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文檔簡(jiǎn)介

2025屆高考物理:光的干涉與衍射限時(shí)訓(xùn)練

一、單選題(本大題共5小題)

1.平凸透鏡其中一個(gè)表面是個(gè)球面,球面的半徑叫做這個(gè)曲面的曲率半徑,另

一個(gè)表面是平面。如圖甲所示,把一塊平凸透鏡壓在一塊平面玻璃上,讓紅光從

上方射入,從上方沿入射光方向觀察平凸透鏡,可以觀察到圖乙所示明暗(紅

黑)相間的圓環(huán)狀條紋,這就是牛頓環(huán)。以下說法正確的是()

入射光

圖乙

A.圓環(huán)狀條紋是由凸透鏡的上、下表面反射光干涉形成的

B.若僅改用紫光照射,則各處條紋間距將變窄

C.若僅換用曲率半徑更小的平凸透鏡,則各處條紋間距將變寬

D.若僅改用白光照射,則看到的是黑白相間的圓環(huán)狀條紋

2.如圖用頻率為了的單色光,垂直照射雙縫,在光屏上。是中央亮條紋,尸點(diǎn)是

。上方第二條亮條紋中心,己知雙縫間距為d,雙縫到光屏的距離為3光速為

c,下列說法正確的是()

A.該單色光的波長(zhǎng)2=cf

B.r2~rr=2cf

C.OP之間的距離為蜉

df

D.若換用頻率更大的單色光照射雙縫,。點(diǎn)上方第二條亮條紋中心在尸點(diǎn)上方

A.圖1檢驗(yàn)工件N平整度的操作中,通過干涉條紋可推斷出P為凸處、。為

凹處

B.圖2是一束單色光進(jìn)入足夠長(zhǎng)的平行玻璃磚后傳播的示意圖,當(dāng)入射角廠

從0。增大到90°(不包括90。)過程中,始終有光線從"'面射出

C.圖3中,當(dāng)M固定不動(dòng),將N從圖示位置開始繞水平軸在豎直面內(nèi)緩慢轉(zhuǎn)

動(dòng)90。的過程中,光屏P上光的亮度保持不變

D.圖4為光的雙縫干涉圖樣

4.如圖所示,某同學(xué)做雙縫干涉實(shí)驗(yàn),尸為光屏。若單縫S從雙縫Si、S2的中

央對(duì)稱軸位置處稍微向下移動(dòng),下列說法正確的是()

|s、I

s---i------4

A.干涉條紋間距變小,中央亮條紋的位置上移

B.干涉條紋間距不變,中央亮條紋的位置上移

C.干涉條紋間距變小,中央亮條紋的位置下移

D.干涉條紋間距變大,中央亮條紋的位置下移

甲乙丙丁

A.圖甲中,分子間距離由弓變化到弓的過程中,分子間作用力為引力

B.圖乙中,若只增大彈簧振子的振幅,彈簧振子的周期將變大

C.圖丙中,若只增大擋板到屏的距離,兩相鄰亮條紋間距離將變小

D.圖丁中,若A球先擺動(dòng),則B、C球擺動(dòng)穩(wěn)定后,運(yùn)動(dòng)周期相同

二、多選題(本大題共3小題)

6.如圖所示是1834年物理學(xué)家勞埃德觀察到光的干涉現(xiàn)象的原理圖。光源S發(fā)

出波長(zhǎng)為600nm的光有一部分直接射到足夠大的屏,上,另一部分經(jīng)鏡面〃反

射到屏,上,對(duì)鏡面的入射角接近90。,這兩部分光重疊產(chǎn)生干涉,在屏〃上出

現(xiàn)明暗相間的干涉條紋,這稱之為勞埃德鏡干涉,勞埃德鏡干涉的條紋間距與波

長(zhǎng)的關(guān)系與楊氏雙縫干涉相同,則()

[上2

5cm10cm80cm

A.相鄰的兩條亮條紋間距約為5.7xl()Tm

B.屏〃上與鏡面在同一水平線上的點(diǎn)出現(xiàn)亮條紋

C.屏,上出現(xiàn)干涉條紋的區(qū)域長(zhǎng)度約為6.3x10-3m

D.若光源S改為白光,屏,上會(huì)出彩色條紋

7.一束復(fù)色光射到平行玻璃磚的上表面,經(jīng)玻璃磚下表面射出后分為a、6兩束

光,下列說法正確的是()

A.在玻璃磚中a光的傳播速度小于6光的傳播速度

B.若從同一介質(zhì)射入真空,發(fā)生全反射時(shí)a光的臨界角比6光的大

C.通過同一雙縫干涉裝置產(chǎn)生的干涉條紋間距

D.a、6兩束光分別照射到同種金屬上,相應(yīng)的遏止電壓分別為優(yōu)和Ub,Ua>

Ub

8.(多選)用雙縫測(cè)量某種單色光的波長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示,光屏上某點(diǎn)

尸到雙縫Si、S2的路程差如圖乙所示為7.5X10-7m,如果用頻率為6.OXlO^Hz

的綠光照射雙縫,已知真空中的光速為3X108m/s,下列說法正確的是

甲乙

A.該綠光的波長(zhǎng)是5X10-7nm

B.P點(diǎn)出現(xiàn)暗條紋

C.僅將綠光換成紅光,則光屏上相鄰兩亮條紋的中心間距變小

D.僅將單縫靠近雙縫,則光屏上相鄰兩亮條紋的中心間距不變

三、實(shí)驗(yàn)題(本大題共2小題)

9.(1)圖1(b)是附有肥皂泡薄膜的鐵絲圈,圖1(a)是一點(diǎn)燃的酒精燈,往

火焰上撒些鹽后,在圖1(b)上的火焰像上可看到的條紋圖樣是。

(2)利用薄膜干涉可檢查工件表面的平整度。如圖2(a)所示,現(xiàn)使透明標(biāo)準(zhǔn)板

〃和待檢工件”間形成一楔形空氣薄層,并用單色光照射,可觀察到如圖2(b)

所示的干涉條紋,條紋的彎曲處戶和。對(duì)應(yīng)于2和6處。從彎曲的條紋可知同一

亮條紋上c、d點(diǎn)對(duì)應(yīng)的薄膜厚度相同,判斷/處缺陷為、6處缺陷為(選填“凹

陷”或“凸起”)。當(dāng)減少薄片的厚度,則相鄰的干涉條紋間距會(huì)(選填“變

大、變小或不變”)。

(a)(b)(a)(b)

圖1圖2

10.如圖,一束復(fù)色光從平行玻璃磚上表面入射,入射角為9,經(jīng)平行玻璃磚上

表面折射后,分成a、6兩束單色光。

(1)若增大入射角9,a、分兩束單色光在平行玻璃磚下表面發(fā)生全

反射(填反射或“不能”);

(2)若用a、6兩束單色光分別在同一裝置中做雙縫干涉實(shí)驗(yàn),得到的條紋間距

較小的是單色光(填“a”或“6”);

(3)若a、6兩束單色光與腑的夾角分別為30°和45°,則此時(shí)a、6兩束單

色光在平行玻璃磚中傳播的時(shí)間之比為ta:tb=o

四、解答題(本大題共2小題)

11.(1)兩列光干涉時(shí),光屏上的亮條紋和暗條紋到兩個(gè)光源的距離與波長(zhǎng)有

什么關(guān)系?

(2)聲的干涉也遵循類似的規(guī)律。設(shè)想在空曠的地方相隔一定位置的兩個(gè)振動(dòng)

完全一樣的聲源,發(fā)出的聲波波長(zhǎng)是0.6m,觀察者A離兩聲源的距離分別是

4.5m和5.4m,觀察者B離兩聲源的距離分別是4.3m和5.5m。這兩個(gè)觀察者聽

到聲音的大小有什么區(qū)別?

12.1801年,托馬斯?楊用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)研究了光波的性質(zhì)。1834年,洛埃利用

單面鏡同樣得到了楊氏干涉的結(jié)果(稱洛埃鏡實(shí)驗(yàn))。洛埃鏡實(shí)驗(yàn)的基本裝置如

圖所示,S為單色光源。S發(fā)出的光直接照射在光屏上,同時(shí)S發(fā)出的光還通過

平面鏡反射在光屏上。從平面鏡反射的光相當(dāng)于S在平面鏡中的虛像S'發(fā)出

的,這樣就形成了兩個(gè)一樣的相干光源。設(shè)光源S到平面鏡的距離和到光屏的距

離分別為a和1,平面鏡左端到SS'的距離為b,平面鏡的長(zhǎng)度為c,光的波長(zhǎng)為

4。

(1)用作圖法標(biāo)出光發(fā)生干涉的區(qū)域;

(2)求光屏上出現(xiàn)干涉條紋區(qū)域的豎直長(zhǎng)度;

(3)寫出相鄰兩條亮紋(或暗紋)間距離Ax的表達(dá)式。

參考答案

1.【答案】B

【詳解】A.圓環(huán)狀條紋是由凸透鏡與平面玻璃所夾空氣膜的上、下表面反射光

干涉形成的,故A錯(cuò)誤;

B.當(dāng)光程差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)為亮條紋,當(dāng)光程差為半個(gè)波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)為暗

條紋,紫光波長(zhǎng)比紅光波長(zhǎng)短,若將紅光改用紫光來照射,則條紋間距將變窄,

故B正確;

C.若換用曲率半徑更小的凸透鏡,則空氣膜從內(nèi)到外厚度的變化變快,條紋間

距變窄,故C錯(cuò)誤;

D.白光是復(fù)色光,若用白光照射,看到的是彩色的環(huán)狀條紋,故D錯(cuò)誤。

故選Bo

2.【答案】C

【詳解】根據(jù)波速、波長(zhǎng)關(guān)系c=〃,2,故A錯(cuò)誤;P點(diǎn)是。點(diǎn)上方第二

條亮條紋中心,r2-=2A=y,故B錯(cuò)誤;雙縫干涉兩條相鄰亮條紋中心間

距==壬,0P之間的距離為24x=筆,故C正確;若換用頻率更大(波

長(zhǎng)更短)的單色光照射雙縫,。點(diǎn)上方第二條亮條紋中心在尸點(diǎn)下方,故D錯(cuò)

誤。故選Co

3.【答案】B

【詳解】A.薄膜干涉是等厚干涉,即明條紋處空氣膜的厚度相同,從彎曲的條

紋可知,尸處檢查平面左邊處的空氣膜厚度與后面的空氣膜厚度相等,知P處凹

陷,而。處檢查平面右邊處的空氣膜厚度與后面的空氣膜厚度相同,知。處凸

起,故A錯(cuò)誤;

B.當(dāng)入射角廠逐漸增大,根據(jù)折射定律,折射角也逐漸增大,由于折射角小于

入射角,且因光在上表面的折射角等于下表面的入射角,則不論入射角如何增

大,玻璃磚中的光線不會(huì)消失,故肯定有光線從面射出,故B正確;

C.圖3中,當(dāng)M固定不動(dòng),將N緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)70。的過程中,M、N的透振方向變?yōu)?/p>

相互垂直,此時(shí)光屏P上光的亮度最暗,故C錯(cuò)誤;

D.單縫衍射出現(xiàn)中間寬,兩邊窄的明暗相間的條紋,雙縫干涉圖樣出現(xiàn)的是明

暗相間的等間距的條紋,故D錯(cuò)誤。

故選B?

4.【答案】B

【詳解】在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,若把單縫S從雙縫Si、S的中心對(duì)稱軸位置稍微向

下移動(dòng),通過雙縫Si、S2的光仍是相干光,仍可產(chǎn)生干涉條紋,如圖所示

根據(jù)干涉條紋間距公式/尤=:4,可知,雙縫到光屏的距離和雙縫的間距不變,

所產(chǎn)生干涉條紋間距不變,但中央亮紋的位置經(jīng)過S1、&到S的路程差仍等于

0,因SS1>SS2,且SS1+S1P=SS2+S2P,那么S]P<S2P,則中央亮紋尸的位

置略向上移。選Bo

5.【答案】D

【詳解】A.圖甲中,分子間距離由弓變化到弓的過程中,分子距離增大,分子勢(shì)

能減小,分子力做正功,分子間作用力為斥力,A錯(cuò)誤;

B.彈簧振子的周期為7=2萬「,圖乙中,若只增大彈簧振子的振幅,彈簧振子

的周期不變,B錯(cuò)誤;

C.根據(jù)雙縫干涉條紋間距公式=圖丙中,若只增大擋板到屏的距離,L

增大,兩相鄰亮條紋間距離將變大,C錯(cuò)誤;

D.圖丁中,若A球先擺動(dòng),則B、C球擺動(dòng)穩(wěn)定后,B、C都做受迫振動(dòng),B、C

振動(dòng)的周期都等于驅(qū)動(dòng)力的周期,A、B、C球運(yùn)動(dòng)周期相同,D正確。選D。

6.【答案】ACD

【詳解】AB:作出反射光的范圍如圖所示,

根據(jù)=其中d=2x0.05cm=0.1cm,L=5cm+10cm+80cm=95cm,可

d

得相鄰的兩條亮條紋間距約為心=5.7、107m,屏〃上出現(xiàn)干涉條紋的區(qū)域一定

是反射光到達(dá)的區(qū)域,由圖可知屏〃上與鏡面在同一水平線上的點(diǎn)不會(huì)出現(xiàn)亮條

紋,A正確,B錯(cuò)誤;

C:根據(jù)相似三角形的幾何關(guān)系得,區(qū)域中的最高點(diǎn)到鏡面所在平面的距離為

%,有…\一黑,解得%=9.0x10-3m,區(qū)域中的最低點(diǎn)到鏡面所在平面的

距離為也,有c黑,解得4=2x10-3m,屏〃上出現(xiàn)干涉條紋的區(qū)域

0.05x100.153

長(zhǎng)度約為△h=h[_h2=6.3x10-3m,C正確;

D:若光源S改為白光,屏,上各種單色光都會(huì)產(chǎn)生各自的間距不同的干涉條

紋,所以會(huì)出彩色條紋,D正確。選ACD。

7.【答案】AD

【詳解】A.由公式可知,a光的折射率大于6光的折射率,由公式v=£

sinrn

可知,在玻璃磚中a光的傳播速度小于6光的傳播速度,A正確;

B.由公式sinC=L可知,折射率越大,臨界角越小,則從同一介質(zhì)射入真空,發(fā)

n

生全反射時(shí)a光的臨界角比6光的小,B錯(cuò)誤;

C.由于a光的折射率大于6光的折射率,則a光的頻率大于6光的頻率,由公

式c=X□可知,a光的波長(zhǎng)小于6光的波長(zhǎng),由公式可知,通過同一雙縫

a

干涉裝置產(chǎn)生的干涉條紋間距此<此,C錯(cuò)誤;

D.由愛因斯坦光電效應(yīng)方程和eU=Ekmax可得eU=a1嘰,則

Ua>Ub,D正確。選AD。

8.【答案】BD

【詳解】該綠光的波長(zhǎng)是2=弓=梁黑爪=5義10-7小,故A錯(cuò)誤;因?yàn)椤?=

7.5xlO-7m=|A,半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍是干涉的減弱點(diǎn),P點(diǎn)出現(xiàn)暗條紋,故B正

確;僅將綠光換成紅光,紅光波長(zhǎng)更長(zhǎng),根據(jù)以=;4知其他條件不變,波長(zhǎng)變

大,條紋寬度變大,則光屏上相鄰兩條紋的中心間距變大,故C錯(cuò)誤;根據(jù)4x=

引知僅將單縫靠近雙縫,不改變條紋間距,則光屏上相鄰兩亮條紋的中心間距

不變,故D正確。故選BDo

9.【答案】(1)水平的明暗相間的干涉條紋,(2)凹陷;凸起;變大

【詳解】(1)在火焰上撒些鹽會(huì)使酒精燈發(fā)出黃色的光,光線照在肥皂膜上

時(shí),肥皂膜前后兩個(gè)表面的反射光線會(huì)發(fā)生干涉,設(shè)肥皂膜厚度為d,若

2d=nA,呈現(xiàn)亮條紋2d=(2”+1)1,呈現(xiàn)暗條紋,同一個(gè)厚度一個(gè)條紋,肥皂膜

由于重力的作用,上薄下厚,所以會(huì)出現(xiàn)水平的明暗相間的干涉條紋。

(2)[1][2][3]薄膜干涉為等厚干涉,即同一個(gè)條紋處的空氣膜厚度相同,所以

c、,點(diǎn)對(duì)應(yīng)處的空氣膜厚度相同,從彎曲的條紋可知,/處檢查平面左側(cè)的空氣

膜與右邊相同,所以/處應(yīng)該凹陷,8處檢查平面右側(cè)的空氣膜厚度與左側(cè)相

同,所以6處凸起,當(dāng)減小薄片的厚度,即減小空氣膜的厚度,導(dǎo)致同級(jí)的光程

差的間距變大,則干涉條紋間距會(huì)變大。距變大,則干涉條紋間距會(huì)變大。

10.【答案】不能;a,2:73

【詳解】(1)[1]根據(jù)光路可逆原理,在平行玻璃磚下表面入射角一定小于臨

界角,不能發(fā)生全反射。

(2)[2]因?yàn)樗詢海?,根據(jù)Ax=,,則a單色光形成的干涉條紋間

a

距較小。

(3)[3]設(shè)平行玻璃磚的厚度為d,折射角為夕,在平行玻璃中的傳播距離為

sin3

S=\,a、6兩束單色光折射率之比為%:%=/著=型黑=0:1,傳播速

cospsmt/sin30

sin45°

「cdnl

度v=5,r=A,得f=£行,所以傳播的時(shí)間之比為。%=2:6

11.【答案】(1)見解析;(2)A聽到的聲音小,B聽到聲音大

【詳解】出現(xiàn)明條紋的條件為a=成("=0,1,2,3…),出現(xiàn)暗條紋的條件為

AX=(^2W+1)5,("=0,1,2,3…),觀察者A離兩聲源的距離差為

%=5.4m-4.5m=0.9m=3x1,振動(dòng)減弱,聽到的聲音最小,觀察者B離兩聲源

的距離差為&B=5.5m-4.3m=1.2m=24,振動(dòng)加強(qiáng),聽到的聲音最大

12.【答案】(1)見解析;(2)(3)小?

仇b+c)2a

【詳解】(1)根據(jù)作圖法可得下圖

其中陰影部分為發(fā)生干涉的區(qū)域;

(2)由幾何關(guān)系可得7=7,-----=—,d=H—h,聯(lián)立可得[=%]-

bIb+cIb(b+c)

(3)光源直接發(fā)出的光和被平面鏡反射的光實(shí)際上是同一列光,是相干光,該

干涉現(xiàn)象可以看做雙縫干涉,所以SS'之間的距離為d,則d=2a,而光源S到光

屏的距離看以看做雙孔屏到像屏距離乙則乙=/,根據(jù)雙縫干涉的相鄰條紋之間

的距離公式可得

a2a

知識(shí)歸納總結(jié)

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2025屆高考物理:光的干涉與衍射限時(shí)訓(xùn)練解析

一、單選題解析

牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn):本題主要考察光的干涉現(xiàn)象及其原理。牛頓環(huán)是由凸透鏡與平面玻璃間空氣膜上下表

面反射光干涉

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