4.5光的衍射 同步练习（Word版含解析）

人教版（2019）选择性必修一 4.5 光的衍射 同步练习
一、单选题
1．某研究性学习小组用激光束照射圆孔和不透明圆板后，分别得到如图所示的衍射图样，据此可以判断出（　　）
A．a、b图都是光线射到圆孔后的衍射图样，a图中孔的直径较大
B．a、b图都是光线射到圆板后的衍射图样，b图中板的直径较大
C．a图是光线射到圆孔后的衍射图样，b图是光线射到圆板后的衍射图样
D．b图是光线射到圆孔后的衍射图样，a图是光线射到圆板后的行射图样
2．如图所示是a、b两单色光分别经过同一双缝干涉装置后在屏上形成的干涉图样，则（　　）
A．在同种均匀介质中，a光的传播速度比b光的大
B．在真空中a、b两单色光传播速度相同
C．从真空射入同种介质发生全反射时，a光全反射临界角小
D．在相同的条件下，a光比b光更容易产生明显的衍射现象
3．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
4．一单色光源发出的光经一狭缝照射到光屏上，可观察到的图象是（　　）
A． B．
C． D．
5．下列说法正确的是（　　）
A．汽车灯光夜间照着自行车“尾灯”，就变得十分明亮，是利用了光的折射
B．当波源与观察者相互远离时，波源的频率会减小
C．只有狭缝宽度与波长相差不多或比波长小的情况下，才发生衍射现象
D．用透明的标准样板和单色光检查工件平面的平整度，利用了光的干涉
6．小明同学分别用红光和绿光借助光传感器（不改变单缝与双缝）做“双缝干涉实验”和“单缝衍射实验”，得到四幅图。其中是用红光做的单缝衍射的图像是（ ）
A． B．
C． D．
7．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
8．用下图甲所示的装置可以证明光具有波动性，在M处放置一个单缝或一个双缝后可以在光屏N上得到不同的图样，下列判断正确的是（　　）
A．放置单缝，得到的是a的图样
B．放置单缝，得到的是b的图样
C．无论放置单缝还是双缝，得到的都是a的图样
D．无论放置单缝还是双缝，得到的都是b的图样
9．抽制高强度纤维细丝可用激光监控其粗细，如图所示，激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板的同样宽度的窄缝规律相同。观察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，下列叙述中正确的是（　　）
A．这里应用的是光的直线传播现象
B．这里应用的是光的干涉现象
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
10．霓是大气中有时和虹一起出现的一种光的现象，也叫“副虹”。它的形成原理与彩虹大致相同，太阳光在水珠中的反射比彩虹多了一次，是经过水珠的两次折射和两次反射形成的，其成因的简化示意图如图所示，其中a、b是两种不同频率的单色光，则a、b两光相比较（　　）
A．b光的频率更高
B．在同一介质中，a光的传播速度更快
C．分别照射同一狭缝，a光通过狭缝时的衍射现象更明显
D．从水中射入空气时，b光发生全反射的临界角更大
11．用单色激光照射间距不同的双缝和宽度不等的单缝时，得到下图所示的图样。以下判断正确的是（　　）
A．只有甲是双缝干涉图样 B．形成丙衍射图样的单缝比丁的更窄
C．只有乙、丙是单缝衍射图样 D．乙是图示中最明显的衍射现象图样
12．如图所示，甲、乙、丙、丁四个图是单色光形成的干涉或衍射图样，根据各图样的特点可知（　　）
A．甲图是光的衍射图样 B．乙图是光的干涉图样
C．丙图是光射到圆孔后的干涉图样 D．丁图是光射到圆板后的衍射图样
二、填空题
13．衍射光栅
（1）构成：由许多_______的狭缝_______地排列起来形成的光学元件
（2）增加狭缝的个数，衍射条纹的宽度变_______，亮度_______
（3）种类：_______和_______
14．如图所示，将激光笔发出的激光水平射向凹透镜中心，经过凹透镜扩束后，变粗的激光正射到悬挂在针尖下方的小钢珠上，用光屏在小钢珠后方接收图像，屏上出现的图样如右图，这是光的____图样，该实验说明光具有____．
15．如图，当用激光照射直径小于激光束的不透明圆盘时，在圆盘后屏上的阴影中心出现了一个亮斑．这是光的________ (填“干涉”“衍射”或“直线传播”)现象，这一实验支持了光的________ (填“波动说”“微粒说”或“光子说”)
16．在一个小电灯和光屏之间，放一个带圆孔的遮光板，在圆孔直径从1 cm左右逐渐变小直到闭合的整个过程中，在屏上依次可看到_____、_____、_____、_____几种现象。（选择下列现象，将序号填入空中）
①完全黑暗 ②小孔成像 ③衍射光环 ④圆形亮斑
17．（1）阳光下茂密的树荫中地面上的圆形亮斑是光的衍射形成的。( )
（2）无线电波不能发生干涉和衍射现象。( )
三、解答题
18．查阅资料，简述菲涅耳圆孔衍射。
19．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？
20．如图所示是某质点做简谐运动的振动图象．根据图象中的信息，回答下列问题：
(1)质点离开平衡位置的最大距离有多大？
(2)质点在10 s末和20 s末的位移是多少？
(3)质点在15 s和25 s末向什么方向运动？
(4)质点在前30 s内的运动路程是多少？
21．在观察光的衍射现象的实验中，保持缝到光屏的距离不变，增加缝宽，屏上衍射条纹间距将如何变化 该现象表明，光沿直线传播只是一种近似规律。在什么情况下光才可视为直线传播
22．两人分别站在一堵墙的两侧，彼此看不见却能相互对话，这是为什么
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．C
【详解】
用激光束照射圆孔和不透明圆板后，圆孔形成明暗相间的、不等亮、不等间距的圆环，不透明圆板背后阴影中心有一个亮斑，则知a是光线射到圆孔后的衍射图样，b是光线射到圆板后的衍射图样，故C正确，ABD错误。
故选C。
2．B
【详解】
A．如图可知，b光经过同一双缝干涉装置后在屏上形成的干涉图样相邻条纹间距比a光的条纹间距大，根据，证明，由波速、波长和周期的公式
可知，所以，由光在介质中的传播速度
可知，故A错误；
B．在真空中a、b两单色光传播速度都为光速，故B正确；
C．发生全反射的临界条件为光从光密介质进入光疏介质，从真空射入同种介质不会发生全反射，故C错误；
D．在相同的条件下，由于 所以b光比a光更容易产生明显的衍射现象，故D错误。
故选B。
3．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。
4．A
【详解】
单缝衍射时，中央亮条纹最宽最亮，两边依次变窄，变暗，这是单缝衍射条纹特征。
故选A。
5．D
【详解】
A．自行车“尾灯”为全反射棱镜，利用光的全反射现象，故A错误；
B．当波源与观察者相互远离时，根据多普勒效应，可知观察者接收到的频率减小，但是波源的频率不变，故B错误；
C．只有狭缝宽度与波长相差不多或比波长小的情况下，才发生明显衍射现象，故C错误；
D．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D正确。
故选D。
6．A
【详解】
单缝衍射条纹一定不等间距，即中央宽、两边窄的明暗相间的条纹。
故选A。
7．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。
8．A
【详解】
在M处放置单缝，得到的是单缝衍射图样：中间宽，两边窄的明暗相间的条纹，如图a；若在M处放置双缝，得到的是双缝干涉图样：等间距的明暗相间的条纹，如图b。
故选A。
9．D
【详解】
当障碍物的尺寸与波的波长相当，或小于波的波长，会发生明显的衍射，该装置的原理是运用光的衍射现象，如果屏上条纹变宽，则金属丝变细；故D正确ABC错误。
故选D。
10．D
【详解】
A．由光路图可知，在第一次折射时，a、b两光的入射角相同，可b光的折射角明显大于a光折射角，由折射率公式，b光折射率小，频率也小，A错误；
B．在相同介质中传播时，由可知，因nbC．分别照射同一狭缝，由产生明显衍射现象的条件可知，a、b光相比，波长越长衍射现象越明显，因为b光的频率小，波长大，所以b光的衍射现象更明显，C错误；
D．从水中射入空气，满足从光密介质射入光疏介质的条件，会产生全反射，由临界角公式可知，因nb故选D。
11．B
【详解】
AD．单缝衍射条纹中间宽、两边窄，呈现不等间距．双缝干涉条纹等宽、等间距，则甲、乙两图是干涉条纹，丙、丁是衍射条纹。故AD错误；
BC．丙、丁两图是衍射条纹，而随着缝间距越小，衍射条纹越大，则形成丙衍射图样的单缝比丁的更窄。故B正确，C错误。
故选B。
12．D
【详解】
A．甲图中条纹间距相等，是光的双缝干涉图样，故A错误；
B．乙图中中间亮条纹最宽，向外条纹变窄，间距变小，是光的单缝衍射图样，故B错误；
C．丙图为圆孔衍射图样，故C错误；
D．丁图是光射到圆板后的衍射图样（光照射在小圆盘上却出现中间亮斑），故D正确。
故选D。
13． 等宽 等距离 窄 增加 透射光栅 反射光栅
【详解】
略
14． 衍射 波动性
【详解】
[1][2]由题意可知，变粗的激光正射到悬挂在针尖下方的小钢珠上，用光屏在小钢珠后方接收图象，屏上出现的图样：中心有亮点，说明光线已偏离原来的直线方向传播，说明发生了光的衍射现象，光的衍射现象说明光具有波动性．
【名师点睛】
光偏离原来的直线方向，继续向前传播，这是光的衍射现象，光的衍射现象说明光具有波动性．
15． 衍射 波动说
【详解】
光绕过障碍物偏离直线传播路径而进入阴影区里的现象叫做光的衍射，这是典型的圆孔衍射．光的衍射和光的干涉一样证明了光具有波动性．
16． ④ ② ③ ①
【详解】
在圆孔较大时，光沿直线传播，在屏上得到一个光亮的圆，缩小圆孔，亮圆也随之缩小；然后在屏上得到小灯泡的倒立的像，这种现象叫小孔成像，光仍然是沿直线传播；圆孔缩小到一定程度时，发生衍射现象，在屏上就得到一些明暗相间的圆环，圆孔进一步缩小直到闭合，光环数增多、面积扩大，光环亮度减弱直到完全黑暗。所以依次是：④圆形亮斑、②小孔成像、③衍射光环、①完全黑暗。
17． 错误 错误
【详解】
（1）[1]阳光下茂密树荫中地面上的圆形亮斑是小孔成像，是光的直线传播形成的，该说法错误。
（2）[2]干涉和衍射是波特有的现象，即无线电波也能发生干涉和衍射现象，该说法错误。
18．见解析
【详解】
光源发出的光束照向一小圆孔时，只要小孔的直径小到可以与光的波长相比拟时，光束通过小孔就能产生圆孔衍射图样，光屏上出现一圈一圈明暗相间的同心圆环。波长越长、圆孔越小，衍射现象越明显，衍射范围越大；圆孔越小，透光强度变小，中央亮斑和亮纹的亮度变弱；圆孔衍射进一步证明了光是一种波。
19．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
20．(1)20 cm　(2)20 cm　0　(3)负方向　负方向　(4)60 cm
x的最大值表示质点离开平衡位置的最大距离，即振幅；质点在10 s末在最大位移处，20 s末在平衡位置；15s末质点位移为正，15s后的一段时间，位移逐渐减小，故质点在15 s末向负方向运动，同理可知，25s末质点也向负方向运动；前30 s质点先是由平衡位置沿正方向运动了20cm，又返回平衡位置，最后又到达负方向20 cm处，从而得出路程．
【详解】
(1)质点离开平衡位置的最大距离等于最大位移的大小，由图看出，此距离为20cm．
(2)质点在10s末的位移x1＝20cm,20s末的位移x2＝0．
(3)15s末质点位移为正，15s后的一段时间，位移逐渐减小，故质点在15 s末向负方向运动，同理可知，25s末质点也向负方向运动．
(4)前30 s质点先是由平衡位置沿正方向运动了20cm，又返回平衡位置，最后又到达负方向20 cm处，故30s内的总路程为60cm．
【点睛】
分析振动过程中各个物理量如何变化是应具备的基本功．一般任意时刻的位移，可通过写出振动方程求解．
21．减小；光的波长比障碍物小得多
【详解】
保持缝到光屏的距离不变，增加缝宽，屏上衍射条纹间距将减小；该现象表明，光沿直线传播只是一种近似规律，只有在光的波长比障碍物小得多的情况下，光才可以看作是沿直线传播的。
22．见解析
【详解】
光的波长短，不容易发生衍射，在正常条件下，几乎沿直线传播，因此两人不能互相看到，但是声波的波长较长，和墙的高度相差不多，容易发生衍射，能绕过墙继续传播。
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