2024-2025學(xué)年高中物理第五章光的波動性1光的干涉課時評價含解析教科版選修3-4

PAGE7-光的干涉(40分鐘100分)一、選擇題(本題共7小題,每題6分,共42分)1.(2024·南允高二檢測)在楊氏雙縫干涉試驗中,假如不用激光光源而用一般的單色光源,為了完成試驗可在雙縫前邊加一單縫獲得線光源,如圖所示,在用單色光做雙縫干涉試驗時,若單縫S從雙縫S1、S2的中心對稱軸位置處略微向上移動,則 ()A.不再產(chǎn)生干涉條紋B.仍可產(chǎn)生干涉條紋,且中心亮紋P的位置不變C.仍可產(chǎn)生干涉條紋,中心亮紋P的位置向上移D.仍可產(chǎn)生干涉條紋,中心亮紋P的位置略向下移【解析】選D。本試驗中單縫S的作用是形成頻率肯定的線光源,雙縫S1、S2的作用是形成相干光源,略微移動S后,沒有變更傳到雙縫的光的頻率,由S1、S2射出的仍是相干光,由單縫S發(fā)出的光到達(dá)屏幕上P點下方某點光程差為零,故中心亮紋下移。2.如圖所示為一顯示薄膜干涉現(xiàn)象的試驗裝置,P是附有肥皂膜的鐵絲圈,S是一點燃的酒精燈。往火焰上撒些鹽后,在肥皂膜上視察到的干涉圖樣應(yīng)是 ()【解析】選D。薄膜豎直放置,上端薄,下端厚,同一水平位置的薄膜的厚度相同,出現(xiàn)的干涉條紋應(yīng)是水平的,故選項D正確。3.如圖所示為雙縫干涉試驗中產(chǎn)生的條紋圖樣:圖甲為用綠光進(jìn)行試驗的圖樣,a為中心亮條紋;圖乙為換用另一種單色光進(jìn)行試驗的圖樣,a′為中心亮條紋。則以下說法正確的是(λ綠>λ紅) ()A.圖乙可能是用紅光試驗產(chǎn)生的條紋,表明紅光波長較長B.圖乙可能是用紫光試驗產(chǎn)生的條紋,表明紫光波長較長C.圖乙可能是用紫光試驗產(chǎn)生的條紋,表明紫光波長較短D.圖乙可能是用紅光試驗產(chǎn)生的條紋,表明紅光波長較短【解析】選A。由題圖可知,圖乙中的條紋間距較大,由Δx=λ可知λ乙>λ甲,故A正確。4.(多選)用波長為λ的單色光照耀單縫O,經(jīng)過雙縫M、N在屏上產(chǎn)生明暗相間的干涉條紋,如圖所示,圖中a、b、c、d、e為相鄰亮紋的位置,c為中心亮條紋,則 ()A.O到達(dá)a、b的路程差為零B.M、N到達(dá)b的路程差為λC.O到達(dá)a、c的路程差為4λD.M、N到達(dá)e的路程差為2λ【解析】選B、D。振動一樣的兩光源在空間發(fā)生干涉,得到亮條紋的條件是Δs=nλ(n=0,1,2,3…),故B、D正確。【總結(jié)提升】光的干涉條件的分析(1)生活中任何兩個各自獨立發(fā)光的光源產(chǎn)生的光在空間相疊加都不會產(chǎn)生干涉,這是由物體的發(fā)光機(jī)理確定的,即任何兩個各自獨立的光源都不是相干光源。(2)楊氏雙縫干涉中單縫的作用就是從同一光源得到線光源,以便能有相同的頻率和振動規(guī)律。雙縫是由同一個狹縫照亮的,所以雙縫也就成了一對相干光源。(3)光的相干條件中頻率相同是光發(fā)生干涉的必要條件,要發(fā)生干涉,兩光源還必需具有相同的振動方向和恒定的相位差。5.(多選)(2024·達(dá)州高二檢測)如圖所示的雙縫干涉試驗,用綠光照耀單縫S時,在光屏P上視察到干涉條紋。假如要得到相鄰條紋間距更大的干涉圖樣,下列做法正確的是 ()A.減小S1與S2的間距B.增大雙縫屏到光屏的距離C.增大單縫S到雙縫S1S2的距離D.將綠光換為藍(lán)光【解析】選A、B。在波的干涉中,干涉條紋的間距:Δx=λ,由公式可得,條紋間距與波長、雙縫屏與光屏之間的距離成正比,與雙縫間的距離d成反比,故要增大間距,應(yīng)減小d,或增大雙縫屏到光屏的距離,或增大光的波長,故A、B正確,C、D錯誤?！炯庸逃?xùn)練】在楊氏干涉試驗中,單縫位于雙縫的中心對稱軸上,從兩個狹縫到達(dá)像屏上的某點的光走過的路程相等,該點即為中心亮條紋的位置(即n=0對應(yīng)的那條亮條紋),雙縫屏上有上下兩狹縫,設(shè)想在雙縫屏后用一塊極薄的玻璃片遮蓋下方的縫,則屏上中心亮條紋的位置將 ()A.向上移動B.向下移動C.不動D.可能向上移動,也可能向下移動【解析】選B。雙縫到屏上中心亮條紋O點的距離相等,當(dāng)下方的狹縫后用一塊極薄的玻璃片遮蓋住后,由于波在玻璃中傳播的波長變小,因此下縫到O點的距離內(nèi)的波長個數(shù)變多,所以屏上對應(yīng)的到雙縫波長個數(shù)相等的點下移,即屏上中心亮條紋的位置將向下移動,故選項B正確。6.登山運動員在登雪山時要留意防止紫外線的過度照耀,尤其是眼睛更不能長時間被紫外線照耀,否則將會嚴(yán)峻地?fù)p傷視力。有人想用薄膜干涉的原理設(shè)計一種能大大減小紫外線對眼睛損害的眼鏡,他選用的薄膜材料的折射率n=1.5,所要消退的紫外線的頻率ν=8.1×1014Hz,那么他設(shè)計的這種“增反膜”的厚度至少是 ()A.9.25×10-8m C.1.23×10-7m 【解析】選C。為了減小紫外線對眼睛的損害,應(yīng)使入射光分別從該膜的前后兩個表面反射的光疊加后加強(qiáng),則路程差(大小等于薄膜厚度d的2倍)應(yīng)等于光在薄膜中的波長λ′的整數(shù)倍,即2d=Nλ′(N=1,2,…),紫外線在真空中的波長是λ==3.7×10-7m,在膜中的波長是λ′==m,故膜的厚度d=(N=1,2,…),當(dāng)N=1時,d最小,為d=1.23×10-7m,故選C。7.如圖所示是單色光雙縫干涉試驗?zāi)骋粫r刻的波形圖,實線表示波峰,虛線表示波谷。在此時刻,介質(zhì)中A點為波峰相疊加點,B點為波谷相疊加點,A、B連線上的C點為某中間狀態(tài)相疊加點。假如把屏分別放在A、B、C三個位置,那么 ()A.A、B、C三個位置都出現(xiàn)亮條紋B.B位置出現(xiàn)暗條紋C.C位置出現(xiàn)亮條紋或暗條紋要由其他條件確定D.以上結(jié)論都不對【解題指南】(1)在干涉現(xiàn)象中,所謂“振動加強(qiáng)的點”是指兩列波在該點引起的振動方向總是相同,該點的振幅是兩列波的振幅之和,而不要理解為該點始終處于波峰或波谷,在某些時刻它也可以位于平衡位置(如圖中C點)。(2)所謂“振動減弱的點”是指兩列波在該點引起的振動方向總是相反的,該點的振幅是兩列波的振幅之差,假如兩列波的振幅相同,則該點始終在平衡位置,對光波而言,該點是完全暗的。【解析】選A。本題中,A、B、C三點總是振動加強(qiáng)的點,屏上對應(yīng)出現(xiàn)的都是亮條紋。另外,要特殊留意波谷與波谷相遇的點(圖中B點)振動也是加強(qiáng)的,不要以為B點是暗的。二、非選擇題(18分,要有必要的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計算的要注明單位。)8.在雙縫干涉試驗中,光屏上某點P到雙縫S1和S2的路程差為7.5×10-7m,假如用頻率為6.0×1014Hz的黃光照耀雙縫,(1)該黃光的波長是多少?(2)試通過計算分析P點出現(xiàn)亮條紋還是暗條紋?【解析】(1)λ==m=5×10-7m(2)Δx=7.5×10-7m=λ,答案:(1)5×10-7m9.(7分)(2024·廣元高二檢測)如圖所示,用頻率為f的單色光垂直照耀雙縫,在光屏上的P點出現(xiàn)第3條暗條紋。已知光速為c,則P點到雙縫的距離之差r2-r1應(yīng)為 ()A. B.C. D.【解析】選D。在某點產(chǎn)生暗條紋的條件是:光程差r2-r1為半波長的奇數(shù)倍。已知P點出現(xiàn)第3條暗條紋,說明r2-r1=λ,由c=λf得:λ=,則r2-r1=。10.(7分)(2024·綿陽高二檢測)瓦斯在隧道施工、煤礦采掘等工程中危害極大,某同學(xué)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,于是他依據(jù)雙縫干涉現(xiàn)象設(shè)計了一個監(jiān)測儀,其原理如圖所示:在雙縫前面放置兩個完全相同的透亮容器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,視察屏上的干涉條紋,就能夠監(jiān)測瓦斯?jié)舛?。假如屏的正中心O點變?yōu)榘导y,說明B中氣體 ()A.肯定含瓦斯 B.肯定不含瓦斯C.不肯定含瓦斯 D.無法推斷【解析】選A。假如屏的正中心O變?yōu)榘导y,說明從兩個子光源到屏的光程差發(fā)生變更,所以B中氣體肯定含瓦斯。11.(13分)如圖所示,在雙縫干涉試驗中,若用λ1=5×10-7m的光照耀,屏上O點是中心亮條紋,屏上A點為其次級亮條紋所在處。若換用λ2=4×10-7m的光照耀時,屏上O點處是什么狀況?屏上A【解析】從雙縫到屏上O點的距離之差,無論用何種頻率的光照耀,路程差總是零。所以O(shè)點仍舊是亮條紋。從雙縫到屏上A點的路程差d=S2A-S1A,用λ1光照耀時為其次級亮條紋,即代入數(shù)據(jù)d=1×10-6m,這個路程差1×10-6m對于波長為λ2即為半波長的奇數(shù)倍,A處為暗條紋d=(2k+1)(k=0,±1,±2…)1×10-6m=(2k+1)m,即k=2當(dāng)k=0時為第一級暗條紋,所以當(dāng)k=2時應(yīng)為第三級暗條紋。答案:O點處是亮條紋A點處是暗條紋12.(13分)(2024·廣安高二檢測)放射導(dǎo)彈時,可在導(dǎo)彈后面連一根細(xì)如蛛絲的光纖,就像放風(fēng)箏一樣,這種纖細(xì)的光纖在導(dǎo)彈和放射裝置之間,起著雙向傳輸信號的作用。光纖制導(dǎo)的下行光信號是鎵鋁砷激光器發(fā)出的在纖芯中波長為0.85μm的單色光。上行光信號是銦鎵砷磷發(fā)光二極管放射的在纖芯中波長為1.06μm的單色光。這種操縱系統(tǒng)通過這根光纖向?qū)棸l(fā)出限制指令,導(dǎo)彈就猶如長“眼睛”一樣盯住目標(biāo)(已知光纖纖芯的折射率為1.47)。依據(jù)以上信息,回答下列問題:(1)在光纖制導(dǎo)中,上