4.5光的衍射 人教版（2019）高中物理选择性必修一同步练习（含答案解析）
文档属性
| 名称 | 4.5光的衍射 人教版（2019）高中物理选择性必修一同步练习（含答案解析） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 1.8MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-07-16 10:48:08 | ||
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文档简介
4.5光的衍射人教版（ 2019）高中物理选择性必修一同步练习
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
注意事项:
1.答卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号填写在答题卡上。
2.回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡对应题目的答案标号涂黑；如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上，写在试卷上无效。
3.考试结束后，本试卷和答题卡一并交回。
第I卷（选择题）
一、单选题（本大题共7小题，共28.0分）
如图所示，用、两种颜色的激光沿半径分别以不同的方向射入同一块半圆形玻璃砖，其折射光线由圆心点射出后重合，则( )
A. 光在该玻璃中传播的时间比光短
B. 从玻璃射向空气时，光发生全反射的临界角比光的大
C. 光的频率比光的频率高
D. 遇到同一尺寸的障碍物时，光比光更容易发生明显衍射
北京高能光源是我国首个第四代同步辐射光源，计划于年建成。同步辐射光具有光谱范围宽从远红外到光波段，波长范围约为，对应能量范围约为、光源亮度高、偏振性好等诸多特点，在基础科学研究、应用科学和工艺学等领域已得到广泛应用。速度接近光速的电子在磁场中偏转时，会沿圆弧轨道切线发出电磁辐射，这个现象最初是在同步加速器上观察到的，称为“同步辐射”。以接近光速运动的单个电子能量约为，回旋一圈辐射的总能量约为。下列说法正确的是( )
A. 同步辐射的机理与氢原子发光的机理一样
B. 用同步辐射光照射氢原子，不能使氢原子电离
C. 蛋白质分子的线度约为，不能用同步辐射光得到其衍射图样
D. 尽管向外辐射能量，但电子回旋一圈后能量不会明显减小
下列说法不正确的是( )
A. 图为检验工件平整度的装置，利用了薄膜干涉的原理
B. 图为光照射不透明小圆板得到的衍射图样
C. 图中沙漠蜃景属于光的全反射现象，其产生的原因是沙漠上层空气的折射率比下层空气的折射率大
D. 图的原理和照相机镜头表面加上增透膜的原理是不同的
如图所示，复色光由氢原子从能级跃迁至能级和从能级跃迁至能级所发出两种单色光组成，经三棱镜偏折后两单色光分开，分别记为光和光，下列说法正确的是( )
A. 光对应氢原子从能级跃迁至能级
B. 光在三棱镜中传播速度较大
C. 实验装置相同，光的双缝干涉条纹间距较大
D. 相比较而言光更容易产生明显的衍射现象
如图所示的四种明暗相间的条纹，分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样灰黑色部分表示亮纹。则在下面四个图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是( )
A. 红蓝紫黄 B. 红紫蓝黄 C. 紫黄蓝红 D. 黄紫红蓝
对于光现象及其应用，下列说法正确的是( )
A. 用偏振片制作的眼镜观看立体电影是利用了光的偏振特性
B. 医学上用激光做“光刀”切除肿瘤是利用了激光相干性好的特点
C. 在光导纤维束内传送图象是利用光的衍射现象
D. 泊松亮斑与小孔成像原理相同
已知空气中的声速为现有几种声波：周期为，频率为 ，波长为，它们传播时若遇到宽约为的障碍物，能产生显著的衍射现象的是( )
A. 和 B. 和 C. 和 D. 都可以
二、多选题（本大题共4小题，共16.0分）
如图所示，是半圆形玻璃砖过圆心的中心轴线，关于对称的两束平行单色光束、，垂直左侧平面射入玻璃砖，光路如图所示，则下列判断正确的是( )
A. 光的频率比光的频率高
B. 光在玻璃砖中的传播速度比光的大
C. 通过相同的狭缝，光比光衍射现象明显
D. 将、两单色光光源分别放在水中同一点，水面上光照亮的区域较大
以下关于图中光学知识的叙述中，正确的是( )
A. 甲图是著名的泊松亮斑图案，这是光波的衍射现象
B. 乙图中的彩虹是不同色光在水滴中折射率不同造成的
C. 丙图的照相机镜头上涂有一层增透膜，增透膜利用了光的偏振原理
D. 丁图是医学上的内窥镜，其核心部件光导纤维能传输光信号，是利用光的全反射
为玻璃三棱镜的横截面，，、两束可见单色光关于对称，从空气垂直射入棱镜侧面，在棱镜侧面、上反射和折射的情况如图所示，则下列说法正确的是( )
A. 在玻璃砖中，光束的折射率小于光束的折射率
B. 在玻璃砖中，光束的传播速度小于光束的传播速度
C. 若、两光束从玻璃砖中射向空气，则光束的临界角比光束的临界角小
D. 用同样的装置做双缝干涉实验，光束的条纹间距小
E. 用、两光束照射同一狭缝，光束衍射现象更明显
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. 乙图是薄膜干涉的应用，用来检测平面的平整程度
C. 丙图是双缝干涉原理图，若到、的路程差是半波长的偶数倍，则处是亮条纹
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
第II卷（非选择题）
三、实验题（本大题共2小题，共18.0分）
某同学利用图甲所示的装置研究光的干涉和衍射，将刀片在涂有墨汁的玻璃片上划过便可得到单缝、不同间距双缝的缝屏，光电传感器可用来测量光屏上光强的分布。
某次实验时，在电脑屏幕上得到图乙所示的两种光、的光强分布，这位同学在缝屏上安装的是______选填“单缝”或“双缝”。由该图像两条曲线的特征可知______填选项。
A.以相同角度斜射到同一玻璃板透过平行表面后，光侧移量小
B.若两光均由氢原子能级跃迁产生，产生光的能级能量差小
C.以相同的入射角从水中射入空气，在空气中只能看到一种光时，一定是光
D.分别照射在同一金属板，若光能引起光电效应，光也一定能
当做干涉现象研究时，选用间距较大的双缝相比于间距较小的双缝，在光屏上可观察到______的条纹个数选填“更多”、“更少”或“一样多”
如下图所示：某同学对实验装置进行调节并观察实验现象：
图甲、图乙是光的条纹形状示意图，其中干涉图样是_________填或．
下述现象中能够观察到的是：( )
A.将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹间距变宽
B.将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽
C.换一个两缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变窄
D.去掉滤光片后，干涉现象消失
已知双缝之间距离为，测的双缝到屏的距离为，相邻条纹中心间距为，由计算公式_________，可求得波长。如果测得第一条亮条纹中心与第六条亮条纹中心间距是，求得这种色光的波长为__________。已知双缝间距，双缝到屏的距离，计算结果保留一位小数。
四、计算题（本大题共1小题，共10.0分）
一位近视眼朋友不戴眼镜时，能看清的物体都在距眼睛以内．他发现，如果在眼前靠近眼睛处放一个有小圆孔的卡片，通过小圆孔不戴眼镜看远处的物体时也能看得清晰些。
若小圆孔直径为，试根据几何光学原理求出当近视眼直视远处的一个点物时，眼的视网膜上产生的光斑的直径．
再考虑小圆孔的衍射效应，求小圆孔直径最恰当的大小．
提示
人眼是一个结构比较复杂的光学系统，在本题中，可将人眼简化成一个焦距可调的薄透镜和一个可成像的视网膜，透镜的边缘为瞳孔，两侧介质均为空气，视网膜与透镜的距离为
小圆孔的存在对透镜成像的影响介绍如下：在几何光学中，从远处物点射向透镜的、平行于光轴的平行光束将会聚于透镜的焦点上，这就是像．如果在透镜前放一直径为的小圆孔，则将发生光的衍射，在焦点处像屏上将出现如图所示的衍射图样，其中央是一个明亮的圆斑，圆斑外周是一组亮度逐渐减弱的亮暗相间的同心圆环，由于这些圆环亮度比中央圆斑弱得多，观察时可以不予考虑．中央圆斑的半径对薄透镜中心的张角，的大小与有关．理论计算得到
答案和解析
1.【答案】
【解析】
【分析】
本题考查了折射率、全反射、光的频率、波长及衍射这些知识点；
根据光线的偏折程度分析折射率的大小，从而判断光的频率大小；由，分析临界角的大小；光在介质中的光速为，判断光速的大小，分析光穿过玻璃砖所需时间的长短；根据波长的大小，判断谁更容易发生明显衍射。
【解答】
A.由折射定律与折射率可知，由于光是从玻璃射向空气，所以折射率应该是折射角的正弦与入射角的正弦相比，从图中可以看出光入射角小于光，所以，玻璃对两种颜色的光的折射率，又，，得：，可知，；两种颜色的光在玻璃中的传播距离相同，根据，可得：，故A错误；
B.根据，可知，光发生全反射的临界角比光的小，故B错误；
C.根据折射规律，折射率大的光，频率高，所以，光的频率比光的频率高，故C正确；
D.根据以上分析光的频率比光的频率高 ，那么，，由发生明显衍射的条件可以判断光比光更容易发生明显衍射，故D错误；
故选C。
2.【答案】
【解析】解：、速度接近光速的电子在磁场中偏转时，会沿圆弧轨道切线发出电磁辐射，这是“同步辐射”。处于激发态的原子是不稳定的，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出光子，这是原子发光的机理，二者发光的机理不同，故A错误；
B、使基态的氢原子电离需要的能量是，单个电子回旋一圈辐射的总能量约为，所以用同步辐射光照射氢原子，能使氢原子电离，故B错误；
C、同步辐射光具有光谱范围宽从远红外到光波段，波长范围约为，蛋白质分子的线度约为，可以用同步辐射光得到其衍射图样，故C错误；
D、回旋一圈辐射的总能量约为，占单个电子能量的十万分之一，所以电子回旋一圈后能量不会明显减小，故D正确。
故选：。
根据题中叙述分析“同步辐射”的原理，再结合能级跃迁分析选项；
使基态的氢原子电离需要的能量是，由此分析选项；
比较光的波长与蛋白质分子的线度分析选项；
回旋一圈辐射的总能量约为，占单个电子能量的十万分之一，由此分析选项。
本题主要是考查“同步辐射”和“能级跃迁”的区别，关键是知道二者产生的机理不同，知道光子能量的计算公式。
3.【答案】
【解析】
【分析】
图中利用了薄膜干涉的原理；泊松亮斑是光的衍射现象；沙漠蜃景属于光的全反射现象；肥皂泡在阳光下呈现彩色和照相机镜头表面加上增透膜都是光的干涉现象。
本题考查了光学部分的内容，理解常见的光现象及原理是关键。
【解答】
A.图中利用了薄膜干涉的原理，同一明条纹处空气膜的厚度相同，由弯曲的条纹可知，处被检查平面左边的空气膜厚度与其右边的空气膜厚度相同，知处凹陷，而处被检查平面右边的空气膜厚度与其左边的空气膜厚度相同，知处凸起，故A正确；
B.图为光线照射不透明小圆板得到的衍射图样，泊松亮斑，故B正确；
C.沙漠上层空气的折射率比下层空气的折射率大，从远处物体射向地面的光先折射后发生全反射形成沙漠蜃景，故C正确；
D.肥皂泡在阳光下呈现彩色是光的干涉现象，照相机镜头表面加上增透膜是利用薄膜干涉，它们的原理相同，故D错误。
本题选不正确的，故选D。
4.【答案】
【解析】A.从图中可知光偏折较大，所以光的折射率较大，频率较大，光子能量较高，所以光对应氢原子从能级跃迁至能级，故A错误；
B.由，知光在三棱镜中传播速度较小，故B错误；
C.由，知光的波长较小，再由，知光双缝干涉条纹间距较小，故C错误；
D.由光波长较大，所以光更容易产生明显的衍射现象，故D正确。
故选D。
由图知两种光的折射率大小关系，即可知频率、能量关系，再由判断光在三棱镜的传播速度大小关系，进而根据双缝干涉及衍射相关知识即可求解．
5.【答案】
【解析】
【分析】
根据双缝干涉条纹间距可判定哪个图样是双缝干涉，条纹间距与它们的波长又有什么关系；根据单缝衍射条纹是中间亮条纹明亮且宽大，越向两侧宽度越小，而波长越大，中央亮条纹越粗进行判断。
掌握单缝衍射和双缝干涉的图样的特点和图样与波长的关系是解决此题的唯一途径，故要加强对基础知识的记忆。
【解答】
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，故从左边第一个与第三个是双缝干涉现象，根据双缝干涉条纹间距可知波长越大，越大，故左边第一个是红光，第三个是蓝光。
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，故最右端为黄光单缝衍射图样。
故从左向右依次是红光双缝干涉、紫光单缝衍射、蓝光双缝干涉和黄光单缝衍射。
故选：。
6.【答案】
【解析】解：、立体电影在放映时，两台放映机发出的光是相互垂直的偏振光，在观看立体电影时观众必须带上特殊的眼镜才能获得最佳观赏效果，这种眼镜是利用了光的偏振原理，故A正确；
B、医学上用激光做“光刀”来进行手术，主要是利用了激光的亮度高，能量强的特点，故B错误；
C、在光导纤维束内传送图象是利用了光的全反射原理，故C错误；
D、泊松亮斑是用光照射很小的不透明圆板时后面出现一亮点，属于光的衍射现象，而小孔成像，属于光的直线传播，两者原理不相同，故D错误。
故选：。
立体电影是利用了光的偏振现象；医学上用激光做“光刀”来进行手术，主要是利用了激光的亮度高的特点；光导纤维是利用光的全反射；泊松亮斑是光的衍射现象，而小孔成像是光的直线传播．
本题以选择题形式考查了全反射、偏振、干涉、衍射等现象，注意激光的特点及用途．
7.【答案】
【解析】解：由公式，得周期为的声波的波长为：
由公式得频率为的声波的波长为：
发生明显衍射的条件是孔径、障碍物尺寸小于波长或者与波长相差不大，故能产生显著的衍射现象，不能产生显著的衍射现象；
波长为的声波，波长与宽度为的障碍物相差不大，故能产生显著的衍射现象；
因此能产生显著的衍射现象的是和，故C正确，、、D错误；
故选：。
衍射是指波遇到障碍物或小孔后通过散射继续传播的现象．衍射现象是波的特有现象，一切波都会发生衍射现象．发生明显衍射的条件是孔径、障碍物尺寸小于波长或者与波长相差不大．根据波速公式求出两列波的波长，即可比较．
考查发生显著衍射现象的条件，衍射任何情况下都能发生，只有明显与不明显的区别，发生明显衍射的条件是孔径、障碍物尺寸小于波长或者与波长相差不大．
8.【答案】
【解析】
【分析】
本题主要考查光的全反射、光的衍射等。根据题意可知光全反射的临界角小，由折射率与临界角的关系可知玻璃砖对两束单色光的折射率的关系，可知两束光的频率的关系；根据公式可知两束光在玻璃砖中的传播速度的大小关系；光的波长越长，光的衍射现象越明显；根据两束光的全反射临界角分析将、两单色光光源分别放在水中同一点，在水面上照亮的区域的大小关系。
【解答】
A.由题图可知，光发生了全反射，说明光全反射的临界角小，由可知，玻璃砖对光的折射率大，光的频率高，故A错误；
B.由可知，光在玻璃砖中的传播速度比光的大，故B正确；
C.光的波长长，因此通过相同的狭缝，光比光衍射现象明显，故C正确；
D.光发生全反射的临界角大，由几何关系可知，将、两单色光光源分别放在水中同一点，水面上光照亮的区域较大，故D正确。
9.【答案】
【解析】
【分析】
泊松亮斑是光的衍射现象，彩虹是应用光的折射，光导纤维束是利用光的全反射原理，增透膜利用了光的干涉原理，从而即可求解。
本题考查了光的衍射、光的干涉、光的折射等，掌握光的这些现象是解题的关键。
【解答】
A.甲图是著名的泊松亮斑图案，光偏离原来直线方向传播，这是光波的衍射现象，故A正确；
B.乙图中的彩虹是不同色光在水滴中折射率不同造成的，从而导致偏折程度不同，进而出现色散现象，故B正确；
C.增透膜是利用光的干涉，将反射光相互减弱，从而增强透射，故C错误；
D.光导纤维束内传送图象，是利用光的全反射原理，故D正确。
故选ABD。
10.【答案】
【解析】
【分析】光路图看出，光束在面上发生了全反射，而光束在面上没有发生全反射，而入射角相同，则知光的临界角小于光的临界角，由分析折射率的大小，由判断光在玻璃中速度的大小，从而分析出光束在玻璃砖中传播时间的关系；再根据干涉条纹间距公式判断条纹宽度，结合衍射条件和规律分析。
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，进一步分析光速、波长的大小及干涉条纹间距和能观察明显衍射现象条件。
【解答】、两光束在侧面、上的入射角相同，但是光发生全反射，说明光的临界角小于光的临界角，根据知，光的折射率小，故A、C正确；
B.根据知，光的折射率小，则光束在棱镜中的传播速度大，故B错误；
D.光的折射率小，波长长，根据双缝干涉实验，相邻两个亮条纹或暗条纹的间距公式知，光的双缝干涉条纹间距大，故D错误；
E.光的波长长，则容易发生衍射现象，用、两光束照射同一狭缝时；光衍射现象要明显，故E正确．
故答案选ACE。
11.【答案】
【解析】由衍射现象、薄膜干涉、双缝干涉的实验现象得解。
本题主要考查期光的波动性的实验现象的理解与应用，熟悉各实验及现象是解题的关键，难度不大。
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”，故A错误；
B.乙图是薄膜干涉的应用，用来检测平面的平整程度。若干涉条纹是直的则表明平面平整，故B正确；
C.丙图是双缝干涉原理图，若到、的路程差是光的半波长的偶数倍，则是亮条纹，若到、的路程差是光的半波长的奇数倍，则是暗条纹，故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，故D错误。
12.【答案】单缝；；更多
【解析】
解：根据图乙分析可知有中央亮条纹，符合单缝衍射的情况，由图可知光的波长大，则频率小，能量小，
A、同一介质的折射率小，所以以相同角度斜射到同一玻璃板透过平行表面后，光侧移量小，故A错误；
B、若两光均由氢原子能级跃迁产生，产生光的能级能量差小，故B错误；
C、根据，可知的临界角大，以相同的入射角从水中射入空气，在空气中只能看到一种光时，一定是光，故C错误；
D、根据光电效应方程可知，由于光能量大，所以分别照射在同一金属板，若光能引起光电效应，光也一定能，故D正确．
故选：。
根据，当较大时，越小所以条纹个数更多；
故答案为：单缝；；更多
【分析】单缝衍射条纹的特点是：中间亮、两边暗，中间宽，两边窄；由图可知光的波长大，则频率小，能量小，从而分析判断；
根据双缝干涉条纹的间距公式判断。
解决本题的关键知道衍射条纹和双缝干涉条纹的区别，以及掌握双缝干涉条纹的间距公式，并能灵活运用。
13.【答案】；； ，
【解析】
【分析】
双缝干涉条纹特点是等间距、等宽度、等亮度；
根据双缝干涉条纹的间距公式判断干涉条纹的间距变化；
根据，求得相邻亮纹的间距；根据双缝干涉条纹的间距公式推导波长的表达式，并求出波长的大小。
本题关键是明确实验原理，体会实验步骤，最好亲手做实验；解决本题的关键掌握双缝干涉条纹的间距公式；解决本题的关键掌握双缝干涉的条纹间距公式，明确相邻亮纹的间距与亮纹中心间距的关系。
【解答】
双缝干涉条纹特点是等间距、等宽度、等亮度；衍射条纹特点是中间宽两边窄、中间亮、两边暗，且不等间距；根据此特点知甲图是干涉条纹，故选A；
根据双缝干涉条纹的间距公式知，将滤光片由蓝色的换成红色的，频率减小，波长变长，则干涉条纹间距变宽，故A正确；
B.根据双缝干涉条纹的间距公式，将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距不变，故B错误；
C.根据双缝干涉条纹的间距公式，换一个两缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变窄，故C正确；
D.去掉滤光片后，通过单缝与双缝的光成为白色光，白色光通过双缝后，仍然能发生干涉现象．故D错误．
故选AC；
已知第条亮纹中心到第条亮纹中心间距，可得
由得：
代入得：
故答案为；； ，
14.【答案】解：如图是近视眼观察能看清的最远的物时的成像光路图，对近视眼通过眼睛调节，能看清的物到眼睛的最大距离为，位于光轴上的物点，将成像在视网膜上，离眼睛无限远，位于光轴上的物点，只能成像在焦点，在视网膜上是一个光班，这光班就是物点在视网膜上的模糊的“像”，如果在眼前靠近眼睛处放一个有小圆孔的卡片，小孔使视网膜上的光斑变小，如图所示光斑越小，即模糊像点越小，眼睛感觉到的像越清晰。因此，在靠近眼睛处放一个小于瞳孔的小圆孔会使模糊像斑比由瞳孔决定的模糊像斑小，能看得清晰些。
下面计算视网膜上光斑的直径由图，根据透镜公式
可求得此时的焦距为
当眼睛处于图状态观察远物时，从光轴上一物点射来的平行光，经过直径为
的小孔后将会聚于焦点，在网膜上出现直径为的光斑，如图所示．
由几何关系结合上式，可得光斑的直径
由上式可知，从几何光学的角度考虑，越小，越小；
现在考虑衍射问题，入射的平行光束经小孔后在透镜后的网膜上产生行时圆斑，设其直径为，则根据题给公式的近似。可得
由上式可知，越小，越大。将使“像点”变得更为模糊，所以不能用太小的圆孔。最恰当的圆孔直径的大小应使视网膜几何光学模糊光斑和衍射光斑一样大，即
此时“像”最为清晰。设此时小孔的直径为。则有
则
将代入可得
．
【解析】本题考查透镜成像和小孔成像及光的衍射问题。
依据题目提示，作出成像原理图，由几何关系结合透镜公式求解；
依据题目提示 结合几何关系求解。
第2页，共2页
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学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
注意事项:
1.答卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号填写在答题卡上。
2.回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡对应题目的答案标号涂黑；如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上，写在试卷上无效。
3.考试结束后，本试卷和答题卡一并交回。
第I卷（选择题）
一、单选题（本大题共7小题，共28.0分）
如图所示，用、两种颜色的激光沿半径分别以不同的方向射入同一块半圆形玻璃砖，其折射光线由圆心点射出后重合，则( )
A. 光在该玻璃中传播的时间比光短
B. 从玻璃射向空气时，光发生全反射的临界角比光的大
C. 光的频率比光的频率高
D. 遇到同一尺寸的障碍物时，光比光更容易发生明显衍射
北京高能光源是我国首个第四代同步辐射光源，计划于年建成。同步辐射光具有光谱范围宽从远红外到光波段，波长范围约为，对应能量范围约为、光源亮度高、偏振性好等诸多特点，在基础科学研究、应用科学和工艺学等领域已得到广泛应用。速度接近光速的电子在磁场中偏转时，会沿圆弧轨道切线发出电磁辐射，这个现象最初是在同步加速器上观察到的，称为“同步辐射”。以接近光速运动的单个电子能量约为，回旋一圈辐射的总能量约为。下列说法正确的是( )
A. 同步辐射的机理与氢原子发光的机理一样
B. 用同步辐射光照射氢原子，不能使氢原子电离
C. 蛋白质分子的线度约为，不能用同步辐射光得到其衍射图样
D. 尽管向外辐射能量，但电子回旋一圈后能量不会明显减小
下列说法不正确的是( )
A. 图为检验工件平整度的装置，利用了薄膜干涉的原理
B. 图为光照射不透明小圆板得到的衍射图样
C. 图中沙漠蜃景属于光的全反射现象，其产生的原因是沙漠上层空气的折射率比下层空气的折射率大
D. 图的原理和照相机镜头表面加上增透膜的原理是不同的
如图所示，复色光由氢原子从能级跃迁至能级和从能级跃迁至能级所发出两种单色光组成，经三棱镜偏折后两单色光分开，分别记为光和光，下列说法正确的是( )
A. 光对应氢原子从能级跃迁至能级
B. 光在三棱镜中传播速度较大
C. 实验装置相同，光的双缝干涉条纹间距较大
D. 相比较而言光更容易产生明显的衍射现象
如图所示的四种明暗相间的条纹，分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样灰黑色部分表示亮纹。则在下面四个图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是( )
A. 红蓝紫黄 B. 红紫蓝黄 C. 紫黄蓝红 D. 黄紫红蓝
对于光现象及其应用，下列说法正确的是( )
A. 用偏振片制作的眼镜观看立体电影是利用了光的偏振特性
B. 医学上用激光做“光刀”切除肿瘤是利用了激光相干性好的特点
C. 在光导纤维束内传送图象是利用光的衍射现象
D. 泊松亮斑与小孔成像原理相同
已知空气中的声速为现有几种声波：周期为，频率为 ，波长为，它们传播时若遇到宽约为的障碍物，能产生显著的衍射现象的是( )
A. 和 B. 和 C. 和 D. 都可以
二、多选题（本大题共4小题，共16.0分）
如图所示，是半圆形玻璃砖过圆心的中心轴线，关于对称的两束平行单色光束、，垂直左侧平面射入玻璃砖，光路如图所示，则下列判断正确的是( )
A. 光的频率比光的频率高
B. 光在玻璃砖中的传播速度比光的大
C. 通过相同的狭缝，光比光衍射现象明显
D. 将、两单色光光源分别放在水中同一点，水面上光照亮的区域较大
以下关于图中光学知识的叙述中，正确的是( )
A. 甲图是著名的泊松亮斑图案，这是光波的衍射现象
B. 乙图中的彩虹是不同色光在水滴中折射率不同造成的
C. 丙图的照相机镜头上涂有一层增透膜，增透膜利用了光的偏振原理
D. 丁图是医学上的内窥镜，其核心部件光导纤维能传输光信号，是利用光的全反射
为玻璃三棱镜的横截面，，、两束可见单色光关于对称，从空气垂直射入棱镜侧面，在棱镜侧面、上反射和折射的情况如图所示，则下列说法正确的是( )
A. 在玻璃砖中，光束的折射率小于光束的折射率
B. 在玻璃砖中，光束的传播速度小于光束的传播速度
C. 若、两光束从玻璃砖中射向空气，则光束的临界角比光束的临界角小
D. 用同样的装置做双缝干涉实验，光束的条纹间距小
E. 用、两光束照射同一狭缝，光束衍射现象更明显
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. 乙图是薄膜干涉的应用，用来检测平面的平整程度
C. 丙图是双缝干涉原理图，若到、的路程差是半波长的偶数倍，则处是亮条纹
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
第II卷（非选择题）
三、实验题（本大题共2小题，共18.0分）
某同学利用图甲所示的装置研究光的干涉和衍射，将刀片在涂有墨汁的玻璃片上划过便可得到单缝、不同间距双缝的缝屏，光电传感器可用来测量光屏上光强的分布。
某次实验时，在电脑屏幕上得到图乙所示的两种光、的光强分布，这位同学在缝屏上安装的是______选填“单缝”或“双缝”。由该图像两条曲线的特征可知______填选项。
A.以相同角度斜射到同一玻璃板透过平行表面后，光侧移量小
B.若两光均由氢原子能级跃迁产生，产生光的能级能量差小
C.以相同的入射角从水中射入空气，在空气中只能看到一种光时，一定是光
D.分别照射在同一金属板，若光能引起光电效应，光也一定能
当做干涉现象研究时，选用间距较大的双缝相比于间距较小的双缝，在光屏上可观察到______的条纹个数选填“更多”、“更少”或“一样多”
如下图所示：某同学对实验装置进行调节并观察实验现象：
图甲、图乙是光的条纹形状示意图，其中干涉图样是_________填或．
下述现象中能够观察到的是：( )
A.将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹间距变宽
B.将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽
C.换一个两缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变窄
D.去掉滤光片后，干涉现象消失
已知双缝之间距离为，测的双缝到屏的距离为，相邻条纹中心间距为，由计算公式_________，可求得波长。如果测得第一条亮条纹中心与第六条亮条纹中心间距是，求得这种色光的波长为__________。已知双缝间距，双缝到屏的距离，计算结果保留一位小数。
四、计算题（本大题共1小题，共10.0分）
一位近视眼朋友不戴眼镜时，能看清的物体都在距眼睛以内．他发现，如果在眼前靠近眼睛处放一个有小圆孔的卡片，通过小圆孔不戴眼镜看远处的物体时也能看得清晰些。
若小圆孔直径为，试根据几何光学原理求出当近视眼直视远处的一个点物时，眼的视网膜上产生的光斑的直径．
再考虑小圆孔的衍射效应，求小圆孔直径最恰当的大小．
提示
人眼是一个结构比较复杂的光学系统，在本题中，可将人眼简化成一个焦距可调的薄透镜和一个可成像的视网膜，透镜的边缘为瞳孔，两侧介质均为空气，视网膜与透镜的距离为
小圆孔的存在对透镜成像的影响介绍如下：在几何光学中，从远处物点射向透镜的、平行于光轴的平行光束将会聚于透镜的焦点上，这就是像．如果在透镜前放一直径为的小圆孔，则将发生光的衍射，在焦点处像屏上将出现如图所示的衍射图样，其中央是一个明亮的圆斑，圆斑外周是一组亮度逐渐减弱的亮暗相间的同心圆环，由于这些圆环亮度比中央圆斑弱得多，观察时可以不予考虑．中央圆斑的半径对薄透镜中心的张角，的大小与有关．理论计算得到
答案和解析
1.【答案】
【解析】
【分析】
本题考查了折射率、全反射、光的频率、波长及衍射这些知识点；
根据光线的偏折程度分析折射率的大小，从而判断光的频率大小；由，分析临界角的大小；光在介质中的光速为，判断光速的大小，分析光穿过玻璃砖所需时间的长短；根据波长的大小，判断谁更容易发生明显衍射。
【解答】
A.由折射定律与折射率可知，由于光是从玻璃射向空气，所以折射率应该是折射角的正弦与入射角的正弦相比，从图中可以看出光入射角小于光，所以，玻璃对两种颜色的光的折射率，又，，得：，可知，；两种颜色的光在玻璃中的传播距离相同，根据，可得：，故A错误；
B.根据，可知，光发生全反射的临界角比光的小，故B错误；
C.根据折射规律，折射率大的光，频率高，所以，光的频率比光的频率高，故C正确；
D.根据以上分析光的频率比光的频率高 ，那么，，由发生明显衍射的条件可以判断光比光更容易发生明显衍射，故D错误；
故选C。
2.【答案】
【解析】解：、速度接近光速的电子在磁场中偏转时，会沿圆弧轨道切线发出电磁辐射，这是“同步辐射”。处于激发态的原子是不稳定的，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出光子，这是原子发光的机理，二者发光的机理不同，故A错误；
B、使基态的氢原子电离需要的能量是，单个电子回旋一圈辐射的总能量约为，所以用同步辐射光照射氢原子，能使氢原子电离，故B错误；
C、同步辐射光具有光谱范围宽从远红外到光波段，波长范围约为，蛋白质分子的线度约为，可以用同步辐射光得到其衍射图样，故C错误；
D、回旋一圈辐射的总能量约为，占单个电子能量的十万分之一，所以电子回旋一圈后能量不会明显减小，故D正确。
故选：。
根据题中叙述分析“同步辐射”的原理，再结合能级跃迁分析选项；
使基态的氢原子电离需要的能量是，由此分析选项；
比较光的波长与蛋白质分子的线度分析选项；
回旋一圈辐射的总能量约为，占单个电子能量的十万分之一，由此分析选项。
本题主要是考查“同步辐射”和“能级跃迁”的区别，关键是知道二者产生的机理不同，知道光子能量的计算公式。
3.【答案】
【解析】
【分析】
图中利用了薄膜干涉的原理；泊松亮斑是光的衍射现象；沙漠蜃景属于光的全反射现象；肥皂泡在阳光下呈现彩色和照相机镜头表面加上增透膜都是光的干涉现象。
本题考查了光学部分的内容，理解常见的光现象及原理是关键。
【解答】
A.图中利用了薄膜干涉的原理，同一明条纹处空气膜的厚度相同，由弯曲的条纹可知，处被检查平面左边的空气膜厚度与其右边的空气膜厚度相同，知处凹陷，而处被检查平面右边的空气膜厚度与其左边的空气膜厚度相同，知处凸起，故A正确；
B.图为光线照射不透明小圆板得到的衍射图样，泊松亮斑，故B正确；
C.沙漠上层空气的折射率比下层空气的折射率大，从远处物体射向地面的光先折射后发生全反射形成沙漠蜃景，故C正确；
D.肥皂泡在阳光下呈现彩色是光的干涉现象，照相机镜头表面加上增透膜是利用薄膜干涉，它们的原理相同，故D错误。
本题选不正确的，故选D。
4.【答案】
【解析】A.从图中可知光偏折较大，所以光的折射率较大，频率较大，光子能量较高，所以光对应氢原子从能级跃迁至能级，故A错误；
B.由，知光在三棱镜中传播速度较小，故B错误；
C.由，知光的波长较小，再由，知光双缝干涉条纹间距较小，故C错误；
D.由光波长较大，所以光更容易产生明显的衍射现象，故D正确。
故选D。
由图知两种光的折射率大小关系，即可知频率、能量关系，再由判断光在三棱镜的传播速度大小关系，进而根据双缝干涉及衍射相关知识即可求解．
5.【答案】
【解析】
【分析】
根据双缝干涉条纹间距可判定哪个图样是双缝干涉，条纹间距与它们的波长又有什么关系；根据单缝衍射条纹是中间亮条纹明亮且宽大，越向两侧宽度越小，而波长越大，中央亮条纹越粗进行判断。
掌握单缝衍射和双缝干涉的图样的特点和图样与波长的关系是解决此题的唯一途径，故要加强对基础知识的记忆。
【解答】
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，故从左边第一个与第三个是双缝干涉现象，根据双缝干涉条纹间距可知波长越大，越大，故左边第一个是红光，第三个是蓝光。
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，故最右端为黄光单缝衍射图样。
故从左向右依次是红光双缝干涉、紫光单缝衍射、蓝光双缝干涉和黄光单缝衍射。
故选：。
6.【答案】
【解析】解：、立体电影在放映时，两台放映机发出的光是相互垂直的偏振光，在观看立体电影时观众必须带上特殊的眼镜才能获得最佳观赏效果，这种眼镜是利用了光的偏振原理，故A正确；
B、医学上用激光做“光刀”来进行手术，主要是利用了激光的亮度高，能量强的特点，故B错误；
C、在光导纤维束内传送图象是利用了光的全反射原理，故C错误；
D、泊松亮斑是用光照射很小的不透明圆板时后面出现一亮点，属于光的衍射现象，而小孔成像，属于光的直线传播，两者原理不相同，故D错误。
故选：。
立体电影是利用了光的偏振现象；医学上用激光做“光刀”来进行手术，主要是利用了激光的亮度高的特点；光导纤维是利用光的全反射；泊松亮斑是光的衍射现象，而小孔成像是光的直线传播．
本题以选择题形式考查了全反射、偏振、干涉、衍射等现象，注意激光的特点及用途．
7.【答案】
【解析】解：由公式，得周期为的声波的波长为：
由公式得频率为的声波的波长为：
发生明显衍射的条件是孔径、障碍物尺寸小于波长或者与波长相差不大，故能产生显著的衍射现象，不能产生显著的衍射现象；
波长为的声波，波长与宽度为的障碍物相差不大，故能产生显著的衍射现象；
因此能产生显著的衍射现象的是和，故C正确，、、D错误；
故选：。
衍射是指波遇到障碍物或小孔后通过散射继续传播的现象．衍射现象是波的特有现象，一切波都会发生衍射现象．发生明显衍射的条件是孔径、障碍物尺寸小于波长或者与波长相差不大．根据波速公式求出两列波的波长，即可比较．
考查发生显著衍射现象的条件，衍射任何情况下都能发生，只有明显与不明显的区别，发生明显衍射的条件是孔径、障碍物尺寸小于波长或者与波长相差不大．
8.【答案】
【解析】
【分析】
本题主要考查光的全反射、光的衍射等。根据题意可知光全反射的临界角小，由折射率与临界角的关系可知玻璃砖对两束单色光的折射率的关系，可知两束光的频率的关系；根据公式可知两束光在玻璃砖中的传播速度的大小关系；光的波长越长，光的衍射现象越明显；根据两束光的全反射临界角分析将、两单色光光源分别放在水中同一点，在水面上照亮的区域的大小关系。
【解答】
A.由题图可知，光发生了全反射，说明光全反射的临界角小，由可知，玻璃砖对光的折射率大，光的频率高，故A错误；
B.由可知，光在玻璃砖中的传播速度比光的大，故B正确；
C.光的波长长，因此通过相同的狭缝，光比光衍射现象明显，故C正确；
D.光发生全反射的临界角大，由几何关系可知，将、两单色光光源分别放在水中同一点，水面上光照亮的区域较大，故D正确。
9.【答案】
【解析】
【分析】
泊松亮斑是光的衍射现象，彩虹是应用光的折射，光导纤维束是利用光的全反射原理，增透膜利用了光的干涉原理，从而即可求解。
本题考查了光的衍射、光的干涉、光的折射等，掌握光的这些现象是解题的关键。
【解答】
A.甲图是著名的泊松亮斑图案，光偏离原来直线方向传播，这是光波的衍射现象，故A正确；
B.乙图中的彩虹是不同色光在水滴中折射率不同造成的，从而导致偏折程度不同，进而出现色散现象，故B正确；
C.增透膜是利用光的干涉，将反射光相互减弱，从而增强透射，故C错误；
D.光导纤维束内传送图象，是利用光的全反射原理，故D正确。
故选ABD。
10.【答案】
【解析】
【分析】光路图看出，光束在面上发生了全反射，而光束在面上没有发生全反射，而入射角相同，则知光的临界角小于光的临界角，由分析折射率的大小，由判断光在玻璃中速度的大小，从而分析出光束在玻璃砖中传播时间的关系；再根据干涉条纹间距公式判断条纹宽度，结合衍射条件和规律分析。
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，进一步分析光速、波长的大小及干涉条纹间距和能观察明显衍射现象条件。
【解答】、两光束在侧面、上的入射角相同，但是光发生全反射，说明光的临界角小于光的临界角，根据知，光的折射率小，故A、C正确；
B.根据知，光的折射率小，则光束在棱镜中的传播速度大，故B错误；
D.光的折射率小，波长长，根据双缝干涉实验，相邻两个亮条纹或暗条纹的间距公式知，光的双缝干涉条纹间距大，故D错误；
E.光的波长长，则容易发生衍射现象，用、两光束照射同一狭缝时；光衍射现象要明显，故E正确．
故答案选ACE。
11.【答案】
【解析】由衍射现象、薄膜干涉、双缝干涉的实验现象得解。
本题主要考查期光的波动性的实验现象的理解与应用，熟悉各实验及现象是解题的关键，难度不大。
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”，故A错误；
B.乙图是薄膜干涉的应用，用来检测平面的平整程度。若干涉条纹是直的则表明平面平整，故B正确；
C.丙图是双缝干涉原理图，若到、的路程差是光的半波长的偶数倍，则是亮条纹，若到、的路程差是光的半波长的奇数倍，则是暗条纹，故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，故D错误。
12.【答案】单缝；；更多
【解析】
解：根据图乙分析可知有中央亮条纹，符合单缝衍射的情况，由图可知光的波长大，则频率小，能量小，
A、同一介质的折射率小，所以以相同角度斜射到同一玻璃板透过平行表面后，光侧移量小，故A错误；
B、若两光均由氢原子能级跃迁产生，产生光的能级能量差小，故B错误；
C、根据，可知的临界角大，以相同的入射角从水中射入空气，在空气中只能看到一种光时，一定是光，故C错误；
D、根据光电效应方程可知，由于光能量大，所以分别照射在同一金属板，若光能引起光电效应，光也一定能，故D正确．
故选：。
根据，当较大时，越小所以条纹个数更多；
故答案为：单缝；；更多
【分析】单缝衍射条纹的特点是：中间亮、两边暗，中间宽，两边窄；由图可知光的波长大，则频率小，能量小，从而分析判断；
根据双缝干涉条纹的间距公式判断。
解决本题的关键知道衍射条纹和双缝干涉条纹的区别，以及掌握双缝干涉条纹的间距公式，并能灵活运用。
13.【答案】；； ，
【解析】
【分析】
双缝干涉条纹特点是等间距、等宽度、等亮度；
根据双缝干涉条纹的间距公式判断干涉条纹的间距变化；
根据，求得相邻亮纹的间距；根据双缝干涉条纹的间距公式推导波长的表达式，并求出波长的大小。
本题关键是明确实验原理，体会实验步骤，最好亲手做实验；解决本题的关键掌握双缝干涉条纹的间距公式；解决本题的关键掌握双缝干涉的条纹间距公式，明确相邻亮纹的间距与亮纹中心间距的关系。
【解答】
双缝干涉条纹特点是等间距、等宽度、等亮度；衍射条纹特点是中间宽两边窄、中间亮、两边暗，且不等间距；根据此特点知甲图是干涉条纹，故选A；
根据双缝干涉条纹的间距公式知，将滤光片由蓝色的换成红色的，频率减小，波长变长，则干涉条纹间距变宽，故A正确；
B.根据双缝干涉条纹的间距公式，将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距不变，故B错误；
C.根据双缝干涉条纹的间距公式，换一个两缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变窄，故C正确；
D.去掉滤光片后，通过单缝与双缝的光成为白色光，白色光通过双缝后，仍然能发生干涉现象．故D错误．
故选AC；
已知第条亮纹中心到第条亮纹中心间距，可得
由得：
代入得：
故答案为；； ，
14.【答案】解：如图是近视眼观察能看清的最远的物时的成像光路图，对近视眼通过眼睛调节，能看清的物到眼睛的最大距离为，位于光轴上的物点，将成像在视网膜上，离眼睛无限远，位于光轴上的物点，只能成像在焦点，在视网膜上是一个光班，这光班就是物点在视网膜上的模糊的“像”，如果在眼前靠近眼睛处放一个有小圆孔的卡片，小孔使视网膜上的光斑变小，如图所示光斑越小，即模糊像点越小，眼睛感觉到的像越清晰。因此，在靠近眼睛处放一个小于瞳孔的小圆孔会使模糊像斑比由瞳孔决定的模糊像斑小，能看得清晰些。
下面计算视网膜上光斑的直径由图，根据透镜公式
可求得此时的焦距为
当眼睛处于图状态观察远物时，从光轴上一物点射来的平行光，经过直径为
的小孔后将会聚于焦点，在网膜上出现直径为的光斑，如图所示．
由几何关系结合上式，可得光斑的直径
由上式可知，从几何光学的角度考虑，越小，越小；
现在考虑衍射问题，入射的平行光束经小孔后在透镜后的网膜上产生行时圆斑，设其直径为，则根据题给公式的近似。可得
由上式可知，越小，越大。将使“像点”变得更为模糊，所以不能用太小的圆孔。最恰当的圆孔直径的大小应使视网膜几何光学模糊光斑和衍射光斑一样大，即
此时“像”最为清晰。设此时小孔的直径为。则有
则
将代入可得
．
【解析】本题考查透镜成像和小孔成像及光的衍射问题。
依据题目提示，作出成像原理图，由几何关系结合透镜公式求解；
依据题目提示 结合几何关系求解。
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