2021学年第4章 光及其应用4.3 光的干涉同步达标检测题

2021-2022学年沪科版（2019）选择性必修第一册

4.3光的干涉同步练习（解析版）

1．如图所示是1834年爱尔兰物理学家劳埃德观察到光的干涉现象的原理图。缝光源S发出波长为的光，有一部分直接射到屏D上，另一部分经镜面M反射到屏D上，对镜面的入射角接近90°，这两部分光重叠产生干涉，在屏D上出现亮暗相间的干涉条纹，这称之为劳埃德镜干涉。下列说法正确的是（　　）

A．光屏上的条纹与镜面垂直

B．将光屏D水平向左靠近平面镜，相邻条纹间距减小

C．将光源S竖直向下靠近平面镜，相邻条纹间距减小

D．将光源换成白光，屏D上无法观察到干涉条纹

【答案】B

【详解】

A．画出如图所示光路图

可等效为两个相干光源S、在屏上形成双缝干涉图样，类比双缝干涉实验可知，光屏上的条纹与镜面平行，A错误；

B．由

可知，将光屏D水平向左靠近平面镜，使L减小，故相邻条纹间距减小，B正确；

C．将光源S竖直向下靠近平面镜，使d减小，故相邻条纹间距增大，C错误；

D．将光源换成白光，屏D上观察到中间为白色，边上为彩色的干涉条纹，D错误。

故选B。

2．如图甲是蓝色大闪蝶，在阳光下可以看到其翅膀灿烂闪烁。蓝色大闪蝶的翅膀表面有凸起的翅脊，这些翅脊有一串类似台阶的结光旺构。光照射翅脊上“台阶结构”的典型光路如图乙所示，则（　　）

A．翅膀灿烂闪烁是光的干涉现象

B．翅膀灿烂闪烁是光的全反射现象

C．光经翅脊反射后的频率变大

D．光在翅脊中的波长大于在空气中波长

【答案】A

【详解】

蓝色大闪蝶的翅膀凸起的翅脊上的“台阶结构”都隔着空气层，自然光会不断地在空气层和“台阶结构”里发生反射和折射，蓝色大闪蝶无论是它的厚度，材质，还是它树状脊脉上“台阶结构”的位置，都适合蓝光发生相长干涉，鳞片绽放出的绚丽光彩，正是蓝光相干干涉的产物，故A正确，BCD错误。

故选A。

3．由a、b两种光组成的复色光从玻璃射入空气时形成如图所示的光路图，已知出射光线只有b光。下列说法正确的是（　　）

A．反射光线中只包含a光

B．a光的折射率大于b光的折射率

C．a光在真空中的传播速度小于b光在真空中的传播速度

D．a、b两种光经同一装置完成双缝干涉实验，a光形成的干涉条纹间距大于b光形成的干涉条纹间距

【答案】B

【详解】

A．反射光线中包含a光和b光，A错误；

BC．由光路图可知b光的临界角大于a光的临界角，根据

可得，a光的折射率大于b光的折射率。无论何种光，在真空中的传播速度均为c， C错误B正确；

D．a光的折射率大于b光的折射率，则a光的波长小于b光的波长，双缝干涉条纹实验中，条纹间距公式为

可得a光形成的干涉条纹间距小于b光形成的干涉条纹间距，D错误。

故选B。

4．利用薄膜干涉可检查工件表面的平整度。如图（a）所示，现使透明标准板M和待检工件间形成一楔形空气薄层，并用单色光照射，可观察到如图（b）所示的干涉条纹，条纹的弯曲处和对应于A和B处，下列判断中正确的是（　　）

A．的上表面A处向上凸起

B．的上表面处向下凹陷

C．若减少薄片的厚度，则干涉条纹间距会减小

D．条纹的点对应处的薄膜厚度相同

【答案】D

【详解】

AB．薄膜干涉是等厚干涉，即明条纹处空气膜的厚度相同，条纹的cd点在直条纹处，故cd点对应处的薄膜厚度相同，从弯曲的条纹可知，A处检查平面左边处的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相同，知A处凹陷，B处检查平面右边处的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相同，知B处凸起，故AB错误；

C．当减少薄片的厚度，即减小空气薄层的宽度，导致同级的光程差的间距变大，则干涉条纹间距会增大，故C错误；

D．由图可知，条纹间距相等，则条纹的cd点对应处的薄膜厚度也相同，故D正确。

故选D。

5．一束白光在真空中通过双缝后在屏上观察到的干涉条纹，除中央白色亮条纹外，两侧还有彩色条纹，其原因是（　　）

A．各色光的波长不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同

B．各色光的速度不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同

C．各色光的强度不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同

D．上述说法都不正确

【答案】A

【详解】

根据双缝干涉中相邻的两个亮（或暗）条纹中心间距公式

可以看出装置一定时，条纹中心间距只与光的波长有关。因为各种颜色的光都在中间形成亮条纹，故中央亮条纹显示白色。在其他区域，由于各色光的波长不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的中心间距不同，从而形成彩色条纹。

故选A。

6．从点光源L发出的白光，经过透镜后成一平行光束，垂直照射到挡光板P上，板上开有两条靠得近的平行狭缝、，如图所示，在屏Q上可看到干涉条纹，图中O点是屏上与两狭缝等距离的一点，则（　　）

A．干涉条纹是黑白的，O点是亮点

B．干涉条纹是黑白的，O点是暗点

C．干涉条纹是彩色的，O点是亮点

D．干涉条纹是彩色的，O点是暗点

【答案】C

【详解】

白光是复色光，通过双缝形成的干涉条纹是彩色条纹.由题意知

即路程差等于零，在O点振动加强，形成亮点.所以C正确，A、B、D错误。

故选C。

7．下列说法不正确的是（　　）

A．光纤通信是利用了光的全反射原理

B．狭义相对性原理认为，在任何参考系中物理规律都相同的

C．全息照相应用了光的干涉原理，同时还要应用激光进行全息照相。

D．由红光和绿光组成的一细光束从水中射向空气，如果入射角逐渐增大，水面上首先消失的是绿光

【答案】B

【详解】

A．光纤通信是利用了光的全反射原理，故A正确，但不符合题意。

B．狭义相对性原理认为，在任何惯性参考系中，物理规律都相同，故B错误。

C．全息照相应用了光的干涉原理，同时还要应用激光进行全息照相，故C正确，但不符合题意。

D．由于红光的频率比绿光的小，所以红光的折射率小，即绿光全反射的临界角小，所以最先消失的为绿光，故D正确，但不符合题意。

故选B。

8．下列说法正确的是（       ）

A．不同色光在同一种均匀介质中的传播的速度相同

B．雨后路面上的油膜形成的彩色条纹是由光的全发射形成的

C．杨氏双缝干涉实验中，当两缝间的距离以及挡板和屏的距离一定时，红光干涉条纹的相邻条纹间距比蓝光干涉条纹的相邻条纹间距小

D．水中的气泡看起来特别明亮，是因为光从水射向气泡时，一部分光在界面上发生了全反射的缘故

【答案】D

【详解】

A．根据 ，不同色光在同一种均匀介质中的传播的速度不相同，A错误；

B．雨后路面上的油膜形成的彩色条纹是由油膜的两个表面反射的两列光发生干涉形成的，B错误；

C．杨氏双缝干涉实验中，根据 ，当两缝间的距离以及挡板和屏的距离一定时，红光干涉条纹的相邻条纹间距比蓝光干涉条纹的相邻条纹间距大，C错误；

D．水中的气泡看起来特别明亮，是因为光从水射向气泡时，一部分光在界面上发生了全反射的缘故，D正确。

故选D。

9．在单色光的双缝干涉实验中（　　）

A．两列光波谷和波谷重叠处出现暗条纹

B．两列光波峰和波峰重叠处出现亮条纹

C．从两个狭缝到达屏上的路程差是光波长的整数倍时，出现亮条纹

D．从两个狭缝到达屏上的路程差是光波长的奇数倍时，出现暗条纹

【答案】BC

【详解】

A．两列光波谷和波谷重叠处，振动增强，出现亮条纹，故A错误；

B．两列光波峰和波峰重叠处，振动增强，出现亮条纹，故B正确；

CD．从两个狭缝到达屏上的路程差是光波长的整数倍时，出现亮条纹，若为半波长的奇数倍时，出现暗条纹，故C正确，D错误。

故选BC。

10．如图所示，竖直放置的肥皂薄膜受到重力作用而形成上薄下厚的薄膜，从膜左侧面水平射入的红光，在左侧面观察到干涉条纹，则下列说法正确的是（　　）

A．干涉条纹是由薄膜左右两个面的反射光叠加形成的

B．干涉条纹是红黑相同的水平条纹

C．入射光如果换成紫光，相邻亮条纹间距变大

D．如果薄膜的下端再厚一些，干涉条纹变疏

【答案】AB

【详解】

A．涉条纹是由薄膜左右两个面的反射光叠加形成的，故A对；

B．一个红条纹是同一厚度的薄膜左右面的反射光形成的，同一水平线上的薄膜厚度相同，则条纹水平，故B对；

C．把楔形膜两边延长至相交，夹角设为θ，如下图所示，设第n、n＋1条亮纹处的薄膜厚度分别为和，到交点的距离分别设为和，因为夹角很小，应用边角关系有

相邻亮纹间距

又根据干涉条件有

联立解得

显然相邻亮纹间距随入射光波长增大而增大、随θ增大而减小，入射光换成紫光，即波长变小，所以相邻亮条纹间距变小，故C错；

D．而薄膜的下端再厚一些使得θ增大，则减小，干涉条纹变密，故D错。

故选AB。

11．彩虹形成的示意图如图所示，一束白光L由左侧射入一球形水滴，a、b是白光射入水滴后经过反射和折射后的两条出射光线（a、b是单色光）。下列关于a光与b光的说法正确的是（　　）

A．a光在水滴中的传播速度大于b光在水滴中传播速度

B．水滴对a光的折射率大于对b光的折射率

C．a光的波长小于b光的波长

D．用同一台双缝干涉仪做光的双缝干涉实验，a光相邻的亮条纹间距大于b光的相邻亮条纹间距

【答案】AD

【详解】

AB．由图可知，b光的偏折程度较大，故折射率较大，由

可知，b光在水滴中的传播速度较小，A正确，B错误；

C．b光的折射率较大，频率较高，折射过程频率不变，由

可知，b光的波长较短，C错误；

D．由

可知，b光的相邻亮条纹间距较小，D正确。

故选AD。

12．表面附着油膜的透明玻璃片，当有阳光照射时，可在表面和玻璃片的边缘分别看到彩色图样，则（　　）

A．两者都是色散现象

B．两者都是干涉现象

C．前者是干涉现象，后者是折射现象

D．前者是色散现象，后者不是色散现象

【答案】AC

【详解】

阳光照射到油膜上，油膜前后表面的反射光干涉形成彩色图样，是干涉现象，阳光照在边缘棱角处，由于折射产生彩色图样，是折射现象，两者都属于色散现象，选项A、C正确，B、D错误。

故选AC。

13．肥皂膜的干涉条纹如图所示，条纹间距上面宽、下面窄。下列说法正确的是（　　）

A．过肥皂膜最高和最低点的截面一定不是梯形

B．肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹

C．肥皂膜从形成到破裂，条纹的宽度和间距不会发生变化

D．将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动，条纹也会跟着转动

【答案】AB

【详解】

A．肥皂膜因为自重会上面薄而下面厚，因表面张力的原因其截面应是一个圆滑的曲面而不是梯形，A正确；

B．薄膜干涉是等厚干涉，其原因为肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹，B正确；

C．形成条纹的原因是前后表面的反射光叠加出现了振动加强点和振动减弱点，形成到破裂的过程上面越来越薄，下面越来越厚，因此出现加强点和减弱点的位置发生了变化，条纹宽度和间距发生变化，C错误；

D．将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动，由于重力，表面张力和粘滞力等的作用，肥皂膜的形状和厚度会重新分布，因此并不会跟着旋转90°；D错误。

故选AB。

14．煤矿中瓦斯爆炸危害极大。某同学查资料得知含有瓦斯的气体的折射率大于干净空气的折射率，于是，他设计了一种利用光的干涉监测矿井瓦斯的仪器，原理如图所示。在双缝前面放置两个完全相同的透明容器A、B，容器A与干净的空气相通，在容器B中通入矿井中的气体，观察屏上的干涉条纹，就能够监测瓦斯浓度。下列说法正确的是（　　）

A．若屏的正中央仍是亮纹，说明B中的气体与A中的空气成分相同，不含瓦斯

B．若屏的正中央是暗纹，说明B中的气体与A中的空气成分不相同，可能含有瓦斯

C．如果屏上干涉条纹不停地移动，说明B中的气体瓦斯含量不稳定

D．用频率更大的单色光照射单缝时，屏上出现的干涉条纹间距变大

【答案】BC

【详解】

A．如果容器A、B中气体相同，则折射率相同，到屏的中央光程相同，所以中央为亮纹，若含有瓦斯，但是到屏的中央光程恰好相差波长的整数倍，也为亮纹，故中央为亮纹，B中可能含瓦斯，也可能不含，选项A错；

B．如果中央为暗纹，则A、B中折射率一定不同，故选项B正确；

C．条纹不停的移动，则B中气体的折射率在变化即瓦斯含量不稳定，选项C正确；

D．用频率更大的单色光照射单缝时，波长变短，条纹间距变小，选项D错。

故选BC。

15．同一实验装置，用不同的色光来做双缝干涉实验，所产生的干涉条纹是不同的。如图是由三种色光产生的干涉条纹，请比较它们有什么异同，并说明原因。谈谈你的认识，并与同学讨论交流。

【答案】见解析

【详解】

不同点：根据图可知，对于单色光，不同的波长的光，在双缝干涉时得到的条纹间距不同，由于

可知红光的条纹间距大于蓝光，白光是复色光，其中不同的波长的单色光条纹之间的距离不同，所以白光呈现彩色条纹。

相同点：都会出现明暗相同的条纹。

16．在双缝干涉实验中，钠灯发出波长为589nm的光，在距双缝1.00m的屏上形成干涉图样。图样上相邻两亮条纹中心间距为0.350cm，则双缝的间距是多少?

【答案】

【详解】

根据双缝干涉实验条纹间距公式有

有

17．观察水面上的油膜，发现色彩会不断地运动变化，如图所示。请解释出现该现象的原因。

【答案】见解析

【详解】

当白光照射在油膜表面时，被油膜的前后表面反射的两列反射波叠加，形成干涉条纹；由于白光中的各色光的波长不同，干涉后的条纹间距不同，在薄膜上就会出现彩色条纹；由于薄膜的厚度不断变化，则彩色条纹会不断地运动变化。

18．用单色红光做杨氏双缝干涉实验，在光屏上会出现明暗相间的条纹。

(1)请画出光波通过狭缝后传播的示意图，并解释为什么屏上会出现明暗相间的条纹。

(2)若用蓝光代替红光，干涉条纹的间距会发生什么变化？为什么？

【答案】(1)光路见解析；当双缝到干涉屏上某点的路程差是波长的整数倍时，光屏上出现亮条纹，当路程差等于半波长的奇数倍，光屏上出现暗条纹。(2)变小

【详解】

(1)画出光波通过狭缝后传播的示意图如图；

当双缝到干涉屏上某点的路程差是波长的整数倍时，光屏上出现亮条纹，当路程差等于半波长的奇数倍，光屏上出现暗条纹。

(2)蓝光的波长小于红光，根据

可知，若用蓝光代替红光，干涉条纹的间距会变小。

19．在“用双缝干涉实验测量光的波长”实验中，一同学经调节后使单缝与双缝在竖直方向相互平行。若该同学先后分别用间距d1=0.20mm和d2=0.25mm的双缝完成实验，其他条件不变，你认为观察到的单色光的干涉条纹是下面哪些图像?其中对应双缝间距d1的是下面哪个图像?

【答案】c和d，c

【详解】

由于单色光的干涉条纹与单缝和双缝都平行，应沿竖直方向，分划板中心刻度应对准干涉条纹的中心，故在测量头内观察到单色光的干涉条纹是c和d。

根据干涉条纹的间距与双缝间距成反比，可知对应双缝间距d1的是c图像。

20．劈尖干涉是一种薄膜干涉，如图所示。将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜，当光从上方入射后，从上往下看到的干涉条纹有如下特点：(1)任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；(2)任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定。现若在如图所示装置中抽去一张纸片，则当光入射到劈形空气薄膜后，从上往下可以观察到干涉条纹发生了怎样的变化？

【答案】条纹变疏

【详解】

从空气膜的上下表面分别反射的两列光是相干光，其光程差为

△x=2d

即光程差为空气层厚度的2倍，当光程差

△x=2d=nλ

时此处表现为亮条纹，故相邻亮条纹之间的空气层的厚度差λ，显然抽去一张纸片后空气层的倾角变小，故相邻亮条纹（或暗条纹）之间的距离变大，故干涉条纹变疏。