四川省内江第六中学2019-2020学年高中物理教科版选修3-4：5.1光的干涉 配套练习（含解析）

5.1光的干涉
1．用电子做双缝干涉实验，下面三幅图分别为100个、3000个、7000个左右的电子通过双缝后，在胶片上出现的干涉图样。该实验表明
A．电子具有波性，不具有粒子性
B．电子具有粒子性，不具有波动性
C．电子既有波动性又有粒子性
D．电子到达胶片上不同位置的概率相同
2．某次双缝干涉实验中，测得第一级亮条纹和第三级亮条纹相距4.0×10-2m，若双缝间距为0.1mm，双缝到屏的距离为L=4.0m，则光波的波长为（
）
A．1.0×10-8m
B．5.0×10-7m
C．5.0×10-8m
D．1.0×10-7m
3．用干涉法检查工件表面的质量，产生的干涉条纹是一组平行等距的直条纹．图中虚线所示标准样板或者玻璃板变厚，薄片位置不变，则
A．若标准样板变厚，干涉条纹间距将变大
B．若玻璃板变厚，干涉条纹间距将变大
C．若玻璃板变厚，干涉条纹间距将变小
D．无论是标准样板还是玻璃板变厚，干涉条纹间距将不变
4．如图所示，一束由a、b两种单色光组成的复色光射向半圆形玻璃砖的圆心O，在O点分为两束光1和2，其中光束1为a光，下列判断正确的是（
）
A．光束2只有b光，且b光折射率比a光的大
B．a光的频率大于b光的频率
C．在此玻璃中a光的全反射临界角小于b光的全反射临界角
D．用同一双缝干涉装置进行实验可看到a光的干涉条纹间距比b光的宽
5．下列说法中正确的是
A．双缝干涉实验表明光具有波动性
B．光的衍射现象表明光具有粒子性
C．光从空气进入水中后频率变大
D．光从空气进入水中后波长变大
6．双缝干涉实验装置如右图所示，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点距双缝S1和S2的距离相等，P点是距O点最近的第一条亮
条纹，如果将入射的单色光换成红光或蓝光，已知红光波长大于绿光波长，绿光波长大于蓝光波长，则下列说法正确的是(
)
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
7．两种单色光束a,b分别照射在同一套双缝干涉演示实验装置上,得到的干涉图样分别如图(a),(b)所示,则(　　)
A．调试该实验装置时,要注意使单缝与双缝相互平行
B．a光的波长大于b光的波长
C．a光的频率大于b光的频率
D．同一种介质对a光的折射率小于对b光的折射率
8．下列说法中正确的是___________
A．在受迫振动中，物体振动的频率一定等于驱动力的频率
B．做简谐运动的质点，经过四分之一个周期，所通过的路程一定是一倍振幅
C．变化的磁场可以产生稳定的电场，变化的电场可以产生稳定的磁场
D．双缝干涉实验中，若只减小双缝到光屏间的距离，两相邻亮条纹间距将变大
E.声波从空气传入水中时频率不变，波长变长
9．如图所示，一束由两种色光混合的复色光沿PO方向射向一平行玻砖的上表面，得到三束平行光线I、II、III，下列说法正确的是_______
A．光束I为复色光，光束II、III为单色光
B．光束III的频率大于光束II的频率
C．改变α角，光线I、II、III仍保持平行
D．在真空中，光束Ⅱ的速度等于光束III的速度
E.通过相同的双缝干涉装置，光束II产生的条纹宽度要大于光束III产生的条纹宽度
10．如图所示，由a、b两束单色光组成的复合光垂直半球形玻璃砖平面射入，在圆弧处发生折射与全反射，折射光为单色光b，则下列说法正确的是（
）
A．两束单色光从空气进入玻璃中，频率均变小
B．光线c一定是a的全反射光线
C．该玻璃砖对单色光a的折射率比对单色光b的折射率大
D．单色光a在玻璃砖屮的传播速度比单色光b在玻璃砖中传播速度小
E.两束单色光分别通过同一双缝十涉实验装置，单色光a得到的干涉条纹间距小
11．用氦氖激光器进行双缝干涉实验，已知使用的双缝间距离d=0.1mm，双缝到屏的距离l=6.0m，测得屏上干涉条纹中亮纹的间距是3.8cm，氦氖激光器发出的红光的波长λ是多少？假如把整个装置放入折射率是的水中，这时屏上的条纹间距是多少？
12．在杨氏双缝干涉实验中，光屏上某点p到双缝和的路程差为，如果用频率的黄光照射双缝，试通过计算分析P点出现的是亮条纹还是暗条纹．
13．用铁环粘上肥皂液，用白炽灯光照射，从反射光的方向去看，呈现如图A所示的现象，最上部是较宽的黑色条纹，其下是若干彩色条纹图.
改用单色钠黄光照射，则呈现如图B所示的现象，形成黄色和黑色相间的条纹.
已知可见光的频率为3.9×1014
Hz～7.5×1014Hz.请回答下列问题：
（1）为什么肥皂膜最上面的区域都是黑色的？并估算这一部分肥皂膜的厚度.
（2）为什么两个图形中肥皂膜上的条纹都是从上往下逐渐变窄？
参考答案
1．C
【解析】
实验表明少数粒子表现为粒子性较强；大量粒子表现为波动性较强，该实验表明电子既有波动性又有粒子性，故选C.
2．B
【解析】
条纹间距为，根据题意可知，，根据可得，B正确．
3．D
【解析】干涉形成的条纹是下板的上表面和上板的下表面的反射光干涉产生的，具体为：当两反射光的路程差是半波长的偶数倍，出现明条纹；是半波长的奇数倍，出现暗条纹；当标准样板变厚，劈尖的上表面向上平移一小段距离，亮条纹将向劈尖前一级亮条纹移动，但亮暗条纹间距不变，与玻璃板变厚无关，故D正确，ABC错误；
故选D。
4．D
【解析】
光束2既有b光，也有a光．由题可知，b光发生全反射，a光没有发生全反射，b光的临界角小于a光的临界角．根据临界角公式sinC=1/n，知b光折射率比a光的大，故AC错误．
a光的折射率小于b光的折射率，则a光的频率小于b光的频率，故B错误．a光的频率小于b光的频率，则a光的波长大于b光的波长，双缝干涉条纹的间距与波长成正比，所以用同一双缝干涉装置进行实验可看到a光的干涉条纹间距比b光的宽，故D正确．故选D．
5．A
【解析】A.
双缝干涉实验表明光具有波动性，故A正确；
B.
光的衍射现象表明光具有波动性，故B错误；
CD、光在空气中的传播速度大于光在水中的传播速度，当一束光线从空气中射入水中时，速度将变小，但频率不变，由v=λf可知，波长变短；故CD错误；
故选A。
6．AB
【解析】
AC、由于O点到双缝的光程差为零，所以为各种色光的亮条纹，A正确，C错误；
BD、P点由于是绿光的第一条亮条纹，红光的波长大于绿光的波长，红光的条纹间距大于绿光的条纹间距，所以红光第一条亮条纹在P点上方，蓝光的在P点下方，故B正确，D错误；
故选AB．
7．ABD
【解析】A：双缝干涉演示实验装置，单缝与双缝要相互平行。故A项正确。
B：由图知，a光产生的干涉条纹间距大于b光产生的干涉条纹间距，根据双缝干涉条纹间距公式可得，a光的波长大于b光的波长。故B项正确。
C：在真空中所有色光的速度相等，据可得，a光的频率小于b光的频率。故C项错误。
D：同一种介质对频率高的色光折射率大，同一种介质对a光的折射率小于对b光的折射率。故D项正确。
综上，本题答案为ABD。
8．ACE
【解析】
A．在受迫振动中，物体振动的频率一定等于驱动力的频率，故A正确；
B．做简谐运动的质点，经过四分之一个周期，所通过的路程不一定是一倍振幅A，只有当质点从平衡位置或者最高（低）点振动时才等于A，故B错误；
C．均匀变化的磁场可以产生稳定的电场，均匀变化的电场可以产生稳定的磁场，故C正确；D．双缝干涉实验中，若只减小双缝到光屏间的距离，根据Δx=λ，则两相邻亮条纹间距将变小，故D错误；
E．声波从空气传入水中时频率不变，周期不变，波速变大，则由λ=vT可知波长变长，故E正确。
故选ACE。
9．ACD
【解析】
A．两种色光都在玻璃砖的上表面发生了反射，入射角相同，由反射定律知，它们的反射角相同，可知光束I是复色光．而光束Ⅱ、Ⅲ由于折射率的不同导致偏折分离，所以光束Ⅱ、Ⅲ都是单色光，故A正确；
B．由图知：光束Ⅲ的偏折程度小于比光束Ⅱ的偏折程度，根据折射定律可知玻璃对光束III的折射率小于对光束II的折射率，故光束III的频率小于光束II的频率，故B错误；
C．一束由两种色光混合的复色光沿PO方向射出，经过反射、再折射后，光线仍是平行，因为光的反射时入射角与反射角相等．所以由光路可逆可得出射光线平行，改变角，光线Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ仍保持平行，故C正确；
D．在真空中，光束Ⅱ的速度要等于光束Ⅲ的速度，都是c，故D正确；
E．光束Ⅱ的折射率大于光束Ⅲ，则光束Ⅱ的频率大于光束Ⅲ，光束Ⅱ的波长小于光束Ⅲ的波长，而双缝干涉条纹间距与波长成正比，则双缝干涉实验中光Ⅱ产生的条纹间距比光Ⅲ的小，故E错误。
故选ACD。
10．CDE
【解析】
单色光从一种介质进入另一种介质，频率不变，故A错误；光线c是a、b两束单色光反射后的复合光，故B错误；由于a光发生了全反射，因此a光的频率比b光的频率高，波长比b光的的波长短，玻璃对a光的折射率比对b光的折射率大，故C正确；由可知，单色光a在玻璃砖中的传播速度比单色光b在玻璃砖中的传播速度小，故D正确；由可知，让两束光由同一双缝干涉实验装置进行实验，单色光a得到的干涉条纹间距小，故E正确；故选CDE.
11．（1）氦氖激光器发出的红光波长λ是6.3×10﹣7m；
（2）屏上的明条纹间距是2.85×10﹣2m．
【解析】试题分析：根据△x=λ，可得红光的波长．进入水中，红光的波长发生改变，则明条纹的间距发生变化．
解：（1）根据△x=λ，解得红光的波长为：
λ=△x=×3.8×10﹣2m=6.3×10﹣7m．
（2）因为v=，所以λ=
则红光进入水中的波长为：λ′===
所以△x=λ′==2.85×10﹣2m
故屏上的明条纹间距是2.85×10﹣2m．
答：（1）氦氖激光器发出的红光波长λ是6.3×10﹣7m；
（2）屏上的明条纹间距是2.85×10﹣2m．
【点评】解决本题的关键掌握波动和振动的关系，以及条纹间距公式△x=λ的应用．
12．暗条纹
【解析】
试题分析：根据题中的信息可得：，所以，即路程差是半波长的整数倍，所以P点是暗条纹
考点：考查了双缝干涉
点评：当光程差是波长的整数倍时，出现亮条纹，当光程差是半波长的整数倍时，出现暗条纹
13．（1）100nm
（2）肥皂膜的形状如图所示，两表面ab、cd都是曲面，膜的厚度的变化呈非线性，使肥皂膜内向下方向光的传播路程的增加也是非线性，而且传播路程增大得越来越快，故干涉条纹变得越来越窄.
【解析】
（1）由于重力作用，肥皂液逐渐向下流动，形成上薄下厚的形状，上部的肥皂膜变得越来越薄，当厚度小于所有可见光的波长的1/4时，从膜的前表面反射回来的光和从后表面反射回来的光的光程差总小于1/2波长，叠加的结果都不会达到加强，而且两个表面反射回来的光的能量与透射光的能量相比都很小，所以看起来是黑色.
用波长最长的可见光进行估算，膜的厚度在
因此膜的厚度应小于192.3nm，其数量级为10-7m，即100nm.
（2）肥皂膜的形状如图所示，两表面ab、cd都是曲面，膜的厚度的变化呈非线性，使肥皂膜内向下方向光的传播路程的增加也是非线性，而且传播路程增大得越来越快，故干涉条纹变得越来越窄.