鲁科版 (2019)选择性必修 第一册第1节 光的干涉随堂练习题

这是一份鲁科版 (2019)选择性必修 第一册第1节 光的干涉随堂练习题，共12页。试卷主要包含了在双缝干涉实验中,双缝的作用是等内容，欢迎下载使用。

基础过关练
题组一 对双缝干涉的理解
1.(多选题)关于光的干涉,下列说法中正确的是( )
A.在双缝干涉现象中,相邻两亮条纹和相邻两暗条纹的间距是不等的
B.在双缝干涉现象中,入射光波长变长,相邻两个亮条纹间距将变大
C.只有频率及振动方向相同的两列光波才能产生干涉
D.频率不同的两列光波也能产生干涉现象,只是不稳定
2.在双缝干涉实验中,双缝的作用是( )
A.遮住过于强烈的光
B.形成两个振动情况相同的光源
C.使白光变成单色光
D.使光发生折射
3.(多选题)杨氏双缝干涉实验中,下列说法正确的是(n为自然数,λ为光波波长)( )
A.在到双缝的距离相等的点形成暗条纹
B.在到双缝的距离差为nλ的点形成亮条纹
C.在到双缝的距离差为nλ2的点形成亮条纹
D.在到双缝的距离差为n+12λ的点形成暗条纹
4.(2024福建厦门实验中学期末)在双缝干涉实验中,光屏上某点P到双缝S1、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,该黄光的波长是 m(已知真空中的光速为3×108 m/s),P点出现 (填“亮条纹”或“暗条纹”);若保持双缝之间的距离以及双缝到屏的距离不变,将黄光换成波长为750 nm的红光,则光屏上条纹的宽度 (填“变大”“变小”或“不变”)。
题组二 双缝干涉图样
5.用一束单色光做杨氏双缝干涉实验,经双缝后光照射到光屏上,可观察到的图像是图中的 ( )
6.(多选题)(2024福建福州第一中学期末)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.减小双缝之间的距离
C.增大双缝到光屏之间的距离
D.换用频率更高的单色光源
7.(多选题)双缝干涉实验装置如图所示,绿光通过单缝S后,投射到有双缝的挡板上,双缝S1和S2到单缝S的距离相等,光通过双缝后在光屏上形成干涉条纹。屏上O点到双缝S1和S2的距离相等,O点上侧的第一条亮条纹出现在P点,如果将入射的单色光换成红光或蓝光,已知红光波长大于绿光波长,绿光波长大于蓝光波长,则下列说法正确的是( )
A.在O点出现红光的亮条纹
B.红光的同侧第一条亮条纹在P点的上方
C.在O点不会出现蓝光的亮条纹
D.蓝光的同侧第一条亮条纹在P点的上方
题组三 薄膜干涉的原理与应用
8.下列现象中可以用薄膜干涉原理来解释的是( )
A.雨后的彩虹
B.水面上的油膜在阳光照射下呈彩色
C.透过昆虫的翅膀看阳光呈彩色
D.荷叶上的水珠在阳光下晶莹透亮
9.如图所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置,P是附有肥皂液膜的铁丝圈,S是一点燃的酒精灯,往火焰上撒些盐后,在肥皂液膜上观察到的干涉图样应是图中的( )
10.(多选题)如图所示,一束白光从左侧射入肥皂液膜,下列说法中正确的是( )
A.人从右侧向左看,可以看到彩色条纹
B.人从左侧向右看,可以看到彩色条纹
C.彩色条纹水平排列
D.彩色条纹竖直排列
11.(2023河北唐山开滦一中期末)如图所示,把一个平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上,一端用薄片垫起,构成空气劈尖。让单色光从上方射入,这时可以看到明暗相间的条纹。下面关于条纹的说法中正确的是( )
A.干涉条纹的产生是光在上面玻璃板的前后两表面反射形成的两列光波叠加的结果
B.干涉条纹中的暗条纹是两列反射光的波谷与波谷叠加的结果
C.将上玻璃板平行上移,条纹间距变窄
D.观察薄膜干涉条纹时,应在入射光一侧
12.为了减少光在透镜表面由于反射造成的损失,可在透镜表面涂上一层增透膜,一般选用折射率为1.38的氟化镁。为了使波长为5.52×10-7 m的绿光在垂直入射时的反射光干涉相消,求所涂的这种增透膜的最小厚度。
能力提升练
题组一 双缝干涉的理解和应用
1.(2023福建福州期中)如图所示,在双缝干涉实验中,若单色光源S到两缝S1、S2距离相等,则屏上中央亮条纹位于图中O处。现将光源S向上移动到示意图中的S'位置,则( )
A.中央亮条纹向下移动,且条纹间距不变
B.中央亮条纹向上移动,且条纹间距不变
C.中央亮条纹向下移动,且条纹间距减小
D.中央亮条纹向上移动,且条纹间距增大
2.(2024山东临沂期末)如图所示,用频率为f=7.5×1014 Hz的紫光照射间距为d的两狭缝,在屏上得到干涉图样,狭缝与屏之间的距离为l,已知光屏上某点P到双缝的路程差为6×10-7 m,真空中的光速为3×108 m/s,下列说法正确的是( )
A.光屏上P点出现亮条纹
B.仅减小双缝间距d,干涉图样中两相邻亮条纹间距变大
C.仅减小光源与双缝之间的距离,干涉图样中两相邻亮条纹间距变大
D.仅把紫光换成红光,干涉图样中两相邻亮条纹间距变小
3.如图,A、B、C、D代表双缝产生的四种干涉图样,回答下列问题:
(1)如果A图样是红光通过双缝产生的,那么换为紫光得到的图样为
(选填“A”“B”“C”“D”)。
(2)如果将B图样对应的双缝间距变小,那么得到的图样为 (选填“A”“B”“C”“D”)。
(3)如果将A图样对应的双缝到屏的距离变小,那么得到的图样为
(选填“A”“B”“C”“D”)。
(4)如果将A图样对应的装置从空气移入水中,那么得到的图样为
(选填“A”“B”“C”“D”)。
题组二 薄膜干涉的原理与应用
4.(2024辽宁大连八中期中)劈尖干涉是一种薄膜干涉,利用薄膜干涉可检查工件表面的平整度。现将一薄片放在透明标准板M和待检工件N间形成一楔形空气薄层,如图(a)所示,当黄光从上方入射后,从上往下可以观察到如图(b)所示的明暗相间的条纹,条纹的弯曲处P和Q分别对应A和B处,下列说法中正确的是( )
A.干涉条纹是由于光在M板的上下两表面反射的两列光叠加产生的
B.c、d两点发生干涉的两列光的路程差不同
C.若放在同一位置的薄片厚度变小,则条纹间距将会变大
D.N的上表面B处向下凹陷
5.(多选题)(2024山东淄博期末)在薄膜干涉实验中,铁丝圈上附有肥皂膜,竖直放置,形成如图所示的肥皂膜侧视图,用黄色光从左侧照射薄膜,会观察到明暗相间的干涉条纹,则( )
A.实验者应该从薄膜右侧观察干涉图样
B.干涉条纹的分布上疏下密
C.任意两相邻亮条纹处对应的薄膜厚度之差不变
D.若换用红光照射,则条纹间距将变大
答案全解全析
基础过关练
1.BC 在双缝干涉现象中,相邻两亮条纹和相邻两暗条纹的间距是相等的,选项A错误;入射光的波长越长,相邻两个亮条纹间距越大,故选项B正确;要使两列光波产生干涉,两列光波的频率和振动方向必须相同,故选项C正确,选项D错误。
2.B 双缝的作用是形成两个振动情况相同的光源,得到相干光,B正确,A、C、D错误。
3.BD 在双缝干涉实验中,当某点到双缝距离之差Δr为波长的整数倍,即Δr=nλ(n=0,1,2,3…)时,这点的光得到加强,该处出现亮条纹;当某点到双缝距离之差Δr为半波长的奇数倍,即Δr=(2n+1)λ2(n=0,1,2,3…)时,这点的光减弱,该处出现暗条纹。B、D正确。
4.答案 5×10-7 暗条纹 变大
解析 黄光的波长为λ=cf=5×10-7 m。由于Δx=7.5×10-7 m=32λ,所以P点是振动的减弱点,P点出现暗条纹。根据Δy=ldλ,在其他条件不变的情况下,光的波长增大,相邻条纹间距变大。
方法技巧 亮、暗条纹的判断方法
如图所示,光源S1、S2发出的光到屏上某点的路程差Δr=r2-r1=nλ(n=0,1,2…)时,该点出现亮条纹;路程差Δr=r2-r1=(2n+1)λ2(n=0,1,2…)时,该点出现暗条纹。
5.D 光的干涉图样是等间距、明暗相间的条纹,故选项D正确。
6.BC 由题图可知,题图乙中相邻干涉条纹的间距比题甲图中的大,根据双缝干涉条纹间距公式Δy=ldλ可知,改变的实验条件可能是双缝到光屏之间的距离l变大了或双缝间距d减小了或换用波长较长即频率较低的光,故B、C正确,D错误;条纹间距与光源到单缝的距离无关,A错误。
7.AB O点到S1、S2的距离差为零,所以换不同颜色的光时,O点始终出现亮条纹,选项A正确,C错误;波长越长,条纹间距越大,所以红光的同侧第一条亮条纹在P点上方,蓝光的同侧第一条亮条纹在P点下方,选项B正确,D错误。
方法技巧 双缝干涉中明暗条纹的判断方法
(1)判断屏上某点为亮条纹还是暗条纹,要看该点到两个光源(双缝)的路程差(光程差)与波长的比值。
(2)要记住:路程差等于波长整数倍处出现亮条纹;等于半波长奇数倍处出现暗条纹。
(3)上述结论成立的条件是:两个光源的情况完全相同。
8.B 雨后的彩虹是色散现象,故选项A错误;透过昆虫的翅膀看阳光呈彩色是衍射现象,故选项C错误;水珠在阳光下晶莹透亮是全反射的结果,故选项D错误;油膜在阳光照射下呈彩色是薄膜干涉的结果,故选项B正确。
9.D 铁丝圈上的肥皂液膜在重力作用下上薄下厚,在同一水平线上厚度基本一致,如果某一厚度处前后表面反射的同一列光波叠加得到加强,那么这一水平线上同一厚度处光波都会加强,所以干涉条纹应是水平的。故选D。
10.BC 一束白光射到肥皂液膜上,经前后两个面反射回来的光相遇,产生干涉现象,从左侧向右看可看到彩色条纹;因为肥皂液膜同一水平线上的厚度相同,所以彩色条纹是水平排列的,故选B、C。
11.D 从空气膜的上下表面分别反射的两列光是相干光,发生干涉现象,所以干涉条纹是由上方玻璃板的下表面和下方玻璃板的上表面的反射光叠加后形成的,A错误;条纹中的暗条纹是两列反射光的波谷与波峰叠加的结果,故B错误;当将上玻璃板平行上移时,上方玻璃板的下表面和下方玻璃板的上表面的夹角不变,条纹间距不变,故C错误;因相干光是反射光,故观察薄膜干涉条纹时,眼睛和入射光应在薄膜的同侧,D正确。
12.答案 1×10-7 m
解析 设绿光在真空中的波长为λ0,在增透膜中的波长为λ,由折射率与光速的关系和光速与波长及频率的关系得n=cv=λ0fλf,即λ=λ0n。反射光干涉相消,那么增透膜最小厚度d=14λ=λ04n=5.52×10-74×1.38 m=1×10-7 m。
能力提升练
1.A 在双缝干涉实验中,若把单色光源S从双缝S1、S2的中心对称轴位置稍微向上移动,通过双缝S1、S2的光仍然是相干光,仍可产生干涉条纹,中央亮条纹的位置经过S1、S2到S的路程差仍等于0。由于S'S12.B 紫光的波长为λ=cf=3×1087.5×1014 m=4×10-7 m,由于点P到双缝的路程差满足Δs=6×10-7 m=1.5λ,可知光屏上P点出现暗条纹,故A错误。根据Δy=ldλ可知,仅减小双缝间距d,干涉图样中两相邻亮条纹间距变大;仅减小光源与双缝之间的距离,干涉图样中两相邻亮条纹间距不变;仅把紫光换成红光,波长变大,干涉图样中两相邻亮条纹间距变大,故B正确,C、D错误。
3.答案 (1)C (2)D (3)C (4)C
解析 (1)光源由红光换成紫光时,λ变小,根据公式Δy=ldλ知相应的Δy也变小,故应选C;
(2)双缝距离d减小时,Δy变大,应选D;
(3)双缝到屏的距离l变小,Δy变小,应选C;
(4)将装置从空气移入水中时,光的波长λ减小,Δy也减小,应选C。
4.C 干涉条纹是由于光在M板的下表面和N板的上表面反射的两列光叠加产生的,A错误;由题图可知c、d两点在同一条纹上,则分别在c、d两点发生干涉的两列光的路程差相同,B错误;相邻两亮条纹对应的空气膜厚度之差为半个波长,若放在同一位置的薄片厚度变小,导致空气膜上、下表面夹角变小,则干涉条纹间距会变大,故C正确;同一条纹对应的空气膜厚度相同,P处条纹向空气膜较薄的一侧弯曲,说明N的上表面A处向下凹陷,Q处条纹向空气膜较厚的一侧弯曲,说明N的上表面B处向上凸起,故D错误。故选C。
方法技巧 被测平面凹下或凸起的形象判断法
矮人行走法,即把干涉条纹看成“矮人”的直立行走轨迹。让一个小矮人在两板间沿着一条条纹直立行走,始终保持脚踏被测板,头顶样板,在行走过程中:
(1)若遇一凹下,他必向薄膜的尖端去绕,方可按上述要求过去,即条纹某处弯向薄膜尖端,被测板该处为凹下。
(2)若遇一凸起,他必向薄膜的底部去绕,方可按上述要求过去,即条纹某处弯向薄膜底部(厚处),被测板该处为凸起。
因此,条纹向薄膜尖端弯曲时,说明下凹,反之,上凸。
5.BCD 薄膜干涉是前后两个面的反射光叠加产生的,应该从入射光的同侧观察,故A错误;由于重力作用薄膜的厚度不是均匀的,为上薄下厚,所以明暗相间的条纹不是等间距的,而是上疏下密,故B正确;任意两相邻亮条纹处对应的薄膜厚度之差为半波长,大小不变,故C正确;由干涉条纹的间距公式Δy=ldλ可知,如果换成红光照射,波长变长,则相邻条纹间距变大,故D正确。故选B、C、D。
1.BC
2.B
3.BD
5.D
6.BC
7.AB
8.B
9.D
10.BC
11.D
1.A
2.B
4.C
5.BCD