主题四 5 光的干涉现象 考点练习 2027届高三物理一轮复习（浙江专版）（解析版）

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基础巩固练
考点一 双缝干涉
1.(多选)已知白光中含有红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色光,其波长依次减小。在杨氏双缝干涉实验中,如果( )
A.用白光作为光源,屏上将呈现黑白相间的条纹
B.用红光作为光源,屏上将呈现红黑相间的条纹
C.用红光照射一条狭缝,用紫光照射另一条狭缝,屏上将呈现彩色干涉条纹
D.用白光作为光源,屏上将呈现彩色的条纹
解析:BD 用白光作为杨氏双缝干涉实验的光源,屏上将呈现彩色条纹,A错误,D正确;用红光作为光源,屏上将呈现相间的红色条纹与暗条纹(即黑条纹),B正确;红光和紫光频率不同,不能产生干涉条纹,C错误。
2.如图所示,用频率为f的单色光垂直照射双缝,O点出现中央亮条纹,光屏上的P点到双缝的距离之差r2-r1=3c2f,已知真空中的光速为c,从O点向上数,P点应出现( )
A.第一条亮条纹B.第三条亮条纹
C.第二条暗条纹D.第四条暗条纹
解析:C 由题意可知单色光的波长为λ=cf,则有r2-r1=3c2f=3×λ2,可知P点应出现第二条暗条纹,故选C。
3.如图所示是研究光的双缝干涉的示意图,挡板上有两条狭缝S1、S2,由S1和S2发出的两束光到达屏上时会产生干涉条纹,已知入射光的波长为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号亮条纹,由P向上数,P1处的亮条纹恰好是5号亮条纹。设直线S1P1的长度为y1,S2P1的长度为y2,则y2-y1等于( )
A.5λB.7.5λC.10λD.15λ
解析:A 根据Δs=y2-y1=nλ(n=0,1,2,3,…),因为P1处的亮纹恰好是5号亮纹,可知n=5,即y2-y1等于5λ。故选A。
考点二 双缝干涉条纹间距的公式
4.用某种单色光进行双缝干涉实验,在屏上观察到的干涉条纹如图甲所示,改变双缝间的距离后,干涉条纹如图乙所示,图中虚线是亮纹中心的位置。则双缝间的距离变为原来的( )
A.13B.12C.2倍D.3倍
解析:B 根据双缝干涉的条纹间距与波长关系有Δx=ldλ,由题图知Δx乙=2Δx甲,则d乙=12d甲,故选B。
5.某小组自制双缝干涉实验装置,在纸板上割出一条窄缝,在窄缝中央沿缝方向固定一根拉直的头发丝形成双缝,将该纸板与墙面平行放置,如图所示。用绿色激光照双缝,能在墙面上观察到干涉条纹。下列做法可以使相邻两条亮条纹中心间距变大的是( )
A.换用红色激光照双缝
B.换用更粗的头发丝
C.减小纸板与墙面的距离
D.减小光源与纸板间的距离
解析:A 换用红色激光照双缝,由于红色激光波长大于绿色激光波长,根据条纹间距公式Δx=ldλ可知,相邻两条亮条纹中心间距Δx变大,故A正确;换用更粗的头发丝,双缝间距d变大,根据Δx=ldλ可知,相邻两条亮条纹中心间距Δx变小,故B错误;减小纸板与墙面的距离l,根据Δx=ldλ可知,相邻两条亮条纹中心间距Δx变小,故C错误;减小光源与纸板的距离,不会影响相邻两条亮条纹中心间距Δx,故D错误。
考点三 薄膜干涉
6.(湖州)如图甲是检测球形滚珠直径是否合格的装置,将标准滚珠a与待测滚珠b、c放置在两块平板玻璃之间,用单色平行光垂直照射平板玻璃,形成如图乙所示的干涉条纹,若待测滚珠与标准滚珠的直径相等为合格,下列说法正确的是( )
A.滚珠b、c均合格
B.滚珠b、c均不合格
C.滚珠c合格,b偏大或偏小
D.滚珠b合格,c偏大或偏小
解析:D 单色平行光垂直照射平板玻璃,上、下玻璃上表面的反射光在上玻璃上表面发生干涉,形成干涉条纹,光程差为两块玻璃距离的两倍,根据光的干涉知识可知,同一条干涉条纹位置处光的波程差相等,即滚珠a的直径与滚珠b的直径相等,滚珠b合格,不同的干涉条纹位置处光的波程差不同,则滚珠a的直径与滚珠c的直径不相等,即滚珠c不合格。故选D。
7.(多选)(宁波)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。下列说法正确的是( )
A.干涉现象是由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:AC 凸透镜下表面与玻璃上表面形成空气薄膜,干涉现象是由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因为凸透镜表面是曲面,使得空气膜的厚度不是均匀变化的,间距不均匀增大,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。
8.如图甲所示为用光的干涉法来检查物体平面平整程度的装置,其中A为标准平板,B为被检查其平面的物体,在右端夹入薄纸片,C为入射光,图乙是观察到的干涉条纹。下列说法正确的是( )
A.图示条纹是由A的下表面反射光和A的上表面反射光发生干涉形成的
B.将薄纸片向左移动少许,从上往下可以观察到干涉条纹变稀疏
C.当换用频率更高的单色光照射时,条纹间距不变
D.图乙中条纹弯曲处对应着被检查平面处是凸起
解析:D 题图中条纹是由A的下表面反射光和B的上表面反射光发生干涉形成的,故A错误;将薄纸片向左移动少许,从上往下可以观察到干涉条纹变密集,故B错误;光程差等于波长的整数倍时,出现亮条纹,当换用频率更高的单色光照射时,根据c=λν可知波长减小,光程差减小,亮条纹会提前出现,条纹间距会发生变化,故C错误;薄膜干涉是等厚干涉,即亮条纹处空气膜的厚度相等,亮条纹向右偏,说明被检查表面上有凸起,故D正确。
能力提升练
9.(多选)为了降低光通过照相机镜头等光学元件表面因反射造成的光能损失,人们在这些光学元件的表面镀上透明的薄膜,即增透膜(如图甲)。若将照相机镜头等光学元件简化为矩形元件,真空中波长为λ的单色光垂直增透膜的上表面入射,如图乙所示,其中增透膜的厚度为d,增透膜对该单色光的折射率为n,光在真空中速度为c。下列说法正确的是( )
A.该单色光由空气进入增透膜,波长变短
B.该单色光通过增透膜的时间为dnc(不考虑光的反射)
C.增透膜的最小厚度为λ4n
D.增透膜的最小厚度为λ2n
解析:AC 光在增透膜中的波长为λ′=λn,因为n>1,所以该单色光由空气进入增透膜,波长变短,A正确;光通过增透膜的时间为t=dv,光在增透膜中的速度为v=cn,解得t=ndc,B错误;增透膜是膜前后反射光叠加减弱,波程差为2d=λ'2(2k-1),k=(1,2,3,…),解得厚度d最小值为d=λ4n,C正确,D错误。
10.(台州)如图所示装置可以发生光的干涉现象,S为单色光源,M为宽度一定的平面镜。S发出的光通过平面镜反射在光屏上,与S直接发出的光在光屏上发生干涉。若光源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。下列说法正确的是( )
A.相邻两条亮条纹的中心间距Δx=Lλa
B.光屏上的条纹关于平面镜上下对称
C.若将平面镜M右移一些,亮条纹数量不变
D.若将平面镜M左移一些,相邻亮条纹间距不变
解析:D 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,如图所示,
S和S′相当于双缝,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亮条纹之间的距离公式可得Δx=L2aλ,选项A错误;因光线不可能到达平面镜下方,可知光屏上的条纹只在平面镜的水平线上方,选项B错误;若将平面镜M右移一些,从S发出的射到光屏的光的范围减小,则亮条纹数量减小,选项C错误;若将平面镜M左移一些,S与S′之间的距离不变,L不变,则相邻亮条纹间距不变,选项D正确。
11.(多选)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,以下说法正确的是( )
A.如果屏的正中央仍是亮条纹,说明B中的气体与A中的空气成分相同,不含瓦斯
B.如果屏的正中央是暗条纹,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.只有用单色光照射单缝时,才可能在屏上出现干涉条纹
解析:BC 若B中气体含有瓦斯,光经过两容器时折射率不同,光速不同,到达屏正中央的光程差可能是波长的整数倍,所以屏的正中央可能是亮条纹,故屏的正中央为亮条纹时,B中气体可能含有瓦斯,也可能不含瓦斯,故A错误;如果屏的正中央是暗条纹,必有光程差,说明B中的气体与A中的气体成分不相同,可能含瓦斯,故B正确;如果屏上干涉条纹不停地移动,说明光程差不稳定,即B中的气体瓦斯含量不稳定,故C正确;无论用单色光还是白光照射单缝,都可能在屏上出现干涉条纹,故D错误。
12.(温州)某同学根据光的干涉原理设计了探究不同材料热膨胀程度的实验装置,如图所示。材料甲置于玻璃平板之间,材料乙的上表面3与上层玻璃下表面2间形成空气劈尖。单色光垂直照射到玻璃平板上,就可以观察到干涉条纹。下列说法正确的是( )
A.表面3可以与表面2平行
B.该条纹是由上层玻璃上表面1与上层玻璃下表面2的反射光发生干涉形成的
C.仅温度升高,若干涉条纹向左移动,则材料甲膨胀程度大
D.仅换用频率更小的单色光,干涉条纹将向左移动
解析:C 该条纹是由上层玻璃下表面2与材料乙的上表面3的反射光发生干涉形成的,由空气劈尖原理可知,若表面3与表面2平行,则两表面的反射光之间的光程差始终恒定,则不会形成明暗相间的条纹,故A、B错误;若温度升高,干涉条纹向左移动,则上层玻璃下表面2与材料乙的上表面3之间的空气膜厚度增加,即材料甲膨胀程度大,故C正确;若换用频率更小的单色光,则波长变长,根据条纹间距公式Δx=ldλ可知,干涉条纹间距增大,对应空气膜厚度符合条件的位置向右移动,故D错误。