人教版 (2019)3 光的干涉习题

这是一份人教版 (2019)3 光的干涉习题，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6小题，每题7分，共42分)
1.(多选)双缝干涉实验的部分装置如图所示，调整实验装置使得光屏上可以观察到清晰的干涉条纹，关于干涉条纹的情况，下列叙述正确的是( ACD )
A．若将光屏向右平移一小段距离，屏上仍有清晰的干涉条纹
B．若将光屏向左平移一小段距离，屏上的干涉条纹间距将不会发生变化
C．若将光屏向上平移一小段距离，屏上仍有清晰的干涉条纹
D．若将光屏向上平移一小段距离，屏上的干涉条纹间距将不会发生变化
解析：发生双缝干涉时，并不只是在光屏处有干涉图样，在双缝右侧的空间，只要通过双缝后的两列光在相遇处叠加都能发生光的干涉现象，并且在新的位置产生的干涉条纹仍很清晰；屏上移或下移，仍有清晰的干涉条纹，且条纹间距不变。选项A、C、D正确。
2．用波长为λ的平行单色光照射双缝，在光屏上偏离中心的P点处恰好出现亮条纹，则( B )
A．改用波长为2λ的单色光照射，P点处一定出现亮条纹
B．改用波长为eq \f(λ,2)的单色光照射，P点处一定出现亮条纹
C．改用波长为2λ的单色光照射，P点处一定出现暗条纹
D．改用波长为eq \f(λ,2)的单色光照射，P点处一定出现暗条纹
解析：出现亮条纹是因为光程差为波长的整数倍，即nλ，如果n为奇数，当改用波长为2λ的单色光照射时，P点的光程差为此时半波长的奇数倍，为暗条纹，A、C错误；如果换成eq \f(λ,2)的单色光，则光程差一定为eq \f(λ,2)的偶数倍，则一定是亮条纹，B正确，D错误。
3．(多选)以下是对一些生活现象的解释，你认为正确的是( AC )
A．太阳光下的肥皂泡呈现出五彩缤纷的颜色，是因为太阳光经肥皂液膜发生了干涉现象
B．“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
C．用手把两片无色透明的玻璃片捏在一起，阳光下能看到彩色花纹，是因为光产生了干涉现象
D．雨后会出现彩虹，是因为发生了干涉现象
解析：肥皂泡及玻璃片间的彩色条纹是干涉图样；“海市蜃楼”是光的折射和全反射现象；雨后彩虹是光的色散现象，故AC正确。
4．劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图1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2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。
现若在装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹( A )
A．变疏 B．变密
C．不变 D．消失
解析：干涉条纹是由空气薄膜的上、下两个表面反射的光叠加形成的，当抽去一张纸片后，劈形空气薄膜倾角减小，水平间距相等时，空气劈的厚度差变小，要使两束光的路程差相差一个波长，则水平间距变大，因此相邻亮条纹(或暗条纹)变疏。
5.(多选)如图所示，水平放置的单色线光源S发出的光有一部分直接入射到竖直光屏上，一部分通过水平放置的平面镜反射后射到屏上，这两列光相遇时会发生干涉，形成水平的明暗相间的条纹，则( BD )
A．将光屏向右平移，相邻亮条纹间距减小
B．将光屏向右平移，相邻亮条纹间距增大
C．将线光源S向下平移，相邻暗条纹间距减小
D．将线光源S向下平移，相邻暗条纹间距增大
解析：题中干涉条纹可看作光源S关于平面镜对称的S′发出的光与S直接射到光屏上的光发生干涉形成的，根据双缝干涉条纹间距公式Δx＝eq \f(l,d)λ知，若将屏向右平移，即l增大，那么相邻亮条纹间的距离增大，A错误，B正确；若将线光源S向下平移，相当于减小两干涉光源的间距d，根据双缝干涉条纹间距公式Δx＝eq \f(l,d)λ知，屏上的两个相邻暗条纹间的距离增大，C错误，D正确。
6．(2023·绍兴高二期末)自然界中有一种叫作大蓝闪蝶的蝴蝶，整个翅膀呈现出大面积鲜艳的蓝色，如图甲所示。如果我们放大翅膀上的鳞片，会看到一些小山脊形状。继续放大这些山脊，我们会看到它的形状像“树枝”状结构，而“树枝”的排列使它的翅膀呈现蓝色。其原因为：当光线进入该结构时，一部分光会在“树枝”的上表面发生反射，另一部分光会进入下表面并发生反射，如图乙所示，在这两束反射光的作用下大蓝闪蝶翅膀呈现蓝色，这主要是由于阳光在该结构中发生了以下哪个现象( A )
A．干涉 B．折射
C．反射 D．衍射
解析：当光线进入该结构时，一部分光会在“树枝”的上表面发生反射，另一部分光会进入下表面并发生反射，两束光频率相同，相位差恒定，振动方向相同，两束光发生干涉，大蓝闪蝶翅膀呈现蓝色。
二、非选择题(共18分)
7．(9分)在用红光做双缝干涉实验时，已知双缝间的距离为0.5 mm，测得双缝到光屏的距离为1.0 m，在光屏上第一级暗条纹到第六级暗条纹间的距离为7.5 mm。则：
(1)此红光的频率为多少？它在真空中的波长为多少？
(2)假如把整个装置放入折射率为eq \f(4,3)的水中，这时屏上相邻亮条纹的间距为多少？
答案：(1)4.0×1014 Hz 7.5×10－7 m (2)1.125×10－3 m
解析：(1)相邻暗条纹间距Δx＝eq \f(7.5×10－3,5) m＝1.5×10－3 m。
据λ＝eq \f(d,l)Δx，
得λ＝eq \f(0.5×10－3,1.0)×1.5×10－3 m＝7.5×10－7 m，
由f＝eq \f(c,λ)，
得红光的频率f＝eq \f(c,λ)＝eq \f(3.0×108,7.5×10－7) Hz＝4.0×1014 Hz。
(2)在水中红光的波长λ′＝eq \f(λ,n)＝5.625×10－7 m，
相邻亮条纹间距Δx′＝eq \f(l,d)λ′＝eq \f(1.0,0.5×10－3)×5.625×10－7 m＝1.125×10－3 m。
8．(9分)在双缝干涉实验中，光屏上某点P到双缝S1和S2的路程差为7.5×10－7 m，如果用频率为6.0×1014 Hz的黄光照射双缝，(光速c＝3×108 m/s)试问：
(1)该黄光的波长是多少？
(2)试通过计算分析P点出现亮条纹还是暗条纹？
答案：(1)5×10－7 m (2)暗条纹
解析：(1)λ＝eq \f(c,f)＝eq \f(3×108,6.0×1014) m＝5×10－7 m。
(2)Δx＝7.5×10－7 m＝eq \f(3,2)λ，所以是暗条纹。
能力提升练
(时间15分钟 满分40分)
一、选择题(本题共4小题，每小题6分，共24分)
1．在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏幕上观察到了彩色干涉条纹，若在双缝中的一缝前放一红色滤光片(只能透过红光)，另一缝前放一绿色滤光片(只能透过绿光)，这时( C )
A．只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其他颜色的双缝干涉条纹消失
B．红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其他颜色的干涉条纹依然存在
C．任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮
D．屏上无任何光亮
解析：红光和绿光的频率不同，不能产生干涉现象，故不能产生干涉条纹。形成红绿两光各自衍射图像，故有光亮存在。
2．如图所示是研究激光相干性的双缝干涉示意图，挡板上有两条狭缝S1、S2，由S1和S2发出的两列波到达屏上时会产生干涉条纹。已知入射激光波长为λ，屏上的P点到两缝S1和S2的距离相等，如果把P处的亮条纹记作第0号亮纹，由P向上数与0号亮纹相邻的亮纹为1号亮纹，与1号亮纹相邻的亮纹为2号亮纹，设P1处的亮纹恰好是10号亮纹，直线S1P1的长度为r1，S2P1的长度为r2，则r2－r1等于( B )
A．5λ B．10λ
C．20λ D．40λ
解析：由题设可知，从中央亮条纹P算起，P1点处是第10号亮条纹的位置，表明缝S1、S2到P1处的距离差r2－r1为波长的整数倍，且刚好是10个波长，所以选项B正确。
3.(2024·衡阳高三阶段练习)当一束光在两种介质的分界面上发生反射时，反射光的能量与入射光的能量的比值称为光的反射率。当入射角很小时，光的反射率可由公式R＝eq \f(n1－n22,n1＋n22)计算，其中n1、n2分别为两种介质的折射率。已知某镜片的折射率为1.75，其镀膜的折射率为1.5，空气的折射率近似等于1，镀膜的厚度为eq \f(1,4)λ。如图所示，对于垂直射向镀膜的波长为λ的单色光，若入射时光强为I，且只考虑光第一次经过界面时的反射，不考虑光在镜片与空气分界面上的反射，则( D )
A．光在空气与镀膜的分界面上反射时，反射光的光强为eq \f(1,5)I
B．光在镀膜和镜片的分界面上反射时，反射光的光强为eq \f(1,169)I
C．两束反射光在镀膜右表面会在发生干涉后完全抵消
D．适当减小镀膜材料的折射率，在镜片前看到的反射光减弱
解析：由公式得，光在空气与镀膜的分界面上反射时，反时光的光强为I′＝eq \f(1.5－12,1.5＋12)I＝eq \f(1,25)I，A错误；光在镀膜和镜片的分界面上反射时，入射光的光强I′4．(多选)如图甲所示，在一块平板玻璃上放置一平薄凸透镜，在两者之间形成厚度不均匀的空气膜，让一束单一波长的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。以下说法正确的是( AC )
A．干涉现象是由于凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的
B．干涉现象是由于凸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
解析：凸透镜下表面与玻璃上表面之间形成空气薄膜，干涉现象是由于凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光干涉叠加而成，故A正确，B错误；干涉条纹不等间距是由于凸透镜表面是曲面，使得空气膜的厚度不是均匀变化，从而观察到如题图乙所示的同心内疏外密的圆环状条纹，故C正确，D错误。
二、非选择题(共16分)
5．(8分)电脑、手机屏幕会发出短波蓝光，这种蓝光对视网膜的危害程度极大。某同学利用薄膜干涉的原理设计“增反膜”眼镜来减小短波蓝光对眼睛的伤害，制作时需要测量短波蓝光的波长。他利用双缝干涉进行波长的测量，实验中使用的双缝间距d＝0.10 mm，双缝到屏的距离L＝1.0 m，测得屏上干涉条纹中亮条纹间距Δx＝4.5 mm。求：
(1)被测短波蓝光的波长λ；
(2)若选用薄膜材料的折射率为n＝1.25，要消除该短波蓝光，则制作“增反膜”眼镜时“增反膜”的最小厚度。
答案：(1)450 nm (2)180 nm
解析：(1)根据：Δx＝eq \f(L,d)λ，
代入数据解得：λ＝450 nm。
(2)当光程差等于光在薄膜中的波长λ′的整数倍，即：2d＝nλ′(n＝1,2,3…)，
则出现明条纹，因此膜的厚度至少是短波蓝光在膜中波长的一半，短波蓝光在膜中的波长为：λ′＝eq \f(λ,n)＝360 nm，
故膜的厚度至少为：eq \f(λ′,2)＝180 nm。
6.(8分)如图所示，在双缝干涉实验中，S1、S2为双缝，P是光屏上的一点，已知P到S1、S2的距离之差为2.1 μm，现分别用A、B两束单色光在空气中做双缝干涉实验。
(1)若A光在折射率为n＝1.5的介质中波长为4×10－7 m，则P点是亮条纹还是暗条纹；
(2)若B光在某介质中的波长为3.15×10－7 m，当B光从这种介质射向空气时，临界角为37°，则P点是亮条纹还是暗条纹。(sin 37°＝0.6)
答案：(1)暗条纹 (2)亮条纹
解析：(1)由于光从一种介质进入另一种介质中频率不变，故A光在空气中的波长为λA＝nλ1＝6×10－7 m
根据PS2－PS1＝kλA，解得k＝3.5，可知P点出现暗条纹。
(2)对B光由临界角为37°可知n1＝eq \f(sin 90°,sin 37°)＝eq \f(5,3)
故B光在空气中的波长为λB＝n1λ2＝5.25×10－7 m
根据PS2－PS1＝k1λB解得k1＝4，可知P点出现亮条纹。