第5章 光的干射衍射 章节测试题 word版含解析

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2019鲁科版高中物理选修3-4第5章《光的干射衍射》章节测试题
本试卷分第Ⅰ卷和第Ⅱ卷两部分，共100分，考试时间150分钟。

第Ⅰ卷
一、单选题(共20小题,每小题3.0分,共60分)


1.彩虹是由大量悬浮在空气中的小水珠对太阳光的折射所形成的．如图所示，为太阳光照射到空气中的一个小水珠发生全反射和折射的光路示意图．其中a、b为两束在空气中波长不同的单色光，对于这两束单色光，下列说法中正确的是(　　)

A． 在真空中a光的传播速度等于b光的传播速度
B． 单色光a在水中的折射率比单色光b在水中的折射率大
C． 当两束单色光由水珠斜射向空气中时，单色光a发生全反射的临界角小于b光发生全反射的临界角
D． 在同一双缝干涉实猃中，a光的条纹间距小于b光的条纹间距
2.可见光在空气中波长范围是4 400 ?到7 700 ?，即4.4×10－4mm到7.7×10－4mm，下面关于光衍射条件的说法正确的是(　　)
A． 卡尺两脚间的狭缝的宽度小到万分之几毫米以下时，才能观察到明显的衍射现象
B． 卡尺两脚间的狭缝的宽度小到0.4 mm以下时，通过它观察到线状白炽灯丝，有明显的衍射现象
C． 卡尺两脚间的狭缝的宽度小到0.2 mm以下时，通过它观察各种光源，都能看到明显的衍射现象
D． 光的衍射条件“跟光的波长可以相比”是非常严格的，即只有孔或障碍物的尺寸跟波长差不多时才能观察到光的衍射
3.关于“用双缝干涉测量光的波长”的实验，下列说法正确的是(　　)
A． 光源与屏之间应依次放置双缝、滤光片、单缝
B． 光源与屏之间应依次放置滤光片、双缝、单缝
C． 实验中，若仅将绿色滤光片改为红色滤光片，则屏上的干涉条纹间距将变宽
D． 实验中，若仅将绿色滤光片改为红色滤光片，则屏上的干涉条纹间距将变窄
4.一束单色平行光通过双缝后，在屏上得到干涉条纹，下列说法正确的是(　　)
A． 相邻两条亮纹间距比相邻两条暗纹间距大
B． 用红光做实验比用紫光做实验时，得到的亮条纹或暗条纹间的间距小
C． 用白光做此实验不能形成条纹
D． 用白光做此实验，屏上出现彩色条纹
5.如图所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置，P是附有肥皂泡薄膜的铁丝圈，S是一点燃的酒精灯，往火焰上撒些盐后，在肥皂膜上观察到的干涉图象应是图中的(　　)




A．B．C．D．
6.在双缝干涉实验中，实验装置如图所示，图中①②③④⑤依次是光源、滤光片、单缝、双缝、光屏．调整实验装置中的双缝，使两狭缝间的距离增大，则在光屏上看到的条纹(　　)

A． 条纹条数变少
B． 条纹间距不变
C． 条纹间距变大
D． 条纹间距变小
7.如图所示，一个小的光源发出白光，经三棱镜分光．若人沿着折射光的方向观察，通过棱镜可以看到(　　)



A． 白光点
B． 光点上部红色，下部紫色



C． 光点上部紫色，下部红色
D． 看不到光源的像
8.用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象．图(a)是点燃的酒精灯(在灯芯上洒些盐)，图(b)是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属丝圈．将金属丝圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是(　　)

A． 当金属丝圈旋转30°时干涉条纹同方向旋转30°
B． 当金属丝圈旋转45°时干涉条纹同方向旋转90°
C． 当金属丝圈旋转60°时干涉条纹同方向旋转30°
D． 干涉条纹保持原来状态不变
9.在双缝干涉实验中，以下说法正确的是(　　)
A． 两狭缝到屏上距离等于半个波长的点将出现亮纹
B． 两狭缝到屏上距离相等的点将出现暗纹
C． 用红光做实验时干涉条纹比用蓝光时宽
D． 用紫光做实验时干涉条纹比用绿光时宽
10.如图所示的4幅明暗相间的条纹，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(黑色部分表示亮纹)．则在下面的四幅图中从左到右排列，亮条纹的颜色依次是(　　)

A． 红黄蓝紫
B． 红紫蓝黄
C． 蓝紫红黄
D． 蓝黄红紫
11.用干涉法检查工件表面的质量，产生的干涉条纹是一组平行的直线．若劈尖的上表面向上平移一小段距离，如图所示，则干涉条纹宽度将(　　)


A． 变宽
B． 变窄

C． 不变
D． 无法确定
12.某同学使用激光器作光源，在不透光的挡板上开一条缝宽为0.05 mm的窄缝，进行光的衍射实验，如图所示，则他在光屏上看到的条纹是(　　)

A．B．C．D．
13.如图所示是研究光的双缝干涉的示意图．不透光的挡板上有两条平行狭缝S1、S2，用单色红光照射双缝，由S1和S2发出的红光到达屏上时会产生干涉条纹，则下列说法正确的是(　　)

A． 若只减小两条狭缝S1、S2之间的距离，条纹间距将增大
B． 若只减小两条狭缝与屏之间的距离，条纹间距将增大
C． 若只在两条狭缝与屏之间插入一块与屏平行的平板玻璃砖，条纹间距将增大
D． 若只把用红光照射改用绿光照射，条纹间距将增大
14.两种单色光组成的一束光从空气进入玻璃发生折射情况如图所示，则下列说法正确的是(　　)

A． 用同一双缝干涉实验装置分别以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光分别做单缝衍射实验时它们的衍射条纹宽度都是均匀的
C． 在玻璃中a光的速度比b光的速度小
D． 从水射向空气时a光的临界角大于b光的临界角
15.如图甲所示，在平静的湖面下有一个点光源S，它发出的是两种不同颜色的a光和b光，在水面上形成了一个被照亮的圆形区域，该区域的中间为由a、b两种单色光构成的复色光的圆形区域，周边为环状区域，且为a光的颜色(图乙为俯视图)．则以下说法中正确的是(　　)

A． 水对a光的折射率比b光的大
B．a光在水中的传播速度比b光的大
C．a光的频率比b光的大
D． 在同一装置的杨氏双缝干涉实验中，a光的干涉条纹比b光窄
16.雨后太阳光入射到水滴中发生色散而形成彩虹．设水滴是球形的，图中的圆代表水滴过球心的截面，入射光线在过此截面的平面内，a、b、c、d代表四条不同颜色的出射光线，则它们可能依次是(　　)

A． 紫光、黄光、蓝光和红光
B． 紫光、蓝光、黄光和红光
C． 红光、蓝光、黄光和紫光
D． 红光、黄光、蓝光和紫光
17.如图所示，从点光源S发出的一束细白光以一定的角度入射到三棱镜的表面，经过三棱镜的折射后发生色散现象，在光屏的ab间形成一条彩色光带．下面的说法中正确的是(　　)

A．a侧是红色光，b侧是紫色光
B． 在真空中a侧光的波长小于b侧光的波长
C． 三棱镜对a侧光的折射率小于对b侧光的折射率
D． 在三棱镜中a侧光的传播速度大于b侧光的传播速度
18.单色光通过双缝产生干涉现象，同种单色光通过单缝产生衍射现象，在光屏上都得到明暗相间的条纹，比较这两种条纹(　　)
A． 干涉、衍射条纹间距都是均匀的
B． 干涉、衍射条纹间距都是不均匀的
C． 干涉条纹间距不均匀，衍射条纹间距均匀
D． 干涉条纹间距均匀，衍射条纹间距不均匀
19.下列说法不正确的是(　　)
A． 用标准平面检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象
B． 照相机的镜头呈现淡紫色是光的干涉现象
C． 泊松亮斑是由光的衍射现象形成的
D． 在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射现象
20.“泊松亮斑”是下面的哪个图形？(　　)
A．B．C．D．
第Ⅱ卷
二、计算题(共4小题,每小题10.0分,共40分)


21.在双缝干涉实验中，屏上一点P到双缝的距离之差为1.5×10－6m，若用频率为5.0×1014Hz的单色光照射双缝，该点处于亮条纹还是暗条纹？从屏中心算起这是第几条什么条纹？
22.如图表示某双缝干涉的实验装置，当用波长为0.4 μm的紫光做实验时，由于像屏大小有限，屏上除中央亮条纹外，两侧只看到各有3条亮条纹，若换用波长为0.6 μm的橙光做实验，那么该像屏上除中央条纹外，两侧各有几条亮条纹？

23.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距离之差为2.1×10－6m，分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验，问P点处是亮条纹还是暗条纹？

(1)已知A光在折射率为n＝1.5的介质中波长为4×10－7m.
(2)已知B光在某种介质中波长为3.15×10－7m，当B光从这种介质射向空气时，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．
24.一台激光器，它的功率为P，如果它发射出的单色光在空气中的波长为λ，则这束单色光的频率是多少？它在时间t内辐射的光能为多少？如果已知这束单色光在某介质中的传播速度为v，那么这束单色光从该介质射向真空发生全反射的临界角为多少？



答案解析
1.【答案】A
【解析】所有色光在真空中的传播速度都相同，所以在真空中a光的传播速度等于b光的传播速度，故A正确．太阳光进入水珠时，a、b两种光的入射角相等，而折射角不等，且光线b的折射角较小，根据折射率定义式n＝，得知单色光b的折射率较大，故B错误．根据sinC＝知，因单色光b的折射率较大，则单色光b发生全反射的临界角小于a光发生全反射的临界角，故C错误．单色光b的频率大，其波长短，a光的波长长，由双缝干涉条件间距公式Δx＝λ，知在同一双缝干涉实验中，a光的条纹间距大于b光的条纹间距．故D错误．
2.【答案】B
【解析】实验证明，卡尺两脚间的狭缝小到0.4 mm以下时，通过它观察线状白炽灯丝，有明显的衍射现象，而当狭缝过小时，因通过的光线太暗，无法看到明显的衍射现象，而狭缝太大，因不满足衍射条件而无明显衍射现象，正确选项为B.
3.【答案】C
【解析】本实验先由滤光片得到单色光，再经单缝形成线光源，最后经过双缝，得到频率相同的光进行干涉，故光源与屏之间应依次放置：滤光片、单缝、双缝，故A、B错误；根据双缝干涉条纹的间距公式Δx＝λ知，增大双缝与屏间的距离、减小双缝间距或换波长较长的光照射，都可以增大条纹的间距，故C正确，D错误．
4.【答案】D
【解析】单色光的干涉条纹的宽度是相等的，A错误；条纹间距与波长成正比，所以用红光做实验比用紫光做实验时，得到的亮条纹或暗条纹间的间距大，B错误；用白光做此实验，屏上出现彩色干涉条纹，C错误，D正确．
5.【答案】D
【解析】酒精灯发出的光在肥皂膜前、后两个表面上反射后叠加，形成干涉图样，两列反射光叠加时的路程差与肥皂膜的厚度有关，相同厚度处路程差相同，而同一条亮条纹(或暗条纹)上路程差也相同，肥皂膜竖起时同一水平线的膜厚度相同．故肥皂膜上的亮(暗)条纹是一些水平的平行直线，即正确选项为D.
6.【答案】D
【解析】根据双缝干涉条纹的间距公式Δx＝λ知，光的波长、光屏与双缝的距离、双缝的间距都影响条纹的间距，当双缝间的距离增大时，在光屏上看到的条纹间距变小．故D正确，A、B、C错误．
7.【答案】C
【解析】各种单色光中，紫光的折射率最大，偏折角也最大，成的像最高，红光的折射率最小，偏折角也最小，成的像最低．
8.【答案】D
【解析】金属丝圈的转动，改变不了肥皂液膜的上薄下厚的形状，由干涉原理可知干涉条纹与金属丝圈在该竖直平面内的转动无关，仍然是水平的干涉条纹，A、B、C错误，D正确．
9.【答案】C
【解析】两狭缝到屏上距离差等于半个波长的点将出现暗纹，A错误；两狭缝到屏上距离相等的点将出现亮纹，B错误；根据Δx＝λ知用红光做实验时干涉条纹比用蓝光时宽，C正确；紫光的波长小于绿光，所以用紫光做实验时干涉条纹比用绿光时窄，D错误．
10.【答案】B
【解析】双缝干涉条纹平行等距，且波长越大，条纹间距越大，而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；又由于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
11.【答案】C
【解析】要检查玻璃板上表面是否平整所以干涉形成的条纹是下板的上表面和上板的下表面的反射光干涉产生的．具体为：当两反射光的路程差(即膜厚度的2倍)是半波长的偶数倍，出现明条纹，是半波长的奇数倍，出现暗条纹，当劈尖的上表面向上平移一小段距离，亮条纹将向劈尖前一级亮条纹移动，但亮暗条纹间距不变，故C正确，A、B、D错误．
12.【答案】B
【解析】单缝衍射条纹中间宽，两侧越来越窄，又由于单缝是水平的，故衍射条纹也是水平的，B对．
13.【答案】A
【解析】由Δx＝λ可知，只减小d，Δx变大，A项正确；只减小l，Δx变小，B项错误；插入平行玻璃砖，玻璃砖的插入方法不同，条纹间距不同，可大，可小，可不变，故C项错误；改用绿光照射，λ减小，Δx减小，D项错误．
14.【答案】C
【解析】由图示可知：入射角i相同，折射角ra＜rb，由折射定律：n＝，可知，na＞nb；说明a光的频率大，波长短，根据双缝干涉条纹间距与波长成正比，可知，a光的干涉条纹间距小于b光的干涉条纹间距．故A错误．根据衍射条纹的特点知，用a、b光分别做单缝衍射实验时它们的衍射条纹宽度都是不均匀的．故B错误．根据n＝知，a光的折射率大，在玻璃中a光的速度比b光的速度小，故C正确．根据临界角公式sinC＝，知a光的折射率大，其临界角小，故D错误．
15.【答案】B
【解析】在被照亮的圆形区域边缘光线恰好发生了全反射，入射角等于临界角，由于a光照射的面积较大，则知a光的临界角较大，根据sinC＝，知a光的折射率较小，折射率小，由v＝，知a光在水中的传播速度比b光大，故A错误，B正确．折射率越大，光的频率越大，则知a光的频率比b光小，故C错误．a光的折射率小，频率小，波长较长，根据双缝干涉条纹间距公式Δx＝λ，知a光的波长长，双缝干涉条纹间距较宽，故D错误．
16.【答案】B
【解析】由可见光的性质知，同种物质对红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种色光的折射率依次增大，由题图知a→d水对其折射率依次减小，故A、C、D错，B对．
17.【答案】B
【解析】由于玻璃对各色光的折射率不同，导致色散的形成，玻璃对紫光的折射率最大，对红光的折射率最小，据n＝可知a侧为紫光，b侧为红光，在真空中，红光的波长大于紫光的波长，由n＝可以求出，在三棱镜中，红光的传播速度大于紫光的传播速度．
18.【答案】D
【解析】干涉条纹间距均匀，而衍射条纹间距不均匀， 中央亮条纹最宽，D正确
19.【答案】A
【解析】用标准平面检查光学平面的平整程度是利用光在标准平面与被检查的平面之间的空气薄膜的前后表面上的两束反射光的干涉现象．故A错误；照相机的镜头呈现淡紫色是光的干涉现象，因为可见光有“红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫”七种颜色，而膜的厚度是唯一的，所以只能照顾到一种颜色的光让它完全进入镜头，一般情况下都是让绿光全部进入的，这种情况下，你在可见光中看到的镜头反光其颜色就是蓝紫色，因为这反射光中已经没有了绿光．故B正确；泊松亮斑是由光的衍射现象，在圆形障碍物后面的中心处形成的亮斑．故C正确；在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射现象．故D正确．
20.【答案】A
【解析】结合泊松亮斑的特点可知，光照射在宽度小于或等于光源波长的小圆板或圆珠时，会在之后的光屏上出现环状的互为同心圆的衍射条纹，所以A是泊松亮斑，其他的三个都不是，故A正确．
21.【答案】暗　第3条暗条纹
【解析】λ＝＝6.0×10－7，Δr＝1.5×10－6m＝2.5λ；光程差为半波长的奇数倍，P点处于暗条纹，令2.5λ＝(2k－1)，k＝3，这是第3条暗条纹．
22.【答案】见解析
【解析】设用波长为0.4 μm的光入射，条纹宽度为Δx1，则Δx1＝λ1，屏上两侧各有3条亮纹，则屏上第三条亮纹到中心距离为3Δx1.
用0.6 μm光入射，设条纹宽度为Δx2，则Δx2＝λ2，设此时屏上有k条亮纹，则有kΔx2＝3Δx1
所以k＝＝
代入数据解之得k＝2，因此两侧各有2条亮纹．
23.【答案】(1)暗条纹　(2)亮条纹　(3)光屏上只能观察到亮光
【解析】(1)设A光在空气中的波长为λ1，在介质中的波长为λ2，由n＝，得λ1＝nλ2＝1.5×4×10－7m＝6×10－7m，根据路程差Δr＝2.1×10－6m，所以n1＝＝＝3.5
由此可知，从S1和S2到P点的路程差是波长λ1的3.5倍，所以P点处为暗条纹．
(2)根据临界角与折射率的关系sinC＝，得n＝＝
由此可知，B光在空气中的波长λ2为：
λ2＝nλ介＝×3.15×10－7m＝5.25×10－7m
由路程差Δr和波长λ的关系得n2＝＝＝4
可见，用B光做光源，P点处为亮条纹．
(3)若让A光和B光分别照射S1和S2，这时既不能发生干涉，也不发生衍射，此时在光屏上只能观察到亮光．
24.【答案】　Pt　arcsin
【解析】根据c＝λf可得这束单色光的频率f＝；激光器在时间t内所做的功W＝Pt转化为光能；这束单色光对介质的折射率n＝，设它从该介质射向真空发生全反射的临界角为C，则sinC＝＝，所以C＝arcsin()．