高中物理人教版选修3-4 习题 第十三章 第5节 光的衍射 Word版含解析

1.(衍射现象)点光源照在一个剃须刀片上，在屏上形成了它的影子，其边缘较为模糊，原因是(　　)
A．光的反射 B．光强太小
C．光的干涉 D．光的衍射
答案　D
解析　这是由于光在刀片边缘处产生衍射现象，在阴影边缘部分有光线到达，从而使其影子的边缘轮廓变得模糊不清，D正确。
2．(衍射图样的特点)如图所示是通过用两个刀片组成的宽度可以调节的狭缝观察日光灯光源时所看到的四个图象。当狭缝宽度从1.8 mm逐渐变小时，所看到的四个图象的顺序是(　　)
A．abcd B．dcba C．bacd D．badc
答案　A
解析　当孔、缝的宽度或障碍物的尺寸与波长相近甚至比波长更小时即能发生明显的衍射现象。显然狭缝宽度1.8 mm远大于光的波长，故不能发生明显的衍射现象，根据光的直线传播原理，此时我们看到的应该是条纹状的光斑，即图象a，随狭缝的宽度的减小，光斑的宽度逐渐减小，在发生明显衍射前看到图象b；当发生明显衍射时，随狭缝的宽度逐渐变小，衍射条纹的宽度逐渐变大，而条纹宽度较小的是c，条纹宽度较大的是d，所以先观察到c，再观察到d。综上所述，当狭缝宽度从0.8 mm逐渐变小时，我们依次看到的四个图象的顺序是abcd，A正确。
3．(衍射图样的特点)观察单缝衍射现象时，把缝宽由0.2 mm逐渐增大到0.8 mm，看到的现象是(　　)
A．衍射条纹的间距逐渐变小，衍射现象逐渐不明显
B．衍射条纹的间距逐渐变大，衍射现象越来越明显
C．衍射条纹的间距不变，只是亮度增强
D．以上现象都不会发生
答案　A
解析　由单缝衍射实验的调整与观察可知，狭缝宽度越大，衍射现象越不明显，衍射条纹越窄，条纹间距也越小，A正确，B、C、D错误。
4．(圆孔衍射与圆盘衍射的区别)用单色光通过小圆盘与小圆孔做衍射实验时，在光屏上得到衍射图样，它们的特点是(　　)
A．用小圆盘时中央是暗的，用小孔时中央是亮的
B．用小圆盘时中央是亮的，用小孔时中央是暗的
C．中央均为亮点的同心圆条纹
D．中央均为暗点的同心圆条纹
答案　C
解析　小孔或小圆盘的衍射图样，都是一系列明暗相间的圆形衍射条纹，这些条纹是一系列同心圆，且中央均为亮点，故C正确。
5．(衍射光栅)(多选)关于衍射光栅，下列说法正确的是(　　)
A．衍射光栅是由许多等宽度的狭缝组成的
B．衍射光栅分为透射光栅和反射光栅两类
C．透射光栅中刻痕的部分相当于透光的狭缝
D．透射光栅中未刻痕的部分相当于透光的狭缝
答案　ABD
解析　衍射光栅是由许多等宽度的狭缝组成的，分为透射光栅和反射光栅两类，对于透射光栅来说，当光照到刻痕上时，由于光发生漫反射而不太透光，未刻痕的部分相当于透光的狭缝，故A、B、D正确，C错误。
6．(光的干涉和衍射的区别)关于光的干涉和衍射现象，下列说法正确的是(　　)
A．光的干涉现象遵循波的叠加原理，衍射现象不遵循波的叠加原理
B．白光的干涉条纹是彩色的，衍射条纹是黑白相间的
C．光的干涉现象说明光具有波动性，光的衍射现象不能说明这一点
D．光的干涉和衍射现象都是光波叠加的结果
答案　D
解析　光的干涉现象和光的衍射现象都是波的特有现象，都是光波叠加的结果；从条纹特点看，虽然在条纹宽度、间距方面有所区别，但单色光的干涉条纹、衍射条纹都是明暗相间的，白光的干涉条纹、衍射条纹都是彩色的，D正确，A、B、C错误。
7．(衍射图样的特点)A、B两图是由某单色光分别照射到两个不同的圆孔所形成的图样，其中图A是光的________(填“干涉”或“衍射”)图样。由此可以判断出图A所对应的圆孔的孔径________(填“大于”或“小于”)图B所对应的圆孔的孔径。
答案　衍射　小于
解析　图A是明暗相间的不等间距的圆环，是光的衍射图样。图B出现亮斑，是因为孔径较大，光沿直线传播，所以图A所对应的圆孔的孔径小于图B所对应的圆孔的孔径。
B组：等级性水平训练
8．(光的干涉和衍射的区别)一束红光射向一块有双缝的不透光的薄板，在薄板后的光屏上呈现明暗相间的干涉条纹。现将其中一条窄缝挡住，让这束红光只通过一条窄缝，则在光屏上可以看到(　　)
A．与原来相同的明暗相间的条纹，只是亮条纹比原来暗些
B．与原来不相同的明暗相间的条纹，而中央亮条纹变宽些
C．只有一条与缝宽对应的亮条纹
D．无条纹，只存在一片红光
答案　B
解析　红光射向双缝时，光屏上呈现了干涉条纹，说明两缝都很窄，能够满足使红光发生明显衍射的条件，则挡住一条窄缝后，在屏上得到的是单缝衍射图样。衍射图样和干涉图样的异同点：中央都出现亮条纹，但衍射图样中央亮条纹较宽；两侧都出现明暗相间的条纹，干涉图样两侧为等间距的明暗相间的条纹，而衍射图样两侧为不等间距的明暗相间的条纹，且亮条纹的亮度由中央向两侧逐渐减弱，故选B。
9．(衍射图样的比较)如图所示的甲、乙、丙、丁图形中，属于有著名的泊松亮斑的衍射图样和单缝衍射图样的分别是(　　)
A．甲、丙 B．甲、丁
C．乙、丙 D．乙、丁
答案　A
解析　甲图是有泊松亮斑的衍射图样，乙图是圆孔衍射图样，丙图是单缝衍射图样，丁图是双缝干涉图样，A正确，B、C、D错误。
10．(光的衍射的应用)(多选)抽制细丝时可用激光监控其粗细，如图所示，激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板的同样宽度的窄缝规律相同，则(　　)
A．这是利用光的干涉现象
B．这是利用光的衍射现象
C．如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝粗了
D．如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝细了
答案　BD
解析　当障碍物的尺寸与波的波长相当或小于波的波长时，会发生明显的衍射现象，该装置利用了光的衍射现象；如果屏上条纹变宽，表明细丝变细，故B、D正确。
11.(折射与干涉、衍射的综合)如图所示，a、b两束光以不同的入射角由介质射向空气，结果有相同的折射角。下列说法正确的是(　　)
A．b光在该介质中的折射率比a光大
B．做单缝衍射实验时，若其他条件相同，用b光产生的中央亮条纹要比用a光产生的中央亮条纹宽
C．用a光更易观测到泊松亮斑
D．做双缝干涉实验时，若其他条件相同，用a光产生的干涉图样中的条纹间距要比用b光产生的条纹间距大
答案　B
解析　由光路图可知，a光偏折程度较大，故其在该介质中的折射率较大，频率较大，波长较短；b光偏折程度较小，在该介质中的折射率较小，波长较长，易发生衍射，故用b光更易观测到泊松亮斑，A、C错误。做单缝衍射实验时，若其他条件相同，波长越长，中央亮纹越宽，所以用b光产生的中央亮条纹较宽，B正确。做双缝干涉实验时，若其他条件相同，用b光产生的干涉图样中的条纹间距较大，D错误。
12．(综合)(1)(多选)下列说法正确的是(　　)
A．光在任何情况下都能发生明显的衍射现象
B．单缝的宽度越小，衍射现象越明显
C．光的衍射现象为光的波动说提供了有力的证据
D．光的衍射现象并未否定光的直线传播结论
E．阳光下茂密的树阴中地面上的圆形亮斑是太阳的像
(2)某同学以线状白炽灯为光源，利用游标卡尺两脚之间形成的狭缝观察光的衍射。
①若某次观察光的衍射时游标卡尺的示数如图所示，则卡尺两脚间的狭缝宽度为________。
②(多选)在利用游标卡尺两脚之间形成的狭缝观察光的衍射总结出的以下几点中，正确的说法是________。
A．若狭缝与灯丝平行，则衍射条纹与狭缝平行
B．衍射条纹的疏密程度与狭缝的宽度有关，狭缝越窄，衍射条纹越窄
C．衍射条纹的间距与光的波长有关，光的波长越长，衍射条纹越宽
D．衍射条纹的间距与光的频率有关，光的频率越大，衍射条纹越宽
答案　(1)BCDE　(2)①0.25 mm　②AC
解析　(1)根据光发生明显衍射现象的条件可知，A错误；单缝的宽度越小，衍射现象越明显，B正确；因衍射是波特有的现象，所以光的衍射现象为光的波动说提供了有力的证据，C正确；当障碍物较大时，光的衍射不明显，光几乎沿直线传播，即光的直线传播只是特殊情况下的近似，二者并不矛盾，D正确；阳光下茂密的树阴中地面上的圆形亮斑是小孔成像，即为太阳的像，故E正确。
(2)①游标卡尺的游标尺为20分度，其精度为0.05 mm，读数＝固定刻度＋可动刻度＝0＋5×0.05 mm＝0.25 mm。
②观察光的衍射现象时，若狭缝与灯丝平行，则衍射条纹与狭缝平行，A正确；衍射现象明显与否与缝宽和光的波长有关，狭缝越窄，光的波长越长，衍射条纹越宽，即衍射现象越明显，故B错误，C正确；由c＝λf知，频率越大则光波长越短，衍射条纹越窄，故D错误。