怀仁县巨子高中2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-4：5.1光的干涉 学业测评（含解析）

5.1光的干涉
1．如图所示，一光束包含两种不同频率的单色光，从空气射向平行玻璃砖的上表面，玻璃砖下表面有反射层，光束经两次折射和一次反射后，从玻璃砖上表面分为a、b两束单色光射出。下列说法正确的是（　　）
A．a光的频率小于b光的频率
B．出射光束a、b一定相互平行
C．a、b两色光从同种玻璃射向空气时，a光发生全反射的临界角大
D．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
2．如图，△OMN为玻璃等腰三棱镜的横截面。a、b两束可见单色光从空气垂直射入棱镜底面MN，在棱镜侧面OM、ON上反射和折射的情况如图所示，由此可知（　　）
A．从玻璃射向空气，a光的临界角小于b光的临界角
B．玻璃对a光的折射率小于玻璃对b光的折射率
C．在玻璃中，a光的速度小于b光的速度
D．在双缝干涉实验中，a光干涉条纹宽度小于b光干涉条纹宽度
3．下列说法中正确的是（　　）
A．托马斯?杨通过光的单缝衍射实验，证明了光是一种波
B．在太阳光照射下，水面上油膜出现彩色花纹是光的衍射现象
C．在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由绿光改为红光，则干涉条纹间距变宽
D．麦克斯韦提出电磁场理论并预言电磁波存在，后来由他又用实验证实电磁波的存在
4．图1是研究光的干涉现象的装置示意图，在光屏P上观察到的图样如图2所示。为了增大条纹间的距离，下列做法正确的是（　　）
A．增大单色光的频率
B．增大双缝屏上的双缝间距
C．增大双缝屏到光屏的距离
D．增大单缝屏到双缝屏的距离
5．如图为双缝干涉的实验示意图，光源发出的光经滤光片成为单色光，然后通过单缝和双缝，在光屏上出现明暗相间的条纹。若要使干涉条纹的间距变大，在保证其他条件不变的情况下，可以（　　）
A．将光屏移近双缝
B．增大双缝的间距
C．更换滤光片，改用频率更小的单色光
D．将光源向双缝移动一小段距离
6．假如平静的水面下相同深度处有a、b、c三种不同颜色的单色点光源，有人在水面正上方同等条件下观测发现：b在水下的像离水面距离最大，c照亮水面（透光面）的面积比a的大。关于这三种光的性质，下列说法正确的是（　　）
A．c光的频率最大
B．真空中b光的波长最长
C．a光在水中的传播速度最小
D．通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹间距最大
7．如图所示，a、b两束不同频率的单色光从半圆形玻璃砖底边平行射入，入射点均在玻璃砖底边圆心O的左侧，两束光进入玻璃砖后都射到O'点，OO'垂直于底边，下列说法确的是（　　）
A．从点O'射出的光一定是复色光
B．增大两束平行光的入射角度，则b光先从O'点消失
C．用同一装置进行双缝干涉实验，b光的相邻条纹间距较大
D．若a、b光分别照射同一光电管都能发生光电效应，则a光的截止电压低
8．如图所示，一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖，在玻璃砖底面上的入射角为θ，经折射后射出a、b两束光线。则（　　）
A．在玻璃中，a光的传播速度小于b光的传播速度
B．玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率
C．若改变光束的入射方向使θ角逐渐变大，则折射光线b首先消失
D．分别用a、b光在同一个双缝干涉实验装置上做实验，a光的干涉条纹间距小于b光的干涉条纹间距
9．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比b更容易发生衍射现象
C．在水中a光的速度比b光的速度小
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
10．如图甲所示，在平静的水面下深h处有一个点光源s，它发出的两种不同颜色的a光和b光在水面上形成了一个有光线射出的圆形区域，该区域的中间为由ab两种单色光所构成的复色光圆形区域周围为环状区域，且为a光的颜色(见图乙)设b光的折射率为n，则下列说法正确的是（
）
A．在水中，a光的波长比b光小
B．水对a光的折射率比b光小
C．在水中，a光的传播速度比b光大
D．复色光圆形区域的面积为S=
E.
在同一装置的杨氏双缝干涉实验中，a光的干涉条纹比b光窄
11．某单色光波长为8
000?
(1)用该单色光照射双缝，两个狭缝相距0.4
mm，位于离屏60
cm处，求光屏上两条相邻暗条纹间的距离是△x多少？
(2)为了某种特殊的摄影，需要镜头能很好地通过这种波长的光，可以在摄影机的镜头上镀一种膜，已知这种膜的折射率为n=,求镀膜的最小厚度d(1
?＝10－10
m)
12．现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在如图所示的光具座上组成双缝干涉装置，用以测量红光的波长．
（1）将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，表示各光学元件的字母排列顺序为C、_____、A．
（2）将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图2所示．然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，记下此时图3中手轮上的示数_____________mm．
（3）已知双缝间距d为2.0×10﹣4
m，测得双缝到屏的距离L为0.700
m，由计算式λ=
___________，求得所测红光波长为______________nm．
13．下图为杨氏双缝干涉实验的原理图，光源S(图中未标出)发出的单色光的波长为，当屏位于位置时，测得屏上干涉条纹的间距为．现将屏平移到位置，平移距离为30cm，此时条纹间距变为．估算双缝间距d及双缝到屏的距离．
参考答案
1．B
【解析】
A．作出光路图如图所示：
可知光从空气射入玻璃时a光的偏折程度较大，则a光的折射率较大，频率较大，A错误；
B．因为a、b两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，根据几何知识可知出射光束一定相互平行，B正确。
C．因为a光的折射率较大，根据，则知a光的临界角小，C错误；
D．a光的频率较大，则波长较小，根据干涉条纹间距公式知，a光的干涉条纹间距小于b光的干涉条纹间距，D错误。
故选B。
2．B
【解析】
AB．由光路图看出，光线b在NO面上发生了全反射，而光线a在MO面上没有发生全反射，而入射角相同，则知b光的临界角小于a光的临界角，由可知，玻璃对a光的折射率小于b的折射率小，故A错误，B正确；
C．玻璃对a光的折射率小于b的折射率小，由可知，在玻璃中，a光的速度大于b光的速度，故C错误；
D．由于玻璃对a光的折射率小于b的折射率小，则a光的频率比b光的低，a光的波长比b光的长，由公式可知，a光的双缝干涉条纹宽度比b光的大，故D错误。
故选B。
3．C
【解析】
A．托马斯?杨通过光的双缝干涉实验，证明了光是一种波，故A错误；
B．在太阳光照射下，水面上油膜出现彩色花纹是光的干涉现象，故B错误；
C．由公式可知，由于绿光的波长比红光短，而干涉条纹的间距与波长成正比，知仅将入射光由绿光改为红光，则干涉条纹间距变宽，故C正确；
D．麦克斯韦提出电磁场理论并预言电磁波存在，后来由赫兹又用实验证实电磁波的存在，故D错误。
故选C。
4．C
【解析】
A．增大单色光频率，则波长减小，根据公式可知，条纹间的距离减小，A不符合要求；
B．增大双缝屏上的双缝间距d，根据公式可知，条纹间的距离减小，B不符合要求；
C．增大双缝屏到光屏的距离L，根据公式可知，条纹间的距离增大，C符合要求；
D．根据公式可知，条纹间的距离与单缝屏到双缝屏的距离无关，D不符合要求。
故选C。
5．C
【解析】
实验中用激光通过双缝，双缝的作用是形成相干光源；由干涉条纹间距
知为了增大光屏上干涉条纹的间距，应使得双缝间距离d缩小，或者增大L与λ；
A．将光屏移近双缝，则L减小，不符合要求，故A错误；
B．增大双缝的间距d，导致条纹间距变小，故B错误；
C．换滤光片，改用频率更小即波长更长的单色光，符合要求，故C正确；
D．光源向双缝移动一小段距离，不会影响条纹间距，故D错误。
故选C。
6．BC
【解析】
B．根据视深公式
知折射率最小的光，在水下的像最深，所以b的折射率最小，频率最小，波长最长，故B正确；
AC．照亮水面的圆面积的半径R与临界角C满足
又
c照亮水面的面积比a的大，则c的临界角大，水对c的折射率小，所以a的折射率最大，a的频率最大，a的传播速度最小，故A错误，C正确；
D．因a的频率最大，则a的波长最小，当发生双缝干涉时，根据
可知a的的相邻条纹间距最小，故D错误。
故选BC。
7．AD
【解析】
A．两光束射到O′点时的入射角都等于在玻璃砖底边的折射角，根据光路可逆性可知，从O′点射出时折射角都等于射入玻璃砖底边时的入射角，而在玻璃砖底边两光束平行射入，入射角相等，所以从O′点射出时折射角相同，两光束重合，则从O′点射出的一定是一束复色光，故A正确；
B．令光在底边的入射角为i，折射角为r，根据折射定律有
所以
根据几何知识可知，光在O′点的入射角为r，无论怎样增大入射角度，光在O′点的入射角都小于光发生全反射的临界角，所以a、b光不会在O′点发生全反射，故B错误；
C．根据光路图可知，玻璃砖对a光的折射率小于b光的折射率，则a光的波长大于b光的波长，由于条纹间距为
所以a光的条纹间距大于b光的条纹间距，故C错误；
D．由于a光的频率小于b光的频率，根据光电效应方程
可知a、b光分别照射同一光电管发生光电效应时，a光的截止电压比b光的截止电压低，故D正确。
故选：AD。
8．AD
【解析】
B．通过光路图可看出，折射后a光的偏折程度大于b光的偏折程度，玻璃砖对a光的折射率大于对b光的折射率，选项B错误；
A．由知，在玻璃中，a光的传播速度小于b光的传播速度，选项A正确；
C．入射角增大时，折射率大的光线首先发生全反射，a光首先消失，选项C错误；
D．na大于nb，所以fa大于fb，由知，，所以a光干涉条纹间距小，D正确．
故选AD。
9．ABD
【解析】
由图可知，单色光a偏折程度小于b的偏折程度，根据折射定律知，a光的折射率小于b光的折射率，则知a光的波长大．根据双缝干涉条纹的间距公式，可得，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，故A正确；a光的波长长，波动性强，更容易发生衍射现象，故B正确；由知，在水中a光的速度大，故C错误；由全反射临界角公式，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，故D正确；若a光与b光以相同入射角从水射向空气时，由于在水中a光的临界角大于b光的临界角，所以b光的入射角先达到临界角，则b光先发生全反射，首先消失的是b光，故E错误．
10．BCD
【解析】
ABC．a光在水面上形成的圆形亮斑面积较大，知a光的临界角较大，根据sinC=1/n，知a光的折射率较小，频率也小，再由v=c/n=λf，可知，在水中，a光的传播速度比b光大，a光的波长比b光大，故BC正确，A错误；
D．依据sinC=1/n，结合几何关系，可知，，而复色光圆形区域的面积为S=πr2=，故D正确；
E．a光的折射率小，波长长，根据双缝干涉条纹与波长成正比，可知相同条件下，a光干涉条纹比b光宽，故E错误；
11．(1)1.2
mm
(2)
1500
?
【解析】(1)光屏上两条相邻暗条纹间的距离是△x:
△x===1.210-3m=1.2mm
(2)设单色光膜中的波长为，则
==6000
?
要很好地通过这种波长的光，须前后两次反射光应为振动削弱，即光的路程差为半波长，即
s=2d=/2
d=/4=1500
?
点睛：根据双缝干涉条纹宽度公式计算即可；要很好地通过这种波长的光，须前后两次反射光的振动相互削弱，即薄膜厚度为光波长的四分之一。
12．E
D
B
13.870
6.6×102
【解析】
（1）为获取单色线光源，白色光源后面要有滤光片、单缝、双缝．
（2）在操作步骤②时还应注意单缝和双缝间距5cm～10cm，使单缝与双缝相互平行，使一个线光源变为频率相等的两个线光源．
（3）螺旋测微器固定刻度读数为13.5mm，可动刻度读数为37.0×0.01mm，两者相加为13.870mm．图2的读数为：2.320mm，所以△x="2.310"
mm．
（4）根据△x=λ，知λ=△x，代入数据，λ=6.6×102nm．
13．L1=1m，d=0.5mm
【解析】
根据杨氏双缝干涉的间距公式得
代入数据解得：