鲁科版 (2019)选择性必修 第一册第1节 光的干涉巩固练习

第5章测评

(时间:75分钟　满分:100分)

一、单项选择题(本题共4小题,每小题4分,共16分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。)

1.(2023陕西宝鸡高二期末)在医学上利用激光来焊接剥落的视网膜,是因为激光的(　　)

A.单色性好

B.方向性好

C.亮度高

D.相干性好

2.(2023湖北武汉高二期末改编)用图甲所示装置做圆孔衍射实验,在屏上得到的衍射图样如图乙所示,实验发现,光绕过孔的边缘,传播到了相当大的范围。下列说法正确的是(　　)

A.用不同波长的光做实验,衍射图样完全相同

B.若只将圆孔变小,则中央亮斑和亮条纹的亮度反而变大

C.若只将圆孔变小,则屏上得到的衍射图样的范围将会变大

D.若只将圆孔变大,则屏上得到的衍射图样的范围将会变大

3.下面有关光的干涉现象的描述正确的是(　　)

A.在光的双缝干涉实验中,将入射光由绿光改为紫光,则条纹间隔变宽

B.白光经肥皂膜前后表面反射后,反射光发生干涉形成彩色条纹

C.在光的双缝干涉实验中,若缝S1射入的是绿光,S2射入的是紫光,则干涉条纹是彩色的

D.光的干涉现象不能说明光是一种波

4.激光散斑测速是一种测速技术,它利用了光的干涉原理。用二次曝光照相所获得的“散斑对”,相当于双缝干涉实验中的双缝,若待测物体的速度v与二次曝光时间间隔Δt的乘积等于双缝间距。实验中可测得二次曝光时间间隔Δt、双缝到屏的距离l以及相邻两条亮纹间距Δy。若所用激光的波长为λ,则该实验测定物体运动速度的表达式是(　　)

A.v=

B.v=

C.v=

D.v=

二、多项选择题(本题共4小题,每小题6分,共24分。在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求。全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分。)

5.在垂直于太阳光的传播方向前后放置两个偏振片P和Q,在Q的后边放上光屏,如图所示,下列说法错误的是(　　)

A.Q不动,旋转偏振片P,屏上光的亮度不变

B.Q不动,旋转偏振片P,屏上光的亮度时强时弱

C.P不动,旋转偏振片Q,屏上光的亮度不变

D.P不动,旋转偏振片Q,屏上光的亮度时强时弱

6.(2023湖北武汉高二期中)如图所示,下列对图片场景的解释说法错误的是(　　)

A.如图甲所示,立体电影原理和照相机镜头表面涂上的增透膜的原理一样

B.如图乙所示,肥皂膜上的彩色条纹是薄膜干涉现象

C.如图丙所示,筷子“折断”的现象说明光线在不同介质的交界处发生了折射

D.如图丁所示,光线通过一个不透光的小圆盘得到干涉图样

7.某同学用单色光进行双缝干涉实验,在屏上观察到如图甲所示的条纹,仅改变一个实验条件后,观察到的条纹如图乙所示。他改变的实验条件可能是(　　)

A.减小光源到单缝的距离

B.减小双缝到光屏之间的距离

C.减小双缝之间的距离

D.换用频率更高的单色光源

8.如图甲所示,在一块平板玻璃上放置一平凸薄透镜,在两者之间形成厚度不均匀的空气膜,让一束单色光垂直入射到该装置上,结果在上方观察到如图乙所示的同心内疏外密的圆环状干涉条纹,称为牛顿环,下列说法正确的是(　　)

A.干涉现象是由于透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的

B.干涉现象是由于透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的

C.干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度不是均匀变化的

D.干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度是均匀变化的

三、非选择题(本题共7小题,共60分。)

9.(4分)登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射,尤其是眼睛不能长时间被紫外线照射,否则将会严重地损伤视力。有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能大大减小对眼睛造成伤害的眼镜。他选用的薄膜材料的折射率为n=1.5,所要消除的紫外线的频率为8.1×1014 Hz。那么他设计的这种“增反膜”的厚度最小为　　　　　。 

10.(6分)在双缝干涉实验中,光屏上P点到双缝S1、S2的距离之差Δs1=0.75 μm,光屏上Q点到双缝S1、S2的距离之差Δs2=1.5 μm。若用频率ν=6.0×1014 Hz的黄光照射双缝,则P点出现　　　　(选填“亮”或“暗”)条纹,Q点出现　　　(选填“亮”或“暗”)条纹。 

11.(6分)(2023广东广州高二期中)暑假期间小明利用图甲所示的生活物品,测量某型号刀片的厚度。

甲

乙

丙

实验过程如下:

Ⅰ.点燃蜡烛,用蜡烛火焰把玻璃片的一面熏黑;

Ⅱ.并齐捏紧两片刀片,在玻璃片的熏黑面划出两条平直划痕;

Ⅲ.如图乙所示,将激光光源和玻璃片固定在桌上,并将作为光屏的白纸固定在距离足够远的墙上。

Ⅳ.打开激光光源,调整光源的高度并使激光沿水平方向射出,恰好能垂直入射在两划痕上,最终在白纸上出现明暗相间的干涉条纹。请回答以下问题:

(1)观察白纸上的干涉条纹如图丙所示。用刻度尺测出a、b两亮条纹中心间的距离为　　　　 cm,则两相邻暗条纹中心间的距离Δx=　　　　 cm。(计算结果保留两位小数) 

(2)测量玻璃片到光屏的距离L=3.00 m,已知该红色激光的波长λ=700 nm,利用公式求出双划痕的间距d=　　　　 mm,即为刀片厚度。(结果保留两位有效数字) 

12.(7分)某同学利用图示装置测量某种单色光的波长。实验时,接通电源使光源正常发光;调整光路,使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题:

(1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数,该同学可　　　　　; 

A.将单缝向双缝靠近

B.将屏向靠近双缝的方向移动

C.将屏向远离双缝的方向移动

D.使用间距更小的双缝

(2)若双缝的间距为d,屏与双缝间的距离为l,测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为Δy,则单色光的波长λ=　　　　　; 

(3)某次测量时,选用的双缝的间距为0.300 mm,测得屏与双缝间的距离为1.20 m,第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56 mm。则所测单色光的波长为　　　 nm。 

13.(10分)劈尖干涉是一种薄膜干涉,其装置如图甲所示,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。当光垂直入射后,从上往下看到的干涉条纹如图乙所示,干涉条纹有如下特点:

(1)任意一条亮条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等;

(2)任意相邻亮条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定。

现若在图甲装置中抽去一张纸片,则当光垂直入射到新劈形空气薄膜后,试通过计算论述从上往下观察到的干涉条纹会变疏。

14.(12分)(2023江苏连云港阶段训练)研究光的干涉现象的原理图如图所示。光源S到双缝S1、S2的距离相等,S1、S2连线平行于光屏,O点为S1、S2连线的中垂线与光屏的交点。光源S发出单色光,经S1、S2传播到光屏上P点,S1P垂直于光屏,P为某亮条纹中心,OP之间还有k条亮条纹,光由S1、S2传播到P点的时间差为t0。现紧贴S1放置厚度为d的玻璃片,光由S1垂直穿过玻璃片传播到P点与光由S2直接传播到P点的时间相等。已知光在真空中的速度为c,玻璃对该单色光的折射率为n,不考虑光在玻璃片内的反射,求:

(1)单色光在真空中的波长λ;

(2)玻璃片的厚度d。

15.(15分)1801年,托马斯·杨用双缝干涉实验研究了光波的性质。1834年,洛埃利用单面镜同样得到了杨氏干涉的结果(称洛埃镜实验)。

(1)洛埃镜实验的基本装置如图所示,S为单色光源,M为一平面镜。试用平面镜成像作图法画出S经平面镜反射后的光与直接发出的光在光屏上相交的区域。

(2)设光源S到平面镜的垂直距离和到光屏的垂直距离分别为a和L,光的波长为λ,在光屏上形成干涉条纹。写出相邻两条亮纹(或暗纹)间距离Δy的表达式。

参考答案

第5章测评

1.C　在医学上利用激光来焊接剥落的视网膜,是利用了激光的亮度高、能量强的特点,故C正确。

2.C　用不同波长的光做实验,衍射图样并不相同,因为波长越长,对同一圆孔而言,衍射现象越明显,A错误;圆孔变小,衍射现象更明显,衍射图样的范围反而变大,但透光强度变小,中央亮斑和亮条纹的亮度变弱,C正确,B、D错误。

3.B　在光的双缝干涉实验中,根据Δy=λ,将入射光由绿光改为紫光,紫光的波长比绿光短,则条纹间隔变窄,选项A错误;白光是复色光,不同的色光波长不一样,当两列光的路程差等于半波长的偶数倍时,出现亮条纹,当路程差是半波长的奇数倍时,出现暗条纹,所以肥皂膜前后表面反射光在前表面叠加,形成彩色的干涉条纹,故B正确;干涉的条件是两列光频率相同、振动方向相同,不同频率的光不能发生干涉,故C错误;光的干涉现象说明光是一种波,故D错误。

4.B　双缝间距d=v·Δt,由Δy=·λ,得v=,B正确。

5.AC　P是起偏器,它的作用是把太阳光(自然光)转变为偏振光,该偏振光的振动方向与P的透振方向一致。所以当Q与P的透振方向平行时,通过Q的光强最大;当Q与P的透振方向垂直时,通过Q的光强最小。无论旋转P或Q,屏上的光强都是时强时弱。故选A、C。

6.AD　立体电影利用了光的偏振原理,照相机镜头表面涂上的增透膜利用了光的干涉原理,选项A错误,符合题意;肥皂膜上的彩色条纹是从肥皂膜前后表面反射回来的两列光发生干涉的结果,选项B正确,不符合题意;筷子“折断”的现象说明光线在不同介质的交界处发生了折射,选项C正确,不符合题意;图丁是光线通过一个圆孔得到的衍射图样,选项D错误,符合题意。

7.BD　根据双缝干涉条纹间距关系式,可得Δx=λ,减小光源到单缝的距离,不会改变条纹间距,故A错误;减小双缝到光屏之间的距离L,会使条纹间距变小,故B正确;减小双缝之间的距离d,会使条纹间距变大,故C错误;换用频率更高的单色光源,即光源的波长变短,会使条纹间距变小,故D正确。

8.AC　薄膜干涉中的“薄膜”指的是两个玻璃面之间所夹的空气膜,故选项A正确,B错误。两列波的路程差满足一定的条件,如两列波的路程差是半波长的偶数倍,形成亮条纹,如两列波的路程差是半波长的奇数倍,形成暗条纹;条纹间的距离由薄膜的厚度变化来决定,膜厚度变化不均匀,则干涉条纹不等间距,故选项C正确,D错误。

9.解析为了减少进入眼睛的紫外线,应使入射光分别从该膜的前后两个表面反射出来相互叠加后加强,则路程差(大小等于薄膜厚度d的2倍)应等于光在薄膜中的波长λ'的整数倍,即2d=Nλ'(N=1,2,…)。因此,膜的厚度至少是紫外线在膜中波长的。紫外线在真空中的波长为λ=,在膜中的波长为λ'=,解得膜的厚度最小为d==1.23×10-7m。

答案1.23×10-7 m

10.解析由光的频率ν=6.0×1014Hz,知光的波长λ==5×10-7m。P点到双缝S1、S2的距离之差Δs1=0.75μm=7.5×10-7m=,P点出现暗条纹;Q点到双缝S1、S2的距离之差Δs2=1.5μm=15×10-7m=3λ,因此,Q点出现亮条纹。

答案暗　亮

11.解析 (1)a、b两点间的距离s=10.70cm-4.00cm=6.70cm,两相邻暗条纹中心间的距离与两相邻亮条纹中心间的距离相等,为Δx==0.84cm。

(2)根据Δx=λ可得d=m=2.5×10-4m=0.25mm。

答案 (1)6.70　0.84　(2)0.25

12.解析(1)根据Δy=λ可知,若想增加从目镜中观察到的条纹个数,即Δy减小,应使l减小或d增大,B正确。

(2)根据Δy1=λ,λ=。

(3)λ=m=630nm。

答案(1)B　(2)　(3)630

13.解析光线在空气膜的上、下表面发生反射,从而形成干涉条纹。设空气膜顶角为θ,d1、d2处为两相邻亮条纹,如图所示,则此两处的路程差分别为x1=2d1,x2=2d2。

因为d1、d2处为相邻亮条纹,可得x2-x1=λ,所以d2-d1=λ。

设此两相邻亮纹中心的距离为Δl,则由几何关系得=tanθ,即Δl=,当抽去一张纸片,θ减小,故Δl增大,即条纹变疏。

答案见解析

14.解析 (1)由题意,P为第k+1级亮条纹中心,则有

S2P-S1P=(k+1)λ

又S2P-S1P=ct0

解得λ=。

(2)由题意,设光在玻璃中的传播速度为v,则=t0

且v=

解得d=。

答案 (1)　(2)

15.解析(1)①根据对称性作出光源S在平面镜中所成的像S'。②连接平面镜的最左端和光源,即为最左端的入射光线,连接平面镜的最左端和像点S',并延长交光屏于一点,该点即为反射光线到达的光屏的最上端;同理连接平面镜的最右端和像点S',即可找到反射光线所能到达的光屏的最下端。故经平面镜反射后的光与直接发出的光在光屏上相交的区域如图所示。

(2)从光源直接发出的光和被平面镜反射的光实际上是同一列光,故是相干光,该干涉现象可以看作双缝干涉,所以SS'之间的距离为d,而光源S到光屏的距离可以看作双缝到光屏距离L,根据双缝干涉的相邻条纹之间的距离公式Δy=λ,因为d=2a,所以相邻两条亮纹(或暗纹)间距离Δy=λ。

答案(1)如解析图所示　(2)Δy=