2026人教版高中物理选择性必修第一册--4.3 光的干涉同步练习（含解析）
文档属性
| 名称 | 2026人教版高中物理选择性必修第一册--4.3 光的干涉同步练习（含解析） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 492.2KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2025-09-22 16:10:56 | ||
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文档简介
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2026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.(2024江苏南通崇川期末)如图所示,挡板上有两条方向竖直、距离很近的狭缝,当用单色光投射到挡板上,在与挡板平行的光屏上出现的条纹形状是 ( )
2.(2024辽宁铁岭月考)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
3.(多选题)(2025河南南阳第一中学诊断)如图是双缝干涉实验装置的示意图,S为单缝,双缝S1、S2之间的距离是0.2 mm,P为光屏,双缝到屏的距离为1.2 m。用绿光照射单缝S时,可在光屏P上观察到第1条亮纹中心与第6条亮纹中心间距为1.500 cm。若相邻两条亮条纹中心间距为Δx,则下列说法正确的有 ( )
A.Δx为0.250 cm
B.增大双缝到屏的距离,Δx将变大
C.改用间距为0.3 mm的双缝,Δx将变大
D.换用红光照射,Δx将变大
题组二 薄膜干涉
4.(2025江苏南京金陵中学月考)在薄膜干涉实验中,铁丝圈上附有肥皂膜,竖直放置,形成如图所示的肥皂膜侧视图,用黄光从左侧照射薄膜,会观察到明暗相间的干涉条纹,则下列结论正确的是 ( )
A.实验者应该从薄膜右侧观察干涉图样
B.干涉条纹的分布上疏下密
C.将铁丝圈在竖直平面内缓慢旋转一定角度θ,条纹也旋转θ角
D.若换用紫光照射,则条纹间距将变大
5.(2025山东泰安期中)干涉条纹除了可以通过双缝干涉观察以外,还可以把一个凸透镜压在一块平面玻璃板上(如图甲),让单色光从上方射入(如图乙),从上往下看凸透镜,可以观察到由干涉形成的环状条纹,这些条纹叫作牛顿环。下列说法正确的是 ( )
A.环状条纹是等间距的同心圆环
B.环状条纹的间距不相等,从圆心向外条纹越来越稀疏
C.若对透镜上表面均匀施加适量压力,干涉圆环向边缘移动
D.若把入射的单色光由紫色换为红色,观察到的条纹间距会变小
能力提升练
题组一 干涉中的明条纹、暗条纹的判断
1.在如图所示的双缝干涉实验中,使用波长λ为600 nm的橙色光照射,在光屏中心P0点呈现亮条纹。若P0点上方的P点出现第3级亮条纹,现改用波长为400 nm的紫光照射,则 ( )
A.P0点和P点都呈现亮条纹
B.P0点呈现亮条纹,P点呈现暗条纹
C.P0点呈现暗条纹,P点呈现亮条纹
D.P0点和P点都呈现暗条纹
2.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.(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.(多选题)(2025山东济宁第一中学月考)光的干涉现象在技术中有重要应用,例如:在磨制各种镜面或其他精密的光学平面时,可以用干涉法检查平面的平整程度。如图所示,在被测平面上放一个透明的样板,在样板的一端垫一个薄片,使样板的标准平面与被测平面之间形成一个楔形空气薄层。用单色光从上面照射,从样板上方向下观测时可以看到干涉条纹。如果被测表面是平整的,干涉条纹就是一组平行的直线(如图甲),则 ( )
A.若要使条纹变疏,可以将薄片向右移动
B.如果干涉条纹如图乙所示发生弯曲,表明被测表面对应位置向上凸
C.将样板平行上移,条纹向着劈尖移动
D.用黄光照射形成的干涉条纹间距比用绿光照射时小
答案与分层梯度式解析
基础过关练
1.C 单色光经过双缝后发生干涉现象,会得到如图C的干涉条纹,选项C正确。
2.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。
方法技巧
产生亮、暗条纹的条件
(1)判断屏上某点出现亮条纹还是暗条纹,要看该点到两个光源(双缝)的路程差(光程差)与波长的比值。
(2)要记住:路程差等于波长整数倍处出现亮条纹,等于半波长奇数倍处出现暗条纹。
(3)上述结论成立的条件是:两个光源情况完全相同。
3.BD 第1条亮纹中心与第6条亮纹中心间距为1.500 cm,则相邻两条亮条纹中心间距为Δx==0.300 cm(易错:第1条亮纹中心与第6条亮纹中心共5个间距),选项A错误;根据双缝干涉条纹间距公式Δx=λ可知,增大双缝到屏的距离l,Δx将变大,选项B正确;由Δx=λ可知,增大双缝间的距离d,Δx将变小,选项C错误;换用红光照射,即光的波长λ变长,由Δx=λ知Δx将变大,选项D正确。
4.B 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,故实验者应该从薄膜左侧观察干涉图样,选项A错误;由于薄膜不是均匀增厚的,从上到下薄膜增厚得越来越快,所以明暗相间的条纹不是等间距的,而是上疏下密,选项B正确;将铁丝圈在竖直平面内缓慢旋转一定角度θ,肥皂膜仍然是上薄下厚,条纹不旋转,选项C错误;如果换成紫光照射,则波长变小,相邻条纹间距变小,选项D错误。
5.C 每个圆环实际上是一条等厚线,即同一个圆环所对应的空气膜的厚度相等,由于从圆心越向外空气膜的厚度变化越快,即空气膜厚度发生相同的变化经过的水平距离越短,所以从圆心越向外条纹越来越密集,选项A、B错误;若对透镜上表面均匀施加适量压力,各处的空气膜都会变薄,干涉条纹向边缘移动,选项C正确;若把入射的单色光由紫色换为红色,由于红光比紫光波长大,所以相邻两个干涉圆环对应的空气膜厚度变化变大,条纹间距会变大,选项D错误。
能力提升练
1.B
关键点拨
由题知橙光的波长为λ=600 nm,紫光的波长为λ'=400 nm,且P点出现第3级亮条纹,可知PS2-PS1=3λ=1 800 nm=9,故当改用紫光照射时,双缝到P点的路程差为半波长的奇数倍,故P点出现暗条纹,P0点仍出现亮条纹,选项B正确。
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对应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.BC 相邻亮条纹对应空气膜的厚度差等于半个波长,当薄片向右移动少许时,空气膜的劈角变大,空气膜厚度差等于半个波长的位置间的距离变小(破题关键),所以相邻亮条纹间距变小,条纹变密,选项A错误;空气薄膜干涉是等厚干涉,任意一条亮条纹处对应空气膜的厚度相同,从弯曲的条纹可知,被检查平面条纹弯曲处对应的空气膜厚度与右边的空气膜厚度相同,弯曲处是向上凸的,选项B正确;条纹的位置与空气膜的厚度是对应的,当样板平行上移时,同一厚度的空气膜向劈尖移动,故条纹向着劈尖移动,选项C正确;条纹间距与光的波长成正比,由于黄光波长长,故黄光的干涉条纹间距大,绿光的干涉条纹间距小,选项D错误。
方法技巧
劈形薄膜干涉条纹的特点
(1)当劈角增大时,不仅条纹变密,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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第四章 光
3 光的干涉
基础过关练
题组一 光的双缝干涉
1.(2024江苏南通崇川期末)如图所示,挡板上有两条方向竖直、距离很近的狭缝,当用单色光投射到挡板上,在与挡板平行的光屏上出现的条纹形状是 ( )
2.(2024辽宁铁岭月考)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
3.(多选题)(2025河南南阳第一中学诊断)如图是双缝干涉实验装置的示意图,S为单缝,双缝S1、S2之间的距离是0.2 mm,P为光屏,双缝到屏的距离为1.2 m。用绿光照射单缝S时,可在光屏P上观察到第1条亮纹中心与第6条亮纹中心间距为1.500 cm。若相邻两条亮条纹中心间距为Δx,则下列说法正确的有 ( )
A.Δx为0.250 cm
B.增大双缝到屏的距离,Δx将变大
C.改用间距为0.3 mm的双缝,Δx将变大
D.换用红光照射,Δx将变大
题组二 薄膜干涉
4.(2025江苏南京金陵中学月考)在薄膜干涉实验中,铁丝圈上附有肥皂膜,竖直放置,形成如图所示的肥皂膜侧视图,用黄光从左侧照射薄膜,会观察到明暗相间的干涉条纹,则下列结论正确的是 ( )
A.实验者应该从薄膜右侧观察干涉图样
B.干涉条纹的分布上疏下密
C.将铁丝圈在竖直平面内缓慢旋转一定角度θ,条纹也旋转θ角
D.若换用紫光照射,则条纹间距将变大
5.(2025山东泰安期中)干涉条纹除了可以通过双缝干涉观察以外,还可以把一个凸透镜压在一块平面玻璃板上(如图甲),让单色光从上方射入(如图乙),从上往下看凸透镜,可以观察到由干涉形成的环状条纹,这些条纹叫作牛顿环。下列说法正确的是 ( )
A.环状条纹是等间距的同心圆环
B.环状条纹的间距不相等,从圆心向外条纹越来越稀疏
C.若对透镜上表面均匀施加适量压力,干涉圆环向边缘移动
D.若把入射的单色光由紫色换为红色,观察到的条纹间距会变小
能力提升练
题组一 干涉中的明条纹、暗条纹的判断
1.在如图所示的双缝干涉实验中,使用波长λ为600 nm的橙色光照射,在光屏中心P0点呈现亮条纹。若P0点上方的P点出现第3级亮条纹,现改用波长为400 nm的紫光照射,则 ( )
A.P0点和P点都呈现亮条纹
B.P0点呈现亮条纹,P点呈现暗条纹
C.P0点呈现暗条纹,P点呈现亮条纹
D.P0点和P点都呈现暗条纹
2.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.(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.(多选题)(2025山东济宁第一中学月考)光的干涉现象在技术中有重要应用,例如:在磨制各种镜面或其他精密的光学平面时,可以用干涉法检查平面的平整程度。如图所示,在被测平面上放一个透明的样板,在样板的一端垫一个薄片,使样板的标准平面与被测平面之间形成一个楔形空气薄层。用单色光从上面照射,从样板上方向下观测时可以看到干涉条纹。如果被测表面是平整的,干涉条纹就是一组平行的直线(如图甲),则 ( )
A.若要使条纹变疏,可以将薄片向右移动
B.如果干涉条纹如图乙所示发生弯曲,表明被测表面对应位置向上凸
C.将样板平行上移,条纹向着劈尖移动
D.用黄光照射形成的干涉条纹间距比用绿光照射时小
答案与分层梯度式解析
基础过关练
1.C 单色光经过双缝后发生干涉现象,会得到如图C的干涉条纹,选项C正确。
2.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。
方法技巧
产生亮、暗条纹的条件
(1)判断屏上某点出现亮条纹还是暗条纹,要看该点到两个光源(双缝)的路程差(光程差)与波长的比值。
(2)要记住:路程差等于波长整数倍处出现亮条纹,等于半波长奇数倍处出现暗条纹。
(3)上述结论成立的条件是:两个光源情况完全相同。
3.BD 第1条亮纹中心与第6条亮纹中心间距为1.500 cm,则相邻两条亮条纹中心间距为Δx==0.300 cm(易错:第1条亮纹中心与第6条亮纹中心共5个间距),选项A错误;根据双缝干涉条纹间距公式Δx=λ可知,增大双缝到屏的距离l,Δx将变大,选项B正确;由Δx=λ可知,增大双缝间的距离d,Δx将变小,选项C错误;换用红光照射,即光的波长λ变长,由Δx=λ知Δx将变大,选项D正确。
4.B 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,故实验者应该从薄膜左侧观察干涉图样,选项A错误;由于薄膜不是均匀增厚的,从上到下薄膜增厚得越来越快,所以明暗相间的条纹不是等间距的,而是上疏下密,选项B正确;将铁丝圈在竖直平面内缓慢旋转一定角度θ,肥皂膜仍然是上薄下厚,条纹不旋转,选项C错误;如果换成紫光照射,则波长变小,相邻条纹间距变小,选项D错误。
5.C 每个圆环实际上是一条等厚线,即同一个圆环所对应的空气膜的厚度相等,由于从圆心越向外空气膜的厚度变化越快,即空气膜厚度发生相同的变化经过的水平距离越短,所以从圆心越向外条纹越来越密集,选项A、B错误;若对透镜上表面均匀施加适量压力,各处的空气膜都会变薄,干涉条纹向边缘移动,选项C正确;若把入射的单色光由紫色换为红色,由于红光比紫光波长大,所以相邻两个干涉圆环对应的空气膜厚度变化变大,条纹间距会变大,选项D错误。
能力提升练
1.B
关键点拨
由题知橙光的波长为λ=600 nm,紫光的波长为λ'=400 nm,且P点出现第3级亮条纹,可知PS2-PS1=3λ=1 800 nm=9,故当改用紫光照射时,双缝到P点的路程差为半波长的奇数倍,故P点出现暗条纹,P0点仍出现亮条纹,选项B正确。
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对应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.BC 相邻亮条纹对应空气膜的厚度差等于半个波长,当薄片向右移动少许时,空气膜的劈角变大,空气膜厚度差等于半个波长的位置间的距离变小(破题关键),所以相邻亮条纹间距变小,条纹变密,选项A错误;空气薄膜干涉是等厚干涉,任意一条亮条纹处对应空气膜的厚度相同,从弯曲的条纹可知,被检查平面条纹弯曲处对应的空气膜厚度与右边的空气膜厚度相同,弯曲处是向上凸的,选项B正确;条纹的位置与空气膜的厚度是对应的,当样板平行上移时,同一厚度的空气膜向劈尖移动,故条纹向着劈尖移动,选项C正确;条纹间距与光的波长成正比,由于黄光波长长,故黄光的干涉条纹间距大,绿光的干涉条纹间距小,选项D错误。
方法技巧
劈形薄膜干涉条纹的特点
(1)当劈角增大时,不仅条纹变密,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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