章末綜合測評5　光的干涉、衍射和偏振-學年新教材魯科版（2019）高中物理選擇性必修第一冊

章末綜合測評(五)光的干涉、衍射和偏振(分值：100分)1．(3分)某同學使用激光器作光源，在不透光的擋板上開一條縫寬為0.05mm的窄縫，進行光的衍射實驗，如圖所示，則他在光屏上看到的條紋是()B[單縫衍射條紋中間寬，兩側越來越窄，又由于單縫是水平的，衍射條紋也是水平的，故B對．]2．(3分)如圖所示，讓太陽光通過M上的小孔S后照射到M右方的一偏振片P上，P的右側再放一光屏Q，現(xiàn)使P繞著平行于光傳播方向的軸勻速轉動一周，則關于光屏Q上光的亮度變化情況，下列說法中正確的是()A．只有當偏振片轉到某一適當位置時光屏被照亮，其他位置時光屏上無亮光B．光屏上亮、暗交替變化C．光屏上亮度不變D．光屏上只有一條亮線隨偏振片轉動而轉動C[旋轉P，自然光通過偏振片P后，在垂直于傳播方向的平面上，只沿著某個特定的方向振動，太陽光是自然光，包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光，而且沿著各個方向振動的光波的強度都相同．所以光屏上總是有沿著某個特定的方向振動的偏振光，光屏上亮度不變．]3．(3分)如圖所示是雙縫干涉的實驗裝置，其光屏上P處發(fā)現(xiàn)明條紋，則雙縫到光屏上P點的距離之差為()A．光波的半波長的奇數(shù)倍B．光波的波長的奇數(shù)倍C．光波的半波長的偶數(shù)倍D．光波的波長的偶數(shù)倍C[在雙縫干涉實驗中，光屏上某點到雙縫的路程差為半波長的偶數(shù)倍時，該點為加強點，出現(xiàn)亮條紋；光屏上某點到雙縫的路程差為半波長的奇數(shù)倍時，該點為減弱點，出現(xiàn)暗條紋．]4．(3分)某次實驗中測得第一級明條紋和第三級明條紋相距4.0×10－2m，若雙縫間距為0.1mm，雙縫到屏的距離為l＝4.0m，則光波的波長為()A．8.0×10－8m B．5.0×10－7mC．1.5×10－8m D．1.6×10－8mB[條紋間距Δx＝eq\f(a,n－1)＝eq\f(4.0×10－2,2)m＝2.0×10－2m，由Δx＝eq\f(l,d)λ，可得λ＝eq\f(dΔx,l)＝5.0×10－7m．]5．(3分)如圖所示，把酒精燈放在肥皂液薄膜前，從薄膜上可看到明暗相間的條紋，能解釋這一現(xiàn)象產生原因的示意圖是(圖中實線、虛線為光照射到薄膜上時，從膜的前后表面分別反射形成的兩列波)()ABCDC[看到的明暗條紋是從膜前后表面分別反射形成的兩列相干波發(fā)生干涉形成的，而肥皂膜中的液體在重力作用下導致從上至下的薄膜厚度不同，反射回來的兩列波的同步性不同，明條紋是相干加強形成的，暗條紋是相干減弱形成的，故C項正確．]6．(3分)1966年華裔科學家高錕博士提出一個理論：直徑僅幾微米的玻璃纖維就可以用來做為光的波導來傳輸大量信息，43年后高錕因此獲得2009年諾貝爾物理學獎，他被譽為“光纖通訊之父”．以下哪個實驗或現(xiàn)象的原理和光導纖維是相同的()甲乙丙丁A．圖甲中，彎曲的水流可以導光B．圖乙中，用偏振眼鏡看3D電影，感受到立體的影像C．圖丙中，陽光下的肥皂薄膜呈現(xiàn)彩色D．圖丁中，白光通過三棱鏡，出現(xiàn)色散現(xiàn)象A[圖甲中，彎曲的水流可以導光是因為光在水和空氣界面上發(fā)生了全反射現(xiàn)象，故與光導纖維原理相同，A正確；圖乙中，用偏振眼鏡看3D電影，感受到立體的影像是因為光的偏振現(xiàn)象，B錯誤；圖丙中，陽光下的肥皂薄膜呈現(xiàn)彩色是因為光的干涉現(xiàn)象，C錯誤；圖丁中，白光通過三棱鏡，出現(xiàn)色散現(xiàn)象是因為光發(fā)生了折射現(xiàn)象，D錯誤．]7．(3分)在太陽光照射下，肥皂泡的表面會出現(xiàn)彩色條紋；通過兩支并在一起的鉛筆狹縫去觀察發(fā)光的日光燈，也會看到彩色條紋，這兩種現(xiàn)象()A．都是光的衍射現(xiàn)象B．都是光的干涉現(xiàn)象C．前者是光的干涉現(xiàn)象，后者是光的衍射現(xiàn)象D．前者是光的衍射現(xiàn)象，后者是光的干涉現(xiàn)象C[在太陽光照射下，肥皂泡的表面會出現(xiàn)彩色條紋，這是薄膜干涉現(xiàn)象；通過兩支并在一起的鉛筆狹縫去觀察發(fā)光的日光燈，也會看到彩色條紋，這是單縫衍射現(xiàn)象．選項C正確．]8．(3分)利用圖1所示的裝置(示意圖)，觀察光的干涉、衍射現(xiàn)象，在光屏上得到如圖2中甲和乙兩種圖樣．下列關于P處放置的光學元件說法正確的是()A．甲對應單縫，乙對應雙縫B．甲對應雙縫，乙對應單縫C．都是單縫，甲對應的縫寬較大D．都是雙縫，甲對應的雙縫間距較大A[根據(jù)單縫衍射圖樣和雙縫干涉圖樣特點判斷．單縫衍射圖樣為中央亮條紋最寬最亮，往兩邊變窄，雙縫干涉圖樣是明暗相間的條紋，條紋間距相等，條紋寬度相等，結合圖甲、乙可知，甲對應單縫，乙對應雙縫，故A正確，B、C、D錯誤．]9．(6分)如圖所示，在“用雙縫干涉測光的波長”實驗中，光具座上放置的光學元件依次為：①光源、②、③、④、⑤遮光筒、⑥毛玻璃．(1)②、③、④三個光學元件依次為________(填正確答案的標號)；A．濾光片、單縫、雙縫B．單縫、濾光片、雙縫C．單縫、雙縫、濾光片D．濾光片、雙縫、單縫(2)如果實驗時將紅光濾光片換為綠光濾光片，則相鄰亮紋(暗紋)間的距離________；(選填“變大”或“變小”)(3)某次測量時，選用的雙縫的間距為0.300mm，測得屏與雙縫間的距離為1.20m，第1條暗條紋到第4條暗條紋之間的距離為7.56mm，則所測單色光的波長λ為________nm(結果保留3位有效數(shù)字)．[解析](1)為獲取單色線光源，白色光源后面要有濾光片、單縫、雙縫，故A正確．(2)根據(jù)Δx＝eq\f(L,d)λ知增大光屏到雙縫的距離L或者減小雙縫間距d，可以使條紋間距增大；當將紅光濾光片換為綠光濾光片，即波長減小，則相鄰亮紋(暗紋)間的距離變?。?3)根據(jù)：Δx＝eq\f(L,d)λ得：λ＝eq\f(Δx·d,L)＝eq\f(7.56×10－3×0.300×10－3,3×1.20)＝0.63×10－6m＝630nm．[答案](1)A(2)變小(3)63010．(7分)應用激光平行性好的特性，可以精確地測量距離．對準目標發(fā)射一個極短的激光脈沖，測量發(fā)射脈沖與收到反射脈沖的時間間隔，就可以求出激光器到目標的距離．若在地球上向月球發(fā)射一個激光脈沖，測得從發(fā)射到收到反射脈沖所用的時間為2.56s，求月球到地球的距離大約是多少？[解析]真空中的光速c＝3.0×108m/s，從發(fā)射脈沖到收到反射脈沖所用時間t＝2.56s，月球與地球距離為：l＝eq\f(1,2)ct＝eq\f(1,2)×3.0×108×2.56m＝3.84×105km．[答案]3.84×105km11．(4分)(多選)有關光的應用，下列說法正確的是()A．拍攝玻璃櫥窗內的物品時，往往在鏡頭前加一個偏振片以增加透射光的強度B．光學鏡頭上的增透膜是利用光的干涉現(xiàn)象C．用三棱鏡觀察白光看到的彩色圖樣是光的折射形成的色散現(xiàn)象D．在光導纖維束內傳送圖像是利用光的全反射原理BCD[拍攝玻璃櫥窗內的物品時，在鏡頭前加一個偏振片減弱反射光的強度，故A錯誤；增透膜是利用薄膜干涉，故B正確；用三棱鏡觀察白光，由于三棱鏡對不同色光的折射率不同，進出三棱鏡的偏折角度不同，出現(xiàn)了不同色光的色散，故C正確；光導纖維束內傳送圖像是利用光的全反射原理，故D正確．]12．(4分)(多選)關于楊氏實驗，下列說法中正確的是()A．兩波源只要具有相同的頻率和振動方向，兩列波相遇時就能產生干涉現(xiàn)象B．單色光通過單縫后射向兩個靠得很近的狹縫可作為振動情況總是相同的波源C．兩波源發(fā)出的光波在波谷與波谷疊加的地方，光相互抵消或者削弱，屏上出現(xiàn)暗條紋D．兩個波源發(fā)出的光波在波峰與波峰疊加的地方，光相互加強，屏上出現(xiàn)亮條紋BD[在楊氏實驗中，兩個狹縫的光源來自同一光源，具有相同的頻率、相位和振動方向，具備干涉條件，所以通過兩個狹縫的光在屏上疊加，波峰和波峰疊加的地方，波谷和波谷疊加的地方，光相互加強，屏上出現(xiàn)亮條紋，波峰和波谷疊加的地方，光相互抵消或削弱，形成暗條紋，所以，選項B、D正確，A、C錯誤．]13．(4分)(多選)小明同學在假期旅游期間學習攝影，他發(fā)現(xiàn)照相機鏡頭呈現(xiàn)淡紫色．如圖所示是他拍攝的兩張照片：甲圖的湖泊遠景照中，能看到遠處山峰的清晰倒影，看不到水面下景物：乙圖的湖水近景照中，能清楚看到魚、石頭等水下景物，則()甲乙A．鏡頭呈現(xiàn)淡紫色是鏡頭表面所鍍膜使光發(fā)生干涉的結果B．甲圖山峰倒影非常清晰是因為來自山峰的光在水面發(fā)生了全反射C．乙圖水下景物的光射到水面時因入射角較小致反射光強而折射光弱D．拍攝乙圖時若安裝透振方向與水面反射光偏振方向垂直的偏振片將更清淅AD[照相機鏡頭鍍了多層的增透膜，增強了可見光的透過性，由于高頻的藍光和紫光等并不能完全地干涉抵消，因此鏡頭呈現(xiàn)淡紫色，故A正確；甲圖中的倒影是因為來自山峰的光通過水面反射進入鏡頭而引起的，而全反射在光線由光密介質射入光疏介質才會發(fā)生，故B錯誤；當光從光密介質入射到光疏介質時，只有當入射角增大才會使反射光增強而折射光減弱，故C錯誤；拍攝乙圖時，來自于水下魚的光通過水面的折射再進入鏡頭，為了使照片更清晰，可以利用偏振片來減少在水面發(fā)生反射而進入鏡頭的光，故D正確．]14．(4分)(多選)如圖所示的雙縫干涉實驗，用綠光照射單縫S時，在光屏P上觀察到干涉條紋．要得到相鄰條紋間距更大的干涉圖樣，可以()A．減小S1與S2的間距B．減小雙縫屏到光屏的距離C．將綠光換為紅光D．將整個裝置放在水中AC[根據(jù)雙縫干涉條紋的間距公式Δx＝eq\f(l,d)λ知，減小雙縫間的距離，即d變小，則干涉條紋間距減大，故A正確；根據(jù)雙縫干涉條紋的間距公式Δx＝eq\f(l,d)λ知，減小雙縫到屏的距離，即l減小，干涉條紋間距減小，故B錯誤；根據(jù)雙縫干涉條紋的間距公式Δx＝eq\f(l,d)λ知，將綠光換為紅光，波長變長，則干涉條紋間距變大，故C正確；因為v＝eq\f(c,n)，λ＝eq\f(c,f)，則光進入水中的波長λ′＝eq\f(v,f)＝eq\f(c,nf)＝eq\f(λ,n)．光進入水中波長變短，根據(jù)雙縫干涉條紋的間距公式Δx＝eq\f(l,d)λ知，波長變短，則干涉條紋間距變小，故D錯誤．]15．(8分)(1)某同學用圖甲所示的裝置做“用雙縫干涉測量光的波長”的實驗，他采用了藍色燈作為光源，在測量頭目鏡中觀察到如圖乙所示的藍色條紋．在不改變其他實驗條件的情況下，觀察到目鏡中的條紋如圖丙所示，則可能的原因是________．A．單縫寬度變小了B．雙縫間距變小了C．光源與單縫間的距離變大了D．光源的發(fā)光強度變大了(2)干涉條紋除了可以通過雙縫干涉觀察到外，把一個凸透鏡壓在一塊平面玻璃上(圖甲)，讓單色光從上方射入(示意圖如圖乙，其中R為凸透鏡的半徑)，從上往下看凸透鏡，也可以觀察到由干涉造成圖丙所示的環(huán)狀條紋，這些條紋叫作牛頓環(huán)．如果改用波長更長的單色光照射，觀察到的圓環(huán)半徑將________(選填“變大”“變小”或“不變”)；如果換一個半徑更大的凸透鏡，觀察到的圓環(huán)半徑將________(選填“變大”“變小”或“不變”)．甲乙丙(3)采用波長為690nm的紅色激光作為單色入射光，牛頓環(huán)的兩條相鄰亮條紋位置所對應的空氣膜的厚度差約為________．A．345nm B．690nmC．幾微米 D．幾毫米[解析](1)根據(jù)條紋間距公式Δx＝eq\f(l,d)λ可知，當雙縫間距d減小時，條紋間距增大，故選項B正確，A、C、D錯誤．(2)當光程差為波長的整數(shù)倍時是亮條紋，當光程差為半個波長的奇數(shù)倍時是暗條紋；用波長變長的光照射，則出現(xiàn)亮條紋的這一厚度遠離中心，則圓環(huán)的半徑變大；換一個表面曲率半徑更大的凸透鏡，出現(xiàn)亮條紋的這一厚度偏移中心，知圓環(huán)的半徑變大．(3)由題意知相鄰亮條紋對應的空氣層的厚度差為半個波長，故為345nm，故選項A正確，B、C、D錯誤．[答案](1)B(2)變大變大(3)A16．(9分)一種紅寶石激光器發(fā)射的激光是不連續(xù)的一道道閃光，每道閃光為一個(列)光脈沖，若這種激光器光脈沖的持續(xù)時間為1.0×10－11s，波長為694.3nm，發(fā)射功率為1.0×1010W，求：(1)每列光脈沖的長度是多少？(2)用這種紅寶石激光器照射皮膚上的色斑，每平方厘米色斑吸收能量達到60J以后，色斑便逐漸消失，一塊色斑的面積為50mm2，則它要吸收多少個(列)紅寶石激光脈沖才能逐漸消失？[解析](1)光脈沖持續(xù)時間即為發(fā)射一個光脈沖所需的時間，所以一個光脈沖長度Δl＝c·Δt＝3×108×1.0×10－11m＝3.0×10－3m．(2)面積為1cm2的色斑吸收的能量E＝60J，色斑便逐漸消失．而1個光脈沖的能量為ΔE＝P·Δt＝1.0×1010×1.0×10－11J＝0.1J消除50mm2的色斑需要光脈沖數(shù)為n＝eq\f(ES1,SΔE)＝eq\f(60×50,100×0.1)＝300(個)．[答案](1)3.0×10－3m(2)300個17．(14分)劈尖干涉是一種薄膜干涉，其裝置如圖甲所示，將一塊平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夾入兩張紙片，從而在兩玻璃表面之間形成一個劈形空氣薄膜．當光垂直入射后，從上往下看到的干涉條紋如圖乙所示，干涉條紋有如下特點：(1)任意一條亮條紋或暗條紋所在位置下面的薄膜厚度相等；(2)任意相鄰亮條紋或暗條紋所對應的薄膜厚度差恒定．現(xiàn)若在圖甲裝置中抽去一張紙片，則當光垂直入射到新劈形空氣薄膜后，從上往下觀察到的干涉條紋會發(fā)生怎樣變化？甲乙[解析]光線在空氣膜的上、下表面發(fā)生反射，并發(fā)生干涉，從而形成干涉條紋．設空氣膜頂角為θ，d1、d2處為兩相鄰亮條紋，如圖所示，則此兩處的光程分別為δ1＝2d1，δ2＝2d2．因為光程差δ2－δ1＝λ，所以d2－d1＝eq\f(1,2)λ．設此兩相鄰亮紋中心的距離為Δl，則由幾何關系得eq\f