2025人教版高中物理选择性必修第一册同步练习题（有解析）--4.3　光的干涉

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2025人教版高中物理选择性必修第一册
第四章　光
3　光的干涉
基础过关练
题组一　光的双缝干涉
1.(2023山东菏泽鄄城一中期末)如图所示是研究光的双缝干涉的示意图,S1和S2为挡板上的两条狭缝,O为S1、S2连线中垂线与光屏的交点,当频率为5.0×1014 Hz的单色光垂直射向挡板时,光屏上P处是O上方的第2条暗条纹的中心。已知真空中光速c=3×108 m/s,则S2、S1到P点的距离之差为 (　　)
A.3×10-7 m　　　　　　　　B.6×10-7 m
C.9×10-7 m　　　　　　　　D.1.2×10-6 m
题组二　干涉条纹和光的波长之间的关系
2.要使双缝干涉条纹间距变大,下列措施一定可行的是 (　　)
A.减小双缝间的距离,增大双缝到光屏的距离
B.减小双缝间的距离,减小双缝到光屏的距离
C.增大双缝间的距离,增大双缝到光屏的距离
D.增大双缝间的距离,减小双缝到光屏的距离
3.(2024广东中山一中月考)在同一双缝干涉装置上分别用a、b两束单色光进行干涉实验,在距双缝恒定距离的屏上得到图示的干涉图样,其中甲图是a光形成的,乙图是b光形成的。则关于a、b两束单色光,下述正确的是 (　　)
　　
A.b光在玻璃中发生全反射的临界角比a光的大
B.在真空中b光传播的速度较大
C.a光频率小于b光的频率
D.若a光和b光以相同的入射角从空气斜射入水中,b光的折射角大
题组三　薄膜干涉
4.(经典题)(2023江苏昆山中学模拟)在薄膜干涉实验中,铁丝圈上附有肥皂液膜,竖直放置,形成如图所示的肥皂液膜侧视图,用黄光从左侧照射薄膜,会观察到明暗相间的干涉条纹,则下列结论错误的是 (　　)
A.实验者应该从薄膜左侧观察干涉图样
B.干涉条纹的分布呈现上密下疏
C.任意两相邻亮条纹处对应的薄膜厚度之差不变
D.若换用红光照射,则条纹间距将变大
5.(经典题)(多选题)如图甲所示,在一块表面水平的玻璃上放置一凸透镜,玻璃与透镜之间形成厚度不均匀的空气膜,让一束单色光垂直入射到该装置上,结果从上方观察到如图乙所示的同心内疏外密的圆环状干涉条纹,称为牛顿环。下列说法正确的是 (　　)
　
A.干涉现象是由凸透镜下表面反射的光和玻璃上表面反射的光叠加形成的
B.干涉现象是由凸透镜上表面反射的光和玻璃上表面反射的光叠加形成的
C.干涉条纹不等间距是因为空气膜的厚度不是均匀变化的
D.干涉条纹不等间距是因为空气膜的厚度是均匀变化的
能力提升练
题组一　干涉中的明、暗条纹的判断
1.(2024江苏苏州高新区第一中学月考)在做双缝干涉实验时,用波长为λ的单色光做实验,屏上的P点处为中央亮条纹,Q点处为第一级亮条纹,如图所示。则下列说法正确的是 (　　)
A.用波长为1.5λ的光做实验时,P、Q处一定为亮条纹
B.用波长为1.5λ的光做实验时,第一级亮纹在Q点上方
C.用波长为的光做实验时,Q点处为暗条纹
D.用波长为的光做实验时,P、Q间没有亮条纹
2.(经典题)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点与S1、S2距离差值为2.1×10-6 m,分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验,问P点出现亮条纹还是暗条纹
(1)已知A光在折射率为n=1.5的介质中波长为4×10-7 m;
(2)已知B光在某种介质中波长为3.15×10-7 m,当B光从这种介质射向空气时,发生全反射的临界角为37°;
(3)若让A光照射S1,B光照射S2,试分析光屏上能观察到的现象。
题组二　平面的“凸与凹”的判断
3.(经典题)(2023福建三明期中)劈尖干涉是一种薄膜干涉。如图甲所示,将一块平板玻璃a放置在另一平板玻璃b上,在一端夹入两张纸片,当单色光从上方入射后,从上往下可以看到干涉条纹。则 (　　)
　
A.干涉条纹是由甲图中a、b上表面的反射光叠加产生的
B.相邻的暗条纹对应位置下方的空气膜厚度差相同
C.若抽去一张纸片,条纹变密
D.若观察到的条纹如图乙所示,则厚玻璃板上表面有上凸的位置
4.(经典题)(多选题)利用薄膜干涉可检查工件表面的平整度。如图(a)所示,透明标准板M和待检工件N之间形成一楔形空气薄层,并用单色光照射,可观察到如图(b)所示的干涉条纹,条纹的弯曲处P和Q分别对应A和B处,下列判断中正确的是 (　　)
　
A.N的上表面A处向上凸起
B.N的上表面B处向下凹陷
C.若缓慢增大薄片的厚度,则干涉条纹向劈尖一侧移动
D.条纹的c、d点对应处的空气膜厚度相同
答案与分层梯度式解析
第四章　光
3　光的干涉
基础过关练
1.C　由c=λf,得单色光波长λ== m=6×10-7 m,当光程差是半波长的3倍时,出现第2条暗纹(破题关键),则S2、S1到P点的距离之差为S2P-S1P=λ=9×10-7 m,选项C正确。
2.A　根据Δx=λ可知,减小双缝间的距离,增大双缝到光屏的距离,双缝干涉条纹间距变大,选项A符合题意;减小双缝间的距离,减小双缝到光屏的距离,双缝干涉条纹间距可能变大,可能变小,还可能不变,选项B不符合题意;增大双缝间的距离,增大双缝到光屏的距离,双缝干涉条纹间距可能变大,可能变小,还可能不变,选项C不符合题意;增大双缝间的距离,减小双缝到光屏的距离,双缝干涉条纹间距变小,选项D不符合题意。
3.C　由题图可知,a光形成的双缝干涉图样的条纹间距较大,由Δx=λ可知,a光波长较大,由c=λf可知,a光频率小于b光的频率,同种介质对a光的折射率小于对b光的折射率,由sin C=可知,a光在玻璃中发生全反射的临界角比b光的大,由n=可知,若a光和b光以相同的入射角从空气斜射入水中,a光的折射角大,选项A、D错误,C正确;在真空中,光的传播速度相等,选项B错误。
导师点睛　对干涉条纹间距的理解
干涉条纹间距是两个相邻的同类条纹中线间的距离,既可以是两相邻亮条纹中线间的距离,也可以是两相邻暗条纹中线间的距离。
4.B
模型构建　如果薄膜厚度从上到下均匀增加,如图所示:
薄膜前后两个面反射光的路程差Δs=2d,即路程差为薄膜厚度的2倍,每当薄膜厚度增加,光程差增加λ,故相邻亮条纹对应的薄膜厚度差Δd=,相邻亮条纹间距为Δx==。
薄膜干涉是前后两个面的反射光叠加产生的,应该从入射光的同侧观察,A正确;由于薄膜不是均匀增厚的,从上到下薄膜厚度增加得越来越快(即θ变大),所以从上到下相邻干涉条纹间距逐渐变小(破题关键),干涉条纹的分布呈现上疏下密,B错误;任意相邻亮条纹处对应的薄膜厚度之差都是波长的一半,C正确;如果换成红光照射,则光的波长变长,相邻亮(暗)条纹间距变大,D正确。故选B。
5.AC　凸透镜下表面与玻璃上表面之间形成空气膜,干涉条纹是由凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的,选项A正确,B错误;干涉条纹不等间距是由于透镜表面是曲面,空气薄膜厚度不均匀变化,选项C正确,D错误。
能力提升练
1.B　屏上的P点处为中央亮条纹,说明P点到两狭缝的距离差等于0,Q为第一级亮条纹,说明Q点到a、b两狭缝的距离差等于λ,用波长为1.5λ的光做实验时,P点到两狭缝的距离差仍为0,所以P点处还是亮纹,Q点到两狭缝的距离差仍为λ,Q点在第一级暗纹和第一级亮纹之间,可知,第一级亮纹在Q点上方,选项A错误,B正确;用波长为的光做实验时,Q点到两狭缝的距离差仍为λ,且该距离差等于波长的2倍,此时Q点处为第二级亮条纹,所以P、Q间还有一条亮条纹,选项C、D错误。
2.答案　(1)暗条纹　(2)亮条纹　(3)见解析
解析　(1)设A光在空气中波长为λ1,在n=1.5的介质中波长为λ1',
由n===,得λ1=nλ1'=1.5×4×10-7 m=6×10-7 m
又知光的路程差Δr=2.1×10-6 m,
所以N1===3.5
由此可知,A光从S1和S2到P点的路程差是波长λ1的3.5倍,所以P点出现暗条纹。
(2)根据临界角与折射率的关系有sin C=
得n'==
由此可知,B光在空气中波长为
λ2=n'λ2'=×3.15×10-7 m=5.25×10-7 m
N2===4
可见,用B光做实验,P点出现亮条纹。
(3)若让A光和B光分别照射S1和S2,由于λ1≠λ2,故不能发生干涉,没有干涉条纹,但光屏上仍有光亮。
3.B
模型构建　a下表面和b上表面反射光的路程差Δs=2d,即路程差为空气薄膜厚度的2倍,每当空气薄膜厚度增加,路程差增加λ,故相邻亮条纹对应的空气薄膜厚度差Δd=,相邻亮条纹间距为Δx==。
干涉条纹是由a下表面和b上表面的反射光叠加产生的,A错误;薄膜干涉是等厚干涉,任意一条亮条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度相等,任意相邻的亮条纹或者暗条纹对应的薄膜厚度差恒定,B正确;抽去一张纸,倾角θ减小,亮条纹之间距离增大,干涉条纹变疏,C错误;若观察到的条纹如题图乙所示,可知被检查平面条纹弯曲处左边处的空气膜厚度与右边的空气膜厚度相同,则厚玻璃板上表面有下凹的位置,D错误。故选B。
4.CD　薄膜干涉是等厚干涉,分别从薄膜的上、下表面反射的两列光是相干光,其光程差为Δx=2d,即光程差为薄膜厚度的2倍,当光程差Δx=nλ时,该处为亮条纹,也就是每一个亮条纹与一定的薄膜厚度相对应。c、d点在同一条纹上,故c、d点对应处的空气膜厚度相同,D正确;缓慢增大薄片的厚度,即缓慢增大空气薄膜的劈角,干涉条纹会向劈尖一侧移动,C正确;同一条纹对应的空气膜厚度相同,P处条纹向空气膜较薄的一侧弯曲,说明N的上表面A处向下凹陷,Q处条纹向空气膜较厚的一侧弯曲,说明N的上表面B处向上凸起,A、B错误。
方法技巧　劈形薄膜干涉条纹的特点
(1)当劈角增大时,不仅条纹变窄,而且条纹向劈尖一侧移动;反之,现象也相反。
(2)“薄处”出现“厚纹”,则待测平面“凹陷”;“厚处”出现“薄纹”,则待测平面“凸起”。
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