5.1光的干涉 同步练习（Word版含解析）

鲁科版 （2019）选择性必修一 5.1 光的干涉 同步练习
一、单选题
1．以下说法正确的是（　　）
A．单摆的周期公式是由伽利略研究并确定的
B．根据多普勒效应可知：当观察者与波源相互靠近时，接收到频率会变小
C．托马斯·杨利用光的双缝干涉实验，有力的证明了光是一种波
D．物体做受迫振动达到稳定后，物体振动的频率等于物体的固有频率
2．用a、b两种不同的单色光，先后用同一装置做双缝干涉实验，得到两种干涉条纹，其中a光的干涉条纹间距大于b光的条纹间距，则（　　）
A．a光的频率大于b光的频率
B．对同种玻璃a光的折射率大于b光的折射率
C．在同种玻璃中，a光的传播速度等于b光的速度
D．从玻璃射向空气发生全反射时，a光的临界角大于b光的临界角
3．在杨氏干涉实验中，从两个狭缝到达屏上的某点的光走过的路程相等，该点即为中央亮条纹的位置（即k＝0对应的那条亮条纹），双缝屏上有上下两狭缝，设想在双缝屏后用一块极薄的透明玻璃片遮盖下方的缝，则屏上中央亮条纹的位置将（　　）
A．向上移动
B．向下移动
C．不动
D．可能向上移动，也可能向下移动
4．用白炽灯通过双缝干涉实验装置得到彩色干涉条纹，若在光源与单缝之间加上红色滤光片后（　　）
A．干涉条纹消失 B．中央条纹变成红色
C．中央条纹变成暗条纹 D．彩色条纹中的红色条纹消失
5．长度测量是光学干涉测量最常见的应用之一。如要测量某样品的长度，较为精确的方法之一是通过对干涉产生的条纹进行计数；若遇到非整数干涉条纹情形，则可以通过减小相干光的波长来获得更窄的干涉条纹，直到得到满意的测量精度为止。为了测量细金属丝的直径，把金属丝夹在两块平板玻璃之间，使空气层形成尖劈，金属丝与劈尖平行，如图所示。如用单色光垂直照射，就得到等厚干涉条纹，测出干涉条纹间的距离，就可以算出金属丝的直径。某次测量结果为：单色光的波长λ=589.3nm，金属丝与劈尖顶点间的距离L=28.880mm，其中30条亮条纹间的距离为4.295mm，则金属丝的直径为（　　）
A．4.25×10-2mm B．5.75×10-2mm C．6.50×10-2mm D．7.20×10-2mm
6．两块标准平面玻璃板形成一个劈形空间，内部为空气时，用单色光垂直照射玻璃板上表面，产生等间距的明暗相间的干涉条纹。若在劈形空间内充满水，则相邻的条纹间距将（　　）
A．变小 B．变大 C．不变 D．无法确定
7．劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图甲所示，将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃上，在一端夹入塑料薄片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜。当光垂直入射到劈形薄膜后，从上往下看到的干涉条纹如图乙所示，干涉条纹有如下特点：
（1）任意一条亮条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；
（2）任意相邻亮条纹和暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定。
现若将图甲的装置放入水中，则当光垂直入射到劈形薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹（　　）
A．变疏 B．变密 C．间距不变 D．消失
8．关于杨氏实验，下列说法中错误的是（　　）
A．单色光通过小孔后射向两个靠得很近的狭缝可作为振动情况总是相同的波源
B．两波源发出的光波在波谷与波谷叠加的地方，光相互抵消或者削弱，屏上出现暗条纹
C．两个波源发出的光波在波峰与波峰叠加的地方，光相互加强，屏上出现亮条纹
D．两波源发出的光波在波峰与波谷叠加的地方，光相互抵消或削弱，屏上出现暗条纹
9．某同学用如图所示的装置进行“双缝干涉测量光的波长”实验，安装红色滤色片后，测量头观察到明暗相间的红色条纹，则下列操作可使观察到的条紋数目增加的是（　　）
A．提高小灯泡的电压，增加亮度
B．将红色滤色片换为蓝色滤色片
C．换间距更小的双缝
D．将遮光筒靠近透镜
10．劈尖干涉是一种薄膜干涉．如图所示，将一块标准平板玻璃放置在另一块待检测平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜．当一束平行光从上方入射后，从上方可以观察到如图所示的明暗相间的条纹，对此下面的说法正确的是（　　）
A．该条纹为光在标准玻璃的上表面和待检玻璃的下表面反射后叠加形式的
B．该条纹为光在标准玻璃的下表面和待检玻璃的下表面反射后叠加形式的
C．若抽掉一张纸，条纹间距会变小
D．若图中某一条纹向左弯曲时说明待测玻璃板此处有凹陷
11．1834年，洛埃利用单面镜同样得到了杨氏干涉的结果（称洛埃镜实验）。洛埃镜实验的基本装置如图所示，S为单色光源。S发出的光直接照在光屏上，同时S发出的光还通过平面镜M反射在光屏上，最终在光屏上得到明暗相间的干涉条纹。设光源S到平面镜的距离和到光屏的距离分别为a和l，光的波长为。则下列说法正确的是（　　）
A．实验中的相干光源之一是通过平面镜反射的光
B．实验中，单色光的波长越短，干涉条纹越宽
C．光源到平面镜距离a越大，干涉条纹越宽
D．只改变光源到光屏的距离l，不能改变干涉条纹的宽度
12．如图是、两种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，下列说法中不正确的是（　　）
A．同种均匀介质对光的折射率比光的大
B．在同种均匀液体材料中进行传播时，光的传播速度更大
C．由、色光组成的复色光通过三棱镜时，光的偏转角度更小
D．、两种色光从同种均匀液体材料射入真空发生全反射时，光的临界角更小
13．在杨氏双缝干涉实验中，如果（　　）
A．用白光作为光源，屏上将呈现黑白相间的条纹
B．若仅将入射光由红光改为紫光，则条纹间距一定变大
C．用红光作为光源，屏上将呈现红黑相间的条纹
D．用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色条纹
14．肥皂膜的干涉条纹如图所示，水平排列的条纹间距上面宽、下面窄。下列说法正确的是（　　）
A．肥皂膜表面层分子间作用力表现为斥力
B．条纹是肥皂膜前后表面反射光形成的干涉条纹
C．肥皂膜的厚度由上向下均匀增加
D．将肥皂膜外金属环左侧的把柄缓慢向上转动90°，条纹将会变为竖直排列
15．如图所示，扇形为透明柱状介质的横截面，圆心角，两束平行于角平分线的单色光a和b由面射入介质，经面折射的光线相交于M点，其中a光的折射光线恰好平行于，以下说法正确的是（　　）
A．该介质对a光的折射率小于对b光的折射率
B．a光的折射光线在面不发生全反射
C．在同一介质中，a光的传播速度大于b光的传播速度
D．用同一装置进行双缝干涉实验，a光的条纹间距大于b光的条纹间距
二、填空题
16．根据下表所给出的4种单色光线在某种介质中的折射率判断：
①将上述4种单色光混合成复色光，将一束此复色光从介质中射出，随着入射角增大，____________（填“A”“B”“C”“D”）光线在折射时最先发生全反射．
②将上述4种单色光分别利用相同的双缝干涉仪，测量其波长，在干涉仪的光屏上测得的相干条纹间距分别记为，则间距的大小关系为：_______________（从大到小排列）．
17．（1）如图所示，在杨氏双缝干涉实验中，激光的波长为7.30×m,屏上P点距双缝和的路程差为7.30×m.则在这里出现的应是_______（选填“明条纹”或“暗条纹”）．现改用波长为6.30×m的激光进行上述实验，保持其他条件不变，则屏上的条纹间距将___________ （选填“变宽”、“变窄”、或“不变”）．
（2）如图所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔A、B和C.假想有一列车沿AC方向以接近光速的速度行驶，当铁塔B发出一个闪光，列车上的观测者测得A、C两铁塔被照亮的顺序是___________(　填“A先”、“C先”或“同时”　)．列车上观察者测得AB塔的距离比地面观察者测得AB塔的距离_________ 填“大”或“小”或“相等”）
18．若已知双缝间距，再测出_______和_______，就可以求得光波的波长
三、解答题
19．杨氏双缝干涉实验中，双缝的一条缝前放一块绿色滤光片，另一条缝前放一块黄色滤光片，还能看到干涉现象吗？为什么？
20．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B，B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t1时最亮，然后亮度逐渐减弱至最暗；当温度升高到t2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t1升高到t2时，A的高度升高多少。
21．相对机械波的干涉实验而言，光的干涉实验的难度更大，英国物理学家托马斯·杨成功地在实验室里做出了双缝干涉实验，该实验的主要困难是什么？托马斯·杨用什么办法巧妙地解决了这个难题？
22．在做双缝干涉实验时，用波长λ1＝0.60μm的光和另一波长未知的光一起照射到两个间距未知的狭缝上，结果发现已知波长的光在光屏上的中央亮条纹两侧的第4条亮条纹都和未知波长的光在光屏上的中央亮条纹两侧的第5条亮条纹重合，则未知波长的光的波长是多少？
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．C
【详解】
A．伽利略最早发现了摆的等时性原理，后来惠更斯得出了单摆的周期公式，故A错误；
B．根据多普勒效应可知：当观察者与波源相互靠近时，接收到频率会变大，故B错误；
C．托马斯·杨利用光的双缝干涉实验，有力的证明了光是一种波，故C正确；
D．物体做受迫振动达到稳定后，物体振动的频率等于驱动力的频率，故D错误。
故选C。
2．D
【详解】
双缝干涉实验，干涉条纹间距为
可知如果用a、b两种不同的单色光，先后用同一装置做双缝干涉实验，a光的干涉条纹间距大于b光的条纹间距，则a光的波长大于b光的波长，则
A．a光的频率小于b光的频率，故A错误；
B．对同种玻璃a光的折射率小于b光的折射率，故B错误；
C．在同种玻璃中，根据
可知，在同种玻璃中，a光的传播速度大于b光的速度，故C错误；
D．根据临界角公式
可知，从玻璃射向空气发生全反射时，a光的临界角大于b光的临界角，故D正确。
故选D。
3．B
【详解】
双缝到屏上中央亮条纹O点的距离相等，当下方的狭缝用一块极薄的玻璃片遮盖住后，由于波在玻璃中传播的波长变小，因此下缝到O点的距离内的波长个数变多，所以屏上对应的到双缝波长个数相等的点下移，即屏上中央亮条纹的位置将向下移动。
故选B。
4．B
【详解】
A．加上红色滤光片后，在双缝中得到是频率相同的红光，因此能发生干涉现象，干涉条纹仍然存在，故A错误；
B．加上红色滤光片后，发生干涉的是红光，故中央条纹变成红色，故B正确；
C．在中央条纹，满足光程差为零，则是明条纹，并不会变成暗条纹，故C错误；
D．得到白光的干涉条纹后，在光源与单缝之间加上红色滤光片，通过光缝的光是红光，由于红光的频率相同，则能发生干涉，但不是彩色条纹，而是明暗相间的红色条纹，故D错误。
故选B。
5．B
【详解】
劈尖形空气层如图所示
距劈尖x处空气层厚度为y，由几何关系得
出现明条纹的空气层厚度满足
则相邻两明纹间距为
解得
故选B。
6．A
【详解】
从空气膜的上下表面分别反射的两列光是相干光，其光程差为
即光程差为空气层厚度的2倍，当光程差
时此处表现为亮条纹，故相邻亮条纹之间的空气层的厚度差为 ，相邻亮条纹之间的距离
同理加入水后
由于
在劈形空间内充满水，则相邻的条纹间距将变小。
故选A。
7．B
【详解】
空气中的光速为、波长为、条纹间距为，水中的光速为、波长为、条纹间距为，两玻璃表面之间的夹角为，根据光的干涉原理可知
光进入水中之后光速变小，根据可知
光在水中波长变短，则条纹间距之间的关系为
放入水中后，条纹间距变密，B正确。
故选B。
8．B
【详解】
在杨氏实验中，两个狭缝的光源来自同一光源，频率、相位和振动方向均相同，具备干涉条件，所以通过两个狭缝的光在屏上叠加，波峰和波峰叠加的地方，波谷和波谷叠加的地方，光相互加强，屏上出现亮条纹，波峰和波谷叠加的地方，光相互抵消或削弱，形成暗条纹，B错误，A、C、D正确。
故错误的选B。
9．B
【详解】
A．提高小灯泡的电压，增加亮度，对两条纹间的距离变化没有影响，A错误；
B．根据公式
将红色滤色片换为蓝色滤色片，波长变短，则可得两条纹间的距离变小，观察到的条紋数目增加，B正确；
C．根据公式
可知，换间距更小的双缝，两条纹间的距离变大，故观察到的条纹数目减小，C错误；
D．将遮光筒靠近透镜，对两条纹间的距离变化没有影响，D错误。
故选B。
10．D
【详解】
AB．该条纹为光在标准玻璃的下表面和待检玻璃的上表面反射后叠加形式的，选项AB错误；
C．从空气膜的上下表面分别反射的两列光是相干光，其光程差为△x=2d，即光程差为空气层厚度的2倍，当光程差△x=2d=nλ时此处表现为亮条纹，故相邻亮条纹之间的空气层的厚度差λ，显然抽掉一张纸片后空气层的倾角变小，故相邻亮条纹（或暗条纹）之间的距离变大，干涉条纹条纹变疏，故C错误。
D．薄膜干涉是等厚干涉，即明条纹处空气膜的厚度相同。若图中某一条纹向左弯曲时，检查平面左边处的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相同，知该处凹陷，选项D正确。
故选D。
11．A
【详解】
A．根据题意画出光路图
如图所示，S发出的光与通过平面镜反射光（可以等效成虚像发出的光）是同一列光分成的，满足相干光条件。所以实验中的相干光源之一是通过平面镜反射的光，故A正确；
BCD．该干涉可看成双缝干涉，设S与的距离为d，则
S到光屏的距离为l，代入双缝干涉公式
可得
可知越短，越小，条纹越窄；越大，越小，条纹越窄；改变距离l可以改变，可以改变条纹宽度；故BCD错误。
故选A。
12．B
【详解】
A．由图可知a光的相邻亮条纹间距更小，根据
可知a光的波长较小，频率较大，同种均匀介质对光的折射率比光的小，故A错误；
B．同种均匀介质对光的折射率比光的小，根据
光的传播速度更大，故B正确；
C. 同种均匀介质对光的折射率比光的小，由、色光组成的复色光通过三棱镜时，光的偏转角度更大，故C错误；
D．根据
、两种色光从同种均匀液体材料射入真空发生全反射时，光的临界角更大，故D错误。
故选B。
13．C
【详解】
A. 用白光作为光源，屏上将呈现彩色条纹，A错误；
B. 若仅将入射光由红光改为紫光，波长变短，则条纹间距一定变小，B错误；
C. 用红光作为光源，屏上将呈现红黑相间的条纹，C正确；
D. 用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，红光和紫光的频率不同，不能发生干涉，屏上不会呈现彩色条纹，D错误。
故选C。
14．B
【详解】
A．肥皂膜表面层分子间作用力表现为引力，A错误；
B．条纹是肥皂膜前后表面反射形成的两列光波叠加形成的干涉条纹，B正确；
C．肥皂膜的厚度由上向下不是均匀增加，是会变化，C错误；
D．将肥皂膜外金属环左侧的把柄缓慢向上转动90°，条纹不会跟着转动，仍在水平方向，D错误。
故选B。
15．B
【详解】
A．由图可知，a、b光以相同的入射角射入介质，而a光的折射角大于b光的折射角，所以该介质对a光的折射率大于对b光的折射率，故A错误；
B．根据几何关系可知a光在OA的入射角为60°，折射角为30°，所以该介质对a光的折射率为
a光在M点发生全反射的临界角的正弦值为
根据几何关系可知a光在M点的入射角为30°，小于全反射临界角，所以a光的折射光线在面不发生全反射，故B正确；
C．根据A项分析可知
na＞nb
再根据
可知在同一介质中，a光的传播速度小于b光的传播速度，故C错误；
D．根据A项分析可知a光频率大于b光频率，则a光波长小于b光波长，再根据
可知用同一装置进行双缝干涉实验，a光的条纹间距小于b光的条纹间距，故D错误。
故选B。
16． C
【详解】
试题分析：根据初始全反射条件光必须从光密介质射入光疏介质，当单色光在介质中的折射率越大，则发生全反射的入射临界角越小，所以C光线是最先发生全反射；在同一种介质中的折射率越大，则表示光线的频率越高，根据可知，频率高度光线其波长短，又可得
考点：考查了光的折射全反射
【名师点睛】
①产生全反射的条件是：一是光从光密介质射入光疏介质；二是入射角大于或等于临界角．根据这个条件进行分析．
②光从光疏介质射入光密介质折射时入射角大于折射角，相反，光从光密介质射入光疏介质折射时入射角小于折射角，根据折射定律分析折射角的大小．
17． 明条纹 变窄 C先 小
【详解】
（1）[1][2]．屏上P点距双缝和的路程差为
为偶数，故在P点出现明条纹；根据，知波长变短，则条纹间距变窄．
（2）[3][4]．沿AC方向以接近光速行驶，列车上的观测者测得塔高小于地面观察者测得AB塔的距离，列车上的观察者看到的是由B出发后经过A和C反射的光，由于列车在这段时间内向C运动靠近C，而远离A，所以C的反射光先到达列车上的观察者，看到C先被照亮．
【点睛】
当光屏上的点到双缝的路程差是半波长的偶数倍，出现明条纹；路程差是半波长的奇数倍，出现暗条纹．根据判断条纹间距的变化；车上的观察者看到的是由B出发后经过A和C反射的光，由于列车在这段时间内向C运动靠近C，而远离A，所以C的反射光先到达列车上的观察者，看到C先被照亮
18． 双缝到屏的距离l 条纹间距Δx
【详解】
略
19．见解析
【详解】
不能看到干涉现象，因为只有当两束频率相等的光相遇时才会发生干涉现象．当双缝的一条缝前放一块绿色滤光片，另一条缝前放一块黄色滤光片，这时就变成一束绿光和一束黄光相遇，它们的频率不等，故它们相遇时不会发生干涉现象．
20．（1）见解析；（2）
【详解】
（1）A、B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t1时，设空气薄膜厚度为d1，此时最亮说明
当温度为t2时，设空气薄膜厚度为d2，此时再一次最亮说明
解得
故温度由t1升高到t2，A的高度升高。
21．见详解
【详解】
可见光的波长很短，要得到满足相干条件的两个独立的光源是非常困难的。托马斯·杨用双缝装置即将单缝射出的光波通过双缝分为两列光波，巧妙的解决了相干光源的问题。
22．0.48μm
【详解】
设未知波长为，则
根据题意
答案第1页，共2页
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