2024鲁科版高中物理选择性必修第一册同步练习--第5章 光的干涉、衍射和偏振拔高练

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2024鲁科版高中物理选择性必修第一册同步
综合拔高练
五年高考练
考点1　光的干涉和衍射现象
1.(2022浙江6月选考,4)关于双缝干涉实验,下列说法正确的是 (　　)
A.用复色光投射就看不到条纹
B.明暗相间条纹是两列光在屏上叠加的结果
C.把光屏前移或后移,不能看到明暗相间条纹
D.蓝光干涉条纹的间距比红光的大
2.(2021山东,7)用平行单色光垂直照射一层透明薄膜,观察到如图所示明暗相间的干涉条纹。下列关于该区域薄膜厚度d随坐标x的变化图像,可能正确的是 (　　)
3.(2021浙江6月选考,16)肥皂膜的干涉条纹如图所示,条纹间距上面宽、下面窄。下列说法正确的是 (　　)
A.过肥皂膜最高和最低点的截面一定不是梯形
B.肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹
C.肥皂膜从形成到破裂,条纹的宽度和间距不会发生变化
D.将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动90°,条纹也会跟着转动90°
4.(2020北京,1)以下现象不属于干涉的是 (　　)
A.白光经过杨氏双缝得到彩色图样
B.白光照射肥皂膜呈现彩色图样
C.白光经过三棱镜得到彩色图样
D.白光照射水面油膜呈现彩色图样
5.(2020山东,3)双缝干涉实验装置的截面图如图所示。光源S到S1、S2的距离相等,O点为S1、S2连线中垂线与光屏的交点。光源S发出的波长为λ的光,经S1出射后垂直穿过玻璃片传播到O点,经S2出射后直接传播到O点,由S1到O点与由S2到O点,光传播的时间差为Δt。玻璃片厚度为10λ,玻璃对该波长光的折射率为1.5,空气中光速为c,不计光在玻璃片内的反射。以下判断正确的是 (　　)
A.Δt=
C.Δt=
6.(2019北京理综,14)利用图1所示的装置(示意图),观察光的干涉、衍射现象,在光屏上得到如图2中甲和乙两种图样。下列关于P处放置的光学元件说法正确的是 (　　)
A.甲对应单缝,乙对应双缝
B.甲对应双缝,乙对应单缝
C.都是单缝,甲对应的缝宽较大
D.都是双缝,甲对应的双缝间距较大
7.[2019江苏单科,13B(2)]将两支铅笔并排放在一起,中间留一条狭缝,通过这条狭缝去看与其平行的日光灯,能观察到彩色条纹,这是由于光的　　　　(选填“折射”“干涉”或“衍射”)。当缝的宽度　　　　(选填“远大于”或“接近”)光波的波长时,这种现象十分明显。
考点2　用双缝干涉测光的波长
8.(2021湖北,5)如图所示,由波长为λ1和λ2的单色光组成的一束复色光,经半反半透镜后分成透射光和反射光,透射光经扩束器后垂直照射到双缝上并在屏上形成干涉条纹。O是两单色光中央亮条纹的中心位置,P1和P2分别是波长为λ1和λ2的光形成的距离O点最近的亮条纹中心位置。反射光入射到三棱镜一侧面上,从另一侧面M和N位置出射,则 (　　)
A.λ1<λ2,M是波长为λ1的光出射位置
B.λ1<λ2,N是波长为λ1的光出射位置
C.λ1>λ2,M是波长为λ1的光出射位置
D.λ1>λ2,N是波长为λ1的光出射位置
9.[2021浙江6月选考,17(2)]如图所示是“用双缝干涉测量光的波长”实验的装置。实验中
①观察到较模糊的干涉条纹,要使条纹变得清晰,值得尝试的是　　　　(单选)。
A.旋转测量头
B.增大单缝与双缝间的距离
C.调节拨杆使单缝与双缝平行
②要增大观察到的条纹间距,正确的做法是　　　　(单选)。
A.减小单缝与光源间的距离
B.减小单缝与双缝间的距离
C.增大透镜与单缝间的距离
D.增大双缝与测量头间的距离
10.[2019课标Ⅱ,34(2)]某同学利用图示装置测量某种单色光的波长。实验时,接通电源使光源正常发光;调整光路,使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题:
(ⅰ)若想增加从目镜中观察到的条纹个数,该同学可　　　　;
A.将单缝向双缝靠近
B.将屏向靠近双缝的方向移动
C.将屏向远离双缝的方向移动
D.使用间距更小的双缝
(ⅱ)若双缝的间距为d,屏与双缝间的距离为l,测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为Δx,则单色光的波长λ=　　　;
(ⅲ)某次测量时,选用的双缝的间距为0.300 mm,测得屏与双缝间的距离为1.20 m,第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56 mm。则所测单色光的波长为　　　nm(结果保留3位有效数字)。
三年模拟练
应用实践
1.(2023湖北武汉期中)如图所示,对下列图片中的场景解释错误的有 (　　)
　
　
A.如图甲,立体电影原理和照相机镜头表面涂上的增透膜的原理一样
B.如图乙,肥皂膜上的彩色条纹是薄膜干涉现象
C.图丙中筷子“折断”的现象说明光线在不同介质的交界处发生了折射
D.图丁是光线通过一个不透光的小圆盘得到的干涉图样
2.(2021山东济南期末)利用光在空气薄膜的干涉可以测量待测圆柱形金属丝与标准圆柱形金属丝的直径差(约为微米量级),实验装置如图甲所示。T1和T2是具有标准平面的玻璃平晶,A0为标准金属丝,直径为D0;A为待测金属丝,直径为D;两者中心间距为L。实验中用波长为λ的单色光垂直照射平晶表面,观察到的干涉条纹如图乙所示,测得相邻条纹的间距为ΔL。则以下说法正确的是 (　　)
A.A与A0直径相差越大,ΔL越小
B.A与A0直径相差越大,ΔL越大
C.|D-D0|=
D.|D-D0|=
3.(2022浙江春晖中学月考)光的干涉现象在技术中有许多应用。如图甲所示是利用光的干涉检查某精密光学平面的平整度,下列说法正确的是 (　　)
A.图甲中上板是待检查的光学元件,下板是标准样板
B.若换用波长更长的单色光,其他条件不变,则图乙中的干涉条纹变密
C.若出现图丙中弯曲的干涉条纹,说明被检查的平面在此处出现了不平整
D.用单色光垂直照射图丁中的凸透镜,也可以得到间距相等的明暗相间的同心圆环
4.(2021浙江绍兴诊断)测定折射率是鉴定宝石真假的一种方法。如图所示为某种宝石的截面图,∠ACE=∠BDE=∠CED=90°,现使一束红光以入射角i=60°射到AC边上某点,在CE边中点M发生全反射,并从ED边上N点射出,其中CE=4 mm,EN=2 mm,则(真空中的光速c=3×108 m/s) (　　)
A.该宝石对红光的折射率n=
B.红光从入射到从N点射出经历的时间为×10-11 s
C.调整红光的入射角i,可使光线在ED边上发生全反射
D.换用蓝光进行鉴定,光线有可能在ED边上发生全反射
5.(2022江苏太仓高级中学阶段测试)瓦斯是无色无味的气体,折射率大于空气的折射率。如图所示是煤矿安保系统中常用的一种逻辑判断元件,这种元件的“核心构件”是两个完全相同的、截面为等腰直角三角形的棱镜,两棱镜被平行拉开一小段距离,形成的通道与矿道相通。棱镜对红光的折射率为1.5,一束红光从棱镜1的左侧垂直射入,下列说法正确的是 (　　)
A.正常情况下这束红光能通过棱镜2射出
B.将入射光改成绿光能提高瓦斯检测的灵敏度
C.只要矿道空气中存在瓦斯气体,这束红光便不能从棱镜2射出
D.只有矿道空气中瓦斯气体达到危险浓度时,这束红光才能从棱镜2射出
迁移创新
6.某红宝石激光器发出的激光由空气斜射到折射率为n=的薄膜表面,入射时与薄膜表面成45°角,如图所示。已知真空中的光速c=3.0×108 m/s。
(1)求从O点射入薄膜中的光的折射角及速率;
(2)一般认为激光器发出的是频率为f的“单色光”,实际上它的频率并不是真正单一的,激光频率f是它的中心频率,它所包含的频率范围是Δf(也称频率宽度),如图,单色光照射到薄膜表面a,一部分光从前表面反射回来(这部分光称为甲光),其余的光进入薄膜内部,其中的一小部分光从薄膜后表面b反射回来,再从前表面折射出(这部分光称为乙光),甲、乙这两部分光相遇叠加而发生干涉,称为薄膜干涉,乙光与甲光相比,要在薄膜中多传播一小段时间Δt。理论和实践都证明,能观察到明显稳定的干涉现象的条件是:Δt的最大值Δtm与Δf的乘积近似等于1,即只有满足Δtm·Δf≈1才会观察到明显稳定的干涉现象,若该激光频率f=4.32×1014 Hz,它的频率宽度Δf=8.0×109 Hz,试估算在如图所示的情况下,能观察到明显稳定干涉现象的薄膜的最大厚度dm。
答案与分层梯度式解析
综合拔高练
五年高考练
1.B 2.D 3.AB 4.C 5.A 6.A 8.D
1.B　对于双缝干涉实验,如果从双缝通过的光是相干光,用复色光投射仍然能看到干涉条纹,选项A错误。明暗相间条纹是两列光在屏上叠加的结果,选项B正确。用单色相干光照射两条狭缝时,屏上干涉条纹间距Δy=λ,改变l,则只有屏上的条纹间距改变;蓝光的波长比红光的短,则其干涉条纹的间距比红光的小,选项C、D错误。
2.D　图中相邻干涉条纹间距随x的增加而增大,说明随着x的增大,d的变化越来越慢,故D正确,A、B、C均错误。
3.AB　由于表面张力的作用,过肥皂膜最高点和最低点的截面会有凹或者凸现象,A项正确;薄膜前后两个表面的反射光频率相同,发生了干涉现象,形成干涉条纹,B项正确;从形成到破裂,由于重力的影响,肥皂膜会上薄下厚,且厚度会改变,故条纹会改变,C项错误;由于重力作用,当把柄向上转动90°时,条纹不会随之转动,D项错误。
4.C　A选项现象为双缝干涉;B、D选项现象均为薄膜干涉;C选项现象为白光的色散。
5.A　光在玻璃中的传播速度v=。设S1、S2到O点的距离均为L,由匀速直线运动的位移公式可得,光从S2到O点的时间t2=,光从S1到O点的时间t1=,则由S1到O点与由S2到O点,光传播的时间差Δt=t1-t2,联立可得Δt=,故A正确。
6.A　单缝衍射图样中心亮条纹较宽,两侧亮条纹宽度逐渐变窄,故甲图样为单缝衍射图样;双缝干涉图样相邻两条亮条纹的宽度相同,对应乙图样。故A正确,B、C、D均错。
7.答案　衍射　接近
解析　两支铅笔并排放在一起,中间留有一条狭缝,光发生单缝衍射。由发生明显衍射的条件可知,当障碍物的尺寸与光的波长相接近时衍射现象十分明显。
8.D　根据双缝干涉相邻亮条纹间距公式Δx=λ结合题图信息可知,P1对应的光的波长较长,即λ1>λ2;从M射出的光的偏折程度大于从N射出的光的偏折程度,所以从M射出的光的折射率大于从N射出的光的折射率,从M射出的光的频率大于从N射出的光的频率,根据公式c=λν知,从M射出的光的波长小于从N射出的光的波长,则N是波长为λ1的光出射位置,故D正确。
9.答案　①C　②D
解析　①旋转测量头只能调节分划板的刻度线与干涉条纹是否平行,不能调节条纹的清晰程度,选项A错误;增大单缝与双缝之间的距离不能调节条纹的清晰程度,选项B错误;调节单缝与双缝平行,更容易发生清晰的双缝干涉现象,选项C正确。②根据双缝干涉条纹间距公式Δy=可知,增大双缝到屏幕(测量头)的距离l、光的波长λ或减小双缝间距d都可以增大条纹间距,由此可知选项D正确。
10.答案　(ⅰ)B　(ⅱ)　(ⅲ)630
解析　(ⅰ)增加目镜中观察到的条纹个数必须要减小条纹间距,由公式Δx=λ可知B正确。
(ⅱ)由于第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为Δx,则相邻两条暗条纹的中心间距Δx'=,单色光的波长λ=。
(ⅲ)λ= m=6.30×10-7 m=630 nm。
三年模拟练
1.AD 2.AD 3.C 4.B 5.D
1.AD　立体电影是利用光的偏振原理,照相机镜头表面涂上的增透膜是利用光的干涉原理,选项A错误;肥皂膜上的彩色条纹是从肥皂膜前后表面反射回来的两列光发生干涉的结果,选项B正确;筷子“折断”的现象说明光线在不同介质的交界处发生了折射,选项C正确;图丁是光线通过一个不透光的小圆盘得到的衍射图样,选项D错误。本题选错误的,故选A、D。
2.AD　设具有标准平面的玻璃平晶之间的夹角为θ,由空气薄膜的干涉条件可知ΔL=,A与A0直径相差越大,θ越大,ΔL越小,A正确,B错误;由题设条件,有tan θ=,由空气薄膜干涉的条件,有2ΔL tan θ=λ,联立解得|D-D0|=,C错误,D正确。
3.C　图甲中,上板是标准样板,下板是待检测板,故A错误;如果单色光波长变长,其他条件不变,干涉条纹变疏,故B错误;两列相干光来自上板下表面和下板上表面,同一亮条纹出现在空气薄膜等厚处,出现图丙中弯曲的干涉条纹,说明被检查的平面在此处出现了不平整,故C正确;凸透镜与平面镜间的空气薄膜厚度不是均匀变化的,牛顿环中的同心圆环间距不相等,故D错误。故选C。
4.B　光路图如图所示,设光线在AC边的折射角为r,由几何关系可知∠EMN=r,故tan r=,则r=30°,因此该宝石对红光的折射率n=,故A错误;红光在宝石中传播速度大小为v=×108 m/s,由几何关系可知,红光在宝石中通过的路程为s=PM+MN=4 mm+4 mm=8×10-3 m,则红光在宝石中传播的时间t=×10-11 s,故B正确;根据以上分析可知,红光在P点的折射角等于在ED边上的入射角,根据光路可逆性原理可知,光线一定不会在ED边发生全反射,且在ED边的折射角等于i,故C错误;换用蓝光进行鉴定,由C的分析可知,光线不会在ED边上发生全反射,D错误。故选B。
5.D　棱镜对红光的折射率为1.5,则红光发生全反射的临界角C满足sin C=,则C<45°,当一束红光从棱镜1的左侧垂直射入时,在斜边的入射角为45°,会发生全反射,所以正常情况下这束红光不能通过棱镜2射出,A错误;由于棱镜对绿光的折射率比对红光的大,临界角更小,故将入射光改成绿光不能提高瓦斯检测的灵敏度,B错误;当矿道空气中瓦斯气体的浓度足够大时,因瓦斯的折射率大于空气的折射率,则这束红光可在两棱镜的斜边上发生折射,然后从棱镜2射出,C错误,D正确。故选D。
6.答案　(1)30°　2.12×108 m/s　(2)1.15×10-2 m
解析　(1)设从O点射入薄膜中的光线的折射角为r,根据折射定律有n=
解得r=30°
光在薄膜中的传播速度:v=
解得v=×108 m/s≈2.12×108 m/s
(2)乙光在薄膜中的路程为x=
乙光通过薄膜的时间为Δt=
当Δt取最大值Δtm时,对应的薄膜的厚度最大,又因为Δtm·Δf≈1,则
解得dm≈≈1.15×10-2 m
方法技巧　乙光在薄膜中传播时间最长时,对应的厚度最大。先由折射定律求出折射角,根据光在薄膜中传播距离与光速的关系,由几何知识和干涉条件Δtm·Δf≈1结合求解。
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