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、衍射和偏振复习提升

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2024鲁科版高中物理选择性必修第一册同步
本章复习提升
易混易错练
易错点1　混淆双缝干涉条纹与衍射条纹
1.在光的传播方向上分别放置单缝、双缝、小圆孔和小圆板后,分别得到如下四幅图样,以下说法正确的是 (　　)
A.甲是双缝干涉图样、丁是小圆板“泊松亮斑”衍射图样
B.乙是单缝衍射图样、丙是小圆板“泊松亮斑”衍射图样
C.甲是双缝干涉图样、丁是小圆孔衍射图样
D.乙是双缝干涉图样、丙是小圆孔衍射图样
易错点2　不清楚薄膜干涉的原理
2.如图所示是一竖立的肥皂薄膜的截面,一束单色平行光射向薄膜,在薄膜上产生干涉条纹,则下列说法错误的是　 (　　)
A.干涉条纹的产生是光在薄膜前后两表面反射形成的两列光波叠加的结果
B.观察干涉条纹时,应在入射光的同一侧,薄膜上的干涉条纹是水平的
C.观察干涉条纹时,薄膜上的干涉条纹是水平的,若薄膜在竖直面内转过90度角,则条纹将变成竖直的
D.用绿光照射薄膜产生的干涉条纹间距比用黄光照射时小
易错点3　计算条纹间距出错
3.如图甲所示为“用双缝干涉测光的波长”的实验装置。
(1)光具座上放置的光学元件依次为①光源(白炽灯)、②　　　　　、③　　　　　、④双缝、⑤遮光筒、⑥光屏。对于某种单色光,为增加相邻亮条纹(暗条纹)间的距离,可采取　　　　　　　或　　　　　　　的方法。
甲
(2)转动测量头的手轮,使分划板中心刻线对准第1条亮条纹的中央,手轮的读数如图乙所示。继续转动手轮,使分划板中心刻线对准第10条亮条纹的中央,手轮的读数如图丙所示。则相邻两亮条纹的间距为　　　　　mm(计算结果保留三位小数)。
乙
丙
(3)如果双缝的间距为0.30 mm、双缝和光屏之间的距离为900 mm,则待测光的波长为　　　　m(计算结果保留三位有效数字)。
(4)如果将图甲中①光源(白炽灯)换成激光光源,该实验照样可以完成,这时可以去掉的部件是　　　　(选填数字代号)。
思想方法练
一、临界思想在光学中的应用
1.如图甲所示,在平静的水面下深h处有一个点光源S,它发出的两种不同颜色的a光和b光在水面上形成了一个有光线射出的圆形区域,该区域的中间为由a、b两种单色光所构成的复色光,圆形区域周围为环状区域,且为a光的颜色(见图乙),设b光的折射率为n。则下列说法正确的是 (　　)
A.在水中,a光的波长比b光小
B.水对a光的折射率比对b光小
C.在水中,a光的传播速度比b光大
D.复色光圆形区域的面积为S=
E.在同一装置的杨氏双缝干涉实验中,a光的干涉条纹比b光的窄
2.如图所示,两束单色光a、b从水中射向水面的A点,光线经折射后合成一束光c,则下列说法正确的是 (　　)
A.用同一双缝干涉实验装置分别以a、b光做实验,a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距
B.a比b更容易发生衍射现象
C.在水中a光的速度比b光的速度小
D.在水中a光的临界角大于b光的临界角
E.若a光与b光以相同入射角从水中射向空气,在不断增大入射角时,水面上首先消失的是a光
二、光的干涉法
3.如图1所示用单色光检查工件上表面是否平整,观察到的现象如图2所示。图2中的P和Q分别为待测工件在A和B处的情况,这说明 (　　)
A.M为待测工件
B.N的上表面B处向下凹陷
C.M的上表面A处向下凹陷
D.若减小两工件间空气膜夹角,则条纹变密
三、亮暗条纹的判断方法
4.如图所示,在双缝干涉实验中,S1和S2为双缝,P是光屏上的一点,已知P点到S1、S2距离之差为2.1×10-6 m,今分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验,在下述条件下,P点是亮条纹还是暗条纹
(1)已知A光在折射率为n=1.5的介质中的波长为4×10-7 m;
(2)已知B光在某种介质中的波长为3.15×10-7 m,当B光从这种介质射向空气时,临界角为37°(sin 37°=0.6,cos 37°=0.8)。
答案与分层梯度式解析
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易混易错练
1.A　单缝衍射图样与双缝干涉图样的区别是:前者是中间亮条纹明亮且宽大,两侧亮条纹的亮度和宽度逐渐减小,后者明暗条纹间隔相等。由此可知甲图是双缝干涉条纹,乙图是单缝衍射条纹。单色光照射小圆孔做衍射的实验时,中央较大的区域内是亮的,周围是明暗相间的圆环,条纹间距也不等,亮度向外逐渐变暗;而泊松亮斑衍射图样的中间是一个比较小的亮点。由此可知丙是小圆孔衍射图样。故A正确,B、C、D错误。
2.C　由于重力的作用,肥皂薄膜形成了上薄下厚的形状,干涉条纹是光在薄膜前后两表面反射形成的两列光波叠加的结果,故A说法正确;观察干涉条纹时,应在入射光的同一侧,且薄膜干涉是等厚干涉,同一条纹对应的薄膜厚度相同,故条纹是水平的,B说法正确,C说法错误;其他条件相同时,干涉条纹间距与光的波长成正比,由于黄光波长较长,故用黄光照射薄膜产生的干涉条纹间距较大,用绿光照射薄膜产生的干涉条纹间距较小,故D说法正确。
错解分析　由于不清楚薄膜干涉的原理,从而可能错选C。解答此题需明确薄膜干涉是等厚干涉,同一条纹对应的薄膜厚度相同,因此条纹是水平的,即使对薄膜进行了旋转,由于重力的作用,稳定后仍然形成上薄下厚的形状,干涉条纹仍为水平的。
3.答案　(1)滤光片　单缝　增大双缝到光屏的距离(或选用较长的遮光筒)　减小双缝之间的距离　(2)1.556　(3)5.19×10-7　(4)②③
解析　(1)首先需要获取单色光,所以在光源后面需要有滤光片;然后需要获取线光源,后面需要有单缝;根据Δy=λ可知,为增加相邻亮条纹(暗条纹)间的距离,可增大双缝到光屏的距离(或选用较长的遮光筒)或减小双缝之间的距离。
(2)图乙的固定刻度读数为0,可动刻度读数为4.7×0.01 mm=0.047 mm,最终读数为y1=0.047 mm;图丙的固定刻度读数为14 mm,可动刻度读数为4.7×0.01 mm=0.047 mm,最终读数为y2=14.047 mm,相邻两亮条纹的间距为Δy==1.556 mm。
(3)根据Δy=,代入数据解得λ=5.19×10-7 m。
(4)把光源(白炽灯)换成激光光源,由于激光的单色性好,准直度高,不需要滤光片和单缝,故可以去掉的部件为②③。
错解分析　计算相邻两亮条纹间距时,误认为第1条亮条纹与第10条亮条纹间共有10个条纹间距,从而造成错解。解题时需明确第1条亮条纹与第n条亮条纹间共有n-1个条纹间距,而不是n个。
思想方法练
1.BCD 2.ABD 3.B
1.BCD　a光在水面上形成的圆形亮斑面积较大,知a光的临界角较大,根据sin C=,知a光的折射率较小,频率也小,再由v==λf,可知,在水中a光的传播速度比b光大,a光的波长比b光大,故B、C正确,A错误;根据sin C=,结合几何关系,可知,而复色光圆形区域的面积为S=πr2=,故D正确; a光的折射率小,波长长,根据双缝干涉条纹间距与波长成正比,可知相同条件下,a光干涉条纹比b光宽,故E错误。
2.ABD　由题图结合光路的可逆性原理可知,光由空气斜射入水中时,单色光a的偏折程度小于b的偏折程度,根据折射定律n=知,a光的折射率小于b光的折射率,则a光的波长长,根据双缝干涉的条纹间距公式Δy=λ,可得a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距,故A正确;a光的波长长,波动性强,更容易发生衍射现象,故B正确;由n=知,在水中a光的速度大,故C错误;由全反射临界角公式sin C=知折射率n越大,临界角C越小,则在水中a光的临界角大于b光的临界角,故D正确;若a光与b光以相同入射角从水中射向空气,由于在水中a光的临界角大于b光的临界角,所以b光的入射角先达到临界角,则b光先发生全反射,水面上首先消失的是b光,故E错误。
3.B　由图1可知,N为待测工件,M是标准样板,故A错误;薄膜干涉是等厚干涉,即亮条纹处空气膜的厚度相同,由题图可知,两工件之间的空气薄膜厚度从左到右逐渐增大,A处形成的干涉条纹向右弯,若N上表面平整,则A处条纹弯曲处的空气膜厚度应比同一亮条纹上没有弯曲处的空气膜厚度大,但实际上它们的空气膜厚度相同,知N的上表面A处有凸起;同理B处形成的干涉条纹向左弯曲,条纹弯曲处空气膜厚度本应比同一亮条纹上没有弯曲处的空气膜厚度小,但实际上它们的空气膜厚度相同,故N的上表面B处向下凹陷,故B正确,C错误;当减小两工件间空气膜夹角,即从左到右相同距离上空气薄层的宽度改变量变小,则干涉条纹间距会增大,条纹变稀疏,故D错误。
4.答案　(1)暗条纹　(2)亮条纹
解析　(1)设A光在空气中的波长为λ1,在介质中的波长为λ2,由n=得
λ1=nλ2=1.5×4×10-7 m=6×10-7 m
路程差Δr=2.1×10-6 m
所以N1==3.5
由此可知,从S1和S2到P点的路程差Δr是波长λ1的3.5倍,所以P点为暗条纹。
(2)根据临界角与折射率的关系知sin C=
得n'=
由此可知,B光在空气中的波长
λ3=n'λ介=×3.15×10-7 m=5.25×10-7 m
所以N2==4
所以用B光进行实验时,P点为亮条纹。
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