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A Word版含解析

第五章检测(A)
(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.利用激光很容易实现光的干涉现象,这是因为(　　)
A.激光的亮度高
B.激光的方向性好
C.激光的频率、偏振方向几乎相同
D.激光的能量集中
解析:为了更好地实现干涉现象,应尽可能用频率、偏振方向相同的光作为相干光.
答案:C
2.下列关于双缝干涉实验的说法正确的是(　　)
A.单缝的作用是获得频率保持不变的相干光源
B.双缝的作用是获得两个振动情况相同的相干光源
C.光屏上距两缝的路程差等于半波长的整数倍处出现暗条纹
D.在光屏上能看到光的干涉图样,但在双缝与光屏之间的空间却没有干涉发生
解析:在双缝干涉实验中,单缝的作用是获得一个线光源,使光源有唯一的频率和振动情况,双缝的作用是获得两个振动情况完全相同的相干光源,故选项A错误,选项B正确.在两个相干光源完全相同的情况下,光屏上距两缝的路程差为半波长的奇数倍处出现暗纹,选项C错误.两列光波只要相遇就会叠加,满足相干条件就能发生干涉,所以在双缝与光屏之间的空间也会发生光的干涉,用光屏接收只是为了肉眼观察的方便,故选项D错误.
答案:B
3.如图为红光或紫光通过双缝或单缝所呈现的图样,则 (　　)
A.甲为紫光的干涉图样 B.乙为紫光的干涉图样
C.丙为红光的干涉图样 D.丁为红光的干涉图样
答案:B
4.如图所示,让太阳光和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.光是概率波
解析:偏振现象是横波特有的,光的偏振现象说明光是一种横波.
答案:B
5.在双缝干涉实验中,以下说法正确的是(　　)
A.入射光波长越长,干涉条纹间距越大
B.入射光频率越高,干涉条纹间距越大
C.把入射光由绿光变成紫光,干涉条纹间距变小
D.把入射光由绿光变成红光,干涉条纹间距变小
解析:由Δx=ldλ可知,在l、d不变的情况下,波长越长,条纹间距越大,故选项A正确.又因为绿光的波长比紫光的长,所以绿光的干涉条纹间距比紫光的大,故选项C正确.
答案:AC
6.在双缝干涉实验中,中间明条纹(零级明条纹)到双缝的路程差为零,那么从双缝到第三级明条纹之间的路程差是(　　)
A.1.5λ B.2λ C.2.5λ D.3λ
解析:由Δs=nλ(n=0,1,2,3,…)可知屏上的第三级明条纹对应n=3,选项D正确.
答案:D
7.当游客站在峨眉山山顶背向太阳而立,而前下方又弥漫云雾时,有时会在前下方的天幕上看到一个外红内紫的彩色光环,这是一种奇特的自然现象.当阳光照射较厚的云层时,日光射透云层后,会受到云层深处水滴或冰晶的反射,这种反射在穿过云雾表面时,在微小的水滴边缘产生衍射现象.那么,下述现象中与该现象成因不同的是 (　　)
A.雨后的彩虹
B.孔雀羽毛在阳光下色彩斑斓
C.路面上的油膜阳光下呈现彩色
D.阳光照射下,树影中呈现一个个小圆形光斑
解析:该现象属于衍射现象,孔雀羽毛色彩斑斓也属于衍射现象,选项B不合题意.选项A属于光的折射,选项C属于光的干涉,选项D属于小孔成像,故选项A、C、D符合题意.
答案:ACD
8.抽制细丝时可以用激光监控其粗细.如图所示,激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板上的一条同样宽度的窄缝规律相同,则下列说法正确的是(　　)
①这是利用光的干涉现象　②这是利用光的衍射现象　③如果屏上条纹变宽,表明抽制的丝变粗了　④如果屏上条纹变宽,表明抽制的丝变细了
A.①③ B.②④ C.①④ D.②③
解析:高强度纤维丝直径很小,用激光监控其粗细符合光的衍射条件,是利用了光的衍射现象,②正确.观察其衍射现象,根据其衍射现象判断其粗细程度,如果屏上条纹变宽,表明衍射现象更明显了,抽制的丝变细了,④正确,故选B.
答案:B
9.(2018·北京理综)用双缝干涉实验装置得到白光的干涉条纹,在光源与单缝之间加上红色滤光片后(　　)
A.干涉条纹消失
B.彩色条纹中的红色条纹消失
C.中央条纹变成暗条纹
D.中央条纹变成红色
解析:白光通过红色滤光片后,只剩下红光,通过双缝后形成红光的干涉条纹,故A、B、C错误,D正确.
答案:D
10.在双缝干涉实验中,某同学用黄光作为入射光.为了增大干涉条纹的间距,该同学可以采用的方法有(　　)
A.改用红光作为入射光 B.改用蓝光作为入射光
C.增大双缝到屏的距离 D.增大双缝之间的距离
解析:根据条纹间距Δx=ld·λ可知:要增大干涉条纹的间距,可增大λ,λ红>λ黄,选项A正确;λ黄>λ蓝,选项B错误;增大到屏的距离l,Δx增大,选项C正确;增大双缝间距d,Δx减小,选项D错误.
答案:AC
二、填空题(本题包含2小题,共20分)
11.(10分)在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中,已知双缝到光屏之间的距离为l,双缝之间的距离为d,单缝到双缝之间的距离为s.
(1)某同学在用测量头测量时,先将测量头目镜中看到的分划板中心刻度线对准某条亮纹(记作第1条)的中心,这时手轮上的示数用a表示.然后他转动测量头,使分划板中心刻线对准第6条亮纹的中心,这时手轮上的示数用b表示(b>a).由此可计算出实验中所测得的单色光的波长λ=　　　　.?
(2)以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮纹之间的距离　　　　.?
A.增大单缝和双缝之间的距离s
B.增大双缝和光屏之间的距离l
C.将红色滤光片改为绿色滤光片
D.增大双缝之间的距离d
解析:(1)根据题意可知相邻的两条明条纹之间的距离为Δx=b-a5,根据条纹间距公式Δx=ldλ,
解得λ=(b-a)d5l.
(2)根据双缝干涉条纹间距公式Δx=ldλ,分析可得相邻两条亮纹之间的距离与单缝和双缝之间的距离无关,故A错误;增大双缝和光屏之间的距离,可增大光屏上相邻两条亮纹之间的距离,故B正确;将红色滤光片改为绿色滤光片,波长减小,相邻两条亮纹之间的距离减小,故C错误;增大双缝之间的距离d,相邻两条亮纹之间的距离减小,故D错误.
答案:(1)(b-a)d5l　(2)B
12.(10分)用双缝干涉测光的波长,实验装置如图甲所示,已知单缝与双缝的距离l1=60 mm,双缝与屏的距离l2=700 mm,单缝宽d1=0.10 mm,双缝间距d2=0.25 mm.用测量头来测量光屏上干涉亮条纹中心的距离.测量头由分划板、目镜、手轮等构成,转动手轮,使分划板左右移动,让分划板的中心刻线对准屏上亮纹的中心(如图乙所示),记下此时手轮的读数,转动测量头,使分划板中心刻线对准另一条亮纹的中心,记下此时手轮上的刻度.
甲
乙
(1)当分划板的中心刻线分别对准第1条和第4条亮纹的中心时,手轮上的读数如图丙所示,则对准第1条时读数x1=　　　　 mm,对准第4条时读数x2=　　　　 mm,相邻两条亮纹间的距离Δx=　　　　 mm.?
丙
(2)计算波长的公式λ=　　　　　;求得的波长值是　　　 nm.?
解析:(1)按照螺旋测微器的读数规则对目镜中观察到的情况读数,将固定刻度和可动刻度上的读数相加即可,得到第1条亮纹对应的读数x1=2.190 mm,第4条亮纹对应的读数x2=7.868 mm.第1条和第4条间有3个亮纹间距,故相邻两条亮纹间距Δx=x2-x14-1=7.868-2.1903 mm=1.893 mm.　
(2)由相邻亮条纹的中心间距公式Δx=ldλ可得波长计算公式λ=d2l2Δx,代入数据可得λ=676 nm.
答案:(1)2.190　7.868(或7.867)　1.893 (2)d2l2Δx　676
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.(8分)如图所示,用激光束照射双缝干涉实验装置,后面屏上出现干涉条纹,其中单缝的作用是产生线光源,单缝、双缝应平行放置.
(1)若将单缝绕中心轴旋转(不超过90°),条纹将发生什么变化?
(2)若将双缝绕中心轴旋转(不超过90°),条纹将发生什么变化?
解析:在双缝干涉实验中,单缝的作用是形成线光源,双缝的作用是形成振动情况相同的相干光源.干涉条纹总是平行于双缝.
(1)当单缝旋转时,双缝被照亮的面积减小,双缝虽然仍能形成相干光源,但由于通过双缝的光能量减少,所以屏上仍能产生干涉条纹,但条纹变暗.
(2)当双缝旋转时,同样会导致干涉条纹变暗.同时,干涉条纹保持与双缝平行,也随双缝的旋转而旋转.
答案:见解析
14.(10分)如图所示,在某次双缝干涉实验中,Q处是中央亮条纹P往上数的第一条亮纹,已知从S1和S2发出的两束相干光到Q处的路程差是9×10-7 m,则实验所用的单色光的频率是多少?第二条暗纹到两双缝的路程差为多少?
解析:Q是第一条亮纹
有QS2-QS1=λ=9×10-7 m.
由c=fλ得f=cλ=3×1089×10-7 Hz=13×1015 Hz
第二条暗纹到S1、S2的路程差为
Δs=32λ=1.35×10-6 m.
答案:13×1015Hz　1.35×10-6 m
15.(10分)在双缝干涉实验中,光屏上P点到双缝S1、S2的距离之差Δr1=0.75 μm,光屏上Q点到双缝S1、S2的距离之差为Δr2=1.5 μm.如果用频率为f=6.0×1011 Hz的黄光照射双缝,通过计算回答P、Q两点出现的是明条纹还是暗条纹?
解析:由波长与波速的关系式λ=cf,得知黄光的波长λ=0.5 μm.则P点到双缝S1和S2的距离之差Δr1是黄光波长λ的Δr1λ=1.5倍,即半波长的奇数倍,P点出现暗条纹;而Q点到双缝S1、S2的距离之差Δr2是黄光波长λ的Δr2λ=3倍,即波长的整数倍,Q点出现明条纹.
答案:P点:暗纹　Q点:明纹
16.(12分)频率为6×1014 Hz的激光从S1和S2投射到屏上,若屏上的点P到S1与到S2的路程差为3×10-6 m,那么点P处是亮条纹还是暗条纹?设O为到S1和S2的路程相等的点,则PO间有几条暗纹、几条亮纹?(不含O、P两点处)
解析:单色光的波长λ=cf=3×1086×1014 m=5×10-7 m,路程差为3×10-6 m,Δrλ2=3×10-652×10-7=12,即路程差是半波长的偶数倍,P点出现亮纹,而O点处为中央亮纹,所以,在PO间有5条亮纹,6条暗纹.
答案:亮条纹　6条暗纹,5条亮纹