人教版物理高二选修2-3第三章第三节光的衍射同步训练

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人教版物理高二选修2-3第三章
第三节光的衍射同步训练
一．选择题
1．下列说法正确的是（）
A．在干涉现象中，振动加强点的位移总比减弱点的位移要大
B．单摆在周期性外力作用下做受迫振动，其振动周期与单摆的摆长有关
C．变化的电场能在其周围空间产生磁场
D．拍摄玻璃厨窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以增加透射光的强度
答案：C
解析：解答：A、在干涉现象中，振动加强点的位移总比减弱点的振幅要大，但其位移时刻在变化，所以位移不一定比减弱点的位移要大．故A错误；
B、单摆在周期性外力作用下做受迫振动，其振动周期等于驱动力的周期，与单摆的固有周期无关，故与摆长无关．故B不正确；
C．根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场．故C正确；
D、拍摄玻璃厨窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以减弱玻璃反射的偏振光的强度．故D错误；
故选：C．
分析：在干涉现象中，振动加强点的位移总比减弱点的振幅要大；受迫振动的频率有驱动力的频率决定；变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场；拍摄玻璃厨窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以玻璃反射的偏振光的强度；根据相对论分析火箭的长度的变化．
2．用很弱的光做单缝衍射实验，改变曝光时间，在胶片上出现的图象如图所示，该实验表明（）
A．光的本质是波
B．光的本质是粒子
C．光的能量在胶片上分布不均匀
D．光到达胶片上不同位置的概率相同
答案：C
解析：解答：AB、据爱因斯坦的“光子说”可知，单个光子表现为粒子性，而大量光子表现为波动性；故AB错误；
CD、时间不太长时，底片上只能出现一些不规则的点子，说明了单个光子表现为粒子性，光子到达的多的区域表现为亮条纹，而光子到达的少的区域表现为暗条纹，说明光的能量在胶片上分布不均匀，光到达胶片上不同位置的概率不相同；故C正确，D错误；
故选：C．
分析：根据爱因斯坦的“光子说”可知，单个光子表现为粒子性，而大量光子表现为波动性，并且单个光子通过双缝后的落点无法预测，而光子到达的多的区域表现为亮条纹，而光子到达的少的区域表现为暗条纹
3．如图所示明暗相间的条纹是红色、蓝色单色光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样，下列说法正确的是（）
A．a光是红光
B．在同一种玻璃中a的速度小于b的速度
C．b光的光子能量较高
D．当a和b以相同入射角从玻璃射入空气时，若a刚好能发生全反射，则b也一定能发生全反射
答案：B
解析：解答：根据双缝干涉相邻条纹间距公式可得在其它条件不变的情况下，相干光的波长越大，条纹间距越大，由题图可知a光的波长小于b光的波长，那么a光是蓝色光，b是红色光，
A、由上分析可知，a光是蓝色光，且b光的光子能量较低，故AC错误；
B、因a光的波长小于b光的波长，则a光的频率大于b光的频率，那么a光的折射率大于b光，
根据v=，因此在玻璃中，a的速度小于b的速度，故B正确；
D、当a和b以相同入射角从玻璃射入空气时，若a刚好能发生全反射，因a光的临界角小，若a刚好能发生全反射，则b一定不能发生全反射，故D错误．
故选：B．
分析：根据干涉条纹的宽度可以确定入射光的波长的大小关系来确定两列光的频率的大小关系，从而确定各自什么光，再利用全反射临界角与折射率的关系，从而即可求解．
4．下列说法正确的是（）
A．“闻其声而不见其人”现象说明遇到同样障碍物时声波比可见光容易发生衍射
B．用超声波被血流反射回来其频率发生变化可测血流速度，是利用了波的干涉现象
C．做受迫振动的物体，其稳定时的振动频率不一定等于驱动力的频率
D．用标准平面来检查光学面的平整程度是利用光的偏振现象
答案：A
解析：解答：A、闻其声而不见其人”现象说明遇到同样障碍物时，声波比可见光容易发生衍射，因为声波的波长比可见光长，故A正确；
B、利用多普勒效应，当间距变化时，接收的频率与发出频率不相同，则可测量血流速度，故B错误；
C、受迫振动的物体，其稳定时的振动频率一定等于驱动力的频率．故C错误；
D、检查光学面的平整程度是利用光的干涉现象，利用两平面所夹空气薄层的反射，获得频率相同的光波，从而进行相互叠加，故D错误；
故选：A．
分析：波长越长越容易发生衍射现象；根据多普勒效应原理，可知超声波测血流速度；受迫振动的物体，振动频率一定等于驱动频率；检查光学面的平整程度是利用光的干涉，从而即可求解．
5．下列说法正确的是（）
A．全息照片的拍摄利用了光的衍射原理
B．只有发生共振时，受迫振动的频率才等于驱动力频率
C．高速飞离地球的飞船中的宇航员认为地球上的时钟变慢
D．鸣笛汽车驶近路人的过程中，路人听到的声波频率与该波源的频率相比减小
答案：C
解析：解答：A、全息照相利用了激光的频率单一，具有相干性好的特点，利用了光的干涉现象，与光的衍射无关．故A错误；
B、受迫振动的频率等于驱动率的频率，当驱动力的频率接近物体的固有频率时，振动显著增强，当驱动力的频率等于物体的固有频率时即共振．故B错误；
C、根据爱因斯坦相对论可知，时间间隔的相对性：t=，可知在宇宙中高速飞行的飞船中的宇航员认为地球上的时钟变慢，故C正确；
D、根据多普勒效应可知，当两物体以很大的速度互相靠近时，感觉频率会增大，远离时感觉频率会减小，所以鸣笛汽车驶近路人的过程中，路人听到的声波频率与该波源的相比增大．故D错误．
故选：C
分析：全息照相利用了光的干涉现象；受迫震动的频率总是等于驱动力频率；在相对论中，高速飞行的物体时间变慢，长度缩短．当声源与观察者间距变小时，接收频率变高．
6．在一次观察光衍射的实验中，观察到如图所示的清晰的明暗相间图样那么障碍物应是（黑线为暗纹）（）
A．很小的不透明的圆板
B．很大的中间有大圆孔的不透明的圆板
C．很大的不透明圆板
D．很大的中间有小圆孔的不透明圆板
答案：D
解析：解答：A、用光照射很小的不透明圆板时后面出现一亮点，故A错误；
B、很大的中间有大圆孔的不透明挡板时后面是一亮洞，故B错误；
C、很大的不透明圆板时后面是一片阴影，故C错误；
D、用光照射很大的中间有小圆孔的不透明挡板时是明暗相间的衍射图样，故D正确．
故选：D．
分析：很大的中间有大圆孔的不透明挡板和很大的不透明圆板不会发生衍射现象，很小的不透明圆板出现泊松亮斑．
7．马路施工处警示灯是红色的，除了因为红色光容易引起视觉注意以外，还因为红色光比其它可见光传播范围更广，这是由于红色光（）
A．更容易发生衍射B．光子的能量大
C．更容易发生干涉D．更容易发生光电效应
答案：A
解析：解答：A、红色光的波长较长，而频率较小，所以比其他可见光更容易发生衍射，A正确；
B、由E=hf知比其他可见光的光子能量更小，B错误；
C、发生干涉的条件是两束光同频、同向、同相位，与光的颜色无关．故C错误；
D、发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，红色光的频率小，不容易发生光电效应，故D错误．
故选：A
分析：红色光的波长较长，容易发生衍射现象，能使较大范围内的人看到红色的电灯．
8．对下列光学现象解释正确的是（）
A．图甲的海市厦楼是光的偏振现象
B．图乙的彩虹是光的衍射现象
C．图丙的彩色肥皂泡是光的干涉现象
D．图丁的立体电影是光的全反射现象
答案：C
解析：解答：A、海市厦楼是光的折射现象，是由于空气不均匀时，对光的折射率不同而产生的，故A错误；
B、雨后的天空出现彩虹是光的色散现象，故B错误；
C、肥皂泡在阳光下呈现五彩缤纷的，是薄膜的前后表面的光发生干涉而产生的，故C正确；
D、立体电影利用的是光的偏振，故D错误；
故选：C．
分析：海市厦楼是光的折射现象；雨后的天空出现彩虹是光的色散现象；彩色肥皂泡是光的干涉现象；立体电影利用的是光的偏振．
9．对于光的衍射的定性分析，下列说法中不正确的是（）
A．只有障碍物或孔的尺寸可以跟光波波长相比甚至比光的波长还要小的时候，才能明显地产生光的衍射现象
B．光的衍射现象是光波相互叠加的结果
C．光的衍射现象否定了光的直线传播的结论
D．光的衍射现象说明了光具有波动性
答案：C
解析：解答：A、产生明显衍射现象的条件是光的波长比孔或障碍物的尺寸大得多或相差不大，故A正确；
B、光的衍射现象是光波相互叠加的结果，故B正确；
CD、光的直线传播是近似规律，光的衍射现象并没有否定光的直线传播的结论，故C错误，D正确；
故选：C．
分析：衍射是波特有的性质，是光遇到障碍物时能绕过后继续向前传播的现象，发生明显的衍射现象的条件时：孔、缝的宽度或障碍物的尺寸与波长相近或比波长还小．光在同一均匀介质中沿直线传播．
10．在单缝衍射实验中，下列说法中正确的是（）
A．换用波长较长的光照射，衍射条纹间距变窄
B．换用波长较长的光照射，衍射条纹间距变宽
C．使单缝宽度变小，衍射条纹的亮度降低、间距变窄
D．增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距变窄
答案：B
解析：解答：单缝衍射的条纹间距可以用双缝干涉条纹宽度的公式定性讨论，其中L为屏与缝的距离、d为缝宽、λ为波长．
A、其他条件不变，波长较长的光照射，则衍射条纹间距变宽，故A错误，B正确．
C、其他条件不变，使单缝宽度变小，即d变小，则衍射条纹间距变宽，故C错误．
D、其他条件不变，增大单缝到屏的距离，即L变大，则衍射条纹间距变宽，故D错误．
故选：B．
分析：干涉和衍射的本质相同，二者没有严格的界限．它们两者的作用一般是同时存在的，可以用双缝干涉条纹宽度的计算公式定性讨论单缝衍射的条纹间距的变化．
11．抽制高强度纤维细丝时可用激光监控其粗细，如图所示，观察激光束经过细丝时在光屏上所产生的条纹即可判断细丝粗细的变化，下列说法中正确的是（）
A．这主要是光的干涉现象
B．这主要是光的偏振现象
C．如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗
D．如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细
答案：D
解析：解答：当障碍物的尺寸与波的波长相当，或小于波的波长，会发生明显的衍射，该装置的原理是运用光的衍射现象，如果屏上条纹变宽，则金属丝变细．故D正确，A、B、C错误．
故选：D．
分析：根据题目的图象可知，激光束经过细丝时在光屏上所产生的条纹是衍射条纹，然后结合衍射条纹的特点与产生衍射条纹，条纹变宽，知金属丝变细即可正确解答．
12．下列有关光现象的说法不正确的是（）
A．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象
B．阳光下茂密树荫中地面上的圆形亮斑是衍射现象
C．双缝干涉实验中，若仅将入射光由紫光改为红光，则条纹间距一定变大
D．泊松亮斑是光的衍射现象
答案：B
解析：解答：A、光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，减弱反射光的强度，增加透射光的强度．故A正确．
B、阳光下茂密树荫中地面上的圆形亮斑是小孔成像，故B错误；
C、双缝干涉实验中，根据知，条纹间距与光的波长成正比，红光的波长与紫光的波长长，若仅将入射光由紫光改为红光，则条纹间距一定变大．故C正确．
D、泊松亮斑是光的圆板衍射现象．故D正确．
本题选择错误的，故选：B．
分析：光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象．泊松亮斑是光的衍射现象．双缝干涉实验中，若仅将入射光由紫光改为红光，则条纹间距一定变大．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以减弱反射光的强度．
13．在单缝衍射实验中，中央亮条纹的最宽最亮．假设现在只让一个光子通过单缝，下列说法正确的是（）
A．该光子一定落在中央亮条纹处
B．该光子一定落在亮条纹处
C．该光子可能落在暗条纹处
D．该光子不确定落在哪里，所以不具备波动性
答案：C
解析：解答：根据光是概率波的概念，对于一个光子通过单缝落在何处，是不确定的，但由题意知中央亮条纹，故概率最大落在中央亮纹处，也有可能落在暗纹处，但是落在暗纹处的几率很小，综上所述，只有C的叙述准确，故ABD错误，C正确．
故选：C．
分析：首先知道光是概率波，根据光是概率波的概念，对于一个光子通过单缝落在何处，是不确定的．
14．下列现象属于波的衍射现象的是（）
A．在空旷的山谷里喊叫，可以听到回声
B．“空山不见人，但闻人语响”
C．“余音绕梁，三日而不绝”
D．夏日的雷声有时轰鸣不绝
答案：B
解析：解答：A、空旷的山谷里叫喊，可以听到回声，这是声波的反射现象，故A错误．
B、波遇到障碍物或小孔后通过散射继续传播的现象叫做波的衍射，“空山不见人，但闻人语响”是声波的衍射现象．故B正确．
C、“余音绕梁，三日而不绝”，是声波的反射，故C错误；
D、雷声有时轰鸣不绝，也是声波的反射，故D错误．
故选：B．
分析：衍射又称为绕射，波遇到障碍物或小孔后通过散射继续传播的现象．衍射现象是波的特有现象，一切波都会发生衍射现象．发生明显衍射的条件是孔径、障碍物尺寸小于波长或者与波长相差不大．
15．对于单缝衍射现象，下列说法正确的是（）
A．缝的宽度d越小，衍射条纹越亮
B．缝的宽度d越大，衍射现象越明显
C．缝的宽度d越小，光的传播路线越接近直线
D．入射光的波长越大，衍射现象越明显
答案：D
解析：解答：A、缝的宽度d越小，衍射条纹越宽，但亮度变暗．故A错误；
B、缝的宽度d越小，衍射条纹越宽，衍射现象越明显，故B错误；
C、缝的宽度d越小，光的传播路线越偏离直线，故C错误；
D、入射光的波长越短，衍射条纹越小，衍射现象越不明显；入射光的波长越大，衍射现象越明显．故D正确；
故选：D
分析：要使发生明显的衍射现象，必须使得孔或阻碍物的尺寸比水波的波长要小得多或相差不大．
二．填空题
16．如图，在“观察光的衍射现象”实验中，保持缝到光屏的距离不变，增加缝宽，屏上衍射条纹间距将 （选填：“增大”、“减小”或“不变”）；该现象表明，光沿直线传播只是一种近似规律，只有在 ，光才可以看作是沿直线传播的．
答案：减小|光的波长比障碍物小得多
解析：解答：保持缝到光屏的距离不变，增加缝宽，屏上衍射条纹间距将减小；该现象表明，光沿直线转播只是一种近似规律，只有在光的波长比障碍物小得多情况下，光才可以看作是沿直线传播的．
故答案为：减小；光的波长比障碍物小得多
分析：光传播到障碍物的后面的区域，由于是单缝不可能发生两列光的叠加，故只能发生衍射现象．单缝宽度越小越容易发生衍射现象，故缝越小，条纹间距越大．
17．在红光、黄光、绿光、紫光中，最容易产生衍射现象的是 ．
答案：红光
解析：解答：波发生明显的衍射现象的条件是：当孔、缝的宽度或障碍物的尺寸与波长相比差不多或比波长更小．可知光的波长越长，波动性越强，越容易产生衍射．因为红光的波长最长，所以红光最容易发生衍射．
故答案为：红光．
分析：波绕过障碍物继续传播的现象即波的衍射，波长越长，波动性越强，越容易产生衍射．
18．在学习了光的衍射现象后，徐飞同学回家后自己设置了一个小实验．在一个发光的小电珠和光屏之间放一个大小可以调节的圆形孔屏，在圆孔从较大调至完全闭合的过程中，他在屏上看到的现象是：先是 ，再是 ，最后 ．
答案：圆形亮斑|圆形亮环|完全黑暗
解析：解答：由题意可知，当圆孔的尺寸比前两者障碍物（或孔）的尺寸要大时，则破坏明显衍射条件，故不能看到衍射图样．
若光的波长比阻碍物或孔的尺寸大得多或相差不大时，就能发生明显的衍射现象；
在圆孔从较大调至完全闭合的过程中，他在屏上看到的现象是：先是光的直线传播形成的光斑，即为圆形亮斑；
接着出现光的衍射图样，即为圆形亮环，最后完全看不见，
故答案为：圆形亮斑；圆形亮环；完全黑暗．
分析：光的波长比阻碍物或孔的尺寸大得多或相差不大时，就能发生明显的衍射现象；而小孔成像则说明光沿直线传播．
19．如图，当用激光照射直径小于激光束的不透明圆盘时，在圆盘后屏上的阴影中心出现了一个亮斑．这是光的 （填“干涉”、“衍射”或“直线传播”）现象，这一实验支持了光的 （填“波动说“、“微粒说“或“光子说“）．
答案：衍射|波动说
解析：解答：当用激光照射直径小于激光束的不透明圆盘时，在圆盘后屏上的阴影中心出现了一个亮斑，亮斑的周围是明暗相间的环状衍射条纹．这就是泊松亮斑，是激光绕过不透光的圆盘发生衍射形成的．泊松最初做本实验的目的是推翻光的波动性，而实验结果却证明了光的波动性．
故答案：衍射；波动说．
分析：本题的突破口是：当用激光照射直径小于激光束的不透明圆盘时，在圆盘后屏上的阴影中心出现了一个亮斑，可见是光绕过障碍物传到了障碍物的后面，即光发生了衍射现象．
20．光产生明显衍射的条件：障碍物或孔的尺寸比 小或跟 差不多．
答案：波长更|波长
解析：解答：光波发生明显的衍射现象的条件是：当孔、缝的宽度或障碍物的尺寸与波长相比差不多或比波长更小．所以光看做直进的条件是障碍物或孔的尺寸远大于光的波长．
故答案为：波长更，波长．
分析：光波绕过障碍物继续传播的现象即波的衍射，故可以判定甲发生了明显的衍射；根据发生明显的衍射的条件可以判定两孔的尺寸的大小．
三．解答题
21．在“用游标卡尺观察光的衍射现象”实验中，调整卡尺两脚间狭缝距离、主尺和游标的位置如图所示，此时卡尺两脚间狭缝宽度为多少？；若将卡尺两脚间狭缝宽度调整为0.3mm，应使游标上第那条刻线与主尺上表示那个mm的刻度线重合？
答案：解答：游标卡尺的固定刻度读数为0mm，游标尺上第6个刻度游标读数为0.1×5mm=0.5mm，所以最终读数为：0.5mm；
若狭缝宽度调整为0.3mm，由上可知，游标上第3条刻线与主尺上表示3mm的刻度线重合；
故答案为：0.5；3；3
解析：
分析：游标卡尺读数的方法是主尺读数加上游标读数，不需估读．
22．利用发波水槽观察波的衍射现象时，看到了图示9所示的图样．为使现象更明显，可采用办法有那些？
答案：解答：发生明显衍射的条件是障碍物或孔的尺寸比波长小或相差不大，所以为使现象更明显，可采用办法有（1）缩小挡板间距（2）降低波源频率
解析：
分析：发生明显衍射的条件是障碍物或孔的尺寸比波长小或相差不大．
23．部分电磁波的大致波长范围如图所示．若要利用缝宽与手指宽度相当的缝获得明显的衍射现象，可选用那个波段的电磁波？其原因是什么？
答案：微波；要产生明显的衍射现象，波的波长应与缝的尺寸相近．
解析：解答：波发生明显的衍射现象的条件：孔、缝的宽度或障碍物的尺寸与波长相近或比波长还小时．
而手指的宽度为1cm左右，而微波的波长在0.3mm～1mm，故1cm的宽度和微波的波长相近，所以在该实验中应选用微波．
故答案为：微波；要产生明显的衍射现象，波的波长应与缝的尺寸相近．
分析：波发生明显的衍射现象的条件：孔、缝的宽度或障碍物的尺寸与波长相近或比波长还小．手指的宽度为1cm左右，而微波的波长在0.3mm～1mm．
24．某同学把卡尺间的窄缝调节0.5mm去观察某一单色线光源，看到了明暗相间的条纹；这是光的什么现象？若把缝的宽度减小到0.2mm，则看到的现象是条纹宽度多少？亮度怎么变化？．这说明衍射现象中，什么时候？衍射现象更为明显．
答案：观察某一单色线光源，看到了明暗相间的条纹，这是光的衍射现象；
衍射条纹的宽度与缝的宽度有关，缝变宽，条纹变窄，亮度增大，缝变窄，条纹变宽，亮度减弱．知衍射现象中，衍射图样条纹的宽度及亮度与单缝宽度有关．当缝的宽度与障碍物尺寸差不多或比障碍物尺寸小，可以发生明显的衍射．所以缝的宽度变窄时，衍射现象更明显．
故答案为：衍射；变大；变暗；障碍物或孔的尽寸越小．
解析：解答：观察某一单色线光源，看到了明暗相间的条纹，这是光的衍射现象；
衍射条纹的宽度与缝的宽度有关，缝变宽，条纹变窄，亮度增大，缝变窄，条纹变宽，亮度减弱．知衍射现象中，衍射图样条纹的宽度及亮度与单缝宽度有关．当缝的宽度与障碍物尺寸差不多或比障碍物尺寸小，可以发生明显的衍射．所以缝的宽度变窄时，衍射现象更明显．
故答案为：衍射；变大；变暗；障碍物或孔的尽寸越小．
分析：衍射条纹的宽度和亮度与单缝的宽度有关，宽度越窄，亮度越弱，条纹的宽度越宽，当缝的宽度与障碍物尺寸差不多或比障碍物尺寸小，可以发生明显的衍射．
25．利用如图所示装置，可以在光屏上观察到明暗相间的条纹，这是光的什么现象？若保持单缝到光屏的距离不变，调节狭缝的缝宽，则屏上明暗相间的条纹间距将随单缝宽度怎么样变化？
答案：解答：光传播到障碍物的后面的区域，由于是单缝不可能发生两列光的叠加，故只能发生衍射现象．
发生明显衍射现象的条件是：孔缝的宽度或障碍物的尺寸与波长差不多或比波长还小，故单缝宽度越小越容易发生衍射现象，故缝越小，条纹间距越大．
故答案为：衍射，增大．
解析：分析：光传播到障碍物的后面的区域，由于是单缝不可能发生两列光的叠加，故只能发生衍射现象．单缝宽度越小越容易发生衍射现象，故缝越小，条纹间距越大．
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