人教版选择性必修一第四章双缝干涉专题(含答案)
学校:___________姓名:___________班级:___________考号:___________
一、单选题(本大题共10小题,共60.0分)
1. 关于光的性质下列说法正确的是( )
A. 托马斯杨通过光的单缝衍射实验,证明了光是一种波
B. 日落时分,在岸上拍摄水面下的景物,在照相机镜头前装上偏振片可以使影像更清晰
C. 马路积水上的油膜呈现彩色图样是光的衍射现象
D. 照相机镜头表面涂上增透膜,以增强透射光的强度,是应用了光的全反射现象
2. 下列说法中正确的是( )
A. 图甲是一束复色光进入水珠后传播的示意图,其中束光在水珠中传播的速度一定小于束光在水珠中传播的速度
B. 图乙是一束单色光进入平行玻璃砖后传播的示意图,当入射角逐渐增大到某一值后不会再有光线从面射出
C. 图丙是双缝干涉示意图,若只减小屏到挡板间的距离,两相邻亮条纹间距离将减小
D. 图丁是用干涉法检测工件表面平整程度时得到的干涉图样,弯曲的干涉条纹说明被检测的平面在此处是凸起的
3. 关于甲、乙、丙、丁四个实验,以下说法正确的是( )
A. 四个实验产生的条纹均为干涉条纹
B. 丙实验中,产生的条纹间距越大,该光的频率越大
C. 甲、乙两实验产生的条纹均为等距条纹
D. 丁实验中,产生的明暗条纹为光的衍射条纹
4. 激光散斑测速是一种新的测速技术,它应用了光的干涉原理.利用二次曝光照相所获得的“散斑对”相当于双缝干涉实验中的双缝,已知“散斑对”的间距与待测物体的速度、二次曝光时间间隔之间满足关系式,其中为常数.实验中可测得二次曝光时间间隔和“散斑对”到屏的距离及相邻两条亮纹间距若所用激光波长为,则该实验确定物体运动速度的表达式是( )
A. B. C. D.
5. 如图所示为双缝干涉实验装置的示意图,为单缝,、为双缝,为光屏。用单色光从左侧照射单缝时,可在光屏上观察到干涉条纹。下列说法正确的是( )
A. 减小双缝间的距离,干涉条纹间的距离减小
B. 增大双缝到屏的距离,干涉条纹间的距离增大
C.
若换作波长更长的单色光照射,干涉条纹间的距离减小
D. 若换作白光照射,光屏上不出现条纹
6. 如图所示,用频率为的单色光激光垂直照射双缝,在光屏的点出现第条暗条纹,已知光速为,则到双缝、的距离之差应为( )
A.
B.
C.
D.
7. 为单反照相机取景器中五棱镜的一个截面示意图,.由、两种单色光组成的细光束从空气垂直于射入棱镜,经两次反射后光线垂直于射出,且在、边只有光射出,光路如图中所示.则、两束光( )
A. 在真空中,光的传播速度比光的大
B. 在棱镜内,光的传播速度比光的小
C. 以相同的入射角从空气斜射入水中,光的折射角较小
D. 分别通过同一双缝干涉装置,光的相邻亮条纹间距小
8. 用下图甲所示的装置可以证明光具有波动性,在处放置一个单缝或一个双缝后可以在光屏上得到不同的图样,下列判断正确的是
A. 放置单缝,得到的是的图样 B. 放置单缝,得到的是的图样
C. 无论放置单缝还是双缝,得到的都是的图样 D. 无论放置单缝还是双缝,得到的都是的图样
9. 如图是甲、乙两种单色光分别通过同一双缝干涉装置得到的干涉图样,对此实验分析正确的是( )
A. 甲光衍射本领更强 B. 在水中乙光的传播速度大
C. 光由玻璃射向空气时,乙光更易发生全反射 D. 减小实验中的双缝间距,目镜中的条纹数会增加
10. 如图所示,图为单缝,图为双缝,用某单色光分别照射竖直放置的单缝和双缝,在缝后较远的位置竖直放置的光屏上可以观察到明暗相间的条纹图中阴影表示明条纹如图中的和所示,则下列关于缝和条纹间关系的说法中正确的是( )
A. 图表示单缝衍射条纹,图表示双缝干射条纹
B. 单缝越宽,越容易观察到对应的明暗条纹
C. 双缝间距离越短,对应条纹间距越小
D. 在相同的条件下,蓝光的干涉条纹间距小于红光的干涉条纹间距
二、填空题(本大题共2小题,共26.0分)
11. 如图甲所示,让一束红色的激光通过双缝,在光屏上观察到的图样应该是图_________选填“乙”或“丙”;该实验说明了光具有_________选填“波粒二象性”“波动性”或“粒子性”。
12. 某同学设计了一个“测量金属细丝的直径”的实验:把一根待测金属细丝夹在两块平板玻璃之间,使空气层形成劈尖如图所示。如用单色光垂直照射,就得到等厚干涉条纹。某次测量结果为:单色光的波长,金属丝与劈尖顶点间的距离,条明纹间的距离为已知两束单色光的光程差等于半波长的偶数倍时,干涉条纹为明条纹。则:相邻两条明纹的间距 ,金属丝直径的计算式 ,该金属丝的直径为 。结果保留四位有效数字
三、计算题(本大题共1小题,共14.0分)
13. 电脑、手机屏幕会发出短波蓝光,这种蓝光对视网膜的危害程度极大。某同学利用薄膜干涉的原理设计“增反膜”眼镜来减小短波蓝光对眼睛的伤害,制作时需要测量短波蓝光的波长。他利用双缝干涉进行波长的测量,实验中使用的双缝间距,双缝到屏的距离,测得屏上干涉条纹中亮条纹间距。求:
被测短波蓝光的波长;
若选用薄膜材料的折射率为,要消除该短波蓝光,则制作“增反膜”眼镜时“增反膜”的最小厚度。
答案和解析
1.【答案】
【解析】
【分析】
本题考查光的全反射、干涉现象以及衍射现象的应用,注意认识生活中常见的几种光现象是解答的关键。
【解答】
A、托马斯杨的双缝干涉实验证明了光具有波动的特性,故A错误;
B、拍摄水面下的景物,在照相机镜头前装上偏振滤光片可以过滤水面反射的偏振光,使水面下的景物的影像更清晰,故B正确;
C、油膜上呈现彩色条纹,由内外薄膜光的相互叠加而产生,这是光的干涉,故C错误;
D、照相机镜头表面涂上增透膜,以增强透射光的强度,是利用了光的干涉现象,故D错误。
2.【答案】
【解析】
【分析】
本题要知道薄膜干涉形成的条纹是膜的上下表面的发射光干涉产生的,以及知道薄膜干涉是一种等厚干涉,同时要掌握双缝干涉相邻两亮条纹的间距与双缝间距离及光的波长的关系式。
根据折射率和光的传播速度之间的关系,可知,折射率越大,传播速度越小,根据图中的光线关系,判断折射率的大小,从而知道传播速度的大小;
入射角逐渐增大折射角逐渐增大,由于折射角小于入射角,不论入射角如何增大,玻璃砖中的光线不会消失,故肯定有光线从面射出;
根据双缝干涉相邻两亮条纹的间距与双缝间距离及光的波长的关系式,判断相邻亮条纹间距离的变化;
图丁由于不知道被测样表的放置方向,故不能判断此处是凸起的。
【解答】
A.根据折射率和光的传播速度之间的关系,可知,折射率越大,传播速度越小,从图中可以看出,光线在水中偏折得厉害,即的折射率大于的折射率,则在水中的传播速度大于的传播速度。故A错误。
B.当入射角逐渐增大折射角逐渐增大,由于折射角小于入射角,不论入射角如何增大,玻璃砖中的光线不会消失,故肯定有光线从面射出,故B错误。
C.根据双缝干涉相邻两亮条纹的间距与双缝间距离及光的波长的关系式,可知只减小屏到挡板间距离,两相邻亮条纹间距离将减小,故C正确。
D.由于不知道被测样板的放置方向,故不能判断此处是凸起的,故D错误。
故选C。
3.【答案】
【解析】
【分析】
本题是干涉和衍射条纹的常见情况的判断,不难。
甲和乙为薄膜干涉条纹,丙为双缝干涉条纹,丁为单缝衍射条纹;根据条纹情况及单色光双缝干涉条纹间距公式进行分析求解。
【解答】
A.甲和乙为薄膜干涉条纹,丙为双缝干涉条纹,丁为单缝衍射条纹,故A错误;
B.根据单色光双缝干涉条纹间距公式,产生的条纹间距越大,该光的波长越长,频率越小,故B错误;
C.甲图产生的条纹均为等距条纹,乙图为产生的条纹均为不等距条纹,故 C错误;
D. 丁实验中,产生的明暗条纹为光的单缝衍射条纹,故 D正确。
4.【答案】
【解析】
【分析】由波的干涉中条纹的间距公式可得出物体运动速度大小.
【解答】在波的干涉中,干涉条纹的间距,又,可得,故C选项正确.
5.【答案】
【解析】解:、根据双缝干涉条纹的间距公式知,减小双缝间的距离,即变小,则干涉条纹间距增大,而且中央亮条纹仍然是中央亮条纹,故A错误;
B、根据双缝干涉条纹的间距公式知,增大双缝到屏的距离,即增大,干涉条纹间距增大,故B正确;
C、根据双缝干涉条纹的间距公式知,换作波长更长的单色光照射,干涉条纹间距离变大,故C错误;
D、若换作白光照射,由于包含各种波长的光,光屏上将出现彩色条纹,故D错误。
故选:。
根据双缝干涉条纹的间距公式判断干涉条纹间距的变化,从而即可求解。
解决本题的关键掌握双缝干涉条纹的间距公式,知道条纹间的间距与什么因素有关。
6.【答案】
【解析】双缝到光屏上点的距离之差是半波长的奇数倍,会出现暗条纹,,而,
故第三条暗条纹距离之差为。故D正确。
故选D。
7.【答案】
【解析】
【分析】
所有色光在真空中的传播速度相同.由图看出光线在界面上,相同的入射角的光发生了折射,光发生了全反射,说明光比光折射率大,由分析光在棱镜中速度大小.由折射率越大,频率越大,波长越短,分析波长的大小,即可判断干涉条纹间距的大小.
本题考查了光的折射和干涉现象.关键要根据光路图正确判断出折射率的大小,再根据其他量与折射率的关系进行分析.
【解答】
A、所有光在真空中有相同的速度,故A错误;
B、由图知:光线在界面上,相同的入射角的光发生了折射,光发生了全反射,说明光比光折射率大,由公式,知同种介质中光速度大,故B错误;
C、由折射率大小,可知以相同的入射角从空气斜射入水中,光的折射角较小,故C正确;
D、折射率小的光的波长大,通过同一双缝干涉装置,光的相邻亮条纹间距大,故D错误.
故选:.
8.【答案】
【解析】
【分析】
根据干涉条纹与衍射条纹的区别: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。
考查干涉与衍射条纹的应用,掌握两者的区别与联系,理解干涉的条件,与明显的衍射的条件。
【解答】
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,向两边渐渐减小,
因此对应单缝,对应双缝,故A正确,BCD错误。
故选A。
9.【答案】
【解析】
【分析】
根据干涉图像判断波长关系;知道折射率关系,结合玻璃砖的光学特性进行分析,由分析临界角的大小,分析光从棱镜射入空气中能否发生全反射。
解决本题掌握光学的基本知识:双缝干涉相邻条纹间距公式、折射定律、临界角公式、全反射的条件。
【解答】
由于乙波的条纹宽度越宽,所以乙光的波长越长,则同一介质对乙的折射率小,对甲光的折射率大;
A.波长越长越容易发生明显衍射,所以乙光衍射本领更强,故A错误;
B.由于同一介质对乙的折射率小,对甲光的折射率大,则由可知在水中乙光的传播速度大,故B正确;
C.由分析可知,甲光的临界角较小,因此光由玻璃射向空气时,甲光更易发生全反射,故C错误;
D.双缝干涉相邻条纹间距公式,减小实验中的双缝间距,则变大,目镜中的条纹数会减少,故D错误。
10.【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,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。
本题考查光波的干涉与衍射的区别与联系,理解明显衍射现象的条件,掌握干涉条纹的间距公式,应牢记条纹间距的决定因素,不要求定量计算,但要求定性分析。
【解答】
A.根据单缝衍射条纹间距不等,而双缝干涉条纹间距相等,则有图表示双缝干涉条纹,图表示单缝衍射条纹,故A错误;
B.根据明显的衍射现象条件可知,当单缝越窄时,越容易观察到对应的明暗条纹,故B错误;
C.在波的干涉中,干涉条纹的间距,由公式可得,条纹间距与波长、缝屏之间的距离成正比,与双缝间的距离成反比,故双缝间距离越短,对应条纹间距越大,故C错误;
D.蓝光的波长比红光短,根据干涉条纹的间距,可知,蓝光的干涉条纹间距小于红光的干涉条纹间距,故D正确。
11.【答案】乙;波动性。
【解析】
【分析】
本题通过双缝干涉实验说明了光具有波动性。这种题型考查的是基础知识,难度不大。双缝干涉,得到是均匀间距的条纹,该实验说明了光具有波动性。
【解答】
让一束红色的激光通过双缝,会发生干涉,得到均匀间距的条纹,所以在光屏上观察到的图样应该是图乙;该实验说明了光具有波动性。
故答案为:乙;波动性。
12.【答案】;;
【解析】
【分析】
由条明纹间的距离可求出相邻两条明纹之间的距离;因为两束单色光的光程差等于半波长的偶数倍时,干涉条纹为明条纹可求出金属丝直径的计算式,代入数据解出金属丝直径。
掌握实验的原理是求解的关键。
【解答】
因为条明纹间的距离为,所以相邻两条明纹的间距;
两束单色光的光程差等于半波长的偶数倍时,干涉条纹为明条纹可得,所以金属丝直径的计算式,
代入数据得该金属丝的直径为。
13.【答案】解:根据,
代入数据解得:;
当光程差等于光在薄膜中的波长的整数倍,即,则出现明条纹,因此膜的厚度至少是短波蓝光在膜中波长的一半,短波蓝光在膜中的波长是,
故膜的厚度至少是。
【解析】本题以短波蓝光的防护,“增反膜”为背景,考查了光的干涉及其应用。考查理解能力、体现科学思维、科学态度与责任的学科素养,突出对基础性、应用性的考查要求。
“增反膜”,顾名思义,其原理就是增加光的反射,即利用两个反射光的光程差等于波长的整数倍,反射光加强,从而出现亮条纹。
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