人教版選擇性必修第一冊高二物理課后培優(yōu)分級練4.3光的干涉(原卷版+解析)

4.3光的干涉課后培優(yōu)練課后培優(yōu)練級練培優(yōu)第一階——基礎過關練1．在雙縫干涉實驗中，以白光為光源，在屏幕上觀察到了彩色干涉條紋。若在雙縫中的一縫前放一紅色濾光片（只能透過紅光），另一縫前放一綠色濾光片（只能透過綠光），已知紅光與綠光的頻率、波長均不相等，這時（）A．只有紅色和綠色的雙縫干涉條紋，其他顏色的雙縫干涉條紋消失B．紅色和綠色的雙縫干涉條紋消失，其他顏色的雙縫干涉條紋仍然存在C．任何顏色的雙縫干涉條紋都不存在D．至少有一種顏色的雙縫干涉條紋2．如圖所示，由紅綠兩單色光組成的復色光，通過足夠大的長方體透明材料后分成a、b兩束，則（）A．在該透明材料中，a光的折射率大于b光的折射率B．a光是紅光C．只要滿足一定的條件，a、b兩束光可以發(fā)生干涉D．如果增加復色光入射角，那么a光先從下表面消失3．(多選)如圖甲所示，在一塊平板玻璃上放置一平薄凸透鏡，在兩者之間形成厚度不均勻的空氣膜，讓一束單一波長的光垂直入射到該裝置上，結果在上方觀察到如圖乙所示的同心內疏外密的圓環(huán)狀干涉條紋，稱為牛頓環(huán)，以下說法正確的是（）A．干涉條紋是由于凸透鏡下表面反射光和玻璃上表面反射光疊加形成的B．干涉條紋不等間距是因為空氣膜厚度不是均勻變化的C．若平薄凸透鏡的圓弧面半徑增大，圓環(huán)狀干涉條紋的間距將變大D．紅光的圓環(huán)狀干涉條紋的間距大于綠光的圓環(huán)狀干涉條紋間距4．某同學利用如圖所示實驗觀察光的干涉現(xiàn)象，其中A為單縫屏，B為雙縫屏，C為光屏。當讓一束陽光照射A屏時，C屏上并沒有出現(xiàn)干涉條紋，移走B后，C上出現(xiàn)一窄亮斑。分析實驗失敗的原因可能是（）A．單縫S太窄B．單縫S太寬C．S到S1和S2距離不相等D．陽光不能作為光源5．如圖所示是雙縫干涉實驗的裝置，黃光通過單縫S后，投射到具有雙縫的擋板上，雙縫S1和S2與單縫的距離相等，光通過雙縫后在與雙縫平行的屏上形成干涉條紋。屏上O點距雙縫S1和S2的距離相等，P點是距離O點最近的第一條亮條紋。如果將入射的單色光換成紅光或藍光，屏上O點及其上方的干涉條紋的情況是（）A．若入射單色光為藍光，則O點是藍光的亮條紋B．若入射單色光為紅光，則O點不是紅光的亮條紋C．若入射單色光為紅光，則第一條亮條紋在P點的下方D．若入射單色光為藍光，則第一條亮條紋在P點的上方6．如圖所示，一束復色光經玻璃三棱鏡后分開成a、b、c和d四種單色光。用這四種單色光分別作為雙縫干涉實驗的光源。下列說法正確的是（）A．d光的頻率最高 B．a光在棱鏡中的速度最大C．d光產生的干涉條紋寬度最大 D．a光產生的干涉條紋寬度最大7．某同學用單色光進行雙縫干涉實驗，在屏上觀察到如（甲）圖所示的條紋，僅改變一個實驗條件后，觀察到的條紋如（乙）圖所示。他改變的實驗條件可能是（）A．減小光源到單縫的距離 B．減小雙縫到光屏之間的距離C．減小雙縫之間的距離 D．換用頻率更低的單色光源8．如圖是單色光的“楊氏雙縫干涉實驗”，若要使干涉條紋變寬，可以（）A．增大單縫到雙縫之間的距離B．減小單縫到雙縫之間的距離C．增大雙縫到屏幕之間的距離D．減小雙縫到屏幕之間的距離9．手機屏會發(fā)出一種對眼睛危害較大的藍光。某同學用所學知識為眼鏡設計“增反膜”來減小藍光對眼睛的傷害，制作前他利用如圖甲所示的裝置測量藍光的波長，光源架在鐵架臺的上端，中間是刻有雙縫的擋板，下面是光傳感器，接受到的光照信息經計算機處理后，在顯示器上顯示出干涉圖像的條紋信息如圖乙所示，根據(jù)x軸上的光強分布可以算出光的波長。已知雙縫間距d，雙縫到光傳感器的距離L，選用的薄膜材料對藍光的折射率為n。求：（1）被測藍光的波長；（2）鏡片表面所鍍“增反膜”的最小厚度。培優(yōu)第二階——拓展培優(yōu)練10．煤礦中瓦斯爆炸危害極大。某同學查資料得知含有瓦斯的氣體的折射率大于干凈空氣的折射率，于是，他設計了一種利用光的干涉監(jiān)測礦井瓦斯的儀器，原理如圖所示。在雙縫前面放置兩個完全相同的透明容器A、B，容器A與干凈的空氣相通，在容器B中通入礦井中的氣體，觀察屏上的干涉條紋，就能夠監(jiān)測瓦斯?jié)舛龋韵抡f法正確的是（）①如果屏的正中央仍是亮條紋，說明B中的氣體與A中的空氣成分相同，不含瓦斯②如果屏的正中央是暗條紋，說明B中的氣體與A中的空氣成分不相同，可能含有瓦斯③如果屏上干涉條紋不停地移動，說明B中的氣體瓦斯含量不穩(wěn)定④只有用單色光照射單縫時，才可能在屏上出現(xiàn)干涉條紋A．①③ B．②③ C．②④ D．①④11．（多選）某同學采用圖甲所示的實驗裝置研究光的干涉與衍射現(xiàn)象，狹縫、的寬度可調，狹縫到屏的距離為L。同一單色光垂直照射狹縫，實驗中分別在屏上得到了圖乙，圖丙所示圖樣。下列描述不正確的是（）A．圖乙是光的衍射圖樣，當光通過狹縫時，也發(fā)生了衍射B．遮住一條狹縫，另一條狹縫寬度增大，其他條件不變，圖丙中亮條紋寬度增大C．照射兩條狹縫時，增加L，其他條件不變，圖乙中相鄰暗條紋的中心間距增大D．照射兩條狹縫時，若光從狹縫、到屏上P點的路程差為半波長的奇數(shù)倍，P點處一定是暗條紋12．G1、G2為放在水平面上的高度略有差別的兩個長方體，為了檢查這兩個長方體的上表面是否相互平行，檢測員用一塊標準的平行透明平板T壓在G1、G2的上方，T與G1、G2支架分別形成尖劈形空氣層，如圖所示。G1、G2的上表面與平板的夾角分別為α和β，P為平板T上表面上的一點。用單色光從上方照射平板T，G1、G2的上方都能觀察到明顯的干涉條紋可以推知（）A．若α=β，則G1上方的干涉條紋間距小于G2上方的干涉條紋間距B．若α>β，則G1上方的干涉條紋間距大于G2上方的干涉條紋間距C．若將G1、G2的間距縮短些，則G1上方的干涉條紋分布變得更密D．若在P處用較小的力下壓平板T，則G1上方的干涉條紋分布變密13．（多選）光的干涉現(xiàn)象在技術中有許多應用。如圖甲所示是利用光的干涉檢查某精密光學平面的平整度，下列說法正確的是（）A．圖甲中上板是標準樣板，下板是待檢查的光學元件B．若換用頻率更大的單色光，其他條件不變，則圖乙中的干涉條紋變寬C．若出現(xiàn)圖丙中彎曲的干涉條紋，說明被檢查的平面在此處出現(xiàn)了凸起D．用單色光垂直照射圖丁中的牛頓環(huán)，得到的條紋是隨離圓心的距離增加而逐漸變窄的同心圓環(huán)14．如圖所示，截面為半圓形玻璃磚，一束波長λ=5×10-7m的激光從沿圓心O與直徑成45°射入半圓形玻璃磚，在O點恰好發(fā)生全反射，從圓面水平射出后，進入雙縫干涉裝置，已知R=0.3m，雙縫間距d=2×10-4m，光屏離雙縫l=1m，光在真空中的傳播速度為c=3×108m/s，求：（1）玻璃磚的折射率n；（2）光線在玻璃磚中傳播的時間t；（3）光屏上相鄰亮條紋的間距?x。4.3光的干涉課后培優(yōu)練課后培優(yōu)練級練培優(yōu)第一階——基礎過關練1．在雙縫干涉實驗中，以白光為光源，在屏幕上觀察到了彩色干涉條紋。若在雙縫中的一縫前放一紅色濾光片（只能透過紅光），另一縫前放一綠色濾光片（只能透過綠光），已知紅光與綠光的頻率、波長均不相等，這時（）A．只有紅色和綠色的雙縫干涉條紋，其他顏色的雙縫干涉條紋消失B．紅色和綠色的雙縫干涉條紋消失，其他顏色的雙縫干涉條紋仍然存在C．任何顏色的雙縫干涉條紋都不存在D．至少有一種顏色的雙縫干涉條紋【答案】C【詳解】兩列光波發(fā)生干涉的條件之一是頻率相同，利用雙縫將一束光分成能夠發(fā)生疊加的兩束光，在光屏上形成干涉條紋，但分別用紅色濾光片和綠色濾光片擋住兩條縫后，紅光和綠光頻率不同，不能發(fā)生干涉，因此屏上不會出現(xiàn)干涉條紋。故選C。2．如圖所示，由紅綠兩單色光組成的復色光，通過足夠大的長方體透明材料后分成a、b兩束，則（）A．在該透明材料中，a光的折射率大于b光的折射率B．a光是紅光C．只要滿足一定的條件，a、b兩束光可以發(fā)生干涉D．如果增加復色光入射角，那么a光先從下表面消失【答案】A【詳解】AB．由圖可知，入射角相同時，a光的折射角小于b光的折射角，根據(jù)，說明a光的折射率大于b光的折射率，a光的頻率高于b光的頻率，則a為綠光，b為紅光，故A正確，B錯誤；C．由于兩束光a、b的頻率不同，則兩束光a、b不可以發(fā)生干涉，故C錯誤；D．光線射到下表面時的入射角等于上表面的折射角，根據(jù)光路可逆性原理可知，光線在玻璃磚下表面不可能產生全反射，兩光束都能從下表面射出，故D錯誤。故選A。3．(多選)如圖甲所示，在一塊平板玻璃上放置一平薄凸透鏡，在兩者之間形成厚度不均勻的空氣膜，讓一束單一波長的光垂直入射到該裝置上，結果在上方觀察到如圖乙所示的同心內疏外密的圓環(huán)狀干涉條紋，稱為牛頓環(huán)，以下說法正確的是（）A．干涉條紋是由于凸透鏡下表面反射光和玻璃上表面反射光疊加形成的B．干涉條紋不等間距是因為空氣膜厚度不是均勻變化的C．若平薄凸透鏡的圓弧面半徑增大，圓環(huán)狀干涉條紋的間距將變大D．紅光的圓環(huán)狀干涉條紋的間距大于綠光的圓環(huán)狀干涉條紋間距【答案】ABD【詳解】A．凸透鏡下表面與玻璃上表面形成的空氣膜，干涉條紋是由凸透鏡下表面反射光和玻璃上表面反射光疊加形成的，故A正確；B．干涉條紋不等間距是因為空氣膜厚度不是均勻變化的，故B正確；C．若平薄凸透鏡的圓弧面半徑增大，圓環(huán)狀干涉條紋的間距將變小，故C錯誤；D．紅光的波長大于綠光的波長，故紅光的圓環(huán)狀干涉條紋的間距大于綠光的圓環(huán)狀干涉條紋間距，故D正確。故選ABD。4．某同學利用如圖所示實驗觀察光的干涉現(xiàn)象，其中A為單縫屏，B為雙縫屏，C為光屏。當讓一束陽光照射A屏時，C屏上并沒有出現(xiàn)干涉條紋，移走B后，C上出現(xiàn)一窄亮斑。分析實驗失敗的原因可能是（）A．單縫S太窄B．單縫S太寬C．S到S1和S2距離不相等D．陽光不能作為光源【答案】B【詳解】雙縫干涉實驗中單縫的作用是獲得線光源，而線光源可以看成是由許多個點光源沿一條線排列組成的，單縫的寬度應比較小，由題意知，這里觀察不到光的干涉現(xiàn)象是由于單縫太寬，得不到線光源。故選B。5．如圖所示是雙縫干涉實驗的裝置，黃光通過單縫S后，投射到具有雙縫的擋板上，雙縫S1和S2與單縫的距離相等，光通過雙縫后在與雙縫平行的屏上形成干涉條紋。屏上O點距雙縫S1和S2的距離相等，P點是距離O點最近的第一條亮條紋。如果將入射的單色光換成紅光或藍光，屏上O點及其上方的干涉條紋的情況是（）A．若入射單色光為藍光，則O點是藍光的亮條紋B．若入射單色光為紅光，則O點不是紅光的亮條紋C．若入射單色光為紅光，則第一條亮條紋在P點的下方D．若入射單色光為藍光，則第一條亮條紋在P點的上方【答案】A【詳解】AB．因為O點與雙縫間的路程差等于零，因此不管紅光或藍光在該點都會出現(xiàn)明條紋，故A正確，B錯誤；CD．根據(jù)雙縫干涉條紋的間距公式可知因為紅光的波長大于黃光，藍光的波長小于黃光，則紅光的條紋間距大于黃光，藍光的條紋的間距小于黃光，所用紅光的第一條亮紋在P點的上方，藍光的第一條亮紋在P點的下方，故CD錯誤。故選A。6．如圖所示，一束復色光經玻璃三棱鏡后分開成a、b、c和d四種單色光。用這四種單色光分別作為雙縫干涉實驗的光源。下列說法正確的是（）A．d光的頻率最高 B．a光在棱鏡中的速度最大C．d光產生的干涉條紋寬度最大 D．a光產生的干涉條紋寬度最大【答案】C【詳解】A．根據(jù)光路圖可知，a光的偏折角最大，d光的偏折角最小，則a光的折射率最大，d光的折射率最小，a光的頻率最大，d光的頻率最小，故A錯誤；B．根據(jù)可知，a光在棱鏡中的速度最小，故B錯誤；CD．根據(jù)可知，d光頻率最小，波長最長，干涉條紋寬度最大，故C正確，D錯誤。故選C。7．某同學用單色光進行雙縫干涉實驗，在屏上觀察到如（甲）圖所示的條紋，僅改變一個實驗條件后，觀察到的條紋如（乙）圖所示。他改變的實驗條件可能是（）A．減小光源到單縫的距離 B．減小雙縫到光屏之間的距離C．減小雙縫之間的距離 D．換用頻率更低的單色光源【答案】B【詳解】根據(jù)雙縫干涉條紋間距關系式，可得A．減小光源到單縫的距離，不會改變條紋間距。故A錯誤；B．減小雙縫到光屏之間的距離L，會使條紋間距變小。故B正確；C．減小雙縫之間的距離d，會使條紋間距變大。故C錯誤；D．換用頻率更低的單色光源，即光源的波長變長，會使條紋間距變大。故D錯誤。故選B。8．如圖是單色光的“楊氏雙縫干涉實驗”，若要使干涉條紋變寬，可以（）A．增大單縫到雙縫之間的距離B．減小單縫到雙縫之間的距離C．增大雙縫到屏幕之間的距離D．減小雙縫到屏幕之間的距離【答案】C【詳解】根據(jù)條紋間距公式，其中表示雙縫到屏的距離，表示雙縫之間的距離，可知若要使干涉條紋變寬，可知增大雙縫到屏幕之間的距離和減小雙縫之間的距離，換波長較長的光，故C正確，ABD錯誤。故選C。9．手機屏會發(fā)出一種對眼睛危害較大的藍光。某同學用所學知識為眼鏡設計“增反膜”來減小藍光對眼睛的傷害，制作前他利用如圖甲所示的裝置測量藍光的波長，光源架在鐵架臺的上端，中間是刻有雙縫的擋板，下面是光傳感器，接受到的光照信息經計算機處理后，在顯示器上顯示出干涉圖像的條紋信息如圖乙所示，根據(jù)x軸上的光強分布可以算出光的波長。已知雙縫間距d，雙縫到光傳感器的距離L，選用的薄膜材料對藍光的折射率為n。求：（1）被測藍光的波長；（2）鏡片表面所鍍“增反膜”的最小厚度。【答案】（1）；（2）【詳解】（1）由圖乙可知，相鄰兩個波峰之間的距離為，即相鄰兩條亮條紋中心的距離根據(jù)雙縫干涉條紋的間距公式可得被測藍光的波長（2）當藍光在膜中的光程差恰好等于光在薄膜中的波長時，即則出現(xiàn)明條紋，此時鏡片表面所鍍“增反膜”的厚度最小，為該藍光在膜中波長的一半，即又因為聯(lián)立可得，鏡片表面所鍍“增反膜”的最小厚度為培優(yōu)第二階——拓展培優(yōu)練10．煤礦中瓦斯爆炸危害極大。某同學查資料得知含有瓦斯的氣體的折射率大于干凈空氣的折射率，于是，他設計了一種利用光的干涉監(jiān)測礦井瓦斯的儀器，原理如圖所示。在雙縫前面放置兩個完全相同的透明容器A、B，容器A與干凈的空氣相通，在容器B中通入礦井中的氣體，觀察屏上的干涉條紋，就能夠監(jiān)測瓦斯?jié)舛?，以下說法正確的是（）①如果屏的正中央仍是亮條紋，說明B中的氣體與A中的空氣成分相同，不含瓦斯②如果屏的正中央是暗條紋，說明B中的氣體與A中的空氣成分不相同，可能含有瓦斯③如果屏上干涉條紋不停地移動，說明B中的氣體瓦斯含量不穩(wěn)定④只有用單色光照射單縫時，才可能在屏上出現(xiàn)干涉條紋A．①③ B．②③ C．②④ D．①④【答案】B【詳解】①．若B中氣體含有瓦斯，光經過兩容器時折射率不同，光速不同，到達屏正中央的光程差可能是波長的整數(shù)倍，也可能是半波長的奇數(shù)倍，所以屏的正中央可能是亮條紋，也可能是暗條紋，故屏的正中央為亮條紋時，B中氣體可能含有瓦斯，也可能不含瓦斯，故①錯誤；②．如果屏的正中央是暗條紋，必有光程差，說明B中的氣體與A中的氣體成分不相同，可能含瓦斯，故②正確；③．如果屏上干涉條紋不停地移動，說明光程差不穩(wěn)定，即B中的氣體瓦斯含量不穩(wěn)定，故③正確；．無論用單色光還是白光照射單縫時，都能在屏上出現(xiàn)干涉條紋，故④錯誤。故選B。11．（多選）某同學采用圖甲所示的實驗裝置研究光的干涉與衍射現(xiàn)象，狹縫、的寬度可調，狹縫到屏的距離為L。同一單色光垂直照射狹縫，實驗中分別在屏上得到了圖乙，圖丙所示圖樣。下列描述不正確的是（）A．圖乙是光的衍射圖樣，當光通過狹縫時，也發(fā)生了衍射B．遮住一條狹縫，另一條狹縫寬度增大，其他條件不變，圖丙中亮條紋寬度增大C．照射兩條狹縫時，增加L，其他條件不變，圖乙中相鄰暗條紋的中心間距增大D．照射兩條狹縫時，若光從狹縫、到屏上P點的路程差為半波長的奇數(shù)倍，P點處一定是暗條紋【答案】CD【詳解】A．圖乙中條紋間距相同，屬于光的干涉圖案，故A錯誤；B．遮住一條狹縫，另一條狹縫寬度增大，衍射現(xiàn)象減弱，圖丙中亮條紋寬度減小，故B錯誤；C．由可知，當增加L，其他條件不變時，圖乙中相鄰暗條紋的中心間距增大，故C正確；D．光的路程差為半波長的奇數(shù)倍時，為相互減弱去，即暗條紋，故P點一定是暗條紋，故D正確。故選CD。12．G1、G2為放在水平面上的高度略有差別的兩個長方體，為了檢查這兩個長方體的上表面是否相互平行，檢測員用一塊標準的平行透明平板T壓在G1、G2的上方，T與G1、G2支架分別形成尖劈形空氣層，如圖所示。G1、G2的上表面與平板的夾角分別為α和β，P為平板T上表面上的一點。用單色光從上方照射平板T，G1、G2的上方都能觀察到明顯的干涉條紋可以推知（）A．若α=β，則G1上方的干涉條紋間距小于G2上方的干涉條紋間距B．若α>β，則G1上方的干涉條紋間距大于G2上方的干涉條紋間距C．若將G1、G2的間距縮短些，則G1上方的干涉條紋分布變得更密D．若在P處用較小的力下壓平板T，則G1上方的干涉條紋分布變密【答案】C【詳解】AB．設物體上表面與平板的夾角為θ，相鄰亮條紋的間距為，由空氣薄膜干涉條件，則有解得若α=β，則G1上方的干涉條紋間距等于G2上方的干涉條紋間距，若α>β，則G1上方的干涉條紋間距小于G2上方的干涉條紋間距，故AB錯誤；C．若將G1、G2的間距縮短些，則α增大，可知G1上方的干涉條紋分布變得