5.1、5.2 光的干涉 光的衍射 同步练习 (含解析)

1．由两个不同光源所发出的两束白光落在同一点上，不会产生干涉现象．这是因为(　　)
A．两个光源发出光的频率不同
B．两个光源发出光的强度不同
C．两个光源的光速不同
D．这两个光源是彼此独立的，不是相干光源
解析：选D.本题考查相干光的条件，题中两光源发出的光都是白光，频率不确定没法比较，选项A错误．光的强度对光是否干涉没有影响，所以B错误．光速在真空中是确定的，但它对光的干涉也没影响，选项C错误．题中是两个独立光源，二者产生的不是相干光，选项D正确．
2．用包括有红光、绿光、紫光三种色光的复色光作相干光源，所产生的干涉条纹中离中央明条纹最近的干涉条纹是(　　)
A．紫色条纹
B．绿色条纹
C．红色条纹
D．都一样近
答案：A
3．下列关于衍射的说法中，不正确的是(　　)
A．衍射现象中衍射图样的明暗相间的条纹的出现是光干涉的结果
B．双缝干涉中也存在着光的衍射现象
C．影的存在是一个与衍射相矛盾的客观事实
D．—切波都可以产生衍射
解析：选C.干涉和衍射是波特有的现象．条纹的明暗变化是干涉的结果．条纹出现的范围较大，说明有光线进入到了“影子”区域中，是衍射的结果．故A、B正确；影的存在是衍射现象的极限表现，两者不相矛盾，C项错；一切波都能够产生衍射，只是衍射的明显程度不同，D项正确．
图5－1－8
4．如图5－1－8所示，是用干涉法检查某块厚玻璃板的上表面是否平整的装置，所用单色光是用普通光源经滤光片产生的，检查中所观察到的干涉条纹是由下列哪两个表面反射的光线叠加而成的(　　)
A．a的上表面和b的下表面
B．a的上表面和b的上表面
C．a的下表面和b的上表面
D．a的下表面和b的下表面
解析：选C.干涉法的原理是利用单色光的薄膜干涉，这里的薄膜指的是样板与待测玻璃板之间的空气层．空气层的上表面和下表面分别反射的光会发生干涉，观察干涉后形成的条纹是否为平行直线，可以断定厚玻璃板的上表面是否平整．因此选项C是正确的．
5．(2011年福州地区八县一中高二期末联考)如图5－1－9是单色光的双缝干涉的示意图，其中S为单缝、S1、S2为双缝，且三条缝互相平行，缝S到S1、S2的距离相等，下列说法中正确的是(　　)
图5－1－9
A．单缝S的作用是为了增加光的强度
B．双缝S1、S2的作用是为了产生两个频率相同的线状光源
C．当S1、S2发出的两列光波到P点的路程差为光的波长1.5倍时，产生第二条亮条纹
D．当S1、S2发出的两列光波到P点的路程差为一个波长时，产生中央亮条纹
解析：选B.单缝的作用是获取频率单一的光源，故A项错；双缝的作用是在单缝的基础上获得两个相干光源，故B项对；路程差为1.5倍，光波波长处是第二条暗条纹，故C项错；中央亮条纹是路程差为0，故D项错．
一、单项选择题
1．如图5－1－10所示的四个图形中哪个是著名的泊松亮斑的衍射图样(　　)
图5－1－10
解析：选B.泊松亮斑为不通光的圆盘阴影中心有一亮斑，而周围还有明暗相间的圆环，故B正确．图A中小孔较大，没发生明显的衍射，D中小孔较小，发生了小孔衍射，C中为干涉条纹．
2.
图5－1－11
如图5－1－11所示是用光学的方法来检查一物体表面光滑程度的装置，其中A为标准平板，B为被检查其表面光滑程度的物体，C为单色入射光，如果要说明能检查平面光滑程度的道理，则需要用到下列哪些光学概念(　　)
A．反射和干涉
B．全反射和干涉
C．反射和衍射
D．全反射和衍射
解析：选A.此装置是应用了薄膜干涉在标准平板和被检查表面间有一楔形的空气膜，用单色光照射时，入射光从空气膜的上、下表面反射出两列光波，形成干涉条纹．若干涉条纹平行则表面光滑，由以上分析可知，如果要说明能检查平面光滑程度，需用到光的反射和光的干涉两个概念，A正确，B、C、D错误．
3．(2011年杭州模拟)如图5－1－12所示的4种明暗相间的条纹分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(灰黑色部分表示亮纹)．则在下面的四个图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是(　　)
图5－1－12
A．红黄蓝紫
B．红紫蓝黄
C．蓝紫红黄
D．蓝黄红紫
解析：选B.双缝干涉条纹平行等距，且波长越大，条纹间距越大，红光波长大于蓝光波长，故第一幅图为红光，第三幅图为蓝光；单缝衍射条纹是中间宽两边窄的平行条纹，且波长越大，中央明纹越宽，黄光波长比紫光波长大，故第四幅图为黄光的衍射图样，第二幅为紫光的衍射图样．故B正确．
4．一束红光射向一块有双缝的不透光的薄板，在薄板后面的光屏上呈现明暗相间的干涉条纹．现将其中一条缝挡住，让这束红光只通过一条缝，则在光屏上可以看到(　　)
A．与原来相同的明暗相间的条纹，只是亮条纹比原来暗些
B．与原来不相同的明暗相间的条纹，而中央亮条纹变宽些
C．只有一条与缝宽对应的亮条纹
D．无条纹，只存在一片红光
解析：选B.
本题中这束红光通过双缝时，产生了干涉现象，说明每一条缝都很窄，满足这束红光发生明显干涉的条件．这束红光通过双缝时在光屏上形成的干涉图样的特点是：中央出现亮条纹，两侧对称地出现等间距的明暗相间条纹．而这束红光通过单缝时形成的衍射图样的特点是：中央出现较宽的亮条纹，两侧出现对称的不等间距的明暗相间条纹，且距中央亮条纹远的亮条纹的亮度迅速减小．
5.
图5－1－13
如图5－1－13所示，杨氏双缝干涉实验中，如果光屏上的P点是亮条纹，那么光波从缝S1、S2到P点的路程差δ应是(　　)
A．波长的整数倍
B．半波长的整数倍
C．只是波长的奇数倍
D．只是半波长的奇数倍
解析：选A.对于两个相同的光源，光的路程差是半个波长的偶数倍即波长的整数倍时屏上出现亮条纹；光的路程差是半个波长的奇数倍时，屏上出现暗条纹．A正确，B、C、D错误．
6．在单缝衍射实验中，下列说法中正确的是(　　)
A．将入射光由绿色换成黄色，衍射条纹间距变窄
B．使单缝宽度变小，衍射条纹间距变窄
C．换用波长较长的光照射，衍射条纹间距变窄
D．增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距变宽
解析：选D.当光通过单缝发生衍射时，衍射现象明显与否、光屏上条纹宽度及亮度与入射光的波长、缝宽及缝到屏的距离有关．当单缝宽度一定时，波长越长，衍射现象越明显，条纹间距也越大，即光偏离直线传播的路径越远；当光的波长一定时，单缝宽度越小，衍射现象越明显，条纹间距越大；光的波长一定、单缝宽度也一定时，增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距会变宽．
7．杨氏双缝干涉实验中，下列说法正确的是(n为自然数，λ为光波波长)(　　)
①在距双缝的路程相等的点形成暗条纹
②在距双缝的路程差为nλ的点形成亮条纹
③在距双缝的路程差为n的点形成亮条纹
④在距双缝的路程差为λ的点形成暗条纹
A．①②
B．①③
C．③④
D．②④
解析：选D.在双缝干涉实验中，当某处距双缝距离之差δ为波长的整数倍时，即δ＝nλ，n＝0,1,2,3…，这点为加强点，该处出现亮条纹；当某处距双缝距离之差δ为半波长的奇数倍时，即δ＝(2n＋1)，n＝0,1,2,3，…，这点为减弱点，该处出现暗条纹．
8.
图5－1－14
(2011年大连模拟)把一平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上，一端用薄片垫起，构成空气劈尖，让单色光从上方射入，如图5－1－14所示，这时可以看到明暗相间的条纹．下面关于条纹的说法中正确的是(　　)
①干涉条纹的产生是由于光在空气劈尖膜的前后两表面反射形成的两列光波叠加的结果
②干涉条纹中的暗纹是由于上述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果
③将上玻璃板平行上移，条纹向着劈尖移动
④观察薄膜干涉条纹时，应在入射光的另一侧
A．①②
B．①③
C．②④
D．③④
解析：选B.根据薄膜干涉的产生原理，上述现象是由空气劈尖膜前后表面反射的两列光叠加而成，当波峰与波峰、波谷与波谷相遇叠加时，振动加强，形成亮条纹，所以①对，②错；因相干光是反射光，故观察薄膜干涉时，应在入射光的同一侧，故④错误；根据条纹的位置与空气膜的厚度是对应的，当上玻璃板平行上移时，同一厚度的空气膜向劈尖移动，故条纹向着劈尖移动，故③正确．故选B项．
9．在观察光的衍射现象的实验中，通过紧靠眼睛的卡尺两测量脚形成的狭缝，观看远处的日光灯管或线状的白炽灯丝(灯管或灯丝都要平行于狭缝)，可以看到(　　)
A．彩色的直条纹
B．彩色的弧形条纹
C．黑白相间的直条纹
D．黑白相间的弧形条纹
解析：选A.白炽灯(或日光灯管)发出的光是复色光，其中各种色光的波长不同，产生的单缝衍射的图样中条纹宽度和间距都不相同，因此各单色光的亮条纹或暗条纹不能完全重叠在一起，所以成为彩色条纹，因为是狭缝，所以是彩色直条纹，故选项A正确，B、C、D错误．
10.
图5－1－15
(2011年福州地区八县一中高二期末联考)甲、乙两束单色光同时射到两种介质的分界面MN上，由于发生折射而合为一束，如图5－1－15所示(反射光未画出)，则下列判断正确的是(　　)
A．甲光的频率比乙光的频率大
B．相同条件下，甲光比乙光容易发生衍射
C．对同种介质，甲光的折射率比乙光的折射率大
D．在同种介质中甲光光速比乙光光速小
解析：选B.由图可知，乙光的折射率大，则乙光的频率大，在介质中的光速小，波长短，与甲光相比不容易发生衍射，故A、C、D项都错，B项对．
11．在光学仪器中，为了减少在光学元件(透镜、棱镜等)表面上的反射损失，可在光学元件表面涂上一层增透膜，利用薄膜干涉相抵消来减少反射光．如果照相机镜头所镀薄膜对绿光的折射率为n，厚度为d，它能使绿光在垂直入射时反射光抵消，那么绿光在真空中的波长λ为(　　)
A．d/4
B．nd/4
C．4d
D．4nd
解析：选D.由增透膜的作用是利用干涉相抵消减少反射光，绿光在该膜中的波长λ′＝4d，而λ′＝，所以λ＝4nd，故选D.
二、非选择题
12．为了减少光在透镜表面由于反射带来的损失，可在透镜表面涂上一层增透膜，一般用折射率为1.38的氟化镁，为了使波长为5.52×10－7
m的绿光在垂直表面入射时使反射光干涉相消，求所涂的这种增透膜的厚度．
解析：由于人眼对绿光最敏感，所以通常所用的光学仪器其镜头表面所涂的增透膜的厚度只使反射的绿光干涉相消，但薄膜的厚度不宜过大，只须使其厚度为绿光在膜中波长的，使绿光在增透膜的前后两个表面上的反射光互相抵消，而光从真空进入某种介质后，其波长会发生变化．
若绿光在真空中波长为λ0，在增透膜中的波长为λ，由折射率与光速的关系和光速与波长及频率的关系得：
n＝＝，得λ＝
那么增透膜的厚度
h＝λ＝＝
m＝1×10－7
m.
答案：1×10－7
m