第十四章 第2讲　光的波动性 课时练作业ppt

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第十四章　光
第2讲　光的波动性
物理
内容索引
必备知识梳理
关键能力提升
第一部分
第二部分
考点一　光的干涉现象
考点二　光的衍射和偏振现象
01
02
考点三　几何光学与物理光学的综合应用
03
课时作业
第三部分
必备知识梳理
第
分
部
一
自主学习·基础回扣
1．光的干涉
(1)定义：在两列光波的叠加区域，某些区域的光被____，出现亮纹，某些区域的光被____，出现暗纹，且____和____互相间隔的现象叫作光的干涉现象。
(2)条件：两列光的________，振动方向相同，且具有恒定的相位差，才能产生稳定的干涉现象。
加强
减弱
亮纹
暗纹
频率相等
(3)双缝干涉：由同一光源发出的光经双缝后形成两束振动情况总是____的相干光，屏上某点到双缝的路程差是____________处出现亮条纹；路程差是______________处出现暗条纹。如图所示，相邻的亮条纹(或暗条纹)之间的距离Δx与波长λ、双缝间距d及屏到双缝距离l的关系为__________。
(4)薄膜干涉：利用薄膜(如肥皂液薄膜)________反射的光相遇而形成的。图样中同一条亮(或暗)条纹上所对应薄膜厚度____。
相同
波长的整数倍
半波长的奇数倍
前后表面
相同
2．光的衍射
(1)发生明显衍射的条件：只有当障碍物的尺寸与光的波长________，甚至比光的波长____的时候，衍射现象才会明显。
(2)衍射条纹的特点
①单缝衍射和圆孔衍射图样的比较
相差不多
还小
项目 单缝衍射 圆孔衍射
单色 光 中央为亮且宽的条纹，两侧为________的条纹，且越靠外，亮条纹的亮度____，宽度____ 中央是大且亮的圆形亮斑，周围分布着________的同心圆环，且越靠外，圆形亮条纹的亮度____，宽度____；亮环或暗环间的距离随圆孔半径的增大而____
明暗相间
越弱
越小
明暗相间
越弱
越小
减小
项目 单缝衍射 圆孔衍射
白 光 中央为亮且宽的白色条纹，两侧为亮度________、宽度________的彩色条纹，其中最靠近中央的色光是紫光，离中央最远的是红光 中央是大且亮的白色亮斑，周围是不等间距的彩色的________
逐渐变暗
逐渐变窄
同心圆环
②泊松亮斑(圆盘衍射)：当光照到______(选填“透明”或“不透明”)的半径很小的小圆盘上时，在圆盘的阴影中心出现____(在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环)。
不透明
亮斑
3．光的偏振
(1)自然光：包含着在垂直于传播方向上沿________振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同。
(2)偏振光：在垂直于光的传播方向的平面上，只沿着某个____的方向振动的光。
(3)偏振光的形成
①让自然光通过______形成偏振光。
②让自然光在两种介质的界面发生反射和____，反射光和折射光可以成为部分偏振光或完全偏振光。
(4)光的偏振现象说明光是一种__波。
一切方向
特定
偏振片
折射
横
教材链接·想一想 请仔细阅读人教版教材选择性必修第一册P98“做一做”——用肥皂膜做薄膜干涉实验，回答下列问题。
劈尖干涉是一种薄膜干涉。如图所示，将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入薄片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜。当光从上方入射后，从上往下看到干涉条纹。
(1)任意一条明条纹所在位置下面的薄膜厚度是怎样的？
提示：厚度相同；
(2)改用频率更大的光照射，条纹间距将怎样变化？
提示：干涉条纹间距变小。
1．光的颜色由光的频率决定。(　 　)
2．频率不同的两列光波不能发生干涉。(　 　)
3．在“双缝干涉”实验中，双缝的作用是用“分光”的方法使两列光的频率相同。(　 　)
4．阳光下茂密的树林中，地面上的圆形亮斑是光的衍射形成的。(　 　)
5．光遇到障碍物时都能产生衍射现象。(　 　)
6．自然光是偏振光。(　 　)
概念辨析
√
√
√
×
√
×
关键能力提升
第
分
部
二
互动探究·考点精讲
考点一　光的干涉现象
1．双缝干涉
对同一双缝干涉装置，光的波长越长，干涉条纹的间距越大，如图所示，相干光源S1、S2发出的光到屏上P′点的路程差为Δr＝r2－r1。
2．薄膜干涉
(1)形成原因
如图所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形。光照射到薄膜上时，在膜的前表面AA′和后表面BB′分别反射回来，形成两列频率相同的光波，并且叠加。
(3)薄膜干涉的应用
干涉法检查平面，如图所示，两板之间形成一楔形空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检平面是平整光滑的，我们会观察到平行且等间距的明暗相间的条纹；若被检平面不平整，则干涉条纹发生弯曲。
【典例1】　(多选)(2024·广西卷)如图所示，S为单色光源，S发出的光一部分直接照在光屏上，一部分通过平面镜反射到光屏上。从平面镜反射的光相当于S在平面镜中的虚像发出的，由此形成了两个相干光源。设光源S到平面镜和到光屏的距离分别为a和l，a l，镜面与光屏垂直，单色光波长为λ。下列说法正确的是(　 　)
AD
1．(多选)利用薄膜干涉的原理可以检查平面的平整度和制作镜头增透膜。图甲中，让单色光从上方射入，这时从上方看可以看到明暗相间的条纹。下列说法正确的是(　 　)
对点演练
BC
A．图甲中将薄片向着劈尖方向移动使劈角变大时，条纹变疏
B．图甲中将样板微微平行上移，条纹疏密不变
C．在图甲中如果看到的条纹如图乙所示，说明被检平面在此处是凹陷
D．图丙中镀了增透膜的镜头看起来是有颜色的，那是增透了这种颜色的光的缘故
解析：题图甲中当将薄片向着劈尖方向移动使劈角变大时，相邻亮条纹间距变小，所以干涉条纹会变密，故A错误；题图甲中将样板微微平行上移，导致满足原亮条纹光程差的间距向劈尖移动，因此出现条纹向着劈尖移动，但条纹疏密不变，故B正确；从题图乙中弯曲的条纹可知，此处检查平面左边处的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相同，此处凹陷，故C正确；照相机、望远镜的镜头表面镀了一层透光的膜，可以增大某种光的透射强度，这种称为增透膜，这是利用了光的干涉现象，同时镀膜镜头看起来是有颜色的是因为对该光增透效果稍差造成的，故D错误。
2．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
考点二　光的衍射和偏振现象
1．对光的衍射的理解
(1)衍射是波的特征，波长越长，衍射现象越明显。任何情况下都可以发生衍射现象，只是存在明显与不明显的差别。
(2)衍射现象说明“光沿直线传播”只是一种特殊情况，只有在光的波长比障碍物小得多时，光才可以看作是沿直线传播的。
2．单缝衍射与双缝干涉的比较
项目 单缝衍射 双缝干涉
不同点 条纹宽度 条纹宽度不等，中央最宽 条纹宽度相等
条纹间距 各相邻条纹间距不等 各相邻条纹等间距
亮度情况 中央条纹最亮，两边变暗 条纹清晰，亮度基本相同
相同点 干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；干涉、衍射都有明暗相间的条纹 3.自然光和偏振光的比较
项目 自然光(非偏振光) 偏振光
光的来源 直接从光源发出的光 自然光通过起偏器后的光
光的振 动方向 在垂直于光的传播方向的平面内，光沿任意方向振动，且沿各个方向振动的光的强度相同 在垂直于光的传播方向的平面内，光沿特定方向振动
C
A．激光通过狭缝后在光屏上可以形成明暗相间的等距条纹
B．其他实验条件不变，使用频率更大的激光，中央亮条纹宽度变大
C．其他实验条件不变，对金属棒加温，中央亮条纹宽度变大
D．其他实验条件不变，增大光屏到狭缝的距离，中央亮条纹宽度变小
考向2 光的偏振
【典例3】　(2024·江苏卷)用立体影院的特殊眼镜去观看手机液晶屏幕，左镜片明亮，右镜片暗，现在将手机屏幕旋转90度，会观察到(　 　)
A．两镜片都变亮
B．两镜片都变暗
C．两镜片没有任何变化
D．左镜片变暗，右镜片变亮
D
【解析】　立体影院的特殊眼镜是利用了光的偏振，其镜片为偏振片，用立体影院的特殊眼镜去观看手机液晶屏幕，左镜片明亮，右镜片暗，可知眼镜的左、右两个镜片为透振方向相互垂直的偏振片，且屏幕发出的光的振动方向与左镜片的透振方向一致，将手机屏幕旋转90度后屏幕发出的光的振动方向与右镜片的透振方向一致，则左镜片变暗，右镜片变亮，故选D。
3．(2022·上海卷)在单缝衍射实验中，仅减小单缝的宽度，则光屏上(　 　)
A．条纹变宽，光强增强 B．条纹变窄，光强增强
C．条纹变宽，光强减弱 D．条纹变窄，光强减弱
解析：根据单缝衍射实验规律可知，单缝的宽度越小，衍射现象越明显，光屏上中央亮条纹越宽；通过单缝的光越少，光屏上光强越弱。因此在单缝衍射实验中，仅减小单缝的宽度，则光屏上条纹变宽，光强减弱，C正确。
对点演练
C
4．(多选)利用旋光仪这种仪器可以用来测量糖溶液的浓度，从而测定含糖量。其原理是偏振光通过糖的水溶液后，若迎着射来的光线看，偏振方向会以传播方向为轴线，旋转一个角度θ，这一角度称为“旋光角”，θ的值与糖溶液的浓度有关。将θ的测量值与标准值相比较，就能确定被测样品的含糖量了。如图所示，S是自然光源，A、B是偏振片，转动B，使到达O处的光最强，然后将被测样品P置于A、B之间，则下列说法中正确的是(　 　)
ACD
A．到达O处光的强度会明显减弱
B．到达O处光的强度不会明显减弱
C．将偏振片B转动一个角度，使得O处光的强度最大，偏振片B转过的角度等于θ
D．将偏振片A转动一个角度，使得O处光的强度最大，偏振片A转过的角度等于θ
解析：偏振光通过糖的水溶液后，若迎着射来的光线看，偏振方向会以传播方向为轴线，旋转一个角度θ，所以到达O处光的强度会明显减弱，故A正确，B错误；将偏振片A或B转动一个角度，使得O处光的强度最大，偏振片A或B转过的角度等于θ，故C、D正确。
考点三　几何光学与物理光学的综合应用
3．光的频率、折射率、波速、波长的对应关系
颜色 红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫
频率f 低→高
同一介质中折射率n 小→大
同一介质中速度v 大→小
波长λ 大→小
临界角 大→小
通过棱镜的偏折角 小→大
【典例4】　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
D
5．(2024·新课标卷)三位科学家由于在发现和合成量子点方面的突出贡献，荣获了2023年诺贝尔化学奖。不同尺寸的量子点会发出不同颜色的光。现有两种量子点分别发出蓝光和红光，下列说法正确的是(　 　)
A．蓝光光子的能量大于红光光子的能量
B．蓝光光子的动量小于红光光子的动量
C．在玻璃中传播时，蓝光的速度大于红光的速度
D．蓝光在玻璃中传播时的频率小于它在空气中传播时的频率
对点演练
A
6．如图所示为一束太阳光射到截面为六边形的冰晶上时的光路图，a、b为其折射出的光线中的两种单色光，下列说法不正确的是(　 　)
A．在冰晶中，a光的传播速度较大
B ．通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹间距较大
C．从同种玻璃中射入空气发生全反射时，a光的临界角较小
D．用同一装置做单缝衍射实验，a光的中央亮条纹更宽
C
课时作业70
第
分
部
三
1．(5分)(多选)关于光的衍射现象，下列说法正确的是(　 　)
A．红光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹
B．白光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹
C．光照到不透明小圆盘上出现泊松亮斑，说明发生了衍射
D．光照到较大圆孔上出现大光斑，说明光沿直线传播，不存在光的衍射
解析：单色光照到狭缝上产生的衍射图样是亮暗相间的直条纹，A正确；白光的单缝衍射图样是彩色条纹，故B错误；光照到不透明小圆盘上，在其阴影处出现亮斑，是衍射现象，故C正确；衍射是光特有的现象，光照到较大圆孔上出现大光斑，说明光沿直线传播，但仍存在光的衍射，只不过是现象不明显，D错误。
AC
2．(5分)(2024·山东卷)检测球形滚珠直径是否合格的装置如图甲所示，将标准滚珠a与待测滚珠b、c放置在两块平板玻璃之间，用单色平行光垂直照射平板玻璃，形成如图乙所示的干涉条纹。若待测滚珠与标准滚珠的直径相等为合格，下列说法正确的是(　 　)
A．滚珠b、c均合格
B．滚珠b、c均不合格
C．滚珠b合格，滚珠c不合格
D．滚珠b不合格，滚珠c合格
C
解析：单色平行光垂直照射平板玻璃，上、下玻璃上表面的反射光在上玻璃上表面发生干涉，形成干涉条纹，光程差为两块玻璃距离的两倍，根据光的干涉知识可知，同一条干涉条纹位置处光的波程差相等，即滚珠a的直径与滚珠b的直径相等，即滚珠b合格，不同的干涉条纹位置处光的波程差不同，则滚珠a的直径与滚珠c的直径不相等，即滚珠c不合格，故选C。
3．(5分)用图示实验装置演示光的偏振现象，白炽灯在O发出的光通过两个透振方向平行的偏振片P、Q照到光屏上，通过偏振片前后的光束分别用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示，下列说法正确的是(　 　)
A．白炽灯发出的光是纵波
B．偏振片Q起到检偏的作用
C．光束Ⅱ中的光振动方向与透振方向垂直
D．将偏振片Q以光传播方向为轴转过45°，光束Ⅲ完全消失
B
解析：白炽灯的光通过两个透振方向平行的偏振片P、Q照到光屏上，不能说明白炽灯的光是纵波，A错误；当白炽灯发出的光经偏振片P后就成为偏振光，又经与P平行的偏振片Q照到光屏上，所以偏振片Q起到检偏的作用，B正确；光束Ⅱ中的光是经偏振片P透射来的，所以光束Ⅱ中的光振动方向与透振方向平行，C错误；将偏振片P以光传播方向为轴转过45°，光束Ⅲ将会减弱，但不会完全消失，D错误。
4．(5分)(多选)(2024·湖北武汉高三质检)如图所示，PQ是半圆柱体玻璃截面的直径，一束由两种单色光组成的复色光从真空中经P点斜射入玻璃，两单色光分别从A、B两点射出玻璃。设从A、B点射出的光波长分别为λA和λB，从P点传播到A、B点的时间分别为tA和tB，下列说法正确的是(　 　)
A．λA<λB B．λA>λB
C．tAAD
5．(5分)(2024·辽宁卷)某同学自制双缝干涉实验装置，在纸板上割出一条窄缝，于窄缝中央沿缝方向固定一根拉直的头发丝形成双缝，将该纸板与墙面平行放置，如图所示。用绿色激光照双缝，能在墙面上观察到干涉条纹。下列做法可以使相邻两条亮纹中央间距变小的是(　 　)
A．换用更粗的头发丝
B．换用红色激光照双缝
C．增大纸板与墙面的距离
D．减小光源与纸板的距离
A
6．(5分)如图所示的实验装置中，单色线光源S垂直纸面水平放置，平面镜水平放置在桌面上。单色线光源S发出的光有一部分直接入射到竖直放置的光屏上，一部分通过平面镜反射后再入射到光屏上，光屏上会出现明暗相间的条纹，下列说法正确的是(　 　)
A．光屏上的条纹与水平面垂直，是光的干涉现象
B．光屏上的条纹与水平面平行，是光的衍射现象
C．将光屏沿水平方向远离线光源S，相邻条纹间距增大
D．将线光源S沿竖直方向面镜，相邻条纹间距减小
C
7．(5分)(多选)(2024·河北张家口模拟)通过如图甲所示的装置可研究光的干涉和衍射现象。从光源发出的光经过一缝板，在缝板后有一装有感光元件的光屏，通过信号转换，可在电脑上看到屏上的光强分布情况。图乙分别显示出A光和B光通过同一缝板得到的光强分布情况。下列有关A、B两种色光的说法正确的有(　 　)
A．光通过的可能是缝板上的单缝
B．A光的波长比B光的波长长
C．A光在玻璃中的传播速度大于B光在玻璃中的传播速度
D．A光比B光更容易发生明显的衍射现象
BCD
8．(5分) 1801年，英国物理学家托马斯·杨完成了著名的双缝干涉实验。如图所示为双缝干涉实验的原理图，单缝S0、屏上的P0点均位于双缝S1和S2的中垂线上。已知入射光在真空中的波长为λ，双缝S1到S2的距离为d，双缝S1和S2到P点的距离分别为x1、x2，屏上P点到P0点的距离为y，双缝与屏之间的距离为L。若P点是暗条纹的中心，n＝0，1，2，…，必须满足的关系是(　 　)
D
9．(5分)(2023·重庆卷)某实验小组利用双缝干涉实验装置分别观察a、b两单色光的干涉条纹，发现在相同的条件下光屏上a光相邻两亮条纹的间距比b光的小。他们又将a、b光以相同的入射角由水斜射入空气，发现a光的折射角比b光的大，则(　 　)
A．在空气中传播时，a光的波长比b光的大
B．在水中传播时，a光的速度比b光的大
C．在水中传播时，a光的频率比b光的小
D．由水射向空气时，a光的全反射临界角比b光的小
D
10．(5分)(多选)(2022·山东卷)某同学采用图甲所示的实验装置研究光的干涉与衍射现象，狭缝S1、S2的宽度可调，狭缝到屏的距离为L。同一单色光垂直照射狭缝，实验中分别在屏上得到了图乙、图丙所示图样。下列描述正确的是(　 　)
ACD
A．图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，也发生了衍射
B．遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，其他条件不变，图丙中亮条纹宽度增大
C．照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距增大
D．照射两条狭缝时，若光从狭缝S1、S2到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是暗条纹
11．(5分)(2024·福建宁德高三质检)雨后天空中出现的弧形彩带，色彩鲜明的叫虹，色彩比虹暗淡的叫霓。如图所示为形成的光路图，一束太阳光射入水滴后，射出彩色光，其中a和b是两种单色光，下列说法正确的是(　 　)
A．a光的波长大于b光的波长
B．水滴对a光的折射率大于对b光的折射率
C．在水滴中，a光的传播速度小于b光的传播速度
D．在完全相同的条件下做双缝干涉实验，b光对应的干涉条纹间距较宽
A
12．(5分)某实验小组同学采用图甲装置研究光的干涉现象，两狭缝S1、S2间距离d及各自宽度m均可调，狭缝到光屏的距离为L。用不同的单色光垂直照射狭缝，得到如图乙所示的干涉条纹。下列说法正确的是(　 　)
B
A．在d、L相同条件下，照射光的频率越高，形成的干涉亮条纹越宽
B．若遮住S1，用红光照射S2，减小S2的宽度m，光屏上的中央亮条纹变宽变暗
C．若同时用红光和蓝光分别照射S1、S2，光屏上将得到红蓝相间的干涉彩色条纹
D．用红光照射两条狭缝时，若狭缝S1、S2到光屏上P1点的路程差为红光波长的3.5倍，P1点处一定是亮条纹
解析：由题图乙可知，在d、L相同的条件下，红光的波长更长，频率更低，形成的干涉条纹更宽，故照射光的频率越低，形成的干涉亮条纹越宽，A项错误；若遮住S1，用红光照射S2，光屏上得到的是衍射条纹，减小S2的宽度m，衍射现象更明显，光屏上的中央亮条纹变宽变暗，B项正确；若同时用红光和蓝光分别照射S1、S2，不会发生干涉现象，光屏上不会得到干涉条纹，C项错误；用红光照射两条狭缝时，若狭缝S1、S2到光屏上P1点的路程差为红光波长的3.5倍，P1点处一定是暗条纹，D项错误。
13．(5分)(多选)如图所示，两束单色光a、b从水下面射向A点，光线经折射后合成一束光c。则下列说法正确的是(　 　)
A．同一双缝干涉实验装置分别用a、b光做实验，a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距
B．用a、b光分别做双缝干涉时它们的干涉条纹宽度
都是不均匀的
C．在水中a光的临界角大于b光的临界角
D．若a光与b光以相同入射角从水射向空气，在不断增大入射角时水面上首先消失的是b光
ACD
C正确；若a光与b光以相同入射角从水射向空气，由于在水中a光的临界角大于b光的临界角，所以不断增大入射角时b光的入射角先达到临界角，则b光先发生全反射，首先消失的是b光，D正确。