高中物理人教版选修3-4能力提升测试卷 ：第十三章+第4课时光的衍射光的偏振+Word版含答案

第4课时　光的衍射　光的偏振
[对点训练]
　　　　　　　　　　　　　　
知识点一·衍射及图样分析
1．(多选)关于单缝衍射实验，下列说法中正确的是(　　)
A．将入射光由黄光换成绿光，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，衍射条纹间距变宽
D．增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距变宽
答案　ACD
解析　当单缝宽度一定时，波长越长，衍射现象越明显，即光偏离直线传播的路径越远，条纹间距越大；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；当光的波长和单缝的宽度一定时，增大单缝到屏的距离，衍射条纹的间距也会变宽。故A、C、D正确。
2．(多选)关于光的衍射现象，下列说法中正确的是(　　)
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
答案　AC
解析　白光的单缝衍射图样是彩色条纹，B错误；光照到较大圆孔上出现大光斑，存在光的衍射，只是不明显，D错误。A、C正确。
3．(多选)关于衍射，下列说法正确的是(　　)
A．衍射现象中条纹的出现是光叠加后产生的结果
B．双缝干涉中也存在衍射现象
C．一切波都很容易发生明显的衍射现象
D．影的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实
答案　AB
解析　衍射图样是复杂的光波的叠加现象，双缝干涉中光通过两个狭缝时均发生衍射现象，一般现象中既有干涉又有衍射。一切波都能发生衍射，但要发生明显的衍射，需要满足障碍物的尺寸小于或相当于波长的条件。
4．如图所示的四个图形中，哪个是著名的泊松亮斑的衍射图样(　　)
答案　B
解析　选项D的中央是大且亮的圆形亮斑，周围分布着明暗相间的同心圆环，且越向外，圆形条纹宽度越小，可判断此图样为圆孔衍射图样，很小的不透明的圆板产生的图样中心也是亮点，但其周围有一个大的阴影区，在影区的边沿有明暗相间的圆环，它与圆孔衍射的图样是不同的，B选项才是泊松亮斑衍射图样，故B正确。
5．如图所示，甲、乙两幅图是由单色光分别入射到圆孔而形成的图象，其中图甲是光的________(填“干涉”或“衍射”)图象。由此可以判断出图甲所对应的圆孔的孔径________(填“大于”或“小于”)图乙所对应的圆孔的孔径。
答案　衍射　小于
解析　图甲是明暗相间不等间距的圆环，是光的衍射现象。图乙出现亮斑，是因为孔径较大，光沿直线传播，所以图甲所对应的圆孔的孔径小于图乙所对应的圆孔的孔径。
知识点二·光的衍射和光的干涉联系和区别
6．点光源照射一个障碍物，在屏上所形成的阴影的边缘部分模糊不清，原因是(　　)
A．光的反射 B．光的折射
C．光的干涉 D．光的衍射
答案　D
解析　光遇到障碍物会发生衍射，屏上所成阴影的边缘部分模糊不清，故D正确。
7．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
答案　D
解析　干涉条纹间距相同，而衍射条纹间距不均匀，中央亮条纹最宽。D正确。
8．某同学使用激光器做光源，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(　　)
答案　D
解析　此为单缝衍射，故条纹间距不等，单缝水平方向，条纹也应为水平方向，故D正确。
知识点三·光的偏振
9．关于自然光与偏振光，下列说法正确的是(　　)
A．自然光能发生干涉和衍射现象，而偏振光不能
B．只有将自然光透过偏振片才能获得偏振光
C．自然光只能是白光，而偏振光不能是白光
D．自然光和偏振光都能使感光底片感光
答案　D
解析　振动沿各个方向均匀分布的光是自然光，而振动只沿某个特定方向的光是偏振光。干涉和衍射是光的特性，所以自然光和偏振光都能发生干涉和衍射现象，A错误；光的偏振现象并不罕见，除了从光源直接发出的光外，我们通常见到的光绝大部分都是偏振光，反射光和折射光通常也是偏振光，B错误；光的颜色与光的振动方向无关，白光是复色光，只要光在与传播方向垂直的平面内沿各个方向振动，且各方向振动的强度相同，它就是自然光，因此单色光也可以是自然光，C错误；自然光和偏振光都具有能量，都能使感光底片感光，所以D正确。
10．如图所示，让太阳光或白炽灯光通过偏振片P和Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片P或Q，可以看到透射光的强度会发生变化，这是光的偏振现象。这个实验表明(　　)
A．光是电磁波 B．光是一种横波
C．光是一种纵波 D．自然光是偏振光
答案　B
解析　纵波振子是沿传播方向振动的，所以它可以通过偏振片，没有偏振现象产生；而横波振子是沿与传播方向垂直的方向振动的，而且振子的平衡位置不变，当波传到偏振片时，部分波就无法传过去了，即发生了“偏振”现象，故B正确，A、C、D错误。
11．一束光由真空入射到平面玻璃上，当其折射角为30°时，反射光恰好发生完全偏振(反射光线与折射光线垂直)，由此可以计算出玻璃的折射率是多少？此时的入射角称为起偏角，也叫布儒斯特角，试求折射率为n的介质的布儒斯特角的正切值。
答案　　tanθ1＝n
解析　光由空气进入玻璃，光路图如图所示，根据折射定律可得n＝，而θ1＋θ2＝90°，所以n＝＝tanθ1
由题意知θ2＝30°，所以θ1＝60°，n＝tan60°＝
所求的布儒斯特角为θ1，tanθ1＝n。
易错点·偏振光的判定及观察到的现象
12．(多选)如图所示，电灯S发出的光先后经过偏振片A和B，人眼在图中P处迎着光入射的方向观察，看不到光亮。则(　　)
A．图中a是偏振光
B．图中b是偏振光
C．将B转过180°，将在P处看到光亮
D．将A转过90°，将在P处看到光亮
易错分析　错误认为只有转动偏振片B，才能看到亮暗的变化，而漏选D。
答案　BD
解析　电灯S发出的光是自然光，自然光沿各个方向的振动是均匀分布的，通过一个偏振片后透射光中只有沿偏振片透振方向振动的光，所以A错误，B正确；偏振片B只透过振动方向与其透振方向一致的偏振光，人眼在P处看不到光亮，说明其透振方向与偏振片A的透振方向垂直。将B转过180°后，其透振方向仍与偏振片A的透振方向垂直，人眼在P处依然看不到光亮，所以C错误；将A转过90°后，其透振方向与偏振片B的透振方向相同，人眼在P处能看到光亮，所以D正确。
[提升训练]
一、选择题
1．(多选)下列现象属于光的衍射现象的是(　　)
A．雨后美丽的彩虹
B．阳光下肥皂膜上的彩色条纹
C．光照射到一个半径很小的圆板后，在圆板的阴影中心出现的亮斑
D．对着日光灯从两铅笔的缝中看到的彩色条纹
答案　CD
解析　彩虹是由于光的折射形成的，A错误；阳光下肥皂膜上的彩色条纹属于光的干涉现象，B错误；C、D选项分别是光经过圆板和缝后形成的衍射条纹，C、D正确。
2．(多选)在垂直于太阳光的传播方向前后放置两个偏振片P和Q。在Q的后边放上光屏，以下说法正确的是(　　)
A．Q不动，旋转偏振片P，屏上光的亮度不变
B．Q不动，旋转偏振片P，屏上光的亮度时强时弱
C．P不动，旋转偏振片Q，屏上光的亮度不变
D．P不动，旋转偏振片Q，屏上光的亮度时强时弱
答案　BD
解析　P是起偏器，它的作用是把太阳光(自然光)转变为偏振光，该偏振光的振动方向与P的透振方向一致，所以当Q与P的透振方向平行时，通过Q的光强最大；当Q与P的透振方向垂直时，通过Q的光强最小，即无论旋转P或Q，屏上的光强都是时强时弱。
3．在拍摄日落前水面下的景物时，应在照相机镜头前装一个偏振片，其目的是(　　)
A．减弱反射光，从而使景物的像清晰
B．增强反射光，从而使景物的像清晰
C．增强透射光，从而使景物的像清晰
D．减弱透射光，从而使景物的像清晰
答案　A
解析　由于反射光的干扰，景物的像常常比较模糊，装上偏振片的目的是减弱反射光，但不能增强透射光。故A正确。
4．在观察光的衍射现象的实验中，通过紧靠眼睛的卡尺测脚形成的狭缝，观看远处的线状白炽灯丝(灯管或灯丝都要平行于狭缝)，可以看到(　　)
A．黑白相间的直条纹 B．黑白相间的弧形条纹
C．彩色的直条纹 D．彩色弧形条纹
答案　C
解析　白炽灯发出的是复色光，其中各种色光的波长不同，产生的衍射条纹间距不同，各单色光相互叠加，成为彩色直条纹。故C正确，A、B、D错误。
5．下列四种现象，不是光的衍射现象造成的是(　　)
A．通过游标卡尺两卡脚间狭缝观察发出红光的灯管，会看到平行的明暗相间的条纹
B．不透光的圆片后面的阴影中心出现一个泊松亮斑
C．太阳光照射下，架在空中的电线在地面上不会留下影子
D．用点光源照射小圆孔，后面屏上会出现明暗相间的圆环
答案　C
解析　在选项C中，电线的直径要比光的波长大很多，根本不能发生明显的衍射现象。地面上没有留下电线的影子是由于电线直径与太阳相比，太阳相当于发光面积很大的光源，太阳光可以从电线的侧面照射到地面，使地面没有电线的影子，与医院手术室用的无影灯的工作原理相似。其他选项均是光的衍射现象造成的。故C正确。
6．(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．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．在水中a光的速度比b光的速度小
D．在水中a光的临界角大于b光的临界角
E．若a光与b光以相同的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a光
F．a比b更容易发生衍射现象
答案　ADF
解析　由题图知a光的折射率小于b光的折射率，所以a光的频率较小，波长较长，在介质中的速度较大，临界角较大，不易发生全反射，衍射本领较强。据此可判断C、E错误，D、F正确；波长越长，干涉条纹间距越大，A正确；光的衍射条纹宽度不均匀，B错误。
7．如图所示，让自然光照到P、Q两偏振片上，当P、Q两偏振片的透射光偏振方向间的夹角为以下哪个度数时，透射光的强度最弱(　　)
A．0° B．30° C．60° D．90°
答案　D
解析　由偏振现象可知D正确。
8．如图所示是一种利用光纤温度传感器测量温度的装置，一束偏振光射入光纤，由于温度的变化，光纤的长度、芯径、折射率发生变化，从而使偏振光的振动方向发生变化，光接收器接收的光强度就会变化。设起偏器和检偏器透振方向相同，关于这种温度计的工作原理。正确的说法是(　　)
A．到达检偏器的光的振动方向变化越小，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越大
B．到达检偏器的光的振动方向变化越大，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越大
C．到达检偏器的光的振动方向变化越小，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越小
D．到达检偏器的光的振动方向变化越大，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越小
答案　B
解析　根据题意知，温度变化越大，光通过光纤时振动方向变化越大，起偏器和检偏器的透振方向是相同的，光从光纤中通过时振动方向变化越大，透过检偏器的光强度就会越小，所以光接收器接收的光强度也就会越小。因此B正确。
二、非选择题
9．某同学把卡尺间的窄缝调节到0．5 mm去观察某一线光源，看到了彩色条纹。他把缝的宽度增加到0．8 mm，再观察同一光源，看到的现象是______________，但亮度增大。若他把缝的宽度减小到0．2 mm，则看到的现象是__________________。这说明在衍射现象中，衍射图样条纹的宽度及亮度与________有关，当其________时，衍射现象更为明显。
答案　彩色条纹变窄　彩色条纹变宽但亮度减弱　单缝宽度　变窄
解析　当窄缝宽度变窄时，它和光波的波长越接近，衍射现象越明显，同时通过窄缝的光能越少，到达光屏上的条纹的宽度越宽，亮度就越弱。
10．某同学自己动手制作如图所示的装置观察光的干涉现象，其中A为单缝屏，B为双缝屏，整个装置位于一暗箱中，实验过程如下：
(1)该同学用一束太阳光照射A屏时，屏C上没有出现干涉条纹；移去B后，在屏上出现不等间距条纹，此条纹是由于________产生的。
(2)移去A后，遮住缝S1或缝S2中的任一个，C上均出现一窄亮斑。出现以上实验结果的主要原因是____________________________。
答案　(1)光的衍射　(2)双缝S1、S2太宽
解析　(1)移去B后只剩下单缝，故发生单缝衍射形成条纹，故此条纹是由于光的衍射产生的。
(2)移走A后，遮住S1(或S2)，C上没有出现条纹而只出现一个窄亮斑，说明衍射现象不明显，故主要原因是双缝S1、S2太宽。
11．分析以下现象产生的原因：
(1)通过盛水的玻璃杯，在适当的角度，可看到彩色光；
(2)菜汤上的油花呈现彩色；
(3)隔着帐幔看远处的灯，见到灯周围辐射彩色的光芒；
(4)光线照在花布上，可以看见花布上的图样。
答案　略
解析　(1)白光通过盛水的玻璃杯发生折射，在适当的角度，各色光分离较大，可看到彩色光。
(2)光经过菜汤上油膜的前后两个表面发生反射，两列反射光波相互叠加，产生干涉条纹，因此菜汤上的油花呈现彩色。
(3)远处灯发出的光经过帐幔的缝隙，产生衍射，因此可见到灯周围辐射彩色的光芒。
(4)光线照在花布上看见花布的图样，是由于光的反射与吸收的结果。花布是由各种颜色的花纹组成的，当白光照在花布上时红色花纹反射红光，吸收其他颜色的光，这样我们在该位置只看到红色，同理可以看到各种花纹反射的颜色，这样可以看到花布的图样。
12．让烛光照射到一块遮光板上，板上有一个可自由收缩的三角形孔，当此三角形孔缓慢地由大收缩变小直到闭合时，试分析在孔后的屏上将先后出现的现象(遮住侧面光)。
答案　当三角形孔较大时，屏上出现一个三角形光斑，如图所示，随着三角形缓慢地收缩，光斑逐渐变小；当三角形孔小到一定程度时，屏上会出现倒立的烛焰的像；继续使三角形孔缓慢收缩，可以观察到小孔的衍射图样；当孔闭合时，屏上就会一片黑暗。