第五章 光的干涉 衍射 偏振 单元检测试题（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
单元检测试题（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共48分）
1．在激光的伤害中，以机体中眼睛的伤害最为严重。激光聚于感光细胞时，产生过量热量而引起的蛋白质凝固变性是不可逆的损伤，一旦损伤以后就会造成眼睛的永久失明，激光对眼睛的危害如此之大的主要原因是（　　）
A．单色性好
B．高能量
C．相干性好
D．平行度好
2．光学镜头上常常会涂一层针对某一频率光线的增透膜，以使透射的光能增强、反射光能减弱。则增透膜可能主要是利用了光的（　　）
A．干涉现象
B．衍射现象
C．折射现象
D．反射现象
3．下列说法中正确的是（　　）
A．荷叶上的露珠显得特别“明亮”是由于光的折射
B．将双缝干涉实验中的双缝间距调小会导致干涉条纹间距变小
C．生活中不容易观察到光的衍射现象是因为光的波长太短
D．当观察者向声源运动时，观察者听到的声音的频率变小
4．如图所示，让太阳光或白炽灯光通过偏振片P和Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片P或Q，可以看到透射光的强度会发生变化，这是光的偏振现象。这个实验表明（　　）
A．光是电磁波
B．光是一种横波
C．光是一种纵波
D．自然光是偏振光
5．抽制高强度纤维细丝时可用激光监控其粗细，如图所示，观察激光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可判断细丝粗细的变化（　　）
A．这里应用的是光的干涉现象
B．这里应用的是光的偏振现象
C．如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗
D．如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细
6．一半球形玻璃砖，C点为其球心，直线OO′与玻璃砖上表面垂直，C为垂足，如图所示。与直线OO′平行且到直线OO′距离相等的a、b两条不同频率的细光束从空气射入玻璃砖，折射后相交于图中的P点，以下判断正确的是（　　）
A．真空中单个a光光子的能量大于b光光子的能量
B．a光从空气射入玻璃砖后速度变小，频率变小，波长变长
C．若a光、b光从同一介质射入真空，a光发生全反射的临界角大于b光
D．若用a、b分别在空气中做双缝干涉实验，同等条件下，光屏上得到的相邻两条干涉条纹的间距a光小于b光
7．如图所示，竖直放置的肥皂薄膜受到重力作用而形成上薄下厚的薄膜，从膜左侧面水平射入红光，在左侧面观察到干涉条纹，则下列说法正确的是（　　）
A．干涉条纹是由薄膜左右两个面的反射光叠加形成的
B．干涉条纹是红黑相间的竖直条纹
C．入射光如果换成紫光，相邻亮条纹间距变大
D．薄膜上不同颜色的光的条纹的明暗位置相同
8．关于光的干涉、衍射及其应用，下列说法正确的是（　　）
A．在光的干涉和衍射现象中，都呈现明暗相间的条纹或彩色条纹，因此干涉现象和衍射现象是相同的
B．泊松亮斑是衍射现象
C．阳光照射下，树影中呈现的一个个小圆斑是光的衍射现象
D．肥皂泡看起来是彩色的，这是光的干涉现象
9．如图所示，一束复色光经平行玻璃砖后分成a、b、c三种单色光。下列说法正确的是（　　）
A．c光的折射率最大
B．c光在玻璃砖中的波长最大，速度也最大
C．三种单色光从水中射向水面发生全反射时，c光的临界角最大
D．在相同条件下做双缝干涉实验，a光相邻亮条纹的中心间距最大
10．一束复色可见光入射到置于空气中的足够长的、厚度均匀的平板玻璃上，穿过玻璃后从下表面射出，变为a、b两束平行单色光，如图所示。对于两束单色光，下列说法正确的是（　　）
A．a光在玻璃中的折射率比b光在玻璃中的折射率大
B．a光在真空中的波长小于b光在真空中的波长
C．用同样装置做光的双缝干涉实验，a光比b光得到的干涉条纹间距大
D．单色光a从玻璃到空气的全反射临界角大于单色光b从玻璃到空气的全反射临界角
11．在双缝干涉实验中，屏上出现了明暗相间的条纹，则（　　）
A．中央条纹较两侧更宽
B．中央条纹较两侧更窄
C．双缝间距离越小条纹间距离越大
D．遮住一条缝后屏上仍有明暗相间的条纹
12．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，让单色光红光从上方射入（如图），这时可以看到亮暗相间的条纹，则下列操作说法中正确的是（　　）
A．把红光改成绿光则条纹变密
B．将上玻璃板平行上移，上移过程中条纹会远离劈尖移动
C．增加上玻璃板厚度，条纹疏密程度不变
D．如果在两个平行板之间充满折射率大于空气折射率的其他气体则条纹变密
第II卷（非选择题）
二、解答题（共52分）
13．用单色红光做杨氏双缝干涉实验，在光屏上会出现明暗相间的条纹。
(1)请画出光波通过狭缝后传播的示意图，并解释为什么屏上会出现明暗相间的条纹。
(2)若用蓝光代替红光，干涉条纹的间距会发生什么变化？为什么？
14．如图所示，在双缝干涉实验中，S1和S2为双缝，P是光屏上的一点，已知P点与S1、S2距离之差为2.1×10－6m，分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验，问P点是亮条纹还是暗条纹？
（1）已知A光在折射率为n=1.5的介质中波长为4×10－7m；
（2）已知B光在某种介质中波长为3.15×10－7m，当B光从这种介质射向空气时，临界角为37°，sin37°=0.6。
15．用某一单色光做双缝干涉实验时，已知双缝间距离为0.25
mm，在距离双缝为1.2
m处的光屏上，测得5条亮纹间的距离为7.5
mm．
（1）求这种单色光的波长．
（2）若用这种单色光照射到增透膜上，已知增透膜对这种光的折射率为1.3，则增透膜的厚度应取多少?
16．如图所示，在双缝干涉实验中，若用的光照射，屏上点是中央亮条纹，屏上点为第二级亮条纹所在处。若换用的光照射时，屏上点处是什么情况？屏上点处又是什么情况？
参考答案
1．B
【详解】
由题意可知，激光聚于感光细胞时产生过量热量而引起的蛋白质凝固变性是造成眼失明的原因，说明引起这一现象的主要原因是激光的高能量性。
故选B。
2．A
【详解】
增透膜”利用了光的薄膜干涉原理，当薄膜的厚度为入射光在增透膜中波长的四分之一时，从薄膜前后表面的反射光相互抵消，从而减少了反射，增加了透射，进而提高成像质量。
故选A。
3．C
【详解】
A．入射光线进入水珠后，被水珠的后表面反射，再进入空气时,发生全反射，所以，水珠看起来特别明亮。A错误；
B．将双缝干涉实验中的双缝间距调小，根据
可知，干涉条纹间距变大。B错误；
C．明显衍射的条件是小孔或障碍物的尺寸与波的波长相比差不多或更小。因为光波的波长太小，所以不易观察到。C正确；
D．当观察者向声源运动时，根据多普勒效应，观察者听到的声音的频率变大。D错误。
故选C。
4．B
【详解】
纵波振子是沿传播方向振动的，所以它可以通过偏振片，没有偏振现象产生；而横波振子是沿与传播方向垂直的方向振动的，而且振子的平衡位置不变，当波传到偏振片时，部分波就无法传过去了，即发生了“偏振”现象，故B正确，ACD错误。
故选B。
5．D
【详解】
AB．激光通过细丝后在光屏上形成明暗相间的条纹，应用的是光的衍射现象，故AB错误；
CD．当光屏上的条纹变宽，即衍射现象更明显时，根据产生明显衍射现象的条件可知，对应的丝变细，故C错误，D正确。
故选D。
6．C
【详解】
A．从图示光路图看，在球面上，b光偏折程度厉害，根据光的折射定律可知b光的折射率较大，则频率也较大，根据光子的能量
可知b光光子的能量较大，A错误；
B．由
可得a光从空气射入玻璃砖后速度变小，在不同的介质中光的频率不变，从空气射入，波长变短，B错误；
C．由
可知折射率较大的b光对应的全反射的临界角小，所以a光、b光从同一介质射入真空，a光发生全反射的临界角大于b光，C正确；
D．在双缝干涉实验中，由相邻两个亮（暗）条纹的间距公式
可知频率小、波长长的a光在实验中得到的相邻条纹间距大，D错误。
故选C。
7．A
【详解】
A．干涉条纹是由薄膜左右两个面的反射光叠加形成的，A正确；
B．干涉条纹是红黑相间的水平条纹，B错误；
CD．光波的干涉条纹的间距公式
入射光如果换成紫光则波长变短，相邻亮条纹间距变小，而且由于不同光的干涉条纹的间距不同，故不同颜色的光的条纹的明暗位置不相同，故CD错误；
故选A。
8．BD
【详解】
A．光的干涉和衍射虽然有很多共性，但属于不同的光现象，故A错误；
B．泊松亮斑是很小的圆斑，是光衍射产生的，故B正确；
C．阳光照射下，树影中呈现一个个小圆斑，属于小孔成像，故C错误；
D．肥皂泡看起来是彩色的，是光的干涉引起的，故D正确。
故选BD。
9．AD
【详解】
AB．如图所示
可知光线c偏折程度最大，折射率最大，由
，
可知，光线c在玻璃砖中传播速度最小，波长最短，A正确，B错误；
C．由
可知，三种单色光从水中射向水面发生全反射时，c光的临界角最小，C错误；
D．光线a波长最长，由
可知，在相同条件下做双缝干涉实验，a光相邻亮条纹的中心间距最大，D正确。
故选AD。
10．AB
【详解】
A．相同入射角，a光的折射角小于b光的折射角，a光在玻璃中的折射率比b光在玻璃中的折射率大，选项A正确；
B．a光的频率大于b光，a光在真空中的波长小于b光在真空中的波长，选项B正确；
C．由光的双缝干涉实验条纹间隔公式
可知a光比b光得到的干涉条纹间距小，选项C错误；
D．根据
可知单色光a从玻璃到空气的全反射临界角小于单色光b从玻璃到空气的全反射临界角，故D错误；
故选AB。
11．CD
【详解】
ABC．在双缝干涉实验中，由
可知，屏上出现了等间距的明暗相间的条纹，且双缝间距离d越小，条纹间距越大，故AB错误，C正确；
D．遮住一条缝后，光发生单缝衍射，所以屏上仍有明暗相间的条纹，故D正确。
故选CD。
12．ACD
【详解】
A．根据可知，把红光改成绿光，则光的波长变短，所以把红光改成绿光则条纹变密，故A正确；
B．根据条纹的位置与空气膜的厚度是对应的，当上玻璃板平行上移时，同一厚度的空气膜向劈尖移动，故条纹向着劈尖移动，故B错误；
C．增加上玻璃板厚度，根据可知，条纹疏密程度不变，故C正确；
D．如果在两个平行板之间充满折射率大于空气折射率的其他气体，传播速度减小，则波长减小，根据可知，条纹变密，故D正确。
故选ACD。
13．(1)光路见解析；当双缝到干涉屏上某点的路程差是波长的整数倍时，光屏上出现亮条纹，当路程差等于半波长的奇数倍，光屏上出现暗条纹。(2)变小
【详解】
(1)画出光波通过狭缝后传播的示意图如图；
当双缝到干涉屏上某点的路程差是波长的整数倍时，光屏上出现亮条纹，当路程差等于半波长的奇数倍，光屏上出现暗条纹。
(2)蓝光的波长小于红光，根据
可知，若用蓝光代替红光，干涉条纹的间距会变小。
14．（1）暗条纹；（2）亮条纹
【详解】
（1）设A光在空气中波长为λ1，在折射率n=1.5的介质中波长为λ2，由
n=
得
λ1=nλ2=1.5×4×10－7m=6×10－7m
因光程差
Δr=2.1×10－6m
所以
N1==3.5
由此可知，从S1和S2到P点的光程差是波长λ1的3.5倍，所以P点为暗条纹。
（2）根据临界角与折射率的关系
sinC=
得
n=
由此可知，B光在空气中的波长为
λ3=nλ介=×3.15×10－7m=5.25×10－7m
由光程差Δr和波长的关系
N2==4
可见用B光为光源，P点为亮条纹。
15．（1）3.9×10-7
m（2）7.5×10-8
m
【详解】
（1）条纹间距
因，解得，单色光的波长：
（2）因
那么光在增透膜中的波长
增透膜的厚度至少为：
16．亮条纹
第三级暗条纹
【解析】
【详解】
从双缝到屏上O点的距离之差，无论用何种频率的光照射，路程差总是零．所以O点仍然是亮条纹；
从双缝到屏上A点的路程差：
，
用波长为的光照射时为第二级亮条纹，即
，
代入数据得
，
这个路程差是的2.5倍，即为半波长的奇数倍，A处为暗条纹，由于
解得
，
当时为第一级暗条纹，所以当时应为第三级暗条纹．
【点睛】
当光屏上的点到双缝的光程差是波长的整数倍时，出现明条纹；当光程差是半波长的奇数倍时，出现暗条纹．