高中物理教科版选修3-4 能力提升训练：第五章光的波动性训练BWord版含解析

第五章检测(B)
(时间:90分钟　满分:100分)
一、选择题(本题包含10小题,每小题4分,共40分.在每小题给出的四个选项中有一个或多个选项正确.全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的或不答的得0分)
/1.如图所示的双缝干涉实验,用绿光照射单缝S时,在光屏P上观察到干涉条纹.要得到相邻条纹间距更大的干涉图样,可以(　　)
/
A.增大S1与S2的间距 　 B.减小双缝屏到光屏的距离
C.将绿光换为红光 D.将绿光换为紫光
解析:由双缝干涉条纹间距公式Δx=
??
??
??可知,要增大条纹间距,可以增大双缝到屏的距离,减小双缝间距,选用波长更长的单色光,因此选项C正确.
答案:C
/2.一束激光照在一个很小的圆盘上,在屏上观察到如图所示的图样,在影的中心有一个亮斑,这就是著名的“泊松亮斑”.下列说法正确的是(　　)
/
A.圆盘中心有个小孔,这是光的衍射现象
B.圆盘中心是不透光的,这是光的衍射现象
C.圆盘中心有个小孔,这是光的干涉现象
D.圆盘中心是不透光的,这是光的干涉现象
答案:B
/3.如图所示的四种明暗相间的条纹,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(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(　　)
/
A.红黄蓝紫 B.红紫蓝黄
C.蓝紫红黄 D.蓝黄红紫
解析:从图样特点可以看出:从左数第1、3图样为双缝干涉图样,由Δx=
??
??
??可得出,图样1为红光,图样3为蓝光;第2、4图样为单缝衍射图样,且第2图样表示该光衍射明显,波长较大些,所以图样2为黄光,图样4为紫光,只有选项A正确.
答案:A
/4.下面是四种与光有关的事实:
①用光导纤维传播信号　②用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度　③一束白光通过三棱镜形成彩色光带　④水面上的油膜呈现彩色
其中,与光的干涉有关的是(　　)
A.①④ B.②④
C.①③ D.②③
解析:光导纤维利用光的全反射来传播信号,白光通过三棱镜是光的色散,平面平整度的检查和水面上的彩色油膜是光的干涉现象,则选项B正确.
答案:B
/5.如图所示,电灯S发出的光先后经过偏振片A和B,人眼在P处迎着入射光方向,看不到光亮,则(　　)
/
A.图中a光为偏振光
B.图中b光为偏振光
C.以SP为轴将B转过180°后,在P处将看到光亮
D.以SP为轴将B转过90°后,在P处将看到光亮
解析:自然光沿各个方向发散是均匀分布的,通过偏振片后,透射光是只有沿着某一特定方向振动的光.从电灯直接发出的光为自然光,则选项A错误;它通过A偏振片后,即变为偏振光,则选项B正确;设通过A的光沿竖直方向振动,B偏振片中能通过沿水平方向振动的偏振光,则P点无光亮,将B转过180°后,P处仍无光亮,即选项C错误;若将B转过90°,则该偏振片将变为能通过竖直方向上振动的光的偏振片,则偏振光能通过B,即在P处有光亮,选项D正确.
答案:BD
/6.下面是四种与光有关的事实:
①白光通过棱镜在屏上呈现彩色;②雨后的天空出现彩虹;③肥皂泡的表面呈现彩色;④白光通过双缝在光屏上呈现彩色条纹.
其中,与光的干涉有关的是(　　)
A.①② B.①③
C.②③ D.③④
解析:白光是复色光,而同一种玻璃对不同的单色光的折射率不同,故虽然不同的单色光的入射角相同,但经玻璃折射后的出射角不同,即发生了色散,故光的色散是光折射的结果,与光的干涉无关,故①不符合题意;雨后天空中出现彩虹是光的色散现象,故②不符合题意;肥皂泡在阳光照耀下呈现彩色条纹,太阳光经过肥皂泡内外膜的反射后叠加,从而出现彩色条纹,这是光的干涉,故③符合题意;白光通过双缝呈现彩色条纹,这是光的干涉现象,故④符合题意.由以上分析可知,D正确,A、B、C错误.
答案:D
/7.在某些特定环境下照相时,常在照相机镜头前装一片偏振滤光片使景象清晰,关于其原理,下列说法正确的是 (　　)
A.增强透射光的强度
B.减弱所拍摄景物周围反射光的强度
C.减弱透射光的强度
D.增强所拍摄景物周围反射光的强度
解析:偏振片的作用是让它的透光方向与景物周围反射光的偏振方向垂直,减少反射光进入照相机镜头,这样就可以减弱反射光而使景象清晰.
答案:B
/8.如图所示,一束白光从左侧射入肥皂薄膜,下列说法正确的是(　　)
/
A.人从右侧向左看,可看到彩色条纹
B.人从左侧向右看,可看到彩色条纹
C.彩色条纹水平排列
D.彩色条纹竖直排列
解析:一束白光照射到薄膜上经薄膜两个界面上反射回来的光再相遇,产生干涉现象,这样人从左侧向右看时,可以看到彩色条纹,选项B正确,选项A错误.由于薄膜从上向下逐渐加厚,在同一水平线上的厚度相同,所以彩色条纹是水平排列的,选项C正确,选项D错误.
答案:BC
/9.如图所示,用单色光A做双缝干涉实验时,P处为第二条暗纹的中点,改用频率较低的单色光B重做实验,若其他条件不变,则(　　)
/
A.第二条暗纹中点仍在P点
B.第二条暗纹中点在P点上方
C.中央亮纹的宽度变小,亮纹中点仍在O点
D.中央亮纹的宽度变大,亮纹中点在O点上方
解析:由λ=
??
??
和Δx=
??
??
??可知选项B正确.不论波长如何变化,中央亮纹的中点仍在O点,波长越大,中央亮条纹越宽.
答案:B
/10.双缝干涉实验装置如图所示,绿光通过单缝S后,投射到具有双缝的挡板上,双缝S1和S2与单缝S的距离相等,光通过双缝后在与双缝平行的屏上形成干涉条纹.屏上O点到两缝的距离相等,P点是距O点最近的第一条亮条纹.已知红光、绿光和蓝光三种色光比较,红光的波长最长,蓝光的波长最短,那么如果将入射的单色光换成红光或蓝光,讨论屏上O点及其上方的干涉条纹的情况,下列叙述正确的是(　　)
/
A.O点是红光的亮条纹
B.红光的第一条亮条纹在P点的上方
C.O点不是蓝光的亮条纹
D.蓝光的第一条亮条纹在P点的上方
解析:因O点到S1、S2的距离相等,Δr=0,故各种色光在O点均为亮条纹,选项A正确,选项C错误;蓝光的波长最短,第一条亮纹离O点最近,应在P点下方,而红光的波长最长,第一条亮纹离O点最远,应在P点上方,故选项B正确,选项D错误.
答案:AB
二、填空题(本题包含2小题,共20分)
/11.(6分)使太阳光垂直照射到一块遮光板,板上有可以自由收缩的正方形孔,孔的后面放置一个光屏,在正方形孔逐渐变小直至闭合的过程中,光屏上依次可以看到几种不同的现象,试把下列现象依次排列:　 .?
A.圆形光斑 B.明暗相间的彩色条纹
C.变暗消失 D.正方形光斑
E.正方形光斑由大变小
解析:由于光的波长很短,因此当孔很大时,不会发生明显的衍射现象,此时光可看成是近似直线传播,在屏上得到孔的影;当孔继续减小时,虽不能使光发生明显的衍射现象,但可以在屏上得到太阳的像,即小孔成像;孔再继续减小时,光开始发生明显的衍射现象,出现明暗相间的彩色条纹;孔进一步减小直到闭合时,由于穿过光的能量减小而使光线变暗直至消失.
答案:DEABC
/12.(14分)在“用双缝干涉测量光的波长”实验中,将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上(如图甲),并选用缝间距d=0.20 mm的双缝屏.从仪器注明的规格可知,像屏与双缝屏间的距离l=700 mm.然后,接通电源使光源正常工作.
/
甲
/
乙
/
丙
(1)已知测量头主尺的最小刻度是毫米,副尺上有50分度.某同学调整手轮后,从测量头的目镜看去,第一次映入眼帘的干涉条纹如图乙(a)所示,图乙(a)中的数字是该同学给各暗纹的编号,此时图乙(b)中游标尺上的读数x1=1.16 mm;接着再转动手轮,映入眼帘的干涉条纹如图丙(a)所示,此时图丙(b)中游标尺上的读数x2=　　　　mm.?
(2)利用上述测量结果,经计算可得两个相邻明纹(或暗纹)间的距离Δx=　　　　 mm;这种色光的波长λ=　　　　 nm.?
解析:(1)由图丙(b)知x2=15 mm+1×0.02 mm=15.02 mm;
(2)综合图乙(a)和图丙(a)可知6Δx=x2-x1
Δx=
??
2
-
??
1
6
=
15.02-1.16
6
mm=2.31 mm
由Δx=
??
??
??得??=
??·Δ??
??
,代入数据得
λ=
0.20×2.31
700
mm=6.6×10-7 m=6.6×102 nm(因为1 m=109 nm).
答案:(1)15.02　(2)2.31　6.6×102
三、计算题(本题包含4小题,共40分.计算题必须要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)
/13.(10分)在双缝干涉实验中,两缝间的距离为0.020 cm,双缝到观察干涉条纹的光屏距离是100.00 cm,用一种单色光黄光做此实验,在光屏上测出第1条到第21条黄色亮条纹间的距离是5.90 cm.
(1)试求这种黄光的波长.
(2)如果换用一种频率为4.00×1014 Hz的红光做此实验,在光屏上6.00 cm范围内最多能有多少条暗条纹?
解析:(1)条纹间距Δx=
??
??-1
=2.95×1
0
-3
m
黄光的波长λ=
??·Δ??
??
=5.90×1
0
-7
m.
(2)红光波长λ'=
??
??
=7.5×1
0
-7
m
Δx'=
??
??
??′=3.75×1
0
-3
m
所以暗条纹数为n=
6×1
0
-2
3.75×1
0
-3
=16.
答案:(1)5.90×10-7 m　(2)16条
/14.(10分)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抵消,但薄膜的厚度不宜过大,使其厚度为绿光在膜中波长的
1
4
,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=
??
??
=
??
0
??
????
,得??=
??
0
??
,
那么增透膜厚度
h=
1
4
??=
??
0
4??
=
5.52×1
0
-7
4×1.38
m=1×10-7 m.
答案:1×10-7 m
/15.(10分)用单色光做双缝干涉实验时,已知屏上一点P到双缝的路程差δ=1.5×10-6 m,当单色光波长λ1=0.5 μm时,P点将形成亮条纹还是暗条纹?若单色光波长λ2=0.6 μm呢?此时在中央亮条纹与P之间有几个暗条纹?
解析:由题意知,当单色光波长λ1=0.5 μm时,P到双缝的路程差δ=
1.5×1
0
-6
0.5×1
0
-6
??
1
=3
??
1
,满足波长的整数倍,在P点形成亮条纹;当单色光波长λ2=0.6 μm,δ=
1.5×1
0
-6
0.6×1
0
-6
??
2
=
5
2
??
2
,满足半波长的奇数倍,在P点形成暗条纹,在0~
5
2
??
2
范围内
1
2
??
2
和
3
2
??
2
满足半波长的奇数倍,出现暗条纹.此时在中央亮条纹和P点之间有两个暗条纹.
答案:亮条纹　暗条纹　两个
/16.(10分)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和S2距离之差为2.1×10-6 m,今分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验,求P点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4×10-7 m;
(2)已知B光在某种介质中波长为3.15×10-7 m,当B光从这种介质射向空气时,临界角为37°.
解析:已知P点与S1和S2的距离之差,由出现亮暗的条件可判断是亮条纹或暗条纹.
(1)设A光在空气中波长为λ1,在介质中波长为λ2,
由n=
??
1
??
2
得
λ1=nλ2=1.5×4×10-7 m=6×10-7 m.
根据光程差
δ=2.1×10-6 m=3
1
2
??
1
,
知A光在P点是暗条纹.
(2)设B光在空气中波长为λ1,在介质中波长为λ2,
由n=
??
1
??
2
得λ1=nλ2,
又临界角C=37°,所以n=
1
sin??
所以λ1=
??
2
sin??
=
3.15×1
0
-7
sin37°
m=5.25×10-7 m.
根据光程差δ=2.1×10-6 m=4λ1知,
B光在P点是亮条纹.
答案:见解析