济南历城四中2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-4：5.1光的干涉 达标作业（含解析）

5.1光的干涉
1．“牛顿环”又称“牛顿圈”，如图甲所示。牛顿环的上表面是半径很大的玻璃球冠的平面，下表面是球冠的凸面，其工作原理为“薄膜干涉”。可以用来判断透镜表面曲率半径和液体折射率等。把牛顿环与玻璃面接触，在日光下或用白光照射时，可以看到明暗相间的彩色圆环；若用单色光照射，则会出现一些明暗相间的单色圆环，如图乙所示。它们是由球面和被检测面上反射的光相互干涉而形成的条纹，这些圆环的分布情况与球冠半径及被测物品的表面情况有关。以下分析正确的是
A．圆环的间距大小与球冠半径大小无关
B．球冠的半径越大，圆环的间距越小
C．若观察到的是规则圆环，则被检测的面是均匀、对称的
D．被检测的面必须是平的
2．下列对光学现象的认识正确的是（
）
A．阳光下水面上的油膜呈现出彩色条纹是光的全反射现象
B．雨后天空中出现的彩虹是光的干涉现象
C．用白光照射不透明的小圆盘，在圆盘阴影中心出现一个亮斑是光的折射现象
D．某人潜入游泳池中，仰头看游泳馆天花板上的灯，他看到灯的位置比实际位置高
3．在光的双缝干涉实验中，光屏上出现的条纹情况是（
）
A．中央明条纹最宽
B．各种不同色光的暗条纹间距一样大
C．对于同种色光，光屏离双缝距离越远明条纹的间距越小
D．在相同装置中红光的明条纹间距比紫光的明条纹间距大
4．O1O2是圆柱形玻璃体的对称面和纸面的交线，A、B是关于O1O2等距且平行的两束不同单色细光束，从玻璃体右方射出后的光路如图所示，MN是垂直于O1O2放置的光屏，沿O1O2方向不断左右移动光屏，可在屏上得到一个光斑P，根据该光路图，下列说法正确的是（　　）
A．在该玻璃体中，A光比B光的运动时间长
B．在真空中A光的速度比B光的大
C．B光的频率比A光的频率高
D．用同一装置做双缝干涉实验时B光产生的条纹间距比A光的大
5．如图所示，一束红光和一束蓝光，沿AO方向从O点射入上下表面平行的玻璃砖，其折射光线a、b分别从玻璃砖的下表面M、N两点射出，已知α=45°、β=60°，光速c=3×108
m/s。则下列说法不正确的是（
）
A．玻璃砖对b光束的折射率可能为1.66
B．a、b光束分别从下表面M、N两点射出后，两束光相互平行
C．若分别用a光和b光照射同一双缝，则a光产生的条纹间距小
D．若将a光从N点沿着NO的方向射入，则不会发生全反射现象
6．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．a光在水中的传播速度比b光快
C．用a、b光分别做双缝干涉时它们的干涉条纹宽度都是不均匀的
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
7．一束含两种频率的单色光，照射到底面有涂层的平行均匀玻璃砖上表面后，经下表面反射从玻璃砖上表面射出后，光线分为a、b两束，如图所示。下列说法正确的是（　　）
A．a、b一定是平行光线
B．用同一装置进行双缝干涉实验，a光的条纹间距大于b光的条纹间距
C．a光的频率大于b光的频率
D．从同种玻璃射入空气发生全反射时，a光的临界角小
E.增大从空气到玻璃的入射角（90°之内），a、b光可能在玻璃内发生全反射
8．a、b两种单色光组成的光束从玻璃进入空气时，其折射光束如图所示，则关于a、b两束光的说法正确的是(　　)
A．玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率
B．增大入射角时，a光首先发生全反射
C．a光的频率大于b光的频率
D．在真空中a光的波长大于b光的波长
E.
分别用这两束光照射双缝干涉实验装置，在光屏上都能出现干涉条纹，a光的相邻条纹间距大于b光
9．如图所示分别是光、光各自通过同一单缝衍射仪器形成的图样(灰黑色部分表示亮纹，保持缝到屏距离不变)，则下列说法正确的是（　　）
A．在真空中，光的传播速度大于光的传播速度
B．双缝干涉实验时光产生的条纹间距比光的大
C．光和光由玻璃棱镜进入空气后频率都变大
D．光由同一介质射入空气，发生全反射时，光的临界角比光大
10．某同学在做双缝干涉实验时，按图安装好实验装置，在光屏上却观察不到干涉图样，这可能是由于（　　）
A．光束的中央轴线与遮光筒的轴线不一致，相差较大
B．没有安装滤光片
C．单缝与双缝不平行
D．光源发出的光束太强
11．同学们利用图示装置测量某种单色光的波长。实验时，接通电源使光源（灯泡）正常发光，调整仪器从目镜中可以观察到干涉条纹。
(1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，下列操作可行的是__________；
A.将单缝向双缝靠近
B.将屏向靠近双缝的方向移动
C.将屏向远离双缝的方向移动
D.使用间距更小的双缝
(2)若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，测得第1条亮纹中央到第n条亮纹中央间距离为x，则单色光的波长_________；
(3)若只将滤光片去掉，下列说法正确的是_________；
A.屏上出现彩色衍射条纹，中央是紫色亮纹
B.屏上出现彩色衍射条纹，中央是白色亮纹
C.屏上出现彩色干涉条纹，中央是红色亮纹
D.屏上出现彩色干涉条纹，中央是白色亮纹
(4)随着学习的不断深入，同学们对光的本性有了更为丰富的认识。现在我们知道光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。
①在双缝干涉实验中，某个光子打在光屏上落点的准确位置_________（选填“可以”或“不可以”）预测；
②在光电效应实验中，用紫外线照射锌板可以使光电子离开锌板，如果只增加紫外线的照射强度光电子的最大初动能是否会增加。请说明你的观点及依据________________。
12．如图所示，在双缝干涉实验中，和为双缝，P是光屏上的一点，已知P点与、距离之差为，分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验，问P点是亮条纹还是暗条纹？
已知A光在空气中的波长为；?
已知B光在某种介质中波长为，当B光从这种介质射向空气时，临界角为
13．麦克斯韦在1865年发表的电磁场的动力学理论一文中揭示了电、磁现象与光的内在联系及统一性，即光是电磁波．
一单色光波在折射率为的介质中传播，某时刻电场横波图象如图所示，求该光波的频率；
用该单色光在真空中做双缝干涉实验时，已知双缝间距离为，在距离双缝处的光屏上，则相邻亮纹间的距离为多少？
参考答案
1．C
【解析】
AB．设透镜的曲率半径为R，由暗条纹的条件和几何关系可知第k级暗条纹的半径
对上式求导得
为晶环间距
即圆环的间距大小与球冠半径大小有关且半径越大，圆环的间距越大，产生的干涉条纹各环的间距内疏外密。选项A、B错误；
CD．牛顿环实验不仅可以测平面还可以测球面。若观察到的是规则圆环，则被检测的面是均匀、对称的，选项C正确，D错误。
故选C。
2．D
【解析】
阳光下水面上的油膜呈现出彩色条纹是光的干涉现象，选项A错误；雨后天空中出现的彩虹是光的色散现象，选项B错误；用白光照射不透明的小圆盘，在圆盘阴影中心出现一个亮斑是光的衍射现象，选项C错误；某人潜入游泳池中，仰头看游泳馆天花板上的灯，由于光的折射，他看到灯的位置比实际位置高，选项D正确；故选D.
3．D
【解析】
A．双缝干涉条纹等间距、等宽度、等亮度，故A错误；
B．根据双缝干涉条纹的间距公式
知不同色光，波长不同，则条纹间距不同，故B错误；
C．根据双缝干涉条纹的间距公式
知对于同种色光，光屏离双缝距离L越远明条纹的间距越大，故C错误；
D．根据
可知红光波长长，则条纹间距大，故D正确。
故选D。
【点睛】
解答此题要知道：双缝干涉条纹等间距、等宽度、等亮度．根据双缝干涉条纹的间距公式比较条纹间距的大小。
4．C
【解析】
A．由图可知，A光的折射率小于B光的折射率，由可知，则在玻璃体中，A光的波速大于B光的，那么A光比B光的运时间短，故A错误；
B．所有光在真空中的速度一样，故B错误；
C．玻璃对A光的折射率比对B光的折射率小，而折射率越大，说明光的频率越高，即B光的频率大于A光的频率，故C正确；
D．由可知，在真空中A光的波长比B光的长，由可知，A光的条纹间距比B光的大，故D错误。
故选C。
5．C
【解析】
A．玻璃砖对a光束的折射率
玻璃砖对b光束的折射率大于对a光的折射率，可能为1.66，选项A正确，不符合题意；
B．因为a、b光束射到下表面的入射角等于射到上表面的折射角，可知从下表射出时的折射角等于射到上表面时的入射角，即光分别从下表面M、N两点射出后，两束光相互平行，选项B正确，不符合题意；
C．由图可知，b光折射率较大，b光频率较大，波长较小，则根据可知，若分别用a光和b光照射同一双缝，则b光产生的条纹间距小，选项C错误，符合题意；
D．发生全反射的条件是从光密射向光疏介质，则若将a光从N点沿着NO的方向射入，则不会发生全反射现象，选项D正确，不符合题意。
故选C。
6．ABD
【解析】
AC.由图可知，单色光a偏折程度小于b的偏折程度，根据光路可逆和折射定律n=知，a光的折射率小于b光的折射率，则知a光的波长较b光大；由干涉条纹的间距x=λ知，干涉条纹间距与波长成正比，所以a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距；用a、b光分别做双缝干涉时它们的干涉条纹宽度都是均匀的，故选项A符合题意，选项C不合题意；
B.
a光的折射率小于b光的折射率，由n=知，a光在水中的传播速度比b光快，故选项B符合题意；
DE.
由全反射临界角公式sinC=知，折射率n越大，临界角C越小，则知在水中a光的临界角大于b光的临界角；若a光与b光以相同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b光，故选项D符合题意，选项E不合题意．
7．ACD
【解析】
A．因为a、b亮光在上表面的折射角与反射后在上表面的入射角分别相等，根据折射定律可知出射后在上表面的入射角分别相等，根据折射定律可知出射后折射角等于开始时的入射角，所以出射光线一定平行，A正确；
BC．根据光路图，a光的偏折程度较大，则a光的折射率较大，频率较大，波长短，根据双缝干涉条纹间距公式可知a光的条纹间距小于b光的条纹间距，B错误,C正确；
D．因为a光的折射率较大，根据可知a光的临界角较小，D正确；
E．根据折射定律，无论如何改变入射角，在玻璃内都不能发射全反射，E错误。
故选ACD。
8．ADE
【解析】
a光的偏折程度小于b光，所以玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率，增大入射角，b光首先发生全反射，A正确，B错误；折射率大的光频率大，所以a光的频率小于b光的频率，C错误；根据c＝
λf知，a光的波长长，再由，a光的相邻条纹间距大于b光，D、E正确。
9．BD
【解析】
A．真空中光的传播速度相同，故A错误；
B．根据单缝衍射图像可知，a光的条纹间距较大，则a光的波长较大，则，双缝干涉实验时光产生的条纹间距比光的大，故B正确；
C．
a光和b光由玻璃棱镜进入空气后，频率都不变，故C错误；
D．根据知，因a光波长长，频率低，a光的折射率较小，则a光从同一介质中射向空气全反射的临界角较大，故D正确。
故选BD。
10．AC
【解析】
由题意可知，在光屏上却观察不到干涉图样，可能不满足频率相同的条件，也可能满足条件，但不能满足单缝与双缝平行，及中央轴线与遮光筒的轴线在同一条直线上，与是否安装滤光片，及光源的强弱无关，故AC正确，BD错误。
故选AC。
11．B
D
不可以
见解析
【解析】
(1)[1]增加从目镜中观察到的条纹个数，则条纹的宽度减小，根据相邻亮条纹间的距离为
为减小相邻亮条纹（暗条纹）间的宽度，可增大双缝间距离或减小双缝到屏的距离；故B正确，ACD错误。
故选B。
(2)[2]第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为x，则两个相邻明纹（或暗纹）间的距离为：
则单色光的波长为：
(3)[3]如果没有插滤光片，各种颜色的光都会发生干涉，在光屏的中央出现白色条纹，两边是彩色条纹，故D正确，ABC错误。
故选D。
(4)①[4]在光的双缝干涉实验中，某个光子打在光屏上的落点不可以预测，但大量光子打在光屏上将形成明暗相间的干涉条纹，这说明光子落在各点的概率是不一样的，光子落在明条纹处的概率大，落在暗条纹处的概率小，光子在空间出现的概率遵循波动规律，所以光波是一种概率波；
②[5]只增加紫外线的照射强度不会增加光电子的最大初动能。根据爱因斯坦的光电效应方程，光电子的最大初动能与光的频率及金属的逸出功有关，与光的强度无关。因此当光的频率及金属的逸出功不变时，只增加紫外线的照射强度，光电子的最大初动能不变。
12．暗条纹亮条纹
【解析】
已知P点与和的距离之差，由出现亮暗的条件可判断是亮条纹或暗条纹根据，，频率f相等，求出A光在空气中的波长对于B光，根据临界角公式求出折射率，再用同样的方法求出B光在空气中的波长再判断是亮条纹还是暗条纹．
【详解】
两缝到P的路程之差为：，
所以有：
由此可知，从和到P点的路程差是波长的倍，所以P点为暗条纹．
根据临界角与折射率的关系有：
得：
由此可知，B光在空气中波长为：
路程差和波长的关系为：
可见，用B光作光源，P点为亮条纹．
【点睛】
解决本题的关键掌握形成明条纹或暗条纹的条件、折射率与波长的关系等等知识，注意正确的计算，及路程差的概念．
13．
【解析】
根据与公式，及由图象读出波长，即可求解；根据与公式，即可求解．
【详解】
设光在介质中的传播速度为v，波长为频率为f，则有：????????????????????????
???
联立得：?
从形图上读出波长为：，
代人数据解得：?????????
真空中光的波长为：????????
因
得：
【点睛】
考查、、与等公式的应用，同时会读懂图象．