高中物理 选择性必修一 4.6光的衍射和偏振 激光（含答案）

光的衍射和偏振 激光
基础练
1．在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的亮暗相间的图样，下列四幅图片中属于光的单缝衍射图样的是(　　)
A．a、c　　　　　　　　　　 B．b、c
C．a、d D．b、d
2．红光透过双缝在墙上呈现亮、暗相间的条纹，若将其中一条缝封住，在墙上可以观察到(　　)
A．条纹形状与原来相同，但亮度减弱
B．一片红色
C．仍有条纹，但形状与原来不同
D．光源的像
3．关于激光的应用问题，下列说法正确的是(　　)
A．光纤通信是应用激光平行度非常好的特点对信号进行调制，使其在光导纤维中进行传递信息
B．计算机内“磁头”读出光盘上记录的信息是应用了激光有相干性的特点来进行的
C．医学中用激光做“光刀”来切除肿瘤是应用了激光亮度高的特点
D．“激光测距雷达”利用激光测量很远目标的距离是应用了激光亮度高的特点
4．某些特定环境下照相时，常在照相机镜头前装一偏振滤光片使景像清晰，关于其原理下列说法正确的是(　　)
A．增强透射光的强度
B．减弱所拍摄景物周围反射光的强度
C．减弱透射光的强度
D．增强所拍摄景物周围反射光的强度
5．如图所示，让太阳光或白炽灯光通过偏振片P和Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片P或Q，可以看到透射光的强度会发生变化，这是光的偏振现象，这个实验表明(　　)
A．光是电磁波 B．光是一种横波
C．光是一种纵波 D．光是概率波
6．(多选)沙尘暴是由于土地的沙化引起的一种恶劣的天气现象，发生沙尘暴时能见度只有十几米，天气变黄变暗，这是由于这种情况下(　　)
A．只有波长较短的一部分光才能到达地面
B．只有波长较长的一部分光才能到达地面
C．只有频率较大的一部分光才能到达地面
D．只有频率较小的一部分光才能到达地面
7．关于下列四幅图中所涉及物理知识的论述中，正确的是(　　)
A．甲图是光的干涉图样
B．乙图是光的衍射图样
C．丙图是利用光的折射原理
D．丁图是光导纤维利用光的全反射原理，其内芯折射率小于外套的折射率
8．当游客站在峨眉山山顶背向太阳而立，而前下方又弥漫云雾时，有时会在前下方的天幕上看到一个外红内紫的彩色光环，这就是神奇的“佛光现象”。佛光是一种奇特的自然现象，当阳光照射较厚的云层时，日光射透云层后，会受到云层深处水滴或冰晶的反射，这种反射在穿过云雾表面时，在微小的水滴边缘产生衍射现象。那么，下述现象中与“佛光现象”成因相同的是(　　)
A．雨后的彩虹
B．孔雀羽毛在阳光下色彩斑斓
C．路面上的油膜阳光下呈现彩色
D．阳光照射下，树影中呈现一个个小圆形光斑
9．分析以下现象产生的原因：
(1)通过盛水的玻璃杯，在适当的角度，可看到彩色光；
(2)菜汤上的油花呈现彩色；
(3)隔着帐幔看远处的灯，看到灯周围辐射彩色的光芒；
(4)光线照在花布上，可以看见花布上的图样。
提升练
10．(多选)如图甲，可以用来测定半圆柱形玻璃砖的折射率n，O是圆心，MN是法线。一束单色光线以入射角i＝30°由玻璃砖内部射向O点，折射角为r，当入射角增大到也为r时，恰好无光线从玻璃砖的上表面射出。让该单色光分别通过宽度不同的单缝a、b后，得到图乙所示的衍射图样(光在真空中的传播速度为c)。则下列说法正确的是(　　)
A．此光在玻璃砖中的全反射临界角为60°
B．玻璃砖的折射率n＝
C．此光在玻璃砖中的传播速度v＝c
D．单缝b宽度较大
11．(多选)做单缝衍射实验和双缝干涉实验时，用激光比普通光源效果更好，图像更清晰。如图甲所示，如果将感光元件置于光屏上，则不仅能在光屏上看到彩色条纹，还能通过感光元件中的信号转换，在电脑上看到光强的分布情况。下列说法正确的是(　　)
A．做单缝实验时，光强分布图如乙所示
B．做单缝实验时，光强分布图如丙所示
C．做双缝实验时，光强分布图如乙所示
D．做双缝实验时，光强分布图如丙所示
12.如图所示，杨氏双缝实验中，下述情况能否看到干涉条纹？并说明理由。
(1)在单色自然光源S后加一偏振片P；
(2)在(1)情况下，再加偏振片P1、P2，P1与P2透振方向垂直。
参考答案：
基础练
1．在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的亮暗相间的图样，下列四幅图片中属于光的单缝衍射图样的是(　　)
A．a、c　　　　　　　　　　 B．b、c
C．a、d D．b、d
解析：选D　a为双缝干涉，b为单色光单缝衍射，c为圆孔衍射，d为白光单缝衍射，故选D。
2．红光透过双缝在墙上呈现亮、暗相间的条纹，若将其中一条缝封住，在墙上可以观察到(　　)
A．条纹形状与原来相同，但亮度减弱
B．一片红色
C．仍有条纹，但形状与原来不同
D．光源的像
解析：选C　红光透过双缝在墙上呈现亮、暗相间的干涉条纹，若将其中的一条缝封住，则在墙上可以观察到单缝衍射条纹，干涉条纹是亮、暗相间的等间距条纹，而单缝衍射条纹是中央又宽又亮，从中央到两侧，条纹宽度减小，亮度减弱，所以两者条纹形状不同，故选C。
3．关于激光的应用问题，下列说法正确的是(　　)
A．光纤通信是应用激光平行度非常好的特点对信号进行调制，使其在光导纤维中进行传递信息
B．计算机内“磁头”读出光盘上记录的信息是应用了激光有相干性的特点来进行的
C．医学中用激光做“光刀”来切除肿瘤是应用了激光亮度高的特点
D．“激光测距雷达”利用激光测量很远目标的距离是应用了激光亮度高的特点
解析：选C　光纤通信主要利用激光的相干性，故选项A错误；计算机内的“磁头”读出光盘上的信息主要应用了激光的平行度好的特点，故选项B错误；医疗中的激光“光刀”利用了激光亮度高的特点，故选项C正确；激光测距利用激光的平行性好的特点，故选项D错误。
4．某些特定环境下照相时，常在照相机镜头前装一偏振滤光片使景像清晰，关于其原理下列说法正确的是(　　)
A．增强透射光的强度
B．减弱所拍摄景物周围反射光的强度
C．减弱透射光的强度
D．增强所拍摄景物周围反射光的强度
解析：选B　利用光的偏振现象，偏振滤光片与反射光的振动方向垂直，减弱所拍摄景物周围反射光的强度，使景物清晰，故正确选项为B。
5．如图所示，让太阳光或白炽灯光通过偏振片P和Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片P或Q，可以看到透射光的强度会发生变化，这是光的偏振现象，这个实验表明(　　)
A．光是电磁波 B．光是一种横波
C．光是一种纵波 D．光是概率波
解析：选B　光的偏振现象证明光是一种横波，故B正确。
6．(多选)沙尘暴是由于土地的沙化引起的一种恶劣的天气现象，发生沙尘暴时能见度只有十几米，天气变黄变暗，这是由于这种情况下(　　)
A．只有波长较短的一部分光才能到达地面
B．只有波长较长的一部分光才能到达地面
C．只有频率较大的一部分光才能到达地面
D．只有频率较小的一部分光才能到达地面
解析：选BD　据光发生明显衍射的条件，发生沙尘暴时，只有波长较长的一部分光线能到达地面，据λ＝知，到达地面的光是频率较小的一部分。
7．关于下列四幅图中所涉及物理知识的论述中，正确的是(　　)
A．甲图是光的干涉图样
B．乙图是光的衍射图样
C．丙图是利用光的折射原理
D．丁图是光导纤维利用光的全反射原理，其内芯折射率小于外套的折射率
解析：选C　甲图是光的衍射图样，乙图是光的干涉图样，故A、B错误；丙图是利用光的折射原理，C正确；丁图中光导纤维的内芯折射率大于外套的折射率，D错误。
8．当游客站在峨眉山山顶背向太阳而立，而前下方又弥漫云雾时，有时会在前下方的天幕上看到一个外红内紫的彩色光环，这就是神奇的“佛光现象”。佛光是一种奇特的自然现象，当阳光照射较厚的云层时，日光射透云层后，会受到云层深处水滴或冰晶的反射，这种反射在穿过云雾表面时，在微小的水滴边缘产生衍射现象。那么，下述现象中与“佛光现象”成因相同的是(　　)
A．雨后的彩虹
B．孔雀羽毛在阳光下色彩斑斓
C．路面上的油膜阳光下呈现彩色
D．阳光照射下，树影中呈现一个个小圆形光斑
解析：选B　“佛光现象”属于衍射现象，孔雀羽毛色彩斑斓也属于衍射现象，B项正确。A项属于光的折射，C项属于光的干涉，D项属于小孔成像，故A、C、D均错误。
9．分析以下现象产生的原因：
(1)通过盛水的玻璃杯，在适当的角度，可看到彩色光；
(2)菜汤上的油花呈现彩色；
(3)隔着帐幔看远处的灯，看到灯周围辐射彩色的光芒；
(4)光线照在花布上，可以看见花布上的图样。
解析：(1)白光通过盛水的玻璃杯发生折射，在适当的角度，各色光分离较大，可看到彩色光。
(2)光经过菜汤上油膜的前后两个表面发生反射，两列反射光波相互叠加，产生干涉条纹，因此菜汤上的油花呈现彩色。
(3)远处灯发出的光经过帐幔的缝隙，产生衍射，因此可看到灯周围辐射彩色的光芒。
(4)光线照在花布上看见花布的图样，是由于光的反射与吸收的结果。花布是由各种颜色的花纹组成的，当白光照在花布上时红色花纹反射红光，吸收其他颜色的光，这样我们在该位置只看到红色。同理可以看到各种花纹反射的颜色。这样可以看到花布的图样。
答案：见解析
提升练
10．(多选)如图甲，可以用来测定半圆柱形玻璃砖的折射率n，O是圆心，MN是法线。一束单色光线以入射角i＝30°由玻璃砖内部射向O点，折射角为r，当入射角增大到也为r时，恰好无光线从玻璃砖的上表面射出。让该单色光分别通过宽度不同的单缝a、b后，得到图乙所示的衍射图样(光在真空中的传播速度为c)。则下列说法正确的是(　　)
A．此光在玻璃砖中的全反射临界角为60°
B．玻璃砖的折射率n＝
C．此光在玻璃砖中的传播速度v＝c
D．单缝b宽度较大
解析：选BCD　根据折射定律有n＝，由题意知，玻璃砖的全反射临界角等于r，根据sin r＝，结合i＝30°，解得n＝，r＝45°，故A错误，B正确；光在玻璃砖中的传播速度为v＝＝c，故C正确；由题图乙知，单色光通过单缝a后衍射现象比较显著，所以单缝a宽度较小，单缝b宽度较大，故D正确。
11．(多选)做单缝衍射实验和双缝干涉实验时，用激光比普通光源效果更好，图像更清晰。如图甲所示，如果将感光元件置于光屏上，则不仅能在光屏上看到彩色条纹，还能通过感光元件中的信号转换，在电脑上看到光强的分布情况。下列说法正确的是(　　)
A．做单缝实验时，光强分布图如乙所示
B．做单缝实验时，光强分布图如丙所示
C．做双缝实验时，光强分布图如乙所示
D．做双缝实验时，光强分布图如丙所示
解析：选AD　双缝干涉条纹等间距，单缝衍射条纹是中央宽、两边窄的明暗相间的条纹。若做单缝实验时，光强分布图如乙所示，故A正确、B错误；若做双缝实验时，光强分布图如丙所示，故C错误、D正确。
12.如图所示，杨氏双缝实验中，下述情况能否看到干涉条纹？并说明理由。
(1)在单色自然光源S后加一偏振片P；
(2)在(1)情况下，再加偏振片P1、P2，P1与P2透振方向垂直。
解析：(1)到达S1、S2的光是从同一特定方向的偏振光分解出来的，它们满足相干条件，故能看到干涉条纹。
(2)由于从P1、P2射出的光透振方向相互垂直，不满足干涉条件，若P1和P2中有一个与P的透振方向垂直，则在光屏上没有其中之一的光波，两振动方向相互垂直的光不能产生干涉现象，故不能看到与双缝平行的干涉条纹。
答案：见解析