2024-2025學(xué)年新教材高中物理第5章光的干涉衍射和偏振單元素養(yǎng)評(píng)價(jià)含解析魯科版選擇性必修1

PAGE9-單元素養(yǎng)評(píng)價(jià)(五)(90分鐘100分)一、單項(xiàng)選擇題(本題共8小題,每小題3分,共24分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中,只有一項(xiàng)是符合題目要求的)1.在太陽(yáng)光照耀下肥皂膜呈現(xiàn)彩色,瀑布在陽(yáng)光下呈現(xiàn)的彩虹以及通過狹縫視察發(fā)光的日光燈時(shí)看到的彩色條紋,這些現(xiàn)象分別屬于 ()A.光的干涉、色散和衍射現(xiàn)象B.光的干涉、衍射和色散現(xiàn)象C.光的衍射、色散和干涉現(xiàn)象D.光的衍射、干涉和色散現(xiàn)象【解析】選A。在太陽(yáng)光照耀下肥皂膜呈現(xiàn)彩色是薄膜干涉現(xiàn)象;瀑布濺起的小水滴相當(dāng)于棱鏡,在陽(yáng)光下呈現(xiàn)的彩虹是光的色散現(xiàn)象;通過狹縫視察發(fā)光的日光燈時(shí)看到的彩色條紋是光的衍射現(xiàn)象。2.美國(guó)羅切斯高校的科學(xué)家說,他們利用量子力學(xué)與激光技術(shù)制造的一種“簡(jiǎn)潔”計(jì)算機(jī)比目前用的電腦運(yùn)算速度快10億倍。該高校的探討人員指出,新型計(jì)算機(jī)是基于光的干涉原理,運(yùn)算處理用的是光子而不是電子。那么就現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)而言,下列哪項(xiàng)技術(shù)也利用了光的干涉原理 ()A.光導(dǎo)纖維通信技術(shù) B.立體電影拍攝技術(shù)C.檢測(cè)工件表面平整度 D.對(duì)金屬元件進(jìn)行探傷【解析】選C。光纖通信是利用了光的全反射原理,A錯(cuò)誤;立體電影是利用了光的偏振原理,B錯(cuò)誤;檢測(cè)工件表面的平整度應(yīng)用了薄膜干涉原理,C正確;對(duì)金屬元件進(jìn)行探傷是利用γ射線的穿透性,D錯(cuò)誤。3.以下試驗(yàn)或現(xiàn)象的原理與光學(xué)鏡頭上的增透膜的工作原理相同的是 ()A.圖甲中,彎曲的水流可以導(dǎo)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(yáng)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【解析】選C。增透膜的工作原理是利用光的干涉原理。圖甲中,彎曲的水流可以導(dǎo)光是因?yàn)楣庠谒涂諝饨缑嫔习l(fā)生了全反射現(xiàn)象,故A錯(cuò)誤;圖乙中,用偏振眼鏡看3D電影,感受到立體的影像是因?yàn)楣獾钠瘳F(xiàn)象,故B錯(cuò)誤;圖丙中,陽(yáng)光下的肥皂薄膜呈現(xiàn)彩色是因?yàn)楣獾母缮娆F(xiàn)象,故C正確;圖丁中,白光通過三棱鏡,出現(xiàn)色散現(xiàn)象是因?yàn)楣獍l(fā)生了折射現(xiàn)象,故D錯(cuò)誤。4.如圖所示是一種利用光纖溫度傳感器測(cè)量溫度的裝置,一束偏振光射入光纖,由于溫度的改變,光纖的長(zhǎng)度、芯徑、折射率發(fā)生改變,從而使偏振光的振動(dòng)方向發(fā)生改變,光接收器接收的光強(qiáng)度就會(huì)改變。設(shè)起偏器和檢偏器透振方向相同,關(guān)于這種溫度計(jì)的工作原理,正確的說法是 ()A.到達(dá)檢偏器的光的振動(dòng)方向改變?cè)叫?光接收器所接收的光強(qiáng)度就會(huì)越小,表示溫度改變?cè)酱驜.到達(dá)檢偏器的光的振動(dòng)方向改變?cè)酱?光接收器所接收的光強(qiáng)度就會(huì)越小,表示溫度改變?cè)酱驝.到達(dá)檢偏器的光的振動(dòng)方向改變?cè)叫?光接收器所接收的光強(qiáng)度就會(huì)越小,表示溫度改變?cè)叫.到達(dá)檢偏器的光的振動(dòng)方向改變?cè)酱?光接收器所接收的光強(qiáng)度就會(huì)越小,表示溫度改變?cè)叫　窘馕觥窟xB。依據(jù)題意知,溫度改變?cè)酱?光通過光纖時(shí)振動(dòng)方向改變?cè)酱?起偏器和檢偏器的透振方向是相同的,光從光纖中通過時(shí)振動(dòng)方向改變?cè)酱?透過檢偏器的光強(qiáng)度就會(huì)越小,所以光接收器接收的光強(qiáng)度也就會(huì)越小。因此選項(xiàng)B正確。5.如圖所示是雙縫干涉的試驗(yàn)裝置,其光屏上P處發(fā)覺明條紋,則雙縫到光屏上P點(diǎn)的距離之差為 ()A.光波的半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍B.光波的波長(zhǎng)的奇數(shù)倍C.光波的半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍 D.光波的波長(zhǎng)的偶數(shù)倍【解析】選C。在雙縫干涉試驗(yàn)中,光屏上某點(diǎn)到雙縫的路程差為半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍時(shí),該點(diǎn)為加強(qiáng)點(diǎn),出現(xiàn)亮條紋;光屏上某點(diǎn)到雙縫的路程差為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí),該點(diǎn)為減弱點(diǎn),出現(xiàn)暗條紋。因?yàn)镻點(diǎn)為亮條紋,則雙縫到光屏上P點(diǎn)的距離之差應(yīng)為半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍;又因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)為半波長(zhǎng)的2倍,則雙縫到光屏上P點(diǎn)的距離之差可能是波長(zhǎng)的奇數(shù)倍,也有可能是波長(zhǎng)的偶數(shù)倍,即B、D兩項(xiàng)均可能錯(cuò)誤,故A、B、D不符合題意,C符合題意。6.如圖為紅光、藍(lán)光分別通過單縫、雙縫所呈現(xiàn)的圖樣,則 ()A.甲為藍(lán)光的衍射圖樣 B.乙為紅光的干涉圖樣C.丙為紅光的衍射圖樣 D.丁為藍(lán)光的干涉圖樣【解析】選D。單縫衍射條紋是中間光明且寬大,越向兩側(cè)寬度越小越暗,而波長(zhǎng)越大,中心亮條紋越粗,故甲、乙兩圖是單縫衍射圖樣,且甲圖為紅光的單縫衍射圖樣,乙圖為藍(lán)光的衍射圖樣,故A、B錯(cuò)誤;雙縫干涉的圖樣是明暗相間的干涉條紋,全部條紋寬度相同且等間距,故丙、丁兩圖是雙縫干涉圖樣,依據(jù)雙縫干涉條紋間距Δy=λ可知,波長(zhǎng)越大,條紋間距越大,故丙圖為紅光的雙縫干涉圖樣,丁圖為藍(lán)光的雙縫干涉圖樣,故C錯(cuò)誤,D正確。【補(bǔ)償訓(xùn)練】下列四種明暗相間的條紋,分別是紅光、藍(lán)光各自通過同一個(gè)雙縫干涉儀器和同一單縫衍射儀器形成的圖樣(灰黑色部分表示亮紋;保持縫到屏距離不變)。其中屬于藍(lán)光的衍射圖樣的是 ()【解析】選B。雙縫干涉的圖樣是明暗相間的干涉條紋,全部條紋寬度相同且等間距,所以A、C選項(xiàng)中的圖樣為雙縫干涉圖樣,單縫衍射條紋是中間光明且寬大,越向兩側(cè)寬度越小越暗,而波長(zhǎng)越大,中心亮條紋越粗,紅光的波長(zhǎng)大于藍(lán)光的波長(zhǎng),所以B項(xiàng)為藍(lán)光的單縫衍射圖樣,故B正確。7.在“視察光的干涉現(xiàn)象”試驗(yàn)中,用白光入射雙縫時(shí),在光屏上可視察到彩色條紋,若用紅色和綠色玻璃各攔住一條縫,則在光屏上可以視察到 ()A.黃色的干涉條紋B.綠色的干涉條紋C.紅綠相間的條紋D.兩種色光疊加,但無(wú)干涉條紋【解析】選D。若用紅色和綠色玻璃各攔住一條縫,只有紅色光和綠色光通過,由于紅色光和綠色光的頻率不同,則屏上是兩種色光的疊加,但不能發(fā)生干涉,故不能視察到干涉條紋。故只有D正確。8.關(guān)于光現(xiàn)象及其應(yīng)用,下列說法正確的是 ()A.汽車燈光夜間照著自行車“尾燈”,就變得非常光明,是利用了光的折射B.照相機(jī)的鏡頭表面鍍有一層增透膜,使照相效果更好,是利用了光的衍射C.用透亮的標(biāo)準(zhǔn)樣板和單色光檢查工件平面的平整度,利用了光的干涉D.抽制高強(qiáng)度纖維細(xì)絲,可用激光監(jiān)控其粗細(xì),是利用了光的偏振【解析】選C。自行車“尾燈”為全反射棱鏡,利用光的全反射現(xiàn)象,故A不符合題意;照相機(jī)鏡頭表面鍍有一層增透膜是利用了光的薄膜干涉現(xiàn)象,故B不符合題意;用透亮的標(biāo)準(zhǔn)樣板和單色光檢查工件平面的平整度,利用了光的薄膜干涉現(xiàn)象,故C符合題意;激光束越過細(xì)絲時(shí)產(chǎn)生的衍射條紋和它通過遮光板的同樣寬度的窄縫規(guī)律相同,視察光束經(jīng)過細(xì)絲后在光屏上所產(chǎn)生的條紋即可推斷細(xì)絲粗細(xì)的改變,故D不符合題意。二、多項(xiàng)選擇題(本題共4小題,每小題4分,共16分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中,有多項(xiàng)符合題目要求。全部選對(duì)的得4分,選對(duì)但不全的得2分,有選錯(cuò)的得0分)9.下列屬于光的干涉現(xiàn)象的是 ()【解析】選B、C。圖A屬于單縫衍射,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;圖B屬于薄膜干涉,選項(xiàng)B正確;圖C屬于薄膜干涉,選項(xiàng)C正確;圖D屬于白光折射產(chǎn)生的色散,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。10.下面事實(shí)與光的干涉有關(guān)的是 ()A.用光導(dǎo)纖維傳輸信號(hào)B.水面上的油膜呈現(xiàn)彩色C.水中的氣泡顯得特別光明D.照相機(jī)鏡頭在陽(yáng)光下看上去呈淡紫色,是光的干涉現(xiàn)象【解析】選B、D。光導(dǎo)纖維是利用光的全反射的原理傳播光信號(hào),與光的干涉無(wú)關(guān),選項(xiàng)A不合題意;光照耀在水面上的油膜上,光在油膜的上、下兩個(gè)表面分別發(fā)生反射,兩列反射光在油膜的上表面發(fā)生薄膜干涉形成彩色干涉條紋,故與光的干涉有關(guān),選項(xiàng)B符合題意;光從水中射到氣泡中時(shí),由于一部分射到氣泡界面上的光發(fā)生了全反射,所以氣泡看起來(lái)特殊光明,選項(xiàng)C不合題意;照相機(jī)的鏡頭呈現(xiàn)淡紫色是光的干涉現(xiàn)象,因?yàn)榭梢姽庥小凹t、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫”七種顏色,而膜的厚度是唯一的,所以只能照看到一種顏色的光讓它完全進(jìn)入鏡頭,一般狀況下都是讓綠光全部進(jìn)入的,這種狀況下你在可見光中看到的鏡頭反光其顏色就是藍(lán)紫色,因?yàn)檫@時(shí)反射光中已經(jīng)沒有了綠光,所以看上去呈淡紫色,這是光的干涉現(xiàn)象;選項(xiàng)D符合題意。11.下列關(guān)于光的現(xiàn)象說法正確的是 ()A.圖1的干涉條紋表明:被檢測(cè)工件表面的P為凹處,Q為凸處B.圖2為光線通過小圓孔得到的衍射圖樣C.圖3的原理和光導(dǎo)纖維傳送光信號(hào)的原理一樣D.圖4的原理和照相機(jī)鏡頭表面涂上增透膜的原理一樣【解析】選A、C。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,P處檢查平面左邊處的空氣膜厚度與后面的空氣膜厚度相同,知P處凹陷,而Q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Q處凸起,故A正確;泊松亮斑是光線繞過小圓板得到的光的衍射圖樣,故B錯(cuò)誤;空中樓閣是光的全反射現(xiàn)象,而光導(dǎo)纖維是光的全反射現(xiàn)象,它們的原理相同,故C正確;立體電影是光的偏振,而照相機(jī)鏡頭表面涂上增透膜是光的干涉現(xiàn)象,它們的原理不相同,故D錯(cuò)誤。12.煤礦中瓦斯爆炸危害極大。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,于是他設(shè)計(jì)了一種利用光的干涉監(jiān)測(cè)礦井中瓦斯?jié)舛鹊膬x器,原理如圖所示。在雙縫前面放置兩個(gè)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(cè)瓦斯?jié)舛?。以下說法正確的是 ()A.假如屏的正中心仍是亮紋,說明B中的氣體與A中的空氣成分相同,不含瓦斯B.假如屏的正中心是暗紋,說明B中的氣體與A中的空氣成分不相同,可能含有瓦斯C.假如屏上干涉條紋不停地移動(dòng),說明B中的氣體瓦斯含量不穩(wěn)定D.只有用單色光照耀單縫時(shí),才可能在屏上出現(xiàn)干涉條紋【解析】選B、C。假如容器A、B中氣體相同,則折射率相同,到屏的中心光程相同,所以為亮紋。假如中心為暗紋,則A、B中的折射率肯定不同,故B正確;中心為亮紋,B中可能含有瓦斯,也可能不含,A錯(cuò);條紋不停地移動(dòng),則B中氣體的折射率在改變,即瓦斯含量不穩(wěn)定,C正確;單色光或復(fù)色光照耀單縫都能出現(xiàn)干涉條紋,D錯(cuò)誤。三、試驗(yàn)題(本題共2小題,共14分)13.(6分)如圖所示甲為用干涉法檢查平面平整程度的裝置。如圖所示乙中干涉條紋彎曲處說明被檢查的平面在此處是________(選填“凹下”或“凸起”);若僅增大單色光的頻率,干涉條紋將________(選填“變密”或“變疏”);若僅減小薄片的厚度,干涉條紋將________(選填“變密”或“變疏”)。

【解析】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,檢查平面左邊處的空氣膜與后面的空氣膜厚度相同,知該處凹下;增大光的頻率,則波長(zhǎng)變短,由Δy=λ可知,干涉條紋將變密,若僅減小薄片的厚度即d減小,干涉條紋將變疏。答案:凹下變密變疏14.(8分)在利用雙縫干涉測(cè)定光波波長(zhǎng)的試驗(yàn)時(shí),將測(cè)量頭的分劃板中心刻度線與某亮紋中心對(duì)齊,將該亮紋定為第1條亮紋,此時(shí)手輪上的示數(shù)如圖甲所示,然后同方向轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量頭,使分劃板中心刻度線與第6條亮紋中心對(duì)齊,登記此時(shí)手輪上的示數(shù)如圖乙所示,已知雙縫間距為2.0×10-4m,雙縫到屏的距離為0.700m。(1)甲圖所示讀數(shù)為________mm,乙圖所示讀數(shù)為________mm;

(2)相鄰亮紋的間距Δy為________mm;

(3)計(jì)算波長(zhǎng)的公式λ=________,求得的波長(zhǎng)值是________m。

【解析】(1)圖甲中固定刻度讀數(shù)為2.0mm,可動(dòng)刻度讀數(shù)為0.01×32.0mm=0.320mm,所以最終讀數(shù)為2.320mm;圖乙中固定刻度讀數(shù)為13.5mm,可動(dòng)刻度讀數(shù)為0.01×37.0mm=0.370mm,所以最終讀數(shù)為13.870mm。(2)依據(jù)Δy==mm=2.310mm(3)依據(jù)Δy=λ得:λ=Δy,代入數(shù)據(jù)得:λ=m=6.6×10-7m答案:(1)2.32013.870(2)2.310(3)Δy6.6×10-7四、計(jì)算題(本題共4小題,共46分。要有必要的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計(jì)算的要注明單位)15.(8分)飛機(jī)黑匣子是用來(lái)記錄飛行數(shù)據(jù)和駕駛艙語(yǔ)音的電子設(shè)備。一旦飛機(jī)失事黑匣子入水,水敏開關(guān)啟動(dòng)水下超聲波脈沖發(fā)生器工作,通過金屬外殼把頻率為37.5kHz的超聲波信號(hào)放射到四周水域,已知超聲波在水中傳播速度為1500m/s,則該波在水中的波長(zhǎng)約為多少?超聲波能不能發(fā)生偏振現(xiàn)象?【解析】超聲波的波長(zhǎng):λ==m=0.04m;超聲波是縱波,不能發(fā)生偏振現(xiàn)象。答案:0.04m不能發(fā)生偏振現(xiàn)象16.(8分)如圖所示,在楊氏雙縫干涉試驗(yàn)中,激光的波長(zhǎng)為5.30×10-7m,屏上P點(diǎn)距雙縫S1和S2的路程差為7.95×10-7m。(1)在這里出現(xiàn)的應(yīng)是什么條紋?(2)現(xiàn)改用波長(zhǎng)為6.30×10-7m的激光進(jìn)行上述試驗(yàn),保持其他條件不變,則屏上的條紋間距將如何改變?【解析】(1)由==3可知,波程差是半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍,在這里出現(xiàn)的應(yīng)是暗條紋。(2)由Δy=λ可知,λ變大,Δy變寬。答案:(1)暗條紋(2)變寬17.(14分)兩個(gè)狹縫相距0.3mm,位于離屏50cm處,現(xiàn)用波長(zhǎng)為6×10-7m的平行光照耀雙縫。求:(1)兩條相鄰暗條紋間的距離是多少?(2)若將整個(gè)裝置放于水中,那么兩條相鄰暗條紋間的距離是多少?(水的折射率為)【解析】(1)Δy=λ=×6×10-7m=1×10-3m=1mm(2)由λn=得Δy′=λn=λ=Δy=0.75mm答案:(1)1mm(2)0.75m