人教版高中物理选修3-4 光的干涉 课时自测Word版含解析
文档属性
| 名称 | 人教版高中物理选修3-4 光的干涉 课时自测Word版含解析 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 731.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2019-05-05 17:04:06 | ||
图片预览
文档简介
光 的 干 涉
一、选择题(本题共7小题，每小题8分，共56分)
1.能产生干涉现象的两束光是 ( )
A.频率相同、振幅相同的两束光
B.频率相同、相位差恒定的两束光
C.两只完全相同的灯泡发出的光
D.同一光源的两个发光部分发出的光
【解析】选B。由产生干涉的条件，可知A项错误，B项正确；即使是同一光源的两个部分发出的光，由于相位差随时间不同而改变，所以也不会发生干涉(激光光源除外)；通常把一束光一分为二来获得相干光源，故D项错误；对于C选项，也可以以日光灯为例来说明，日光灯下没有干涉现象的出现，说明不符合干涉条件。
2.如图甲所示为双缝干涉实验的装置示意图。图乙为用绿光进行实验时，在屏上观察到的条纹情况，a为中央亮条纹，丙图为换用另一颜色的单色光做实验时观察到的条纹情况，a′为中央亮条纹。若已知红光、绿光和紫光的波长大小关系为红光的波长最长，紫光的波长最短。则以下说法正确的是 ( )
A.丙图可能为用红光实验产生的条纹，表明红光波长较长
B.丙图可能为用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较长
C.丙图可能为用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较短
D.丙图可能为用红光实验产生的条纹，表明红光波长较短
【解析】选A。根据双缝干涉图样的特点，入射光的波长越长，同一装置产生的双缝干涉图样中条纹的间距就越大。由本题的条件可确定另一种颜色的单色光比绿光的波长长，因此A正确，B、C、D错误。
3.(多选)双缝干涉部分实验装置如图所示，调整实验装置使得像屏上可以看到清晰的干涉条纹。关于干涉条纹的情况，下列叙述正确的是 ( )
A.若将像屏向右平移一小段距离，屏上仍有清晰的干涉条纹
B.若将像屏向左平移一小段距离，屏上的干涉条纹将不会发生变化
C.若将像屏向上平移一小段距离，屏上仍有清晰的干涉条纹
D.若将像屏向上平移一小段距离，屏上的干涉条纹将不会发生变化
【解析】选A、C、D。双缝干涉发生后，并不只在有光屏处有干涉图样，而是在双缝右侧的空间，只要通过双缝后两列光在相遇的地方叠加都能发生光的干涉现象，并且在新的位置仍很清晰，A、C、D正确。
4.(2018·郑州高二检测)瓦斯在隧道施工、煤矿采掘等方面危害极大，某同学查资料得知含有瓦斯的气体的折射率大于干净空气的折射率，于是他根据双缝干涉现象设计了一个监测仪，其原理如图所示:在双缝前面放置两个完全相同的透明容器A、B，容器A与干净的空气相通，在容器B中通入矿井中的气体，观察屏上的干涉条纹，就能够监测瓦斯浓度。如果屏的正中央O点变为暗条纹，说明B中气体 ( )
A.一定含瓦斯 B.一定不含瓦斯
C.不一定含瓦斯 D.无法判断
【解析】选A。如果屏的正中央O点变为暗条纹，说明从两个子光源到屏的光程差发生变化，所以B中气体一定含瓦斯。
5.如图所示，用频率为f的单色光垂直照射双缝，在光屏上的P点出现第3条暗条纹。已知光速为c，则P点到双缝的距离之差r2-r1应为 ( )
A. B.
C. D.
【解析】选D。在某点产生暗条纹的条件是光程差r2-r1为半波长的奇数倍。已知P点出现第3条暗条纹，说明r2-r1=λ， 由c=λf得:λ=，则r2-r1=。
6.(多选)线光源a发出的光波长为480 nm，线光源b发出的光波长为672 nm，则 ( )
A.用a做双缝实验，屏上与双缝距离差为s1=1.68μm的P处将出现暗纹
B.用b做双缝实验，屏上与双缝距离差为s1=1.68μm的P处将出现亮纹
C.用a做双缝实验，屏上与双缝距离差为s2=1.44μm的Q处将出现亮纹
D.用b做双缝实验，屏上与双缝距离差为s2=1.44μm的Q处将出现亮纹
【解析】选A、C。题中两光源发出的光的半波长分别为
λ1=×480×10-9m=2.40×10-7m，
λ2=×672×10-9m=3.36×10-7m，
因为P、Q处到双缝的距离差可表示为
s1=1.68×10-6m=7(λ1)=5(λ2)
s2=1.44×10-6m=6(λ1)
可见，用a、b两光源做双缝实验时，屏上P处到双缝的距离差都等于半波长的奇数倍，均为暗纹，故A正确，B错；
用a做双缝实验时，屏上Q处到双缝的距离差恰等于半波长的偶数倍，Q处应为亮纹，C正确；
用b做双缝实验时，屏上Q处到双缝的距离差不等于半波长的偶数倍，D不正确。
7.如图所示是研究光的双缝干涉的示意图，挡板上有两条狭缝S1、S2，由S1和S2发出的两列波到达屏上时会产生干涉条纹。已知入射激光的波长为λ，屏上的P点到两缝S1和S2的距离相等，如果把P处的亮条纹记作第0号亮条纹，由P向上数，与0号亮条纹相邻的亮条纹为1号亮条纹，与1号亮条纹相邻的亮条纹为2号亮条纹，则P1处的亮条纹恰好是10号亮条纹。设直线S1P1的长度为r1，S2P1的长度为r2，则r2-r1等于 ( )
A.9.5λ B.10λ C.10.5λ D.20λ
【解析】选B。由题设可知，从中央亮条纹P算起，P1点处是第10号亮条纹的位置，表明缝S1、S2到P1处的距离差r2-r1为波长的整数倍，且刚好是10个波长，所以选项B正确。
【总结提升】光的干涉条件的分析 (1)生活中任何两个各自独立发光的光源产生的光在空间相叠加都不会产生干涉，这是由物体的发光机理决定的，即任何两个各自独立的光源都不是相干光源。 (2)杨氏双缝干涉中单缝的作用就是从同一光源得到线光源，以便能有相同的频率和振动规律。双缝是由同一个狭缝照亮的，所以双缝也就成了一对相干光源。 (3)光的相干条件中频率相同是光发生干涉的必要条件，要发生干涉，两光源还必须具有相同的振动方向和恒定的相位差。
二、非选择题(14分)
8.(2018·东城区高二检测)某同学在“用双缝干涉测光的波长”实验中，已知单缝片与双缝片间的距离为d1，双缝间的距离为d2，双缝片到毛玻璃屏间距离为L，实验时先转动测量头上的手轮，第一次分划板中心刻度线对齐A条纹中心时(如图(1)所示)，记下游标卡尺的读数xA=________mm(如图(3)所示)；然后转动手轮，把分划线向右边移动，第二次分划板中心刻度线对齐B条纹中心时(如图(2)所示)，记下此时游标卡尺的示数xB=__________mm，计算实验中红光波长的表达式为λ=________(用字母d1或d2及L、xA、xB表示)。?
【解析】游标卡尺的读数等于主尺刻度读数加上游标尺刻度读数，不需估读。卡尺的主尺刻度是11 mm，游标尺与主尺对齐的刻度是4，读数是0.1×4 mm=
0.4 mm，总读数是xA=11 mm+0.4 mm=11.4 mm；同理xB=16 mm+0.1×7 mm=
16.7 mm，根据双缝干涉条纹的间距公式Δx=λ，实验中红光波长的表达式为λ=。
答案:11.4 16.7
1.(15分)(1)(多选)对两列光波在空中叠加，以下说法中正确的是 ( )
A.不同颜色的光有可能发生干涉现象
B.不同颜色的光不可能发生干涉现象
C.光的强度不同有可能发生干涉现象
D.光的强度不同不可能发生干涉现象
E.光的强度相同不一定会发生干涉
(2)在双缝干涉实验中，若双缝处的两束光的频率均为6×1014 Hz，两光源S1、S2的振动情况恰好相反，光屏上的P点到S1与到S2的路程差为3×10-6 m，如图所示，则:
①P点是明条纹还是暗条纹？
②设O为到S1、S2路程相等的点，则PO间还有几条明纹，几条暗纹？(不包括O、P两处的条纹)
【解析】(1)选B、C、E。两列光波叠加是否发生干涉现象关键看两列光波是否是相干光，即是否满足频率相同、相位差恒定的条件，不同颜色的光频率不同，所以不可能发生干涉现象，故选项B正确，A错误；光的强度不同，但仍有可能满足相干条件，也就是有可能发生干涉现象，故选项C正确，D错误；光的强度相同时频率不一定相同，相位差也不一定恒定，故选项E正确。
(2)①由波长计算公式得λ==5×10-7 m
n===6
由于两光源的振动情况恰好相反，所以P为暗条纹。
②O点路程差为0，也是暗条纹，OP间还有5条暗条纹，6条亮条纹。
答案:(1)B、C、E (2)①暗条纹 ②5条暗条纹，6条亮条纹。
2.(15分)(1)(多选)用波长为λ的单色光照射单缝O，经过双缝M、N在屏上产生明暗相间的干涉条纹，如图所示，图中a、b、c、d、e为相邻亮纹的位置，c为中央亮条纹，则 ( )
A.O到达a、b的路程差为零
B.M、N到达b的路程差为λ
C.O到达a、c的路程差为4λ
D.M、N到达e的路程差为2λ
E.若改用波长为1.5λ的单色光照射单缝O，光屏上条纹间距将变大
(2)(2018·金华高二检测)在“用双缝干涉测量光的波长”实验中
①某同学先将光源靠近遮光筒的双缝端并等高放置，然后在筒的另外一侧观察，发现筒的上壁照得很亮，此时他应将遮光筒的观察端向__________(选填“上”或“下”)调节。?
②某次测量如图所示，则读数为__________ mm。?
③几位同学实验时，有的用距离为0.1 mm的双缝，有的用距离为0.2 mm的双缝；同时他们还分别用红、紫两种不同颜色的滤光片遮住光源进行了观察，如图选自他们的观察记录，其中正确反映实验结果的是__________。(已知红光波长大于紫光的波长)?
【解析】(1)选B、D、E。振动一致的两光源在空间发生干涉，得到亮条纹的条件满足Δx=nλ(n=0，1，2，
3……)，若单色光波长变大，则条纹间距变大，E正确。
(2)①发现筒的上壁照得很亮说明光线向上，即观察端偏下，所以应将观察端向上调节。
②螺旋测微器的固定刻度为5 mm，可动刻度为0.7×0.01 mm=0.007 mm，
所以最终读数为5 mm+0.007 mm=5.007 mm。
③根据Δx=可知，当红光分别通过距离为0.1 mm和0.2 mm的双缝时，距离越大的条纹间的距离越小，故B正确；同理，当红光和紫光通过相同距离的双缝时，即L、d相同情况下，波长越长的条纹间的距离越大，故D正确。
答案:(1)B、D、E (2)①上 ②5.007 ③B、D
【补偿训练】
(多选)(1)关于杨氏实验，下列说法中正确的是 ( )
A.单色光通过单缝后射向两个靠得很近的狭缝可作为振动情况总是相同的波源
B.两波源发出的光波在波谷与波谷叠加的地方，光相互抵消或者削弱，屏上出现暗条纹
C.两个波源发出的光波在波峰与波峰叠加的地方，光相互加强，屏上出现亮条纹
D.两波源发出的光波在波峰与波谷叠加的地方，光相互抵消或削弱，屏上出现暗条纹
(2)如图所示，实线表示两个相干光源S1、S2发出光的波峰位置，则对于图中的a、b两点，________点为振动加强的位置，________点为振动减弱的位置。
【解析】(1)选A、C、D。在杨氏实验中，两个狭缝的光源来自同一光源，具有相同的频率、相位和振动方向，具备干涉条件，所以通过两个狭缝的光在屏上叠加，波峰和波峰叠加的地方，波谷和波谷叠加的地方，光相互加强，屏上出现亮条纹，波峰和波谷叠加的地方，光相互抵消或削弱，形成暗条纹，所以，选项A、C、D正确，B错误。
(2)由图可知，b到S1、S2的距离相等，即路程差Δr=0，故b点为加强点。a到S1、S2的距离不等，且路程差Δr=1.5λ，故a点为减弱点。
答案:(1)A、C、D (2)b a
一、选择题(本题共7小题，每小题8分，共56分)
1.能产生干涉现象的两束光是 ( )
A.频率相同、振幅相同的两束光
B.频率相同、相位差恒定的两束光
C.两只完全相同的灯泡发出的光
D.同一光源的两个发光部分发出的光
【解析】选B。由产生干涉的条件，可知A项错误，B项正确；即使是同一光源的两个部分发出的光，由于相位差随时间不同而改变，所以也不会发生干涉(激光光源除外)；通常把一束光一分为二来获得相干光源，故D项错误；对于C选项，也可以以日光灯为例来说明，日光灯下没有干涉现象的出现，说明不符合干涉条件。
2.如图甲所示为双缝干涉实验的装置示意图。图乙为用绿光进行实验时，在屏上观察到的条纹情况，a为中央亮条纹，丙图为换用另一颜色的单色光做实验时观察到的条纹情况，a′为中央亮条纹。若已知红光、绿光和紫光的波长大小关系为红光的波长最长，紫光的波长最短。则以下说法正确的是 ( )
A.丙图可能为用红光实验产生的条纹，表明红光波长较长
B.丙图可能为用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较长
C.丙图可能为用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较短
D.丙图可能为用红光实验产生的条纹，表明红光波长较短
【解析】选A。根据双缝干涉图样的特点，入射光的波长越长，同一装置产生的双缝干涉图样中条纹的间距就越大。由本题的条件可确定另一种颜色的单色光比绿光的波长长，因此A正确，B、C、D错误。
3.(多选)双缝干涉部分实验装置如图所示，调整实验装置使得像屏上可以看到清晰的干涉条纹。关于干涉条纹的情况，下列叙述正确的是 ( )
A.若将像屏向右平移一小段距离，屏上仍有清晰的干涉条纹
B.若将像屏向左平移一小段距离，屏上的干涉条纹将不会发生变化
C.若将像屏向上平移一小段距离，屏上仍有清晰的干涉条纹
D.若将像屏向上平移一小段距离，屏上的干涉条纹将不会发生变化
【解析】选A、C、D。双缝干涉发生后，并不只在有光屏处有干涉图样，而是在双缝右侧的空间，只要通过双缝后两列光在相遇的地方叠加都能发生光的干涉现象，并且在新的位置仍很清晰，A、C、D正确。
4.(2018·郑州高二检测)瓦斯在隧道施工、煤矿采掘等方面危害极大，某同学查资料得知含有瓦斯的气体的折射率大于干净空气的折射率，于是他根据双缝干涉现象设计了一个监测仪，其原理如图所示:在双缝前面放置两个完全相同的透明容器A、B，容器A与干净的空气相通，在容器B中通入矿井中的气体，观察屏上的干涉条纹，就能够监测瓦斯浓度。如果屏的正中央O点变为暗条纹，说明B中气体 ( )
A.一定含瓦斯 B.一定不含瓦斯
C.不一定含瓦斯 D.无法判断
【解析】选A。如果屏的正中央O点变为暗条纹，说明从两个子光源到屏的光程差发生变化，所以B中气体一定含瓦斯。
5.如图所示，用频率为f的单色光垂直照射双缝，在光屏上的P点出现第3条暗条纹。已知光速为c，则P点到双缝的距离之差r2-r1应为 ( )
A. B.
C. D.
【解析】选D。在某点产生暗条纹的条件是光程差r2-r1为半波长的奇数倍。已知P点出现第3条暗条纹，说明r2-r1=λ， 由c=λf得:λ=，则r2-r1=。
6.(多选)线光源a发出的光波长为480 nm，线光源b发出的光波长为672 nm，则 ( )
A.用a做双缝实验，屏上与双缝距离差为s1=1.68μm的P处将出现暗纹
B.用b做双缝实验，屏上与双缝距离差为s1=1.68μm的P处将出现亮纹
C.用a做双缝实验，屏上与双缝距离差为s2=1.44μm的Q处将出现亮纹
D.用b做双缝实验，屏上与双缝距离差为s2=1.44μm的Q处将出现亮纹
【解析】选A、C。题中两光源发出的光的半波长分别为
λ1=×480×10-9m=2.40×10-7m，
λ2=×672×10-9m=3.36×10-7m，
因为P、Q处到双缝的距离差可表示为
s1=1.68×10-6m=7(λ1)=5(λ2)
s2=1.44×10-6m=6(λ1)
可见，用a、b两光源做双缝实验时，屏上P处到双缝的距离差都等于半波长的奇数倍，均为暗纹，故A正确，B错；
用a做双缝实验时，屏上Q处到双缝的距离差恰等于半波长的偶数倍，Q处应为亮纹，C正确；
用b做双缝实验时，屏上Q处到双缝的距离差不等于半波长的偶数倍，D不正确。
7.如图所示是研究光的双缝干涉的示意图，挡板上有两条狭缝S1、S2，由S1和S2发出的两列波到达屏上时会产生干涉条纹。已知入射激光的波长为λ，屏上的P点到两缝S1和S2的距离相等，如果把P处的亮条纹记作第0号亮条纹，由P向上数，与0号亮条纹相邻的亮条纹为1号亮条纹，与1号亮条纹相邻的亮条纹为2号亮条纹，则P1处的亮条纹恰好是10号亮条纹。设直线S1P1的长度为r1，S2P1的长度为r2，则r2-r1等于 ( )
A.9.5λ B.10λ C.10.5λ D.20λ
【解析】选B。由题设可知，从中央亮条纹P算起，P1点处是第10号亮条纹的位置，表明缝S1、S2到P1处的距离差r2-r1为波长的整数倍，且刚好是10个波长，所以选项B正确。
【总结提升】光的干涉条件的分析 (1)生活中任何两个各自独立发光的光源产生的光在空间相叠加都不会产生干涉，这是由物体的发光机理决定的，即任何两个各自独立的光源都不是相干光源。 (2)杨氏双缝干涉中单缝的作用就是从同一光源得到线光源，以便能有相同的频率和振动规律。双缝是由同一个狭缝照亮的，所以双缝也就成了一对相干光源。 (3)光的相干条件中频率相同是光发生干涉的必要条件，要发生干涉，两光源还必须具有相同的振动方向和恒定的相位差。
二、非选择题(14分)
8.(2018·东城区高二检测)某同学在“用双缝干涉测光的波长”实验中，已知单缝片与双缝片间的距离为d1，双缝间的距离为d2，双缝片到毛玻璃屏间距离为L，实验时先转动测量头上的手轮，第一次分划板中心刻度线对齐A条纹中心时(如图(1)所示)，记下游标卡尺的读数xA=________mm(如图(3)所示)；然后转动手轮，把分划线向右边移动，第二次分划板中心刻度线对齐B条纹中心时(如图(2)所示)，记下此时游标卡尺的示数xB=__________mm，计算实验中红光波长的表达式为λ=________(用字母d1或d2及L、xA、xB表示)。?
【解析】游标卡尺的读数等于主尺刻度读数加上游标尺刻度读数，不需估读。卡尺的主尺刻度是11 mm，游标尺与主尺对齐的刻度是4，读数是0.1×4 mm=
0.4 mm，总读数是xA=11 mm+0.4 mm=11.4 mm；同理xB=16 mm+0.1×7 mm=
16.7 mm，根据双缝干涉条纹的间距公式Δx=λ，实验中红光波长的表达式为λ=。
答案:11.4 16.7
1.(15分)(1)(多选)对两列光波在空中叠加，以下说法中正确的是 ( )
A.不同颜色的光有可能发生干涉现象
B.不同颜色的光不可能发生干涉现象
C.光的强度不同有可能发生干涉现象
D.光的强度不同不可能发生干涉现象
E.光的强度相同不一定会发生干涉
(2)在双缝干涉实验中，若双缝处的两束光的频率均为6×1014 Hz，两光源S1、S2的振动情况恰好相反，光屏上的P点到S1与到S2的路程差为3×10-6 m，如图所示，则:
①P点是明条纹还是暗条纹？
②设O为到S1、S2路程相等的点，则PO间还有几条明纹，几条暗纹？(不包括O、P两处的条纹)
【解析】(1)选B、C、E。两列光波叠加是否发生干涉现象关键看两列光波是否是相干光，即是否满足频率相同、相位差恒定的条件，不同颜色的光频率不同，所以不可能发生干涉现象，故选项B正确，A错误；光的强度不同，但仍有可能满足相干条件，也就是有可能发生干涉现象，故选项C正确，D错误；光的强度相同时频率不一定相同，相位差也不一定恒定，故选项E正确。
(2)①由波长计算公式得λ==5×10-7 m
n===6
由于两光源的振动情况恰好相反，所以P为暗条纹。
②O点路程差为0，也是暗条纹，OP间还有5条暗条纹，6条亮条纹。
答案:(1)B、C、E (2)①暗条纹 ②5条暗条纹，6条亮条纹。
2.(15分)(1)(多选)用波长为λ的单色光照射单缝O，经过双缝M、N在屏上产生明暗相间的干涉条纹，如图所示，图中a、b、c、d、e为相邻亮纹的位置，c为中央亮条纹，则 ( )
A.O到达a、b的路程差为零
B.M、N到达b的路程差为λ
C.O到达a、c的路程差为4λ
D.M、N到达e的路程差为2λ
E.若改用波长为1.5λ的单色光照射单缝O，光屏上条纹间距将变大
(2)(2018·金华高二检测)在“用双缝干涉测量光的波长”实验中
①某同学先将光源靠近遮光筒的双缝端并等高放置，然后在筒的另外一侧观察，发现筒的上壁照得很亮，此时他应将遮光筒的观察端向__________(选填“上”或“下”)调节。?
②某次测量如图所示，则读数为__________ mm。?
③几位同学实验时，有的用距离为0.1 mm的双缝，有的用距离为0.2 mm的双缝；同时他们还分别用红、紫两种不同颜色的滤光片遮住光源进行了观察，如图选自他们的观察记录，其中正确反映实验结果的是__________。(已知红光波长大于紫光的波长)?
【解析】(1)选B、D、E。振动一致的两光源在空间发生干涉，得到亮条纹的条件满足Δx=nλ(n=0，1，2，
3……)，若单色光波长变大，则条纹间距变大，E正确。
(2)①发现筒的上壁照得很亮说明光线向上，即观察端偏下，所以应将观察端向上调节。
②螺旋测微器的固定刻度为5 mm，可动刻度为0.7×0.01 mm=0.007 mm，
所以最终读数为5 mm+0.007 mm=5.007 mm。
③根据Δx=可知，当红光分别通过距离为0.1 mm和0.2 mm的双缝时，距离越大的条纹间的距离越小，故B正确；同理，当红光和紫光通过相同距离的双缝时，即L、d相同情况下，波长越长的条纹间的距离越大，故D正确。
答案:(1)B、D、E (2)①上 ②5.007 ③B、D
【补偿训练】
(多选)(1)关于杨氏实验，下列说法中正确的是 ( )
A.单色光通过单缝后射向两个靠得很近的狭缝可作为振动情况总是相同的波源
B.两波源发出的光波在波谷与波谷叠加的地方，光相互抵消或者削弱，屏上出现暗条纹
C.两个波源发出的光波在波峰与波峰叠加的地方，光相互加强，屏上出现亮条纹
D.两波源发出的光波在波峰与波谷叠加的地方，光相互抵消或削弱，屏上出现暗条纹
(2)如图所示，实线表示两个相干光源S1、S2发出光的波峰位置，则对于图中的a、b两点，________点为振动加强的位置，________点为振动减弱的位置。
【解析】(1)选A、C、D。在杨氏实验中，两个狭缝的光源来自同一光源，具有相同的频率、相位和振动方向，具备干涉条件，所以通过两个狭缝的光在屏上叠加，波峰和波峰叠加的地方，波谷和波谷叠加的地方，光相互加强，屏上出现亮条纹，波峰和波谷叠加的地方，光相互抵消或削弱，形成暗条纹，所以，选项A、C、D正确，B错误。
(2)由图可知，b到S1、S2的距离相等，即路程差Δr=0，故b点为加强点。a到S1、S2的距离不等，且路程差Δr=1.5λ，故a点为减弱点。
答案:(1)A、C、D (2)b a