高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册5 光的衍射习题

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册5 光的衍射习题，共7页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
(时间25分钟 满分60分)
一、选择题(本题共7小题，每题6分，共42分)
1．下列现象中属于光的衍射现象的是( B )
A．太阳光通过透明的装满水的金鱼缸后在地面上形成彩色光带
B．通过遮光板上的小孔观察远处明亮的电灯，看到电灯周围有一圈彩色光环
C．油滴滴在潮湿水泥路面上形成油膜，在阳光照射下油膜上有一圈圈的彩色光环
D．吹出的肥皂泡上出现彩色条纹
解析：太阳光通过透明的装满水的金鱼缸后在地面上形成彩色光带是光的折射现象，选项A错误；通过遮光板上的小孔观察远处明亮的电灯，看到电灯周围有一圈彩色光环是光的衍射现象，选项B正确；油滴滴在潮湿水泥路面上形成油膜，在阳光照射下油膜上有一圈圈的彩色光环，是薄膜干涉，选项C错误；吹出的肥皂泡上出现彩色条纹是光的干涉现象，选项D错误。
2．(多选)中国女科学家屠呦呦因发现青蒿素而获得2015年诺贝尔生理学或医学奖，屠呦呦也成为首位获得该奖的中国人。在研究青蒿素化学结构时，研究人员用比可见光波长更短的X射线衍射的方法，最终确定了其化学结构。在做单缝衍射实验时，下列说法正确的是( AC )
A．将入射光由可见光换成X射线，衍射条纹间距变窄
B．使单缝宽度变小，衍射条纹间距变窄
C．换用波长较长的光照射，衍射条纹间距变宽
D．增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距变窄
解析：将入射光由可见光换成X射线，波长变短，衍射条纹间距变窄，换成波长较长的光照射，衍射条纹间距变宽，故A、C正确；使单缝宽度变窄，衍射条纹间距变宽，B错误；增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距变宽，D错误。
3．(2023·江苏省扬州中学高二下学期检测)关于下列四幅图中所涉及物理知识的论述中，正确的是( C )
A．甲图是光的干涉图样
B．乙图是光的衍射图样
C．丙图是利用光的折射原理
D．丁图是光导纤维利用光的全反射原理，其内芯折射率小于外套的折射率
解析：甲图是光的衍射图样，乙图是光的干涉图样，故A、B错误；丙图是光的折射原理，C正确；丁图中光导纤维的内芯折射率大于外套的折射率，D错误。
4．(多选)做单缝衍射实验和双缝干涉实验时，用激光比普通光源效果更好，图像更清晰。如图甲所示，如果将感光元件置于光屏上，则不仅能在光屏上看到彩色条纹，还能通过感光元件中的信号转换，在电脑上看到光强的分布情况。下列说法正确的是( AD )
A．做单缝实验时，光强分布图如乙所示
B．做单缝实验时，光强分布图如丙所示
C．做双缝实验时，光强分布图如乙所示
D．做双缝实验时，光强分布图如丙所示
解析：双缝干涉条纹等间距，单缝衍射条纹一定不等间距，即中央宽、两边窄的明暗相间的条纹。若做单缝实验时，光强分布图如乙所示，故A正确，B错误；若做双缝实验时，光强分布图如丙所示，故C错误，D正确。
5．(2024·长沙高二长郡中学期末)一束光照射到底面有涂层的平行玻璃砖上表面，经下表面反射从玻璃砖上表面射出，光线分为a、b两束，如图所示。下列说法正确的是( C )
A．在玻璃中a光的折射率小于b光的折射率
B．在真空中用同一装置进行双缝干涉实验，a光的条纹间距大于b光的条纹间距
C．a光与b光垂直三棱镜侧面入射至底面时，a光更容易在底面发生全反射现象
D．在真空中，遇到障碍物时a光更容易产生明显的衍射现象
解析：光路图如图所示在玻璃砖上表面折射时，a光的偏折程度较大，则a光的折射率较大，故A错误；由a光的折射率较大，知a光的频率更大，则波长更小，由Δx＝eq \f(l,d)λ可知，a光条纹间距更小，故B错误；a光与b光垂直三棱镜侧面入射时，由sin C＝eq \f(1,n)可知，折射率大的光更容易在底面发生全反射现象，所以a光更容易在底面发生全反射现象，故C正确；在真空中遇到障碍物时，波长大的b光更容易发生明显的衍射现象，故D错误。
6．关于光的现象，下列说法正确的是( A )
A．如果某单色光发生全反射，反射光的能量几乎等于入射光的能量
B．光线从空气射入普通玻璃，光线传播速度不变
C．光导纤维传输信号和全息照相利用的都是光的全反射现象
D．刮胡须的刀片的影子边缘模糊不清是光的干涉现象
解析：如果某单色光发生全反射，折射光线完全消失，反射光的能量几乎等于入射光的能量，选项A正确；光线从空气射入普通玻璃，光从光疏介质进入光密介质，则光线传播速度减小，选项B错误；光导纤维传输信号利用的是光的全反射现象，全息照相利用的都是激光的相干性好的特点，故C错误；刮胡须的刀片的影子边缘模糊不清是光的衍射现象，选项D错误。
7．(2024·广州高二期末)关于光现象及其应用，下列说法正确的是( B )
A．采用同一装置做双缝干涉实验，红光比紫光条纹宽度小
B．一束单色光由空气射入玻璃，这束光的速度变慢，波长变短
C．通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹，这是光的偏振现象
D．“海市蜃楼”是因为大气密度不均匀，物体反射的太阳光发生了色散现象
解析：根据双缝干涉条纹间距公式Δx＝eq \f(L,d)λ，可知，采用同一装置做双缝干涉实验，波长越长，条纹间距越大，红光的波长大于紫光的波长，因此可知红光的条纹间距更大，故A错误；当光从光疏介质射向光密介质时，光将发生折射，且折射率大于1，而根据n＝eq \f(c,v)，可知，一束单色光由空气射入玻璃，这束光的速度变慢，而光在介质中传播时其频率不变，根据v＝λf，可知，光的波长将变短，故B正确；通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹，这是光的衍射现象，故C错误；“海市蜃楼”是因为大气密度不均匀，物体发出的光在不均匀空气层发生折射或者全反射而造成的，故D错误。
二、非选择题(共18分)
8．(18分)光盘是一种常见的信息载体，其结构可分为五层，即基板、记录层、反射层、保护层、印刷层。光盘的信息记录在密集分布于其上的光道上。光道上布满了一个个长短不一的“凹坑”(如图甲)。由于反射层的作用，光盘(局部看)相当于一种一维反射光栅。利用这个光栅，可以进行某些测量。现在给出下列器材：红色激光笔一支，CD光盘一张，白色光屏一个，钢卷尺一把。测量装置如图乙所示，将光盘D和白屏P平行竖立，让激光器L位于两者之间，光束接近垂直于盘面射到盘上，则屏上会出现衍射条纹。中央最亮的光点为0级(k＝0)条纹，两侧对称分布的是1级(k＝1)、2级(k＝2)……衍射条纹，各级条纹的衍射角θ不同。已知衍射公式dsin θ＝kλ，式中d为光栅常数，即光盘上相邻光道间的距离。若激光的波长λ已知，便可通过上述实验测定d值。
(1)如果要测定d，实验中需要测定哪些物理量？在图中画出示意图表示这些物理量。
(2)用测出的物理量写出光盘上相邻光道之间的距离d的表达式。
答案：(1)见解析 (2)d＝eq \f(kλc,b)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(d＝\f(kλ\r(a2＋b2),b)))
解析：(1)还需要知道的物理量已标示在图中，即要测出光盘到光屏的水平距离a，取k＝1，第1级条纹和0级条纹的水平距离b(或第1级条纹到激光入射点的距离c)。
(2)sin θ＝eq \f(b,c)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(或sin θ＝\f(b,\r(a2＋b2))))，已知所用红色激光的波长λ可算出
d＝eq \f(kλ,sin θ)＝eq \f(kλc,b)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(或d＝\f(kλ,\f(b,\r(a2＋b2)))＝\f(kλ\r(a2＋b2),b)))。
能力提升练
(时间20分钟 满分40分)
一、选择题(本题共4小题，每题6分，共24分)
1．(多选)(2024·宁波高二期中)下列图片是光的衍射现象的是( ACD )

A.X射线下的DNA晶体 B.彩色的肥皂膜

C.泊松亮斑 D.光经过大头针的针尖
解析：X射线下的DNA晶体，是通过X射线的衍射拍到的图片，A正确；彩色的肥皂膜是薄膜干涉现象产生的，B错误；泊松亮斑是由光照射不透光的小圆板产生衍射现象形成的，C正确；光经过大头针的针尖时，大头针尖边缘轮廓模糊不清，这是光的衍射现象产生的，D正确。
2．(2023·通州高二期末)有关光的现象，下列说法正确的是( B )
A．雨后的天空出现彩虹，这是光的偏振现象
B．光照射细金属丝。在其后放置的光屏上出现明暗相间条纹，是光的衍射现象
C．在阳光照射下肥皂泡呈现彩色条纹，这是光的全反射现象
D．用光导纤维传送图像信息，这其中应用到了光的干涉现象
解析：雨后的天空出现彩虹，这是光的色散现象，故A错误；光照射细金属丝，在其后放置的光屏上出现明暗相间条纹，是光的衍射现象，故B正确；在阳光照射下肥皂泡呈现彩色条纹，这是光的薄膜干涉现象，故C错误；用光导纤维传送图像信息，这其中应用到了光的全反射现象，故D错误。
3．(2024·秦皇岛高三考阶段练习)假期中，某同学为观察双缝干涉和单缝衍射实验现象，准备了玻璃片、两片刮胡刀片、蜡烛以及红、蓝两支激光笔、光屏等器材。他先用蜡烛将玻璃片的一面熏黑，再用刀片在玻璃片熏黑的一面上分别得到一组双缝和一条单缝。竖直平行固定玻璃片和光屏后，再分别用激光笔照射单、双缝，得到的图样分别如图甲、乙所示(图中黑色部分表示暗条纹)，激光笔垂直玻璃板沿双缝中心照射双缝时的实验原理图如图丙所示，O点到两缝S1、S2的距离相等，P为光屏上的一点。下列说法正确的是( D )
A．图甲是光的单缝衍射图样，图乙是光的双缝干涉图样
B．激光笔离双缝越近，双缝干涉图样中相邻两条亮条纹中心的距离越小
C．用激光笔照射单缝时，红光比蓝光得到图样的中央亮条纹的宽度稍窄
D．用激光笔照射双缝时，若S1、S2到P点的距离差为入射光波长的整数倍，P点应是亮条纹
解析：双缝干涉图样的两相邻亮或暗条纹中心的间距相等，故图甲为双缝干涉图样，衍射图样的条纹中间宽、两侧窄，故图乙为光的衍射图样，故A错误；根据双缝干涉条纹间距公式Δx＝eq \f(L,d)λ可知，激光笔的远近不会影响干涉条纹的间距，故B错误；由单缝衍射的特点可知，当单缝宽度不变时，入射光的波长越长，中央亮条纹越宽，因红光波长比蓝光波长长，红光比蓝光得到图样的中央亮条纹的宽度稍宽，故C错误；用激光笔照射双缝时，若S1、S2到P点的距离差为入射光波长的整数倍，则两光波到达P点时的相位相同，相互加强，即为亮条纹，故D正确。
4．“浸没式”光刻机的原理是一种通过在光刻胶和投影物镜之间加入浸没液体，从而减小曝光波长，提高分辨率的技术，如图所示。若浸没液体的折射率为1.5，当不加液体时(可视为真空)光刻胶的曝光波长为199 nm，则加上液体后与不加液体相比，关于该曝光光波下列说法正确的是( B )
A．该光波在液体中的频率变为原来的eq \f(2,3)
B．该光波在液体中的曝光波长约为133 nm
C．同种条件下，该光波在液体中比在真空中更容易发生明显衍射现象
D．该光波在液体中的传播速度变为原来的1.5倍
解析：加液体后，该光波在液体中的频率不变，选项A错误；根据n＝eq \f(c,v)＝eq \f(λ0,λ1)，可得该光波在液体中的曝光波长约为λ1＝eq \f(λ0,n)＝eq \f(199,1.5) nm≈133 nm，选项B正确；同种条件下，该光波在液体中波长比在真空中波长较短，则与在真空中相比更不容易发生明显衍射现象，选项C错误；根据v＝eq \f(c,n)＝eq \f(2c,3)，该光波在液体中的传播速度变为原来的eq \f(2,3)倍，选项D错误。
二、非选择题(共16分)
5．(8分)如图所示，将激光笔发出的激光水平射向凹透镜中心，经过凹透镜扩束后，变粗的激光正射到悬挂在针尖下方的小钢珠上，用光屏在小钢珠后方接收图像，屏上出现的图样如图，这是光的_衍射__图样，该实验说明光具有_波动性__。
解析：由题意可知，变粗的激光正射到悬挂在针尖下方的小钢珠上，用光屏在小钢珠后方接收图象，屏上出现的图样：中心有亮点，说明光线已偏离原来的直线方向传播，说明发生了光的衍射现象，光的衍射现象说明光具有波动性。
6．(8分)如图(a)所示为光分别通过狭缝、正方形孔与圆孔后产生的衍射图样(缝和孔的形状标于各图的右下方)。当光通过正六边形孔时，会在光屏上产生如图(b)所示的衍射图样。根据图(a)中提供的信息，分析说明产生图(b)衍射图样的原因。
答案：见解析
解析：衍射为光绕过障碍物偏离原来直线传播的现象，由图(a)中提供的信息可知，光通过狭缝(两边)时光向两边衍射，光通过四边形孔时光向四边衍射，光通过圆孔时，光向整个圆周围衍射(展开)，即衍射的方向数与缝或孔的边数有关，当光通过正六边形孔时，向六边的方向发生衍射，故呈现图(b)衍射图样。