第五章 光的干涉 衍射 偏振 单元达标测试（word解析版）

2021-2022学年鲁科版选修3-4
第五章
光的干涉衍射偏振
单元达标测试（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共48分）
1．消除噪声污染是当前环境保护的一个重要课题。干涉型消声器可用来消弱高速气流产生的噪声。它的结构及气流运行情况如图所示，产生的波长为的声波沿水平管道自左向右传播。在声波到达a处时，分成两束相干波，它们分别通过r1和r2的路程，再在b处相遇。要达到消弱噪声的目的，路程差应为（　　）
A．波长的整数倍
B．波长的奇数倍
C．半波长的奇数倍
D．半波长的偶数倍
2．明代学者方以智在阳燧倒影中记载：“凡宝石面凸，则光成一条，有数棱则必有一面五色”，表明白光通过多棱晶体折射会发生色散现象。如图所示，一束复色光通过三棱镜后分解成两束单色光a、b，下列说法正确的是（　　）
A．若增大入射角i，则b光先消失
B．在该三棱镜中a光波长小于b光波长
C．a光能发生偏振现象，b光不能发生偏振现象
D．a光在三棱镜中的传播速度大于b光
3．在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P点的距离之差为，若两次实验分别用频率为的单色光a和的单色光b进行实验，则P点出现明、暗条纹的情况是（　　）
A．单色光a和b分别照射时，均出现明条纹
B．单色光a和b分别照射时，均出现暗条纹
C．单色光a照射时出现明条纹，单色光b照射时出现暗条纹
D．单色光a照射时出现暗条纹，单色光b照射时出现明条纹
4．抗击新冠肺炎疫情的战斗中，中国移动携手“学习强国”推出了武汉实景24小时直播，通过5G超高清技术向广大用户进行九路信号同时直播武汉城市实况，全方位展现镜头之下的武汉风光，共期武汉“复苏”。5G是“第五代移动通信技术”的简称，其最显著的特征之一为具有超高速的数据传播速率。5G信号一般采用3.3×109~6×109
Hz频段的无线电波，而第四代移动通信技术4G的频段范围是1.88×109~2.64×109
Hz，则（　　）
A．5G信号比4G信号所用的无线电波在真空中传播的更快
B．5G信号相比于4G信号更不容易绕过障碍物，所以5G通信需要搭建更密集的基站
C．空间中的5G信号和4G信号相遇会产生干涉现象
D．5G信号是横波，4G信号是纵波
5．在水面下同一深度处的两个单色点光源分别发出a、b两种不同颜色的光，在水面上的人观测到发出a色光的光源离水面近，则（　　）
A．水对a光的折射率小于水对b光的折射率
B．a光在空气中的波长大于b光在空气中的波长
C．a光在水中传播速度大于b光在水中传播的速度
D．让a光和b光通过同一双缝干涉装置，a光的条纹间距小于b光
6．如图所示，用频率为f的单色光垂直照射双缝，在光屏上P点出现第三条暗条纹，已知光速为c，则P点到双缝的距离之差r2-r1应为（　　）
A．
B．
C．
D．
7．以下关于偏振片和增透膜的说法不正确的是（　　）
A．拍摄水下景物时，为减小光在水面处的反射，使景物更加清晰，可在照相机镜头前加一偏振片
B．为减小光在照相机镜面处的反射，使景物更加清晰，可在照相机镜头前加一增透膜
C．照相机的增透膜厚度通常为
D．3D立体电影充分利用了光的偏振原理
8．下列选项中关于高中物理教材上插图的说法正确的是（　　）
A．图1中弯曲的有机玻璃棒能导光说明有机玻璃的折射率小于周围空气
B．图2中电子表的液晶显示用到了偏振光
C．图3中全息照片的拍摄利用了光的干涉原理
D．图4中的彩色条纹是白光的单缝衍射条纹
9．下列说法正确的是（　　）
A．赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在
B．浮在水面上的油膜呈现出彩色的原因是光的衍射现象
C．光波、声波均能发生反射、折射、干涉和衍射现象，但声波不会出现偏振现象
D．在水中紫光的传播速度比红光大
E.在双缝干涉实验中，保持其他条件不变，若换用两缝间，距大的双缝，则干涉条纹间距减小
10．下列说法正确的是（　　）
A．图1中，检查工件平面的平整度的原理利用光的全反射
B．图2中，拍摄玻璃窗内的物品时，要在镜头前加装一个偏振片以过滤橱窗的反射光
C．图3中，是旋转蜂鸣器的演示实验，目的是说明声波的多普勒效应
D．图4中，水面下h深度有一点光源，发出a、b两种不同颜色的光a和光b，在水面上形成图中所示的圆形区域，若b光的折射率是n，则复色光圆形区域的面积为
11．a光经过某干涉仪形成的光的干涉图样如图甲所示，若只将a光换成b光照射同一干涉仪，形成的光的干涉图样如图乙所示，则下列叙述正确的是(　　)
A．a光的频率较大
B．b光的频率较大
C．a光的波长较大
D．b光的波长较大
12．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．减小双缝到光屏之间的距离
D．换用波长更长的单色光源
第II卷（非选择题）
二、解答题（共52分）
13．如图所示,在真空中一束平行复色光被透明的三棱镜ABC(截面为正三角形)折射后分解为互相分离的a、b、c三种色光,分别照射到三块板上.则:
（1）若将a、b、c三种色光分别通过某狭缝,则发生衍射现象最明显的是哪种色光?
（2）若OD平行于CB,三棱镜对a色光的折射率na是多少?
14．在杨氏干涉实验中，若单色光的波长λ=5.89×10-7m，双缝间的距离d=1mm，双缝到屏的距离l=2m，则第1个亮光条到第11个亮条纹的中心为______
。
15．由哪些现象或实验结果可以说明：
(1)光是一种波；
(2)光是横波；
(3)与水波的波长相比较，光波的波长非常短；
(4)绿光的波长比红光的波长短。
16．将两片偏振片（如看立体电影时用的镜片）叠放在一起，放在报纸或书本上，旋转其中的一片，观察有什么现象发生。你能解释这一现象吗?
参考答案
1．C
【详解】
根据波的干涉，两列波的路程差等于半波长奇数倍时，叠加后减弱，从而达到消弱噪音的目的，ABD错误，C正确；
故选C。
2．D
【详解】
A．当增大入射角i时，两单色光在左侧界面的折射角增大，但在右侧界面的入射角均减小，故不会发生全反射，故A错误；
B．由题图知三棱镜对a光的折射率小于对b光的折射率，而同种介质对频率越大的光折射率越大，故
光在三棱镜中的波长
则
故B错误；
CD．由，得，偏振现象是横波所特有的，故a、b两光都能发生偏振现象，故C错误，D正确。
故选D。
3．C
【详解】
双缝到光屏上P点的距离之差为半波长奇数倍时为暗条纹，光程差等于半波长偶数倍时为亮条纹
根据知，单色光a的波长
单色光b的波长
则
单色光a照射时，光程差为半波长偶数倍，为亮条纹
单色光b照射时，光程差为半波长奇数倍，出现暗条纹
故选C。
4．B
【详解】
A．任何电磁波在真空中的传播速度均为光速，故传播速度相同，无线电波属于电磁波，故A错误；
B．5G信号的频率更高，波长更短，故相比4G信号更不易发生衍射现象，则5G通信需要搭建更密集的基站，故B正确；
C．5G信号和4G信号的频率不同，则它们相遇不会产生干涉现象，故C错误；
D．电磁波均为横波，故5G信号和4G信号都是横波，故D错误。
故选B。
5．D
【详解】
A．在水面上的人观测到发出a色光的光源离水面近，则a光的折射率较大，选项A错误；
B．因a光的频率较大，根据
可知a光在空气中的波长小于b光在空气中的波长，选项B错误；
C．根据
可知，a光在水中传播速度小于b光在水中传播的速度，选项C错误；
D．根据
因a光的波长短，则让a光和b光通过同一双缝干涉装置，a光的条纹间距小于b光，选项D正确。
故选D。
6．D
【详解】
由题中条件可知
解得
故选D。
7．C
【详解】
A．拍摄水下景物时，为减小光在水面处的反射，使景物更加清晰，可在照相机镜头前加一偏振片，阻挡经水面反射的偏振光通过镜头，A正确；
B．因为人的眼睛对绿光最敏感，根据光的干涉原理，为减小光在照相机镜面处的反射，使景物更加清晰，可在照相机镜头前加一增透膜，增加绿光的透射率，B正确；
C．根据光的干涉原理，照相机的增透膜厚度通常为绿光在增透膜中波长的，C错误；
D．3D立体电影的原理是在两个摄像机的镜头前各加一个偏振片，并且使两个偏振片的偏振方向垂直，观众佩戴的眼镜的两个镜片就是两个偏振片，并且偏振方向也互相垂直，所以观众看到的影像是立体的，D正确。
故选C。
8．BC
【详解】
A．根据全反射条件，有机玻璃应为光密介质，折射率大于空气。故A错误；
B．电子表的液晶显示利用了光的偏振原理。故B正确；
C．全息照片的拍摄利用了光的干涉原理。故C正确；
D．彩色条纹间距几乎相等，是白光的双缝干涉条纹。故D错误。
故选BC。
9．ACE
【详解】
A．赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在，选项A正确；
B．浮在水面上的油膜呈现出彩色的原因是光的干涉现象，选项B错误；
C．光波、声波均能发生反射、折射、干涉和衍射现象，但声波不会出现偏振现象，选项C正确；
D．紫光比红光的频率大，折射率大，根据可知在水中紫光的传播速度比红光小，选项D错误；
E．在双缝干涉实验中，根据可知保持其他条件不变，若换用两缝间距大的双缝，则干涉条纹间距减小，选项E正确。
故选ACE。
10．BCD
【详解】
A．用透明的标准样板和单色光检查工件平面的平整度，利用了光的薄膜干涉现象，故A不符合题意；
B．反射光属于偏振光，拍摄玻璃橱窗内的物品时，要在镜头前加装一个偏振片以过滤橱窗玻璃的反射光，故B符合题意；
C．旋转蜂鸣器的演示实验，目的是能更深刻的说明声波的多普勒效应，故C符合题意；
D．根据
结合几何关系，可知
而复色光圆形区域的面积为
故D符合题意。
故选BCD。
11．BC
【详解】
由图可知，a光的干涉条纹间距大于b光的条纹间距，同样的干涉装置，根据公式
可知，波长越大，间距越大，所以a光的波长较大，b光的波长较小；
根据公式
可知，光速相同，波长越大，频率越小，所以a光的频率较小，b光的频率较大。
故选BC。
12．BD
【详解】
A.由公式
知，光源到单缝的距离不影响条纹宽度，选项A错误；
B.d减小时，Δx增大，选项B正确；
C.l减小时，Δx减小，选项C错误；
D.波长更长，Δx更大，选项D正确.
故选BD。
13．（1）折射率最小的是c光,则它的波长最长,衍射现象最明显；（2）
【解析】（1）由图知，三种色光，a的偏折程度最大，c的偏折程度最小，知a的折射率最大，c的折射率最小．则c的频率最小，波长最长衍射现象最明显。
（2）若OD平行于CB,则折射角，三棱镜对a色光的折射率。
14．1.178×10–2m
【详解】
相邻亮条纹的中心间距
由题意知，亮条纹的数目n=10
解得，代入数据得L=1.178×10–2m
15．(1)光的干涉和衍射现象说明光是一种波；
(2)光的偏振现象说明光是横波；
(3)水波容易发生衍射，而光波很难发生衍射；
(4)双缝干涉实验说明绿光的波长比红光波长短。
【详解】
(1)光能发生干涉和衍射现象，干涉和衍射是波特有的现象，说明光是一种波；
(2)光能发生偏振现象，说明光是横波；
(3)水波能绕过较大的障碍物发生衍射，而光波不能绕过较大的障碍物发生衍射，说明与水波的波长相比较，光波的波长非常短；
(4)
实验室使用双缝干涉演示仪器器，看到红光或绿光的干涉条纹，由条纹间距公式
其中L是双缝到观察屏的距离，d为双缝间距，λ为入射光的波长，可知在L、d相同的条件下绿光的明条纹间距比红光的明条纹间距窄，从而证明绿光的波长比红光的波长短。
16．光线发生明暗的连续变化，见解析
【详解】
随着其中一块偏振片的旋转，可以观察到透射光将会随之发生明暗的连续变化。由于自然光通过第一块偏振片后，成为振动方向唯一的偏振光，这束偏振光通过另一块偏振片时，光通过的强弱取决于两块偏振片的夹角。