第五章 光的干涉、衍射和偏振 单元检测（word解析版）

2021-2022学年鲁科版（2019）选择性必修第一册
第五章
光的干涉、衍射和偏振
单元检测（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共40分）
1．在双缝干涉实验中，用波长为5×10-7m的黄光照射双缝。已知两缝间的间距为0.3mm，双缝到光屏的距离为1.2m，光屏上P点到双缝S1和S2的路程差为7.5×10-7m，则下列说法中正确的是（　　）
A．P点出现的是亮条纹，相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距为2mm
B．P点出现的是暗条纹，相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距为2mm
C．P点出现的是亮条纹，相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距为4mm
D．P点出现的是暗条纹，相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距为4mm
2．下列说法正确的是（　　）
A．单色光在介质中传播时，介质的折射率越大，光的传播速度越小
B．当光从空气射入玻璃时，蓝光比红光更容易发生全反射
C．同一个双缝干涉实验中，蓝光产生的干涉条纹间距比红光的大
D．两束频率不同的光，可以产生干涉现象
3．下列所示的图片、示意图或实验装置图大都来源于课本，则下列判断错误是
（　　）
A．甲图是薄膜干涉的图像，照相机、望远镜的镜头镀的一层膜是薄膜干涉的应用
B．乙图是小孔衍射的图样，也被称为“泊松亮斑
C．丙图是在平静无风的海面上出现的“蜃景”，上方是蜃景，下方是景物
D．丁图是衍射图像，其最明显的特征是条纹间距不等
4．如图所示为一透明介质制成的棱镜的截面图，其中，。两束不同的光甲、乙由边斜射入棱镜，乙光到达边和甲光到达边距离平行且相同，且均从点射出棱镜。已知光束甲与边的夹角为，光束乙与边的夹角为则（　　）
A．甲乙两束光折射率之比为
B．甲乙两束光在棱镜中的速率之比为
C．若让这两束单色光分别通过同一双缝干涉装置后，条纹间距较宽的是乙
D．设，甲、乙从射入棱镜到第一次射出棱镜过程中在棱镜中传播的时间之比为
5．如图甲所示为双缝干涉实验的装置示意图，图乙为用绿光进行实验时，在屏上观察到的条纹情况，a为中央亮条纹，图丙为换用另一种颜色的单色光做实验时观察到的条纹情况，a′为中央亮条纹，则以下说法中正确的是（　　）
A．图丙可能为用红光实验产生的条纹，表明红光波长较长
B．图丙可能为用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较长
C．图丙可能为用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较短
D．图丙可能为用红光实验产生的条纹，表明红光波长较短
6．利用双缝干涉测量光的波长，装置如图。下列说法中正确的是（　　）
A．图中分别为滤光片、双缝和单缝，且双缝和单缝应平行放置
B．调节光源高度，使光束沿着遮光筒轴线照在屏中心时，应放上单缝和双缝
C．仅将光屏稍向右移，则条纹的间距减小
D．实验中将4个条纹间距误数成5个，测得的波长值偏小
7．彩虹是由阳光进入水滴，先折射一次，然后在水滴的背面反射，最后离开水滴时再折射一次形成。彩虹形成的示意图如图所示，一束白光L由左侧射入水滴，a、b是白光射入水滴后经过一次反射和两次折射后的两条出射光线（a、b是单色光）。下列关于a光与b光的说法正确的是（　　）
A．水滴对a光的折射率小于对b光的折射率
B．a光在水滴中的传播速度大于b光在水滴中的传播速度
C．用同一台双缝干涉仪做光的双缝干涉实验，a光相邻的亮条纹间距小于b光的相邻亮条纹间距
D．a、b光在水滴中传播的波长都比各自在真空中传播的波长要长
8．光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是（　　）
A．用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象
B．用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象
C．在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射现象
D．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象
9．关于光的干涉術射和偏振，下列说法中正确的是（
）
A．高级照相机镜头在阳光下呈现淡紫色是光的干涉现象
B．全息照相的拍摄主要是利用了光的偏振原理
C．通过手指间的缝踪观察日光灯，可以看到彩色条纹，这是光的衍射现象
D．中国古代的“小孔成像”实验，反映了光波的衍射
E.与X射线相比，紫外线更容易发生行射现象
10．如下四幅图涉及到不同的物理知识，则下列说法正确的是（　　）
A．图中的立体电影是利用了光的衍射现象
B．用图中的彩超仪器进行医学检测时利用了多普勒效应
C．图中肥皂泡上不同的颜色是光的干涉造成的
D．用图中镜头拍某些照片时为了增强反射光会在镜头前加偏振片
第II卷（非选择题）
二、孙元远题（共15分）
11．在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，将实验器材按要求安装在光具座上，如下图所示。在实验前已获知的数据有：双缝的间距为d，双缝到屏的距离为L。
(1)为了达到实验目的，根据已标明的实验器材，可判断出M处的实验器材是______。
(2)分别选用红色和蓝色滤光片做实验，得到的干涉图样是如下四幅图中的两幅。则用红色滤光片做实验得到的干涉图样是其中的_________
A．
B．
C．
D．
(3)经测量，红光干涉相邻两条亮条纹间的距离为，请据此写出能够反映红光波长大小的表达式=__________。
(4)该实验中L=700mm，已知d的数量级为10-4m，相邻两条亮条纹间距的数量级为10-3m，由此可推断红光的波长数量级约为__________m。
A．10-3
B．10-5
C．10-7
D．10-9
12．在“用双缝干涉测单色光的波长”的实验中：
(1)如图所示是用双缝干涉测光波波长的实验设备示意图，图中①是光源，②是滤光片，③是单缝，④是双缝，⑤是光屏。下列操作能增大光屏上相邻两条亮纹之间距离的是（______）
A．增大③和④之间的距离
B．增大④和⑤之间的距离
C．将绿色滤光片改成红色滤光片
D．增大双缝之间的距离
(2)下列说法正确的是（______）
A．如果将灯泡换成激光光源，去掉单缝，该实验照样可以产生干涉条纹
B．若测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不平行，可通过“拨杆”的拨动把干涉条纹调成与分划板中心刻线平行
C．去掉滤光片，不可能观察到干涉图样
D．毛玻璃屏上的干涉条纹与双缝垂直
(3)转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对准第1条亮纹，读出手轮的读数如图甲所示，。继续转动手轮，使分划板中心刻线对准第10条亮纹，读出手轮的读数如图乙所示。则相邻两亮条纹的间距是_______。（取三位有效数字）
(4)如果已经量得双缝的间距是、双缝和光屏之间的距离是，则待测光的波长是______m。（取三位有效数字）
三、解答题（共45分）
13．如图所示，取一个偏振片P，让阳光通过偏振片P，在P的另一侧观察，可以看到偏振片是透明的；在偏振片P的后面再放置另一个偏振片Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片Q，会看到什么现象？这说明什么？
14．某同学在做“用双缝干涉测光的波长”实验时，第一次分划板中心刻度线对齐A条纹中心时（如图甲所示），游标卡尺的示数如图丙所示．第二次分划板中心刻度线对齐B条纹中心线时（如图乙），游标卡尺的示数如图丁所示，A与B间有4条条纹，已知双缝间距为0.5mm，从双缝到屏的距离为1m，求：
(1)图丙中游标卡尺的示数为多少毫米?
(2)图丁中游标卡尺的示数为多少毫米?
(3)所测光波的波长为多少米?（保留两位有效数字）
15．1801年，托马斯·杨用双缝干涉实验研究了光波的性质。1834年，洛埃利用单面镜同样得到了杨氏干涉的结果（称洛埃镜实验）。洛埃镜实验的基本装置如图所示，为单色光源，为一平面镜。发出的光直接照在光屏上，同时发出的光还通过平面镜反射在光屏上。从平面镜反射的光相当于在平面镜中的虚像发出的，这样就形成了两个一样的相干光源。设光源到平面镜的垂直距离和到光屏的垂直距离分别为和，光的波长为。写出相邻两条亮纹（或暗纹）间距离的表达式。
16．在双缝干涉实验中，光屏上某点到双缝和的路程差为，如果用频率的黄光照射双缝，试通过计算分析点出现的是亮条纹还是暗条纹。
参考答案
1．B
【详解】
光屏上P点到双缝S1和S2的路程差为7.5×10-7m，黄光的波长为5×10-7m
，则
为奇数，在P点出现暗条纹，相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距为
B正确，ACD错误。
故选B。
2．A
【详解】
A．根据可知，可知单色光在介质中传播时，介质的折射率越大，光的传播速度越小，故A正确；
B．光从空气射入玻璃时不可能发生全反射现象，故B错误；
C．根据双缝干涉条纹间距公式可知，蓝光的波长小于红光的波长，同一个双缝干涉实验中，蓝光产生的干涉条纹间距比红光的小，故C错误；
D．根据光的干涉的条件可知，两束频率不同的光不能产生干涉现象，故D错误。
故选A。
3．B
【详解】
A．甲图是薄膜干涉的图象，照相机、望远镜的镜头表面常常镀一层透光的膜，即增透膜，光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，从膜的前表面和玻璃表面反射的光相互减弱，故A正确，不符合题意；
B．乙图是圆板衍射，被称为“泊松亮斑”，而小孔衍射的图样，不是“泊松亮斑”，故B错误，符合题意；
C．丙图是在平静无风的海面上出现的“蜃景”，海面下层空气温度比上层低，密度比上层大，故海面附近的空气折射率从下到上逐渐减小，从远处的景物发出的光线射向海面时，由于不断被折射，越来越偏离法线方向，进入上层的入射角不断增大，以致发生全反射，光线反射回空气，人们逆着光线看去，就会看到远方的景物悬在空中，而产生了“蜃景”现象，那么上方是蜃景，下方是景物，故C正确，不符合题意；
D．丁图是衍射图象，衍射条纹中间明亮且宽大，越向两侧宽度越小越暗，其间距不相等，故D正确，不符合题意。
故选B。
4．C
【详解】
A．光路如图，由题意可知，甲乙两束光射入棱镜后的折射角相同，则
则
选项A错误；
B．根据
可知，甲乙两束光在棱镜中的速率之比为
选项B错误；
C．甲的折射率较大，则甲的频率较大，波长较短，根据
可知，若让这两束单色光分别通过同一双缝干涉装置后，条纹间距较宽的是乙，选项C正确；
D．设，由几何关系可知三角形DAF为等边三角形，则甲光在棱镜中的传播距离x1=3cm。乙光在棱镜中的传播距离为x2=15cm，距离之比为1:5，但是由于甲乙光在棱镜中的传播速度不相等，可知甲、乙从射入棱镜到第一次射出棱镜过程中在棱镜中传播的时间之比不等于，选项D错误。
故选C。
5．A
【详解】
对比乙、丙两图可以看出丙图中条纹间距大，根据
可知，Δx是由波长决定的，所以图丙对应入射光的波长比绿光大，按题目中应为红光。
故选A。
6．D
【详解】
A．图中分别为滤光片、单缝和双缝，且双缝和单缝应平行放置，选项A错误；
B．应先调节光源高度，使光束沿着遮光筒轴线照在屏中心，再安装单缝和双缝，选项B错误；
C．根据可知仅将光屏稍向右移，L将增大，则条纹的间距增大，选项C错误；
D．实验中将4个条纹间距误数成5个，则偏小，根据可知测得的波长值偏小，选项D正确
故选D。
7．C
【详解】
A．由图可知，a、b光第一次进入水滴发生折射时，a光的折射角较小，即
再根据折射率公式
可得
A错误；
B．根据折射率与光在介质中传播速度的关系
可得
B错误；
C．双缝干涉相邻亮条纹间距公式
因为
则可得（把a光看成紫光，b光看成红光）
即a光相邻的亮条纹间距小于b光的相邻亮条纹间距，C正确；
D．a、b光在水滴中传播的速度减小，光的频率不变，由
则波长都比各自在真空中传播的波长要短，D错误。
故选C。
8．CD
【分析】
本题主要考察光的折射、干涉和衍射现象等的相关概念。
【详解】
A．用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的干涉。故A错误；
B．三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的折射现象，频率不同的光在同一介质中折射率不同，产生色散。故B错误；
C．在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射现象。故C正确；
D．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，故D正确。
故选CD。
9．ACE
【详解】
A．照相机的镜头呈现淡紫色是光的干涉现象，因为可见光有七种颜色，而膜的厚度是唯一的，所以只能照顾到一种颜色的光让它完全进入镜头，一般情况下都是让绿光全部进入的，这种情况下，你在阳光下看到的镜头反光其颜色就是淡紫色，故A正确；
B．全息照相的拍摄主要是利用了光的干涉原理，故B错误；
C．通过手指间的缝隙观察日光灯，可看到彩色条纹，这是光的衍射现象，故C正确；
D．小孔成像反映了光的直线传播，与衍射无关，故D错误；
E．波长越长越容易发生衍射，与X射线相比，紫外线波长更长更容易发生衍射现象，故E正确。
故选ACE。
10．BC
【详解】
A．立体电影利用的是光的偏振，A错误；
B．医院进行医学检测时用的彩超仪器，利用了超声波的多普勒效应，B正确；
C．肥皂泡呈现彩色条纹是光的干涉现象，光在肥皂泡的内外表面反射形成的频率相同的光相互叠加，从而出现彩色条纹，C正确；
D．在照相机镜头前加一个偏振片，能减弱反射光使像清晰，D错误。
故选BC。
11．单缝
A
C
【解析】
【详解】
(1)[1]为获取单色线光源，白色光源后面要有滤光片、单缝，然后让单色线光源通过双缝在光屏上形成干涉图样，M处的实验器材是单缝；
(2)[2]
干涉图样应是间距相等明暗相间的条纹，由于红光的波长大于蓝光的波长，根据可知，红光的干涉图样的明暗相间的条纹更宽，故A项与题意相符，BCD项与题意不相符；
(3)[3]
根据得，红光波长的表达式
(4)[4]
根据知，
故ABD项与题意不相符，C项与题意相符。
12．BC
A
1.61
【详解】
（1）[1]双缝干涉条纹间距公式
AB．增大单缝与双缝间距对条纹间距无影响，增大双缝到屏的距离L，可以增大条纹间距，A错误，B正确；
C．将绿色滤光片改成红色滤光片增大了波长，可以增大条纹间距，C正确；
D．增大双缝之间的距离d，减小了条纹间距，D错误；
故选BC。
（2）[2]A．将灯泡换成激光光源，激光是相干光源，单色性好，所以可以去掉单缝，A正确；
B．首先要明确各器件的作用，拨动拨杆的作用是为了使单缝和双峰平行，获得清晰的干涉图样；若分刻板中心刻度线与干涉条纹不平行，应调节测量头使干涉条纹调成与分划板中心刻线同一方向上，故调节拨杆不能把干涉条纹调成与分划板中心刻线同一方向上，B错误；
C．去掉滤光片，能够观察到干涉图样，只不过是各色光重叠产生的彩色条纹，C错误；
D．干涉条纹与双缝是平行的，D错误；
故选A。
（3）[3]图丙的读数，主尺刻度为：14.5mm，分尺刻度为：，所以读数为：14.534mm，所以条纹间距
（4）[4]根据
可得
代入数据解得
13．会看到在旋转Q时光的亮度发生变化；说明自然光是偏振光
【详解】
偏振片的作用类似于狭缝，只有振动方向与透振方向一致的光才能通过。当偏振片Q与P的透振方向平行时，穿过Q的光最强；当Q与P的透振方向垂直时，光不能透过Q。
14．(1)11.6mm
(2)16.6mm
(3)
【分析】
游标卡尺的读数等于主尺读数加上游标读数，不需要估读．根据求解波长．
【详解】
（1）题图丙游标卡尺的示数为11.6mm，
（2）题图丁游标卡尺的示数为16.6mm．
（3）两示数的差为5条条纹中心间距离，则相邻两条纹间距为
又
解得：．
【点睛】
解决本题的关键掌握游标卡尺的读数方法，以及掌握条纹间距公式．
15．
【详解】
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，该干涉现象可以看做双缝干涉，所以SS′之间的距离为d，而光源S到光屏的距离看以看做双孔屏到像屏距离L，根据双缝干涉的相邻条纹之间的距离公式，因为
d=2a
所以相邻两条亮纹（或暗纹）间距离
16．暗条纹．
【详解】
频率为f=6.0×1014?Hz的光的波长为
P到双缝S1和S2的路程差为
即路程差为半波长的奇数倍，出现暗条纹．