鲁科版 (2019)第1节 光的干涉练习题

第5章　光的干涉、衍射和偏振

第1节　光的干涉

基础过关练

题组一　对双缝干涉的理解

1.(多选)关于光的干涉,下列说法中正确的是 (　　)

A.在双缝干涉现象中,相邻两明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,相邻两个明条纹间距将变大

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)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.在到双缝的距离差相等的点形成暗条纹

B.在到双缝的距离差为nλ的点形成明条纹

C.在到双缝的距离差为n的点形成明条纹

D.在到双缝的距离差为n+λ的点形成暗条纹

4.某同学自己动手利用如图所示器材观察光的干涉现象,其中,A为单缝屏,B为双缝屏,C为像屏。当他使一束阳光照射到A上时,屏C上并没有出现干涉条纹,他移走B后,C上出现一窄亮斑。实验失败的原因最可能是              (　　)

A.单缝S太窄

B.单缝S太宽

C.S到S1与到S2的距离不相等

D.阳光不能作为光源

5.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)P点出现亮条纹还是暗条纹?深度解析

题组二　双缝干涉图样

6.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              (　　)

7.(2020北京高二期末)用双缝干涉实验装置得到白光的干涉条纹,在光源与单缝之间加上红色滤光片后              (　　)

A.干涉条纹消失

B.彩色条纹中的红色条纹消失

C.中央条纹变成暗条纹

D.中央条纹变成红色

8.(多选)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

9.如图所示,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,那么换用紫光得到的图样用　　　　表示最合适。 

(2)如果将B图样对应的双缝间距变小,那么得到的图样用　　　　表示最合适。 

(3)如果将A图样对应的双缝到屏的距离变小,那么得到的图样用　　　　表示最合适。 

(4)如果将A图样对应的装置从空气移入水中,那么得到的图样用　　　　表示最合适。 

10.如图所示,用单色光做双缝干涉实验,P处出现第二条暗条纹,改用频率较低的单色光重做上述实验(其他条件不变)时,同侧第二条暗条纹的位置              (　　)

A.仍在P处

B.在P处上方

C.在P处下方

D.要将屏向双缝方向移近一些才能看到

题组三　薄膜干涉的原理与应用

11.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

12.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              (　　)

13.用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象。图(a)是点燃的酒精灯(在灯芯上撒些盐),图(b)是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属线圈。将金属线圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转,观察到的现象是              (　　)

A.当金属线圈旋转30°时,干涉条纹同方向旋转30°

B.当金属线圈旋转45°时,干涉条纹同方向旋转90°

C.当金属线圈旋转60°时,干涉条纹同方向旋转30°

D.干涉条纹保持不变

14.(多选)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

15.(2020山东枣庄第三中学高二月考)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,这时可以看到亮暗相间的条纹。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

16.如图所示,是一种俗称“冷光灯”的灯具,用它照射物品时能使被照物品处产生的热效应大大降低,从而广泛地应用于博物馆、商店等处。这种灯能降低热效应的原因之一是灯泡后面放置的反光镜玻璃表面上镀有一层薄膜(例如氟化镁),这种膜能消除不镀膜时玻璃表面反射回来的热效应最显著的红外线。用λ表示红外线的波长,则所镀薄膜的最小厚度应为              (　　)

A.λ　　　B.λ

C.λ　　　D.λ

17.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　对双缝干涉的理解

1.(2019山东潍坊一中高二下月考,)(多选)杨氏双缝干涉实验证明光的确是一种波,一束单色光投射在两条相距很近的狭缝上,两狭缝就成了两个光源,它们发出的光波发生干涉,如图所示,在这两列光波相遇的区域中,实线表示波峰,虚线表示波谷,如果放置光屏,则下列说法正确的是              (　　)

A.A点出现明条纹　　　B.B点出现明条纹

C.C点出现暗条纹　　　D.C点出现明条纹

2.(2019上海普陀高三二模,)在“观察光的干涉现象”实验中,用白光入射双缝时,在光屏上可观察到彩色条纹,若用红色和绿色玻璃各挡住一条缝,则在光屏上可以观察到              (　　)

A.黄色的干涉条纹　　　

B.绿色的干涉条纹

C.红绿相间的条纹　　　

D.两种色光叠加,但无干涉条纹

题组二　双缝干涉图样

3.(2019上海闵行高三下二模,)用单色光完成“杨氏双缝干涉实验”,光屏上形成的图样是              (　　)

4.(2019北京师大附中高二下期中,)如图所示为双缝干涉实验中产生的条纹图样,甲图为用绿光进行实验得到的图样,乙图为换用另一种单色光进行实验得到的图样,则以下说法中正确的是              (深度解析)

A.乙图可能是用红光进行实验产生的条纹,表明红光波长较长

B.乙图可能是用紫光进行实验产生的条纹,表明紫光波长较长

C.乙图可能是用紫光进行实验产生的条纹,表明紫光波长较短

D.乙图可能是用红光进行实验产生的条纹,表明红光波长较短

5.(2019上海嘉定高三下二模,)如图所示,甲、乙两幅图是研究光的波动性时拍摄到的,这属于光的　　　　现象;如果甲、乙是用红光和紫光各自在相同条件下得到的,则　　　　是用红光得到的。 

题组三　薄膜干涉的原理与应用

6.(2020山东济南一中月考,)(多选)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。以下说法正确的是              (　　)

A.干涉现象是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平板玻璃不平造成的

7.(2019北京一零一中学月考,)(多选)如图甲所示,用单色光照射透明标准板M来检查平面N的上表面的平整情况,观察到如图乙所示条纹中的P和Q情况,这说明              (　　)

A.N的上表面A处向上凸起

B.N的上表面B处向上凸起

C.N的上表面A处向下凹陷

D.N的上表面B处向下凹陷

8.(2020山东枣庄三中高二下期中,)如图甲所示,将一块平板玻璃放在另一平板玻璃上,一端用两张纸片垫起。当光垂直入射后,从上往下看到的干涉条纹如图乙所示。现若在图甲的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将(　　)

A.变疏　　　B.变密　　　

C.不变　　　D.消失

答案全解全析

第5章　光的干涉、衍射和偏振

第1节　光的干涉

基础过关练

1.BC　在双缝干涉现象中,相邻两明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,相邻两个明条纹间距越大,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,该处出现明条纹;当某点到双缝距离之差Δr为半波长的奇数倍,即Δr=(2n+1)(n=0,1,2,3,…)时,这点的光减弱,该处出现暗条纹。B、D正确。

4.B　本实验中,单缝S应非常窄,才可看成“理想线光源”,才能成功地观察到干涉现象,移走B屏后,在C上出现一窄亮斑,说明单缝S太宽,故A错误,B正确;S到S1与到S2距离不相等时,也能出现干涉条纹,但中央不一定是亮条纹,C错误;太阳光可以作为光源,D错误。

5.答案　(1)5×10-7 m

(2)暗条纹

解析　(1)λ== m=5×10-7 m;

(2)Δx=7.5×10-7 m=λ,所以P点出现暗条纹。

解题方法答案

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=kλ(k=0,1,2…)时,该点出现亮条纹;光的路程差Δr=r2-r1=(2k+1)(k=0,1,2…)时,该点出现暗条纹。

6.D　光的干涉图样是等间距、明暗相间的条纹,故选项D正确。

7.D　当用白光做干涉实验时,频率相同的色光相互叠加,发生干涉,在光屏上形成彩色条纹,中央形成白色的亮条纹;当在光源与单缝之间加上红色滤光片后,只有红光能通过单缝,然后通过双缝后相互叠加,发生干涉,在光屏上形成红色干涉条纹,光屏中央为振动加强点,所以中央条纹变成红色亮条纹,故选项D正确,A、B、C错误。

8.AB　O点到S1、S2的路程差为零,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,条纹间距越宽,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。

9.答案　(1)C　(2)D　(3)C　(4)C　

解析　光源由红光换成紫光时,λ变小,根据公式Δy=λ知相应的Δy也变小,(1)中应选C;双缝距离d减小时,Δy变大,(2)中应选D;双缝到屏的距离l变小,Δy变小,(3)中应选C;将装置从空气移入水中时,光的波长λ减小,Δy也减小,(4)中应选C。

10.B　频率越低,波长越大,在干涉图样中相邻两暗条纹间的距离越大,故选B。

11.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。

12.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。

13.D　在本实验中肥皂液薄膜之所以产生干涉条纹,是因为在重力作用下肥皂液薄膜上薄下厚,前后两面的反射光叠加而互相加强,金属线圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转时,肥皂液薄膜依然保持上薄下厚,干涉条纹保持不变。

14.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,故正确答案为B、C。

15.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反射光波叠加后形成的,A错误;条纹中的暗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。

16.B　红外线显著的特点之一就是热效应强,当光照射物体时,一般都伴随着大量的红外线。在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面上镀一层薄膜(相当于增透膜),当薄膜厚度等于红外线在其中传播的波长的(最小厚度)时,灯泡发出的红外线射到薄膜后,从薄膜的前后表面反射回来的两束红外线发生干涉,相互抵消,使反射的红外线强度减弱,达到冷光效果。故B正确。

17.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==,即λ=。反射光干涉相消,那么增透膜最小厚度d=λ== m=1×10-7 m。

能力提升练

1.ABC　波峰与波峰或者波谷与波谷相叠加振动加强,所以A点与B点出现明条纹,波峰与波谷叠加振动减弱,所以C点出现暗条纹,故选项A、B、C正确,选项D错误。

2.D　若用红色和绿色玻璃各挡住一条缝,则分别只有红色光和绿色光通过。由于红色光和绿色光的频率不同,不能发生干涉,则屏上是两种色光的叠加,没有干涉条纹。故D正确。

3.A　用单色光完成“杨氏双缝干涉实验”,光屏上形成的图样是平行等距、明暗相间的条纹,故选A。

4.A　题图乙中条纹的间距比题图甲中的大,故题图乙对应的光的波长较长,即比绿光的波长长,红光的波长比绿光长,紫光的波长比绿光短,故A正确。

规律总结

对干涉条纹间距的理解

干涉条纹间距是两个相邻的同类条纹中心间的距离,既可以是两相邻亮条纹中心间的距离,也可以是两相邻暗条纹中心间的距离。

5.答案　干涉　乙

解析　题中两幅图呈现的是明暗相间的条纹,且条纹间距相等,这是光的干涉产生的现象;根据干涉条纹的间距公式Δy=λ,因λ红>λ紫,则红光的干涉条纹间距较宽,故题图乙是用红光得到的。

6.AC　凸透镜下表面与平板玻璃上表面之间形成空气薄膜,干涉现象是凸透镜下表面反射光和平板玻璃上表面反射光叠加形成的,故A正确,B错误。干涉条纹不等间距是由于透镜下表面是曲面,导致空气膜的厚度不是均匀变化,根据光程差为波长的整数倍时是亮条纹,可知干涉条纹是不等间距的,观察到同心内疏外密的圆环状条纹,故C正确,D错误。

7.BC　由题图甲可知,空气薄膜厚度从左向右逐渐增大,又因为同一条亮(暗)条纹上各处空气薄膜厚度相同,由题图乙可知P处条纹弯曲位置比同一条纹上没有弯曲位置靠左,弯曲位置的空气薄膜厚度本应该比同一条纹上没有弯曲位置的空气薄膜厚度小,而实际上它们的厚度一样,故A处存在凹陷,同理可知B处存在凸起。

8.A　当抽去一张纸片后,劈形空气薄膜的劈尖角(上、下表面所夹的角)变小,相同的厚度差对应的水平距离变大,所以相邻的亮条纹或暗条纹间距变大,即条纹变疏。A正确。