4.5光的衍射 同步训练（Word版含答案）

4.5光的衍射
一、选择题（共15题）
1．下列图样中有泊松亮斑的是（　　）
A． B．
C． D．
2．一定能使水波通过小孔后，发生的衍射更不明显的方法是（ ）
A．增大小孔尺寸，同时增大水波的频率
B．增大小孔尺寸，同时减小水波的频率
C．缩小小孔尺寸，同时增大水波的频率
D．缩小小孔尺寸，同时减小水波的频率
3．图甲和图乙是光的双缝干涉或单缝衍射图样，下列说法正确的是( )
A．两幅图都是光的干涉图样
B．两幅图都是光的衍射图样
C．图甲是光的衍射图样，图乙是光的干涉图样
D．图甲是光的干涉图样，图乙是光的衍射图样
4．如图所示的四种明暗相间的条纹分别是红光、黄光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及绿光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮纹)。在下面的四幅图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是（　　）
A．黄绿红紫 B．黄紫红绿 C．红紫黄绿 D．红绿黄紫
5．下列四幅图分别对应四种说法，其中正确的是（　　）
A．图A中，若匀速拉动木板的速度较大，则由图像测得简谐运动的周期较大
B．由图 B可知，系统的固有频率为f0
C．图C中频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，这种现象叫做波的干涉，只有频率相同的横波才能发生干涉
D．图D中泊松亮斑是小孔衍射形成的图样
6．下列现象中，属于光的衍射现象的是（　　）
A．雨后天空出现彩虹
B．通过一个狭缝观察日光灯可看到彩色条纹
C．镀膜后，望远镜的镜头透入光的亮度增强
D．医院手术室使用无影灯
7．下列说法正确的是（　　）
A．“光纤通信”利用了全反射的原理
B．在岸边观察水中的鱼，鱼的实际深度比看到的要浅
C．光由光疏介质射入光密介质时，折射角大于入射角
D．一切波都能发生干涉和衍射，但干涉和衍射不是波特有的现象
8．一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
9．用a、b两种不同的单色光在相同条件下分别经同一单缝衍射装置得到的衍射图样如图甲、乙所示。现使a光从水中斜射向水面上的O点，其入射角为i、折射角为r，如图丙所示。对于这两种单色光，下列说法正确的是（　　）
A．在真空中a光的波长较短
B．水对a光的折射率
C．在水中a光的传播速度较大
D．a光从水中射向空气发生全反射时的临界角较小
10．我们经常看到路边施工处挂有红色的电灯除了红色光容易引起人们的视觉反应外，还有一个重要的原因是（　　）
A．红光比其他单色光更容易发生衍射
B．红光比其他可见光更容易发生干涉
C．红光比其他可见光频率更大
D．红光比其他可见光在玻璃中的折射率小
11．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
12．如图所示，两束颜色不同的单色光a、b平行于三棱镜底边BC从AB边射入，经三棱镜折射后相交于点P，下列说法正确的是（　　）
A．三棱镜对a光的折射率小于对b光的折射率
B．在三棱镜中a光的传播速度大于b光的传播速度
C．同一种介质对a光的全反射临界角大于对b光的全反射临界角
D．在利用a光和b光做衍射实验时，b光的实验现象更明显
二、多选题
13．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
14．△OMN为玻璃等腰三棱镜的横截面，a、b两束可见单色光从空气中垂直射入棱镜底面MN，在棱镜侧面OM、ON上反射和折射的情况如图所示，由此可知（　　）
A．棱镜内a光的传播速度比b光的大
B．a光的波长比b光的长
C．a光、b光通过同一狭缝发生衍射时，a光的中央亮纹更宽
D．让a光与b光通过同一双缝干涉装置，a光条纹间的距离小于b光
15．下列说法中正确的是（　　）
A．简谐运动的周期与振幅无关
B．在弹簧振子做简谐运动的回复力表达式F=－kx中，k为弹簧的劲度系数，x为振子离开平衡位置的位移
C．机械波在传播过程中，某个质点的振动速度就是波的传播速度
D．在光的双缝干涉实验中，同种条件下用蓝光做实验比红光做实验得到的条纹更宽
E．在光的单缝衍射现象中要产生明显的衍射现象，狭缝宽度要比波长小或者相差不多
三、填空题
16．在白炽灯照射下，从用手指捏紧的两块玻璃板的表面能看到彩色条纹，这是光的______现象；通过两根并在一起的铅笔狭缝去观察发光的白炽灯，也会看到彩色条纹，这是光的______现象．
17．利用图（a）所示的装置（示意图），观察蓝光的干涉、衍射现象，在光屏上得到如图（b）中甲和乙两种图样。则甲应是______（选填“干涉”或“衍射”）图样。若将蓝光换成红光，干涉图样中相邻两个亮条纹的中心间距______（选填“变长”“变短”或“不变”）。
18．2021年央视春晚首次采用5G信号“云”传播方式，使“云”观众、“云”演员和春晚互动起来。5G是“第五代移动通信技术”的简称。5G信号一般采用频段的无线电波，而现行第四代移动通信技术4G的频段范围是，则在真空中5G信号的波长一定______（填“大于”“小于”或“等于”）4G，空间传播的5G信号和4G信号______（填“能”或“不能”）产生干涉现象，5G信号在传输过程中更______（填“容易”或“难”）绕过障碍物。
19．将a、b两种单色光以相同的入射角从空气斜射入玻璃中，形成空气的光路如图所示．用这两种单色光分别经同一双缝干涉实验装置做双缝干涉实验，其中一种单色光在屏上出现第3级亮纹的地方，刚好是另一种单色光出现第3级暗纹的地方，则 _______，再让这两种单色光经同一单缝衍射装置做单缝衍射实验，则 ________光衍射条纹中央亮纹较宽．
四、解答题
20．通过两个手指间的狭缝来观察光源，当狭缝宽度逐渐减小时，会观察到什么现象 请试一试，并作出解释。
21．（1）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？
（2）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？
22．如图所示，让太阳光通过窗上的小孔射进漆黑的室内，并落在光滑的反射面（如玻璃、瓷碗、镀铬器件或涂有油漆的门窗等）上。这时，着眼并迎着反射方向看去，不但能看到反射面上的白点（太阳虚像），同时还能看到在它的两旁出现一排对称的彩带。眼缝越细，这种现象越显著。请分析原因。
23．如图所示是通过游标卡尺两测量脚间的狭缝观察白炽灯线光源时所拍下的四张照片．
(1)试通过图样分析四张照片对应的两测量脚间的宽度大小关系．
(2)试说明照片(4)中中央条纹的颜色及成因．
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．A
【解析】
【分析】
当单色光照射在宽度小于或等于光源波长的小圆板时，会在之后的光屏上出现环状的互为同心圆的衍射条纹，并且在所有同心圆的圆心处会出现一个极小的亮斑，这个亮斑就被称为泊松亮斑．由此即可找出答案．
【详解】
结合泊松亮斑的特点可知，光照射在宽度小于或等于光源波长的小圆板或圆珠时，会在之后的光屏上出现环状的互为同心圆的衍射条纹，所以A是泊松亮斑，其他的三个都不是，故A正确，BCD错误．故选A．
2．A
【解析】
【分析】
【详解】
波在介质中传播时波速是由介质决定的，与波的频率无关，所以改变波的频率不会改变波速，但由v = λf可知，当波速一定时，减小频率则波长增大，而发生明显衍射的条件是障碍物或孔、缝的尺寸比波长小或相差不多，所以缩小障碍物的尺寸，同时减小波的频率会使衍射现象更明显，而本题为使衍射现象更不明显，则增大小孔尺寸，同时增大水波的频率。
故选A。
3．D
【解析】
【详解】
干涉图样的条纹等间距，故甲图是干涉条纹，衍射图样的中间条纹的宽度比较大，故乙图是衍射条纹。故ABC错误，D正确。
故选D。
4．C
【解析】
【详解】
双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹，所有条纹宽度相同且等间距，故a、c两个是双缝干涉现象，根据双缝干涉条纹间距 可以知道波长λ越大，Δx越大，故a是红光，c是黄光；单缝衍射条纹是中间明亮且宽大，越向两侧宽度越小越暗，而波长越大，中央亮条纹越粗，故b、d是单缝衍射图样，b为紫光的单缝衍射图样，d为绿光单缝衍射图样；故从左向右依次是红光（双缝干涉）、紫光（单缝衍射）、黄光（双缝干涉）和绿光（单缝衍射）。
故选C。
5．B
【解析】
【详解】
A．演示简谐运动的图象实验中，若匀速拉动木板的速度较大，会导致图象的横标变大，但对应的时间仍不变，简谐运动的周期与单摆的固有周期相同，故A错误；
B．由图可知当驱动力的频率f跟固有频率f0相同时，才出现共振现象，振幅才最大，则固有频率为f0，故B正确；
C．根据干涉产生的概念知：频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，这种现象叫做波的干涉。频率相同的横波和纵波都能发生干涉，选项C错误；
D．泊松亮斑是圆板衍射形成的图样，故D错误。
故选B。
6．B
【解析】
【详解】
A．雨过天晴时，在天空常出现彩虹，这是太阳光通过悬浮在空气中细小的水珠折射而形成的，A错误；
B．通过一个狭缝观察日光灯可看到彩色条纹，属于单缝衍射，B正确；
C．照相机、望远镜的镜头表面常常镀一层透光的膜，即增透膜，增透膜利用的是光的干涉，C错误；
D．医院手术室使用无影灯利用的是光的直线传播，D错误。
故选B。
7．A
【解析】
【详解】
A．在光纤通信种是利用了全反射原理，故A正确；
B．岸边观察前方水种的一条鱼，根据视深则有，鱼的实际深度比看到的要深，故B错误；
C．光由光疏介质射入光密介质时，折射角小于入射角，故C错误；
D．一切波都能发生干涉和衍射，干涉和衍射是波特有的现象，故D错误。
故选A。
8．B
【解析】
【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，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，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，C错误；
D．由几何关系可知，光进入玻璃球后的折射角与到达另一侧时的入射角是相等的，根据光路可逆可知，增大开始时的入射角，两束光从玻璃球射向空气时都不会发生全反射， D错误。
故选B。
9．C
【解析】
【详解】
A．甲光衍射明显，说明光的波长比乙的波长大，即，A错误；
B．水对a光的折射率，B错误；
C．光的波长比的波长大，根据可知光的频率小，折射率小，根据可知在水中a光的传播速度较大，C正确；
D．根据全反射定律可知a光从水中射向空气发生全反射时的临界角较大，D错误。
故选C。
10．A
【解析】
【分析】
【详解】
AC．红色光的波长较长，而频率较小，所以比其他可见光更容易发生衍射， C错误A正确；
B．只要频率相同，均能发生干涉现象， B错误；
D．频率越大，折射率越大，可见光中红光频率最小，折射率最小，但挂红灯的原因不是因为折射率小，D错误。
故选A。
11．B
【解析】
【分析】
【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。
12．D
【解析】
【详解】
A．由图可知，a光的偏转角大，b光的偏转角小，所以三棱镜对a光的折射率大，对b光的折射率小，选项A错误；
B．根据光在介质中传播速度的公式v=分析，因a光的折射率大，b光的折射率小，故在玻璃中b光的传播速度较大，选项B错误；
C．根据sinC=得知，同一种介质中，a光的全反射临界角小于b光的全反射临界角，选项C错误；
D．因b光的折射率小，波长较长，波动性强，所以在利用a光和b光做衍射实验时，b光的实验现象更明显，选项D正确。
故选D。
13．BCE
【解析】
【分析】
【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。
14．ABC
【解析】
【分析】
由光路图看出，光线b在NO面上发生了全反射，而光线a在MO面上没有发生全反射，而入射角相同，则知b光的临界角小于a光的临界角，然后在分析折射率的大小关系，以及判断光在玻璃中速度的大小，最后再确定出波长和频率关系，再进一步分析衍射和干涉现象．
【详解】
A、由光路图看出，光线b在NO面上发生了全反射，而光线a在MO面上没有发生全反射，而入射角相同，则知b光的临界角小于a光的临界角，由分析得知，玻璃对a光的折射率小于b的折射率，由可知，棱镜内a光的传播速度比b光的大，故A正确；
B、玻璃对a光的折射率小于b的折射率，则a光的频率比b光的低，a光的波长比b光的长，故B正确；
C、波长越长的波越容易发生明显的衍射现象，故a光比b光更容易发生明显的衍射现象，则a光、b光通过同一狭缝发生衍射时，a光的中央亮纹更宽，故C正确；
D、a光的波长比b光的长，而双缝干涉条纹的间距与波长成正比，则知a光的双缝干涉条纹间距比b光的宽，故D错误．
【点睛】
本题的解题关键是根据全反射的条件分析临界角的大小，确定折射率的大小，进一步分析频率、波长的大小．
15．ABE
【解析】
【详解】
A．简谐运动的周期由振动系统内部因素决定，与振动幅度无关，故A正确；
B．在简谐运动的回复力表达式中，对于弹簧振子，F为振动物体受到的合外力，k为弹簧的劲度系数，故B正确；
C．对于机械波，某个质点的振动速度与波的传播速度不同，横波两者垂直，纵波两者平行，故C错误；
D．在双缝干涉实验中，根据干涉条纹间距公式，同种条件下，因紫光波长小于红光，则用紫光做实验比红光做实验得到的条纹更窄，故D错误；
E．在单缝衍射现象中要产生明显的衍射现象，根据明显衍射的条件可知，狭缝宽度必须比波长小或者相差不太多。故E正确。
16． 干涉 衍射
【解析】
【详解】
从用手指捏紧的两块玻璃板的表面能看到彩色条纹，这是薄膜干涉现象
通过两根并在一起的铅笔狭缝去观察发光的白炽灯，也会看到彩色条纹，这是单缝衍射现象
故答案为干涉；衍射
17． 衍射 变长
【解析】
【分析】
干涉条纹在光屏上观察到的图案是间距相等的条纹图象，而衍射条纹中，中间的亮纹的宽度最大。
【详解】
[1]干涉图样的条纹宽度相等，衍射图样的条纹宽度不等、中央最宽。故甲应是衍射图样，乙是干涉图样。
[2]干涉图样中相邻两个亮条纹的中心间距与波长成正比，若将蓝光换成红光，则波长变长，因此条纹间距也变长。
18． 小于 不能 难
【解析】
【详解】
[1]真空中电磁波传播速度相同，根据可知，频率越高，波长越短，故真空中5G信号的波长一定小于4G；
[2]产生干涉的条件是两波的频率相同，故空间传播的5G信号和4G信号不能产生干涉现象；
[3]波在传播过程中波长越长，衍射能力越强，越容易绕过障碍物，故5G信号更难绕过障碍物。
19． a
【解析】
【详解】
由图知，b光的偏折程度大，折射率大，波长短．据题有：，解得；由于a光的波长长，更容易产生明显的衍射现象，则a光衍射条纹中央亮纹较宽．
【点睛】解决本题的关键掌握双缝到光屏上P点的距离之差是波长的整数倍，则出现明条纹，路程之差是半波长的奇数倍，则出现暗条纹．还要知道光的波长越短，频率越高，折射率越大
20．见解析
【解析】
【分析】
【详解】
随着手指间狭缝逐渐减小，通过两个手指间的狭缝来观察光源，可以看到彩色条纹，这是因为狭缝较小时，与光源波长相差不大，当光通过狭缝后发生单缝衍射现象，形成光的衍射图样。
21．（1）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；（2）会观察到中央为亮圆，周围为彩色的圆环
【解析】
【分析】
【详解】
(1) 当缝比波长大的多时，光沿直线传播，当缝与波长差不多，大约0.8 mm时会出现衍射条纹；当缝间距变小时，衍射现象更明显，屏幕上条纹间距逐渐变宽，但亮度逐渐减弱；
(2)因为发生了衍射，故会观察到中央为亮圆，周围为彩色的圆环。
22．这是一种光的单缝衍射现象，光通过眼缝时产生衍射现象，不同色光衍射条纹间距不同，因此，可以看到一排对称的彩带，眼缝越细，衍射现象越显著，这种效应越显著。
【解析】
【分析】
【详解】
这是一种光的单缝衍射现象，光通过眼缝时产生衍射现象，不同色光衍射条纹间距不同，因此，可以看到一排对称的彩带，眼缝越细，衍射现象越显著，这种效应越显著。
23．(1)四张照片对应的两测量脚间的宽度越来越小 (2)白色
【解析】
【详解】
（1)从四张照片的单缝衍射图样可以看出，由图甲到图丁，衍射现象越来越明显，说明两测量脚间的狭缝越来越小，因此由图甲到图丁四张照片对应的两测量脚间的宽度越来越小．
(2)图丁中中央条纹的颜色为白色，因为各种色光在屏中央均为亮条纹，七色光叠加后中央条纹仍为白色
思路分析：根据明显衍射现象的条件可以进行判断
试题点评：考查学生对明显衍射条件的掌握
答案第1页，共2页
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