高中物理【选修3-4】物理光学 巩固练习题(Word版含答案)
文档属性
| 名称 | 高中物理【选修3-4】物理光学 巩固练习题(Word版含答案) |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 494.5KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-12-13 09:55:44 | ||
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文档简介
物理光学
1.某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到图1所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如图2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.换用频率更高的单色光源
2.下列说法正确的是( )。
A.在双缝干涉实验中，保持入射光的频率不变，增大双缝间的距离，干涉条纹间距也增大
B.日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上滤光片，可以使景象更清晰，这是利用了光的干涉原理
C.我们发现竖直向上高速运动的球体，在水平方向上长度变短了
D.用紫外线照射大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光，这是利用紫外线的荧光效应
3.双缝干涉实验装置如图所示，绿光通过单缝S后，投射到具有双缝的挡板上，双缝和与单缝S的距离相等，光通过双缝后在与双缝平行的屏上形成干涉条纹.屏上O点距双缝和的距离相等，P点处出现距O点最近的第一条亮条纹，如果将入射的绿光换成红光或蓝光，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.O点出现红光的暗条纹
B.O点上方距O点最近的红光的第一条亮条纹在P点的上方
C.O点不出现蓝光的亮条纹
D.O点上方距O点最近的蓝光的第一条亮条纹在P点的上方
4.在一束单色光的传播方向上分别放置单缝、双缝、小圆孔和小圆板后，在光屏上得到如下四幅图样，关于光屏前传播方向上放置的装置，以下说法正确的是( )
A.甲是单缝、乙是双缝 B.乙是双缝、丙是小圆孔
C.丙是小圆孔、丁是小圆板 D.丁是小圆孔、甲是双缝
5.每年夏季，我国多地会出现如图甲所示日晕现象.日晕是当日光通过卷层云时，受到冰晶的折射或反射形成的.如图乙所示为一束太阳光射到六角形冰晶时的光路图，为其折射出的光线中的两种单色光.下列说法正确的是( )
A.在冰晶中，b光的传播速度比a光小
B.通过同一装置发生双缝干涉，b光的相邻亮条纹间距大
C.从同种玻璃射入空气发生全反射时，a光的临界角小
D.a光的频率较大
6.关于甲、乙、丙、丁四个实验，以下说法正确的是( )
甲：单色光通过劈尖产生明暗条纹
乙：单色光通过牛顿环产生明暗条纹
丙：单色光通过双缝产生明暗条纹
丁：单色光通过单缝产生明暗条纹
A.四个实验产生的条纹均为干涉条纹
B.甲、乙两实验产生的条纹均为等距条纹
C.丙实验中，产生的条纹间距越大，该光的频率越大
D.丁实验中，产生的明暗条纹为光的衍射条纹
7.下列所示的图片、示意图大都来源于课本，关于这些图的判断，下列说法正确的是( )。
A.图1是小孔衍射的图样，图2为“泊松亮斑”
B.图1为“泊松亮斑”，图2是小孔衍射的图样
C.图3是双缝干涉图样，图4是单缝衍射图样
D.图3是单缝衍射图样，图4是双缝干涉图样
8.光的干涉现象在工业生产中有重要应用，例如检查平面的平整程度.如图甲所示，把一透明板压在另一透明板上，一端用薄片垫起，构成空气劈尖，让单色光分别从上方射入，得到明暗相间的条纹如图乙所示.下列说法正确的是( )
A.单色光a的波长比单色光b的波长长
B.单色光a的波长比单色光b的波长短
C.同种介质对单色光a的折射率比对单色光b的折射率大
D.同种介质对单色光a的折射率比对单色光b的折射率小
9.如图所示分别是a光、b光各自通过同一单缝衍射仪器形成的图样（灰黑色部分表示亮纹，保持缝到屏距离不变），则下列说法正确的是( )
A.在真空中，单色光a的波长大于单色光b的波长
B.在真空中，a光的传播速度小于b光的传播速度
C.a光、b光通过同一双缝干涉仪器时a光产生的条纹间距比b光的大
D.a光和b光由玻璃棱镜进入空气后频率都变大
E.a光、b光由同一介质射入空气，发生全反射时，a光的临界角比b光大
10.如图甲所示，在平静的水面下深h处有一个点光源S，它发出的两种不同颜色的a光和b光在水面上形成了一个有光线射出的圆形区域，该区域的中间为由两种单色光所构成的复色光，圆形区域周围为环状区域，且为a光的颜色（见图乙），设b光的折射率为n。则下列说法正确的是( )
A.在水中，a光的波长比b光小
B.水对a光的折射率比b光小
C.在水中，a光的传播速度比b光大
D.复色光圆形区域的面积为
E.在同一装置的杨氏双缝干涉实验中，a光的干涉条纹比b光的窄
11.如图所示是“用双缝干涉测量光的波长”实验的装置示意图。增大④和⑤之间的距离，相邻条纹间距将_______（填“增大”“减小”或“不变”）。只将绿色滤光片改成红色滤光片，测得的条纹间距将_______（填“增大”“减小”或“不变”）。
12.如图所示是通过游标卡尺两测脚间的狭缝观察白炽灯光源时所拍下的四张照片，这四张照片表明了光通过狭缝后形成的图样。从照片甲到丁的图样分析可知，游标卡尺两测脚间的宽度由_______变_______（均选填“大”或“小”），照片丁中央条纹的颜色应是_______色。
13.在双缝干涉实验中，若双缝处的两束光的频率均为，两光源的振动情况恰好相反，光屏上的P点到与到的路程差为，如图所示，则：
（1）P点是亮条纹还是暗条纹？
（2）设O为到路程相等的点，则间还有几条亮纹，几条暗纹？（不包括两处的条纹）
14.在研究材料A的热膨胀特性时，可采用如图所示的干涉实验法。A的上表面是一光滑平面，在A的上方放一个透明的平行板与A上表面平行，在它们之间形成一厚度均匀的空气膜。现在用波长为λ的单色光垂直照射，同时对A缓慢加热，在B上方观察到B板的亮度发生周期性变化。当温度为时最亮，然后亮度逐渐减弱至最暗；当温度升高到时，亮度再一次回到最亮。
（1）在B板上方观察到的亮暗变化是由哪两个表面的反射光叠加形成的？
（2）温度由升高到时，A的高度升高多少？
答案以及解析
1.答案：B
解析：由可知，减小双缝之间的距离，增大双缝到光屏的距离，换用波长更长的单色光，即换用频率更低的单色光，都可以增加条纹宽度，B项正确。
2.答案：D
解析：根据双缝干涉条纹间距公式可知，增大双缝间的距离d，干涉条纹间距减小，A项错误；日落时分拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上滤光片可以使景象更清晰，这是利用了光的偏振原理，B项错误；竖直向上高速运动的球体在水平方向上长度不变，沿运动方向上的长度会变短，C项错误；用紫外线照射大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光，利用了紫外线的荧光效应，D项正确。
3.答案：B
解析：由于O点到双缝的光程差为零，所以出现各种色光的亮条纹，A、C错误；P点处出现O点上方距O点最近的绿光的第一条亮条纹，而红光的波长大于绿光的波长，则红光的干涉条纹间距大于绿光的干涉条纹间距，B正确；同理，蓝光的干涉条纹间距小于绿光的干涉条纹间距，D错误.
4.答案：C
解析：衍射与干涉图样的区别：前者是中间亮条纹，越向两侧条纹宽度越小，后者明暗条纹宽度相等，可知甲图是双缝干涉条纹，乙图是单缝衍射条纹；根据小圆孔衍射与泊松亮斑的区别可知，小圆孔衍射的图样，中央较大的区域内是亮的，周围是明暗相间的圆环，可知丙是小圆孔衍射，丁是泊松亮斑，即小圆板衍射，所以C正确.
5.答案：A
解析：由题图看出，太阳光射入六角形冰晶时，a光的偏折角小于b光的偏折角，由折射定律得知，六角形冰晶对a光的折射率小于对b光的折射率根据可知在冰晶中，b光的传播速度比a光小，选项A正确；由于六角形冰晶对a光的折射率小于对b光的折射率，故b光的频率较大，则a光波长大于b光波长，根据可知，通过同一装置发生双缝干涉，b光的相邻亮条纹间距小，选项B、D错误；根据可知从同种玻璃射入空气发生全反射时，a光的临界角大，选项C错误.
6.答案：D
解析：丁实验中，单色光通过单缝产生的明暗条纹为光的衍射条纹，其它三个均为光的干涉条纹，选项A错误，D正确；牛顿环产生明暗条纹是不等距的，选项B错误；丙实验中，产生的条纹间距越大，该光的波长越大，频率越小，选项C错误.故选D.
7.答案：AC
解析：“泊松亮斑”是“小圆盘”产生的衍射现象，形成的衍射图样是阴影中心有一个“亮斑”，而小孔衍射的图样是中间有“亮斑”，无阴影，图1是小孔衍射的图样，图2为“泊松亮斑；图3很明显是双缝干涉的图样，因干涉图样中的条纹间距是相等的，单缝衍射图样中的条纹间距是不相等的，中间最宽、最亮，图4是单缝衍射图样，综上A、C两项正确，B、D两项错误。
8.答案：BC
解析：波长越长，条纹间距越大，由题图乙可知，单色光a的波长比单色光b的波长短，故A错误，B正确；同种介质对波长短的光的折射率大，故C正确，D错误.
9.答案：ACE
解析：单缝衍射条纹是中间明亮且宽大，越向两侧宽度越小越暗，且波长越大，中央亮条纹越粗，由于a光形成的衍射图样的中央亮条纹较粗，则a光的波长较大，故A正确；在真空中，所有光的传播速度都为c，B错误；根据得双缝干涉实验时a光产生的条纹间距比b光的大，故C正确；发生折射时，光的频率不改变，故D错误；由于a光的波长大于b光波长，由可知，a光的频率小于b光的频率，在同一介质中a光的折射率小于b光的折射率，由临界角公式可知，a光发生全反射的临界角大于b光发生全反射的临界角，故E正确。
10.答案：BCD
解析：a光在水面上形成的圆形亮斑面积较大，知a光的临界角较大，根据，知a光的折射率较小，频率也小，再由，可知，在水中a光的传播速度比b光大，a光的波长比b光大，故B、C正确，A错误；根据，结合几何关系，可知，而复色光圆形区域的面积为，故D正确；a光的折射率小，波长长，根据双缝干涉条纹间距与波长成正比，可知相同条件下，a光干涉条纹比b光宽，故E错误。
11.答案：增大；增大
解析：光屏上相邻两条亮纹之间的距离，④和⑤之间的距离等于l，增大④和⑤之间的距离，可增大相邻两条亮纹之间的距离；将绿色滤光片改成红色滤光片，增大了入射光的波长，相邻两条亮条纹之间的距离增大。
12.答案：大；小；白
解析：光在直线传播情况下，缝宽变窄，光屏上亮条纹变窄，从照片甲到照片乙就是这种情况；照片丙中已发生了明显的衍射现象，说明从照片乙到照片丙，窄缝进一步变窄；从照片丙到照片丁可见衍射条纹变多，中央亮条纹变宽，说明窄缝更窄。因此，从照片甲到照片丁，游标卡尺两测脚间的宽度由大变小。由于入射光是白光，因此衍射条纹的中央亮条纹是白色的，其两侧是彩色的条纹。
13.答案：（1）暗条纹
（2）5条暗条纹，6条亮条纹
解析：解：（1）由波长计算公式得
，由于两光源的振动情况恰好相反，所以P点为暗条纹。
（2）O点路程差为0，也是暗条纹，所以间还有5条暗条纹，6条亮条纹
14.答案：（1）略
（2）
解析：解：（1）间为空气薄膜，在B板上方观察到的亮暗变化，是由B的下表面反射的光和A的上表面反射的光叠加产生的。（2）当温度为时，设空气薄膜厚度为，此时最亮说明，当温度为时，设空气薄膜厚度为，此时再一次最亮说明，得，故温度由升高到，A的高度升高。
1.某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到图1所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如图2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.换用频率更高的单色光源
2.下列说法正确的是( )。
A.在双缝干涉实验中，保持入射光的频率不变，增大双缝间的距离，干涉条纹间距也增大
B.日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上滤光片，可以使景象更清晰，这是利用了光的干涉原理
C.我们发现竖直向上高速运动的球体，在水平方向上长度变短了
D.用紫外线照射大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光，这是利用紫外线的荧光效应
3.双缝干涉实验装置如图所示，绿光通过单缝S后，投射到具有双缝的挡板上，双缝和与单缝S的距离相等，光通过双缝后在与双缝平行的屏上形成干涉条纹.屏上O点距双缝和的距离相等，P点处出现距O点最近的第一条亮条纹，如果将入射的绿光换成红光或蓝光，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.O点出现红光的暗条纹
B.O点上方距O点最近的红光的第一条亮条纹在P点的上方
C.O点不出现蓝光的亮条纹
D.O点上方距O点最近的蓝光的第一条亮条纹在P点的上方
4.在一束单色光的传播方向上分别放置单缝、双缝、小圆孔和小圆板后，在光屏上得到如下四幅图样，关于光屏前传播方向上放置的装置，以下说法正确的是( )
A.甲是单缝、乙是双缝 B.乙是双缝、丙是小圆孔
C.丙是小圆孔、丁是小圆板 D.丁是小圆孔、甲是双缝
5.每年夏季，我国多地会出现如图甲所示日晕现象.日晕是当日光通过卷层云时，受到冰晶的折射或反射形成的.如图乙所示为一束太阳光射到六角形冰晶时的光路图，为其折射出的光线中的两种单色光.下列说法正确的是( )
A.在冰晶中，b光的传播速度比a光小
B.通过同一装置发生双缝干涉，b光的相邻亮条纹间距大
C.从同种玻璃射入空气发生全反射时，a光的临界角小
D.a光的频率较大
6.关于甲、乙、丙、丁四个实验，以下说法正确的是( )
甲：单色光通过劈尖产生明暗条纹
乙：单色光通过牛顿环产生明暗条纹
丙：单色光通过双缝产生明暗条纹
丁：单色光通过单缝产生明暗条纹
A.四个实验产生的条纹均为干涉条纹
B.甲、乙两实验产生的条纹均为等距条纹
C.丙实验中，产生的条纹间距越大，该光的频率越大
D.丁实验中，产生的明暗条纹为光的衍射条纹
7.下列所示的图片、示意图大都来源于课本，关于这些图的判断，下列说法正确的是( )。
A.图1是小孔衍射的图样，图2为“泊松亮斑”
B.图1为“泊松亮斑”，图2是小孔衍射的图样
C.图3是双缝干涉图样，图4是单缝衍射图样
D.图3是单缝衍射图样，图4是双缝干涉图样
8.光的干涉现象在工业生产中有重要应用，例如检查平面的平整程度.如图甲所示，把一透明板压在另一透明板上，一端用薄片垫起，构成空气劈尖，让单色光分别从上方射入，得到明暗相间的条纹如图乙所示.下列说法正确的是( )
A.单色光a的波长比单色光b的波长长
B.单色光a的波长比单色光b的波长短
C.同种介质对单色光a的折射率比对单色光b的折射率大
D.同种介质对单色光a的折射率比对单色光b的折射率小
9.如图所示分别是a光、b光各自通过同一单缝衍射仪器形成的图样（灰黑色部分表示亮纹，保持缝到屏距离不变），则下列说法正确的是( )
A.在真空中，单色光a的波长大于单色光b的波长
B.在真空中，a光的传播速度小于b光的传播速度
C.a光、b光通过同一双缝干涉仪器时a光产生的条纹间距比b光的大
D.a光和b光由玻璃棱镜进入空气后频率都变大
E.a光、b光由同一介质射入空气，发生全反射时，a光的临界角比b光大
10.如图甲所示，在平静的水面下深h处有一个点光源S，它发出的两种不同颜色的a光和b光在水面上形成了一个有光线射出的圆形区域，该区域的中间为由两种单色光所构成的复色光，圆形区域周围为环状区域，且为a光的颜色（见图乙），设b光的折射率为n。则下列说法正确的是( )
A.在水中，a光的波长比b光小
B.水对a光的折射率比b光小
C.在水中，a光的传播速度比b光大
D.复色光圆形区域的面积为
E.在同一装置的杨氏双缝干涉实验中，a光的干涉条纹比b光的窄
11.如图所示是“用双缝干涉测量光的波长”实验的装置示意图。增大④和⑤之间的距离，相邻条纹间距将_______（填“增大”“减小”或“不变”）。只将绿色滤光片改成红色滤光片，测得的条纹间距将_______（填“增大”“减小”或“不变”）。
12.如图所示是通过游标卡尺两测脚间的狭缝观察白炽灯光源时所拍下的四张照片，这四张照片表明了光通过狭缝后形成的图样。从照片甲到丁的图样分析可知，游标卡尺两测脚间的宽度由_______变_______（均选填“大”或“小”），照片丁中央条纹的颜色应是_______色。
13.在双缝干涉实验中，若双缝处的两束光的频率均为，两光源的振动情况恰好相反，光屏上的P点到与到的路程差为，如图所示，则：
（1）P点是亮条纹还是暗条纹？
（2）设O为到路程相等的点，则间还有几条亮纹，几条暗纹？（不包括两处的条纹）
14.在研究材料A的热膨胀特性时，可采用如图所示的干涉实验法。A的上表面是一光滑平面，在A的上方放一个透明的平行板与A上表面平行，在它们之间形成一厚度均匀的空气膜。现在用波长为λ的单色光垂直照射，同时对A缓慢加热，在B上方观察到B板的亮度发生周期性变化。当温度为时最亮，然后亮度逐渐减弱至最暗；当温度升高到时，亮度再一次回到最亮。
（1）在B板上方观察到的亮暗变化是由哪两个表面的反射光叠加形成的？
（2）温度由升高到时，A的高度升高多少？
答案以及解析
1.答案：B
解析：由可知，减小双缝之间的距离，增大双缝到光屏的距离，换用波长更长的单色光，即换用频率更低的单色光，都可以增加条纹宽度，B项正确。
2.答案：D
解析：根据双缝干涉条纹间距公式可知，增大双缝间的距离d，干涉条纹间距减小，A项错误；日落时分拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上滤光片可以使景象更清晰，这是利用了光的偏振原理，B项错误；竖直向上高速运动的球体在水平方向上长度不变，沿运动方向上的长度会变短，C项错误；用紫外线照射大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光，利用了紫外线的荧光效应，D项正确。
3.答案：B
解析：由于O点到双缝的光程差为零，所以出现各种色光的亮条纹，A、C错误；P点处出现O点上方距O点最近的绿光的第一条亮条纹，而红光的波长大于绿光的波长，则红光的干涉条纹间距大于绿光的干涉条纹间距，B正确；同理，蓝光的干涉条纹间距小于绿光的干涉条纹间距，D错误.
4.答案：C
解析：衍射与干涉图样的区别：前者是中间亮条纹，越向两侧条纹宽度越小，后者明暗条纹宽度相等，可知甲图是双缝干涉条纹，乙图是单缝衍射条纹；根据小圆孔衍射与泊松亮斑的区别可知，小圆孔衍射的图样，中央较大的区域内是亮的，周围是明暗相间的圆环，可知丙是小圆孔衍射，丁是泊松亮斑，即小圆板衍射，所以C正确.
5.答案：A
解析：由题图看出，太阳光射入六角形冰晶时，a光的偏折角小于b光的偏折角，由折射定律得知，六角形冰晶对a光的折射率小于对b光的折射率根据可知在冰晶中，b光的传播速度比a光小，选项A正确；由于六角形冰晶对a光的折射率小于对b光的折射率，故b光的频率较大，则a光波长大于b光波长，根据可知，通过同一装置发生双缝干涉，b光的相邻亮条纹间距小，选项B、D错误；根据可知从同种玻璃射入空气发生全反射时，a光的临界角大，选项C错误.
6.答案：D
解析：丁实验中，单色光通过单缝产生的明暗条纹为光的衍射条纹，其它三个均为光的干涉条纹，选项A错误，D正确；牛顿环产生明暗条纹是不等距的，选项B错误；丙实验中，产生的条纹间距越大，该光的波长越大，频率越小，选项C错误.故选D.
7.答案：AC
解析：“泊松亮斑”是“小圆盘”产生的衍射现象，形成的衍射图样是阴影中心有一个“亮斑”，而小孔衍射的图样是中间有“亮斑”，无阴影，图1是小孔衍射的图样，图2为“泊松亮斑；图3很明显是双缝干涉的图样，因干涉图样中的条纹间距是相等的，单缝衍射图样中的条纹间距是不相等的，中间最宽、最亮，图4是单缝衍射图样，综上A、C两项正确，B、D两项错误。
8.答案：BC
解析：波长越长，条纹间距越大，由题图乙可知，单色光a的波长比单色光b的波长短，故A错误，B正确；同种介质对波长短的光的折射率大，故C正确，D错误.
9.答案：ACE
解析：单缝衍射条纹是中间明亮且宽大，越向两侧宽度越小越暗，且波长越大，中央亮条纹越粗，由于a光形成的衍射图样的中央亮条纹较粗，则a光的波长较大，故A正确；在真空中，所有光的传播速度都为c，B错误；根据得双缝干涉实验时a光产生的条纹间距比b光的大，故C正确；发生折射时，光的频率不改变，故D错误；由于a光的波长大于b光波长，由可知，a光的频率小于b光的频率，在同一介质中a光的折射率小于b光的折射率，由临界角公式可知，a光发生全反射的临界角大于b光发生全反射的临界角，故E正确。
10.答案：BCD
解析：a光在水面上形成的圆形亮斑面积较大，知a光的临界角较大，根据，知a光的折射率较小，频率也小，再由，可知，在水中a光的传播速度比b光大，a光的波长比b光大，故B、C正确，A错误；根据，结合几何关系，可知，而复色光圆形区域的面积为，故D正确；a光的折射率小，波长长，根据双缝干涉条纹间距与波长成正比，可知相同条件下，a光干涉条纹比b光宽，故E错误。
11.答案：增大；增大
解析：光屏上相邻两条亮纹之间的距离，④和⑤之间的距离等于l，增大④和⑤之间的距离，可增大相邻两条亮纹之间的距离；将绿色滤光片改成红色滤光片，增大了入射光的波长，相邻两条亮条纹之间的距离增大。
12.答案：大；小；白
解析：光在直线传播情况下，缝宽变窄，光屏上亮条纹变窄，从照片甲到照片乙就是这种情况；照片丙中已发生了明显的衍射现象，说明从照片乙到照片丙，窄缝进一步变窄；从照片丙到照片丁可见衍射条纹变多，中央亮条纹变宽，说明窄缝更窄。因此，从照片甲到照片丁，游标卡尺两测脚间的宽度由大变小。由于入射光是白光，因此衍射条纹的中央亮条纹是白色的，其两侧是彩色的条纹。
13.答案：（1）暗条纹
（2）5条暗条纹，6条亮条纹
解析：解：（1）由波长计算公式得
，由于两光源的振动情况恰好相反，所以P点为暗条纹。
（2）O点路程差为0，也是暗条纹，所以间还有5条暗条纹，6条亮条纹
14.答案：（1）略
（2）
解析：解：（1）间为空气薄膜，在B板上方观察到的亮暗变化，是由B的下表面反射的光和A的上表面反射的光叠加产生的。（2）当温度为时，设空气薄膜厚度为，此时最亮说明，当温度为时，设空气薄膜厚度为，此时再一次最亮说明，得，故温度由升高到，A的高度升高。