2025鲁科版高中物理选择性必修第一册同步练习题--第5章 光的干涉、衍射和偏振拔高练

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2025鲁科版高中物理选择性必修第一册
第5章　光的干涉、衍射和偏振
综合拔高练
五年高考练
考点1　光的干涉和衍射现象
1.(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
2.(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
3.(2023山东,5)如图所示为一种干涉热膨胀仪原理图。G为标准石英环,C为待测柱形样品,C的上表面与上方标准平面石英板之间存在劈形空气层。用单色平行光垂直照射上方石英板,会形成干涉条纹。已知C的膨胀系数小于G的膨胀系数,当温度升高时,下列说法正确的是 (　　)
A.劈形空气层的厚度变大,条纹向左移动
B.劈形空气层的厚度变小,条纹向左移动
C.劈形空气层的厚度变大,条纹向右移动
D.劈形空气层的厚度变小,条纹向右移动
4.(多选题)(2023辽宁,8)“球鼻艏”是位于远洋轮船船头水面下方的装置,当轮船以设计的标准速度航行时,球鼻艏推起的波与船首推起的波如图所示,两列波的叠加可以大幅度减小水对轮船的阻力。下列现象的物理原理与之相同的是 (　　)
A.插入水中的筷子,看起来折断了
B.阳光下的肥皂膜,呈现彩色条纹
C.驶近站台的火车,汽笛音调变高
D.振动音叉的周围,声音忽高忽低
5.(2023江苏,6)用某种单色光进行双缝干涉实验,在屏上观察到的干涉条纹如图甲所示,改变双缝间的距离后,干涉条纹如图乙所示,图中虚线是亮纹中心的位置。则双缝间的距离变为原来的 (　　)
A.倍　　　　B.倍　　　　C.2倍　　　　D.3倍
6.(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 (　　)
7.(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=　　　　B.Δt=
C.Δt=　　　　D.Δt=
8.[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
9.(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
10.[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
11.[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.(多选题)(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.(多选题)(2024山东枣庄期末)两块标准平面玻璃板形成一个劈形空间,内部为空气时,用单色光垂直照射玻璃板上表面,产生等间距的明暗相间的干涉条纹。下列说法正确的是 (　　)
A.干涉条纹是由空气膜上下两个表面的反射光叠加而成
B.观察薄膜干涉条纹时,眼睛应在入射光的另一侧
C.若在劈形空间内充满水,则相邻的条纹间距将变小
D.若在劈形空间内充满水,则相邻的条纹间距将变大
3.(多选题)(2024山东青岛期中)如图所示是用单色光做杨氏双缝干涉实验时,得到的同比例的干涉条纹照片。下列说法正确的是 (　　)
A.如果是不同色光照射同一双缝,且双缝到屏距离相等,则2光的波长更长
B.如果是相同色光照射不同双缝,且双缝到屏距离相等,则1光照射的装置双缝间距更大
C.如果是相同色光照射同一双缝,则1光照射的装置双缝到屏距离更大
D.如果是不同色光照射同一双缝,且双缝到屏距离相等,则1光和2光波长比约为2∶1
4.(多选题)(2024湖南长沙期中)芯片制作的关键在于光刻机的技术突破,光刻机利用光源发出的紫外线,将精细图投影在硅片上,再经技术处理制成芯片。为提高投影精细图的能力,会在光刻胶和投影物镜之间填充液体提高分辨率。若浸没液体的折射率为1.6。当不加液体时光刻胶的曝光波长为180 nm,则加上液体后 (　　)
A.紫外线进入液体后波长变短
B.传播相等的距离,在液体中所需的时间变为原来的
C.紫外线在液体中比在空气中更容易发生明显衍射,能提高分辨率
D.在液体中的曝光波长为112.5 nm
5.(2024福建福州第一中学期末)如图所示,把一个上表面为平面、下表面为球面的凸透镜放在水平玻璃板上。现用单色光垂直于透镜的上表面向下照射,从上向下观察,可以看到一系列明暗相间的同心圆环状条纹,这些同心圆环状条纹叫牛顿环。此干涉条纹是由　　　反射光和　　　反射光叠加形成(选填序号:①凸透镜上表面,②凸透镜下表面,③玻璃上表面,④玻璃下表面);由内向外条纹间距　　　(选填序号:⑤越来越大,⑥越来越小,⑦不变)。
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。
答案全解全析
五年高考练
1.C 2.B 3.A 4.BD 5.B 6.D 7.A 9.D
1.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。
2.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。
3.A　因C的膨胀系数小于G的膨胀系数,则温度升高时C的上表面比G的上表面上移距离小,劈形空气层变厚,如图所示。原来厚度为d的位置会向左移动,所以条纹会左移,A正确。
4.BD　球鼻艏推起的波与船首推起的波叠加相消可以大幅度减小水对轮船的阻力,这是波的干涉现象。阳光下的肥皂膜,由于薄膜干涉,呈现彩色条纹;振动音叉产生的两列声波在周围叠加,发生干涉,声音忽高忽低,均是波的干涉现象,故B、D选项正确。A中是光的折射现象,C中是波的多普勒效应,故A、C错误。
5.B　相邻两亮条纹的中心间距Δy=λ,由题图知相邻两亮条纹间距变为原来的2倍,故双缝间的距离变为原来的,选项B正确,A、C、D错误。
6.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。
7.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。
8.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。
9.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。
10.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。
11.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.AC 3.CD 4.AD
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.AC　干涉条纹是由空气膜上下两个表面的反射光叠加而成,眼睛应在入射光的同一侧观察薄膜干涉条纹,故A正确,B错误;若在劈形空间内充满水,根据n=,v=λf,Δy=,可知波长减小,相邻条纹间距将变小,故C正确,D错误。
3.CD　由图可知1光的条纹间距较大,根据双缝干涉条纹间距公式Δy=λ,如果是不同色光照射同一双缝,且双缝到屏距离相等,则2光的波长更短;如果是相同色光照射不同双缝,且双缝到屏距离相等,则1光照射的装置双缝间距更小;如果是相同色光照射同一双缝,则1光照射的装置双缝到屏距离更大,A、B错误,C正确。由题图可知,1光的条纹间距约为3.87 cm,2光的条纹间距约为1.94 cm,即条纹间距之比约为2∶1,根据双缝干涉条纹间距公式Δy=λ,可知l和d相同时,1光和2光波长比约为2∶1,故D正确。
4.AD　紫外线进入液体,频率不变,传播速度变慢,由v=λf知波长变短,A正确;设传播距离为L,在真空中的时间t=,在液体中所需的时间t'===t,B错误;因紫外线在液体中波长变短,由产生明显衍射现象的条件可知,波长变短更不容易发生明显衍射现象,C错误;紫外线在液体中的曝光波长λ'==== nm=112.5 nm,故D正确。
5.答案　②　③　⑥
解析　凸透镜下表面与玻璃上表面之间形成空气薄膜,干涉条纹是由于凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的,故选②和③。由于圆面是曲面不是平面,所以光程差不是均匀增加的,从凸透镜中心向外,圆环状条纹不是均匀分布,而是越来越密集,故由内向外条纹间距越来越小,故选⑥。
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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