C正确;丁图中光导纤维的内芯折射率大于外套的折射率,D错误。
4.D 当障碍物的尺寸与波的波长相当或小于波的波长,会发生明显的衍射,该装置应用了光的衍射现象,如果屏上条纹变宽,则表明抽制的丝变细,故D正确,A、B、C错误。
5.C 因为太阳光为自然光,自然光在垂直于传播方向上沿各个方向振动的光的强度都相同,故光屏Q上的亮度不变,故选C。
6.B 当光程差是半个波长的3倍时,出现第二条暗条纹,因两束相干光到P处的路程差是9×10-7 m,则有λ=9×10-7 m,则λ=6×10-7 m,ν==5.0×1014 Hz,故选B。
7.B 设劈尖的角度为θ,第n级明条纹对应的劈尖膜厚度为dn,第n+1级明条纹对应的劈尖膜厚度为dn+1,相邻两明条纹的间距为l。根据干涉条纹与光程差的关系有2dn+1-2dn=λ,根据几何关系有l sin θ=dn+1-dn,即l sin θ=,抽去一张纸片后,θ减小,所以l增大,即干涉条纹变稀疏,故B正确。故选B。
8.D 当光垂直照射到凸透镜上表面时,光的传播方向不变,而当光从凸透镜射入空气时一部分光发生反射,另一部分光透射进入空气,当该部分光从空气进入下面的平面玻璃时又有一部分光发生反射,这样两列反射光是相干光,它们在凸透镜的下表面相遇,光程差为波长的整数倍的点出现亮条纹,光程差为半个波长的奇数倍的点出现暗条纹,故出现亮暗相间的圆环状干涉条纹,故A错误;圆环状条纹的间距不相等,从圆心向外条纹越来越密集,故B错误;若换一个曲率半径更大的凸透镜,水平距离相同,但空气层的厚度变小,观察到的圆环状条纹间距变大,故C错误;如果改用波长更长的单色光照射而其他条件保持不变,则观察到的圆环状条纹间距变大,故D正确。故选D。
9.BD 根据干涉条纹间距公式Δy=λ可知乙光的波长较长,根据c=λf可知乙光的频率小于甲光的频率,所以乙光的折射率小于甲光的折射率,根据sin C=可知乙光的临界角较大,所以甲单色光以入射角i由玻璃砖内部射向O点时发生折射,乙光以i入射时不会发生全反射,A错误,B正确;光的干涉现象说明光具有波动性,光的偏振说明光是一列横波,C错误;若绕O点逆时针旋转玻璃砖,入射角i增大,当i大于等于甲光的临界角时,PQ上接收不到甲光,D正确。
10.AD 光源发出直接到屏上的光和被平面镜反射到屏上的光是相干光,该干涉现象可以看成双缝干涉,故光屏上出现与平面镜平行的明暗相间的条纹,故A正确;在P点下方没有反射光线照射,故不会有干涉条纹,故B错误;光源到屏的距离可以看成双缝到屏的距离l,光源S到平面镜中光源S的虚像的距离可看成双缝的间距d,根据双缝干涉的相邻条纹之间的距离公式Δy=λ,将缝光源S水平向右移动一小段距离,则l变小,故光屏上的条纹间距将变小,若将缝光源S竖直向下移动一小段距离,则d变小,故光屏上的条纹间距将变大,故C错误,D正确。故选A、D。
11.BCE 根据折射定律及光的可逆性可知,光线由空气射入玻璃砖时的折射角只能接近临界角,不能达到临界角,即射出玻璃砖时,入射角不能达到临界角,不会发生全反射,所以增大入射角i,A、B光线仍都能射出玻璃砖,故A错误;光由空气射向玻璃砖时,两种单色光的入射角相同,但B光偏折程度大,根据折射定律n=,可知有nA
13.答案 (1)AD(3分) (2)0.704(0.703~0.705均可)(3分) (3)大于(3分)
解析 (1)实验中,灯丝和单缝及双缝必须平行放置,A正确;干涉条纹与双缝平行,B错误;根据Δy=λ,干涉条纹疏密程度与双缝宽度、波长有关,C错误,D正确。故选AD。
(2)读数为0.5 mm+20.4×0.01 mm=0.704 mm。
(3)如果测量头中的分划板中心刻度线与干涉条纹不在同一方向上,条纹间距的测量值Δy偏大;根据干涉条纹的间距公式Δy=λ可知,波长测量值也偏大。
14.答案 (1)相互平行(1分) 凸透镜(1分)
(2)滤光片(2分) 偏右(2分) (3)2.125(2分) (4)(1分) 607(1分)
解析 (1)单缝与双缝相互平行是干涉条纹清晰的前提条件,所以必须调节单缝与双缝相互平行;在调节光源、凸透镜、遮光筒轴线在同一高度上,单缝与双缝相互平行后,还必须认真前后微调凸透镜,才能在光屏上得到清晰的干涉条纹图样。
(2)不加滤光片,观察到的是复色光的彩色条纹;根据实际操作易知,观察到图乙情景时目镜中心相对于遮光筒轴线是偏右的。
(3)相邻亮纹的中心间距为Δy= mm=2.125 mm。
(4)由Δy=,代入数据得λ= mm=6.07×10-4 mm=607 nm。
15.答案 (1)6×10-7 m 5×1014 Hz (2)见解析
解析 (1)根据双缝干涉实验相邻亮条纹间距公式可知y=λ (1分)
根据波长、频率与波速间的关系可知ν= (1分)
代入数据得λ=6×10-7 m,ν=5×1014 Hz(2分)
(2)P到S1、S2的距离之差δ=1.5×10-6 m(1分)
单色光的波长λ=6×10-7 m(1分)
由此可知δ=λ,所以P点为暗条纹。 (3分)
16.答案 见解析
解析 (1)从四张照片的单缝衍射图样可以看出,由图甲到图丁,衍射现象越来越明显,说明两脚间的狭缝越来越小,因此由图甲到图丁四张照片对应的两脚间的宽度越来越小。 (5分)
(2)图丁中中央条纹的颜色为白色,因为各种色光在屏中央均为亮条纹,七色光叠加后,中央条纹为白色。 (5分)
17.答案 (1)450 nm (2)180 nm
解析 (1)根据Δy=λ (2分)
代入数据解得λ=450 nm(2分)
(2)当光程差等于光在薄膜中的波长λ'的整数倍,即2d=nλ'(n=1,2,3…) (2分)
则出现明条纹,因此膜的厚度至少是短波蓝光在膜中波长的一半,短波蓝光在膜中的波长为
λ'==360 nm(2分)
故膜的厚度至少为=180 nm(2分)
18.答案 0.2 s
解析 由题中条件,根据双缝干涉相邻亮条纹间距公式Δy=得Δy=0.5 mm(2分)
则P1O'=0.5 mm,P2O'=1.5 mm(2分)
那么1号虫子从S1到P1的路程
s1=l++P1O' (2分)
2号虫子从S2到P2的路程s2=l+P2O'- (2分)
两只虫子路程差
Δs=|s2-s1|=P2O'-P1O'-d=0.2 mm(2分)
两只虫子速率相等,所以时间差为
Δt==0.2 s(2分)
精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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