4.5光的衍射 学科素养提升练(解析版)
一、选择题
1.下列关于光现象的解释正确的是( )
A.两个完全相同的小灯泡发出的光相遇时会发生干涉
B.水面上的油膜在太阳光照射下呈现彩色,是光的干涉现象
C.荷叶上的露珠显得特别“明亮”是由于水珠将光会聚而形成的
D.在杨氏双缝实验中,如果仅把红光改成绿光,则干涉条纹间距将减小
E.眼睛紧贴两支夹紧的铅笔形成的狭缝,让狭缝与日光灯管平行,观察到彩色条纹,这是光的衍射现象
2.关于下列四个图的说法正确的是( )
A.甲图是单缝衍射图样 B.乙图是单缝衍射图样
C.丙图是小孔衍射图样 D.丁图是小孔衍射图样
3.用同一双缝干涉实验装置做甲、乙两种光的双缝干涉实验,获得的双缝干涉条纹分别如图甲、图乙所示。下列说法正确的是( )
A.甲光的频率比乙光的高
B.甲光在水中的传播速度大于乙光在水中的传播速度
C.对同一种介质,甲光的折射率小于乙光的折射率
D.从同种介质射向空气,甲光发生全反射的临界角甲乙小于乙光
E.遇到同一障碍物,甲光比乙光更容易发生明显的衍射现象
4.下列说法中正确的是( )
A.用光导纤维束传送图像信息,这其中应用到了光的全反射现象
B.通过两支夹紧的笔杆间缝隙看发白光的灯丝能观察到彩色条纹,这是光的偏振现象
C.白光经过三棱镜得到彩色图样光的干涉现象
D.白光照射水面油膜呈现彩色图样是光的衍射现象
5.在观察光的衍射现象的实验中,通过紧靠眼睛的卡尺测脚形成的狭缝,观看远处的线状白炽灯丝(灯管或灯丝都要平行于狭缝),可以看到( )
A.黑白相间的直条纹 B.黑白相间的弧形条纹
C.彩色的直条纹 D.彩色弧形条纹
6.以下说法正确的是( )
A.因衍射是波特有的特征,所以波遇到障碍物时一定能发生明显衍射现象
B.在太阳光照射下,水面上油膜出现彩色花纹是光的衍射现象
C.振子每次经过同一位置时加速度、动能和位移总是相同的
D.观察者感觉到火车驶近时的鸣笛声频率比火车静止时低
7.如图, 分别为两束波长的单色光经过同一实验装置得到的图样, 则( )
A. 为干涉图样, B. 为干涉图样,
C. 为衍射图样, D. 为衍射图样,
8.下列说法不正确的是( )
A.5G的电磁波比4G的电磁波衍射能力更强
B.天空是亮的原因是大气对阳光的散射
C.天空呈蓝色的原因是大气对波长短的光更容易散射
D.晚霞呈红色的原因是蓝光和紫光大部分被吸收掉了
9.如图所示,一定强度的一束复色光沿半径方向入射到半圆形玻璃砖的圆心点,经过玻璃砖后有三束光射出,下列说法错误的是( )
A.光折射率比光折射率小
B.光比光更容易发生明显的衍射现象
C.入射光的入射角从零开始增大,光比光先消失
D.在真空中光的波长比光的短
10.一般认为激光器发出的是频率为v的“单色光”,实际上它的频率并不是真正单的,激光频率v是它的中心频率,它所包含的频率范围是v(也称频率宽度),其中Δv,v+△v和v-△v分别记为“上限频率”和“下限频率”。某红宝石激光器发出的激光(其“上限频率”和“下限频率”对应的光分别记为a光和b光)由空气斜射到实心玻璃球表面,入射角为i,如图所示。则下列说法正确的是( )
A.b光在玻璃中传播速度较小
B.b光更容易发生明显的衍射现象
C.相同装置做双缝干涉实验,b光产生的干涉条纹间距较小
D.逐渐增大i角,a光从玻璃球射向空气时先发生全反射
11.对如图所示的图片、示意图或实验装置图,下列判断正确的是( )
A.甲图是小孔衍射的图样,也被称为“泊松亮斑”
B.乙图是利用薄膜干涉来检测玻璃板的平整程度,它是由于光在被检测玻璃板的上下表面反射后叠加的结果
C.丙图是双缝干涉原理图,若P到S1、S2的路程差是半波长的偶数倍,则P处是亮纹
D.丁图是薄膜干涉现象的实验装置图,在附有肥皂膜的铁丝圈上,出现竖直干涉条纹
12.如图所示,一束复色光由某介质射入真空后分解为a、b两束单色光。以下说法正确的是( )
A.真空中,a光的波长比b光的大
B.真空中,a光的传播速度比b光慢
C.a光和b光相遇,会发生光的干涉现象
D.a、b通过相同的单缝衍射实验装置,a光的中央亮条纹较窄
13.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
14.用如图所示的实验装置在暗室中探究光的性质,左侧是点燃的酒精灯(在灯芯上洒些盐),右侧是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属线圈,下列说法中正确的是( )
A.条纹呈黄白相间
B.条纹形成的分布情况由薄膜的厚度决定
C.酒精灯火焰发出两种不同颜色的光照射到薄膜上,形成干涉条纹
D.在图示的情况下,从肥皂薄膜的左面观察时,在薄膜上可看到衍射条纹
15.下列说法中正确的是( )
A.光的衍射现象说明了光具有粒子性
B.在白光下观察竖直放置的肥皂液膜,呈现的彩色条纹是光的折射现象造成的
C.光从光疏介质射入光密介质时也可能发生全反射
D.清晨人们刚刚看到太阳从地平线上升起时,实际太阳还在地平线以下
二、解答题
16.用针尖在一张厚纸上扎一个很小的小孔,用眼睛通过小孔观察太阳光,会观察到什么现象?
17.让一束红光照射在游标卡尺两个卡脚之间的缝上,逐渐减小两个卡脚之间的距离,使缝越来越小,观察照在屏幕上光斑的变化.缝宽大约多大时屏幕上出现条纹?缝间距变小时,条纹有什么变化?
参考答案
1.BDE
【详解】
A.小灯泡发出的光有多种不同的频率,由干涉的条件可知,两个完全相同的小灯泡发出的光相遇时,不一定可以发生干涉,A错误;
B.在太阳光的照射下,油膜上下表面反射光在上表面发生叠加,呈现彩色条纹,是光的干涉现象,B正确;
C.荷叶上的露珠显得特别“明亮”是由于水珠将光全反射形成的,C错误;
D.在杨氏双缝实验中,根据公式
如果仅把红光改成绿光,则波长变短,导致屏上的条纹间距将减小,D正确;
E.眼睛紧贴两支夹紧的铅笔形成的狭缝,让狭缝与日光灯管平行,观察到彩色条纹,这属于光的衍射现象,E正确。
故选BDE。
2.BC
【详解】
A.甲图平行等距,是双缝干涉图样,选项A错误;
B.乙图平行不等距,是单缝衍射图样,选项B正确;
C.丙图是小孔衍射图样,选项C正确;
D.丁图是泊松亮斑,是圆板衍射图样,选项D错误。
故选BC。
3.BCE
【详解】
A.根据干涉条纹间距公式 ,可知,在相同的条件下,与成正比,甲光的条纹间距大,可知甲光的波长比乙光的波长大,则甲光的频率比乙光的低,故A错误;
B.甲光的波长长,甲光折射率小,在介质中传播速度大,即甲光在水中的传播速度大于乙光在水中的传播速度,故B正确;
C.波长越长,在同一种介质中,折射率越小,所以甲光的折射率小于乙光的折射率,故C正确;
D.据全反射的临界角公式,可知,折射率越小,全反射的临界角越大,则甲光发生全反射的临界角甲乙大于乙光,故D错误;
E.在障碍物的尺寸可以跟光的波长相比,甚至比光的波长还小的时候,衍射现象更明显,故遇到同一障碍物,甲光比乙光更容易发生明显的衍射现象,故E正确。
故选BCE。
4.A
【详解】
A.用光导纤维束传送图像信息,这其中应用到了光的全反射现象,故A正确;
B.通过两支夹紧的笔杆间缝隙看发白光的灯丝能观察到彩色条纹,这是光的衍射现象,故B错误;
C.白光经过三棱镜得到的彩色图样是利用光的折射引起的色散现象,故C错误;
D.白光照射水面油膜呈现彩色图样是光的干涉现象,故D错误。
故选A。
5.C
【详解】
通过紧靠眼睛的卡尺测脚形成的狭缝,观看远处的日光灯管或线状白炽灯丝(灯管或灯丝都要平行于狭缝),白炽灯发出的是复色光,可以看到彩色的衍射条纹间距不同,条纹与狭缝平行,成为彩色直条纹,故C正确,ABD错误。
故选C。
6.C
【详解】
A.衍射是波特有的现象,当波的波长远大于障碍物的尺寸或相差不多时能够发生明显的衍射现象;故A错误;
B.在太阳光照射下,水面上油膜出现彩色花纹是由油膜的上下表面两束反射光干涉而形成的,属于光的干涉现象,故B错误;
C.振子每次经过同一位置时加速度、动能和位移总是相同,速度的大小相同,方向不相同,故C正确;
D.根据多普勒效应可知观察者感觉到火车驶近时的鸣笛声频率比火车静止时高,故D错误。
故选C。
7.C
【详解】
从图像上可以看出条纹间距不相等,所以应该是衍射图样,并且a的条纹间距大于b的条纹间距;根据波长越长,衍射条纹间距越宽,可知,a对应光的波长较长。
故选C。
8.A
【详解】
A.5G的电磁波比4G的电磁波频率大,波长短,则衍射能力更弱,选项A错误,符合题意;
B.天空是亮的原因是大气对阳光的散射,选项B正确,不符合题意;
C.大气对光的散射有一个特点:波长较短的光容易被散射,波长较长的光不容易被散射。天空是蓝色的,这是因为大气对阳光中波长较短的蓝光散射得较多,故C正确,不符合题意;
D.波长较短的光容易被大气散射,波长较长的光不容易被大气散射,傍晚的阳光在穿过厚厚的大气层时,蓝光、紫光大部分被吸收掉了;而红光和橙光不容易被大气吸收;所以晚霞呈红色,故D正确,不符合题意;
故选A。
9.D
【详解】
A.由图可知光的偏折程度比和光小,所以光的折射率比光的小,选项A正确;
BD.在同种介质中折射率大的频率高,由知频率大的波长短,即在真空中光的波长比光的长,则光比光更容易发生明显的衍射现象,选项B正确,D错误;
C.由可知,B光的临界角大,若入射光的入射角从零开始增大,光比光先消失,选项C正确。
本题选错误的,故选D。
10.B
【详解】
A.由题意可知,b光频率更小,其折射率更小,由公式可知,b光在玻璃中传播速度较大,故A错误;
B.由题意可知,b光频率更小,由公式可知,b光波长更大,即b光更容易发生明显的衍射现象,故B正确;
C.由公式可知,由于b光波长更大,b光产生的干涉条纹间距较大,故C错误;
D.由折射定律可知,由于b光频率更小,其折射率更小,从空气进入玻璃时的折射角更大,从玻璃射向空气时的入射角更大,逐渐增大i角,b光从玻璃球射向空气时先发生全反射,故D错误。
故选B。
11.C
【详解】
A.甲图是小孔衍射的图样,而“泊松亮斑”是圆板衍射,故不是“泊松亮斑”,A错误;
B.入射光经薄膜上表面反射后得第一束光,折射光经薄膜下表面反射,又经上表面折射后得第二束光,并不是被检测玻璃板的上下表面反射后的光,B错误;
C.丙图是双缝干涉原理图,若P到S1、S2的路程差是半波长的偶数倍,则P处是亮纹,C正确;
D.丁图是薄膜干涉现象的实验装置图,在附有肥皂膜的铁丝圈上,出现水平干涉条纹,D错误。
故选C。
12.D
【详解】
A.由图看出,a光的偏折程度大于b光的偏折程度,则a光的折射率大于b光的折射率,所以a光的频率大于b光的频率,真空中a光的波长比b光的小,选项A错误;
B.真空中,a光和b光的传播速度相同,选项B错误;
C.a光的频率大于b光的频率,频率不同的两列光相遇不会发生光的干涉现象,选项C错误;
D.a光的波长小,波动性比b光弱,则知a、b通过相同的单缝衍射实验装置,a光的衍射条纹较小,选项D正确。
故选D。
13.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。
14.B
【详解】
A.在干涉条纹的减弱区域为暗条纹,故总的条纹是明暗相间的,A错;
B.条纹的明暗情况由两列光在薄膜内的路程差决定,即条纹形成的分布情况由薄膜的厚度决定,故B正确;
C.发生干涉的条件是两束光的频率相同,所以颜色不同即频率不同的光不能干涉,故C错;
D.光发生明显衍射现象的条件是障碍物或小孔的尺寸与波长差不多或小于波长,故D错。
故选B。
15.D
【详解】
A.光的衍射现象说明了光具有波动性, A错误;
B.肥皂泡在阳光下呈现彩色条纹是肥皂膜内外反射的光线,相互叠加产生的现象,这是光的干涉现象造成的,B错误;
C.光从光疏介质射入光密介质时,由于折射角小于入射角,当入射角等于90°时,折射角不消失,所以不可能发生全反射,C错误;
D.早晨看太阳从地平线刚刚升起时,实际上它还处在地平线的下方,但通过光在不均匀的大气层中发生折射,可以射入我们的眼睛,我们就可以看见太阳,D正确。
故选D。
16.会观察到中央为亮圆,周围为彩色的圆环
【详解】
略
17.见解析
【详解】
大约0.8 mm时会出现条纹,当缝间距变小时,屏幕上条纹间距逐渐变宽,但亮度逐渐减弱