东营市胜利第三十九中学2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-4：光的干涉 衍射 偏振 综合测试（含解析）

光的干涉衍射偏振
1．关于光的干涉现象，下列说法正确的是　　
A．波峰与波峰叠加处将出现亮条纹，波谷与波谷叠加处将出现暗条纹
B．双缝干涉实验中光屏上距两狭缝的路程差为1个波长的某位置将出现亮纹
C．把双缝干涉实验中入射光由黄光换成紫光，相邻两明条纹间距离变宽
D．薄膜干涉的条纹是等间距的平行线时，说明薄膜的厚度处处相等
2．ABCDE为单反照相机取景器中五棱镜的一个截面示意图，AB⊥BC，由a、b两种单色光组成的细光束从空气垂直于AB射入棱镜，经两次反射后光线垂直于BC射出，且在CD、AE边只有a光射出，光路图如图所示，则a、b两束光(　　)
A．在真空中，a光的传播速度比b光的大
B．在棱镜内，a光的传播速度比b光的小
C．以相同的入射角从空气斜射入水中，b光的折射角较小
D．分别通过同一双缝干涉装置，a光的相邻亮条纹间距小
3．关于光的衍射，下列说法正确的是（ ）
A．全息照相主要是利用了光的衍射现象
B．泊松亮斑是光通过小圆盘发生衍射时形成的
C．单缝衍射形成的条纹宽度相同、亮度相同
D．光的衍射现象说明光具有粒子性
4．关于光的偏振现象，下列说法正确的是（ ）
A．光的振动方向与偏振片的“透振方向”不同时，光一定无法通过偏振片
B．光的偏振现象说明光是一种纵波
C．3D立体电影利用了光的偏振原理
D．拍摄水下景物时，为减小光在水面处的反射，可在照相机镜头前加一增透膜
5．激光可以用来进行精确的测距，激光测距雷达就是一种可以用来测距的装置，它是利用了激光的什么特点（ ）
A．激光具有高度的相干性 B．激光的平行度非常好
C．激光的亮度高 D．激光的单色性好
6．某同学在学习了光的干涉后进行了如下实验：在学校实验室借了两只小手电筒和一个光屏，然后让这两只手电筒发出的光照射到光屏的同一位置，但他却没有看到光的干涉条纹，于他沮丧地问老师这是为什么，如果你是老师你应该怎样回答他（ ）。
A．手电筒射出的光不是单色光
B．周围环境的漫反射光太强
C．干涉图样太小看不清楚
D．两个光源并不是相干光源
7．如图所示是一种利用光纤温度传感器测量温度的装置，一束偏振光射入光纤，由于温度的变化，光纤的长度、芯径、折射率发生变化，从而使偏振光的透振方向发生变化，光接收器接收的光强度就会变化．设起偏器和检偏器透振方向相同，关于这种温度计的工作原理，正确的说法是（ ）

A．到达检偏器的光的透振方向变化越小，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越大
B．到达检偏器的光的透振方向变化越大，光接收器所接收到的光强度就会越小，表示温度变化越大
C．到达检偏器的光的透振方向变化越小，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越小
D．到达检偏器的光的透振方向变化越大，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越小
8．竖直放置的铁丝框中的肥皂膜，在太阳光的照射下会形成（　　）
A．黑白相间的水平干涉条纹 B．黑白相间的竖直干涉条纹
C．彩色水平干涉条纹 D．彩色竖直干涉条纹
9．在做双缝干涉实验时，常用激光光源，这主要是应用激光的（?? ）
A．相干性好????????????????????????? B．反射性好????????????????????????? C．亮度高的特性????????????????????????? D．平行性好
10．下列说法正确的是________
A．在潜水员看来，岸上的所有景物都出现在一个倒立的圆锥里
B．光纤通信利用了全反射的原理
C．泊松通过实验观察到的泊松亮斑支持了光的波动说
D．电子表的液晶显示用到了偏振光
E.变化的磁场一定产生变化的电场
11．△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中垂直射入棱镜底面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．棱镜内a光的传播速度比b光的大
B．a光的波长比b光的长
C．a光、b光通过同一狭缝发生衍射时，a光的中央亮纹更宽
D．让a光与b光通过同一双缝干涉装置，a光条纹间的距离小于b光
12．下列关于光波和声波的说法正确的是（ ）
A．光波和声波都能发生反射、干涉和偏振现象
B．光波和声波前者是横波，后者是纵波
C．声波和光波在真空中传播速度相等
D．光波和声波从空气射入水中时，光波波速变小，声波波速变大
13．（一）在做了“测定平行玻璃砖的折射率”的实验（如图）后，某同学得出下列几种结论中，说法正确的是_______________
A．玻璃砖的宽度适当选大些
B．入射角应尽量小些，防止在另一侧面发生全反射
C．大头针P1、P2及P3、P4之间的距离应适当大些
D．入射角越大越好，这样测量误差能尽可能的减小
E.玻璃砖的折射率与入射角有关，入射角越大，测得折射率越大
F.玻璃砖的折射率与入射角无关，入射角越大，折射角越大，但是入射角与折射角的正弦值的比值是一个常数
G.玻璃砖的折射率与入射角无关，入射角越大，折射角越大，但是入射角与折射角的比值是一个常数
（二）做“用双缝干涉测光的波长”实验中，使用的双缝间距d＝0.20mm，双缝到光屏的距离L＝600mm，观察到的干涉条纹如图所示．
(1)在测量头上的是一个螺旋测微器（又叫“千分尺”），分划板上的刻度线处于x1、x2位置时，对应的示数如图所示，则分划板位置x1＝________mm，x2＝________mm；
(2)相邻亮纹的间距△x________mm；
(3)计算单色光的波长的公式λ＝________（用L、d、x1、x2表示）；
(4)代入数据计算单色光的波长λ＝_______m（结果保留两位有效数字）．
14．如图所示的4种明暗相间的条纹，分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样（黑色部分表示亮纹）．则在下面的四个图中说明：
（1）干涉图样的是________（填A ．B ．C ．D）
（2）衍射图样的是________（填A ．B ．C ．D）
（3）从左到右的色光ABCD顺序是________．
15．一束激光以入射角i=30°照射液面，其反射光在固定的水平光屏上形成光斑B ， 如图所示，如果反射光斑位置向右移动了2cm ， 说明液面________．
16．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
17．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？
18．用氦氖激光器发出的红外线进行双缝干涉实验，已知使用的双缝间距，双缝到屏的距离，测得屏上干涉条纹中亮条纹的间距离是．
氦氖激光器发出的红光波长是多少？
如果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？
19．如图所示，杨氏双缝实验中，下述情况能否看到干涉条纹？说明理由
（1）在单色自 然光源S后加一偏振片P ．
（2）在(1)情况下，再加P1、P2，P1与P2透振方向垂直．
20．如图所示，激光液面控制仪的原理是：固定一束激光AO以入射角i照射液面，反射光OB射到水平光屏上，屏上用光电管将光讯号变成电讯号，电讯号输入控制系统用以控制液面高度．如果发现光点在屏上向右移动了s的距离射到B′点，由此可知液面降低了________．
参考答案
1．B
【解析】
A、在波峰与波峰叠加处，将出现亮条纹；在波谷与波谷叠加处，将出现亮条纹，故A错误．
B、光屏上距两狭缝的路程差为波长的整数倍时出现亮纹，故B正确．
C、把入射光由黄光换成紫光，紫光的波长小于黄光，根据知减小，故C错误．
D、从薄膜的上下表面分别反射的两列光是相干光，其光程差为薄膜厚度的2倍，当光程差时此处表现为亮条纹，当光程差出现暗条纹，若薄膜的厚度处处相等，则各处光程差相等，若是亮的则都是亮的若是暗的则都是暗的，不会出现明暗相间的条纹，故D错误．
故选B．
【点睛】
本题考查波的叠加原理，主要对光的干涉进行了全面考查，一定要深刻理解光的干涉原理．
2．C
【解析】
所有光在真空中有相同的速度，选项A错误；在CD、AE边只有a光射出，b光发生了全反射，说明b光的临界角小，在五棱镜中的折射率大，由 知，b光在棱镜里的速度小，选项B错误；由折射定律 知，b光的折射率大，折射角小，选项C正确；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，由 知，a光的相邻亮条纹间距大于b光的相邻亮条纹间距，选项D错误；故选C．
点睛：本题考查了光的折射和干涉现象．关键要根据光路图正确判断出折射率的大小，再根据其他量与折射率的关系进行分析.
3．B
【解析】全息照相主要是利用了光的干涉现象，选项A错误； 泊松亮斑是光通过小圆盘发生衍射时形成的，选项B正确； 单缝衍射形成的条纹宽度不同、中央亮度最亮，选项C错误； 光的衍射现象说明光具有波动性，选项D错误；故选B.
4．C
【解析】只有当光的振动方向与偏振片的“透振方向”垂直时，光才无法通过偏振片，选项A错误；光的偏振现象说明光是一种横波，选项B错误； 3D立体电影利用了光的偏振原理，选项C正确； 拍摄水下景物时，为减小光在水面处的反射，可在照相机镜头前加一偏振片，选项D错误；故选C.
5．B
【解析】“激光测距雷达”利用激光测量很远距离的目标是因为激光平行度好，方向性好．故B正确．
6．D
【解析】
【详解】
相干光的条件是频率相同；两只小灯泡发出的光在屏上不产生产生干涉条纹，是小灯泡灯丝发出的光是大量原子被激发后随机辐射的，频率不稳定，不符合干涉产生的条件。故D正确，ABC错误。故选D。
7．B
【解析】
【分析】
偏振光通过一些介质后，其振动方向相对原来的振动方向会发生一定角度的旋转，旋转的这个角度叫旋光度，旋光度与介质的浓度、长度、折射率等因素有关，测量旋光度的大小，就可以知道介质相关物理量的变化．
【详解】
偏振光通过一些介质后，其振动方向相对原来的振动方向会发生一定角度的旋转，温度变化越大，发生旋转的角度越大，即到达检偏器的光的透振方向变化越大，导致光接收器所接收到的光强度就会越小，故选项B正确，选项ACD错误．
【点睛】
本题考查了光的偏振现象的应用，弄清光偏振现象的原理后即可做出解答．
8．C
【解析】
【分析】
薄膜干涉为前后两个面反射回来的光发生干涉形成干涉条纹．
【详解】
太阳光照射肥皂膜，因为太阳光是复色光，在膜的前后表面反射光在前表面叠加发生干涉，形成彩色水平干涉条纹．故C正确，A、B、D错误．
故选C．
【点睛】
本题考查了薄膜干涉的原理和现象，抓住薄膜干涉的形成原因：前后两表面反射的光发生干涉，是考试的重点．
9．A
【解析】
【详解】
在做双缝干涉实验时，常用激光光源，这主要是应用激光的相干性好．
故选A．
10．ABD
【解析】
【详解】
A．光从空气折射进入人眼，折射角小于入射角，人眼认为光是直线传播的，所以岸上所有景物都出现在一个倒立的圆锥里，故A正确；
B．光纤通信利用了全反射的原理，故B正确；
C．泊松通过数学知识计算出泊松亮斑的存在，不是他通过实验观测的，泊松亮斑是由于光的衍射形成的，支持了光的波动说，故C错误；
D．液晶显示用到了偏振光，即电子表的液晶显示用到了偏振光的原理，故D正确；
E．均匀变化的磁场产生稳定的电场，非均匀变化的磁场才能再产生变化电场，故E错误；
故选ABD。
11．ABC
【解析】
【分析】
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，然后在分析折射率的大小关系，以及判断光在玻璃中速度的大小，最后再确定出波长和频率关系，再进一步分析衍射和干涉现象．
【详解】
A、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，由分析得知，玻璃对a光的折射率小于b的折射率，由可知，棱镜内a光的传播速度比b光的大，故A正确；
B、玻璃对a光的折射率小于b的折射率，则a光的频率比b光的低，a光的波长比b光的长，故B正确；
C、波长越长的波越容易发生明显的衍射现象，故a光比b光更容易发生明显的衍射现象，则a光、b光通过同一狭缝发生衍射时，a光的中央亮纹更宽，故C正确；
D、a光的波长比b光的长，而双缝干涉条纹的间距与波长成正比，则知a光的双缝干涉条纹间距比b光的宽，故D错误．
【点睛】
本题的解题关键是根据全反射的条件分析临界角的大小，确定折射率的大小，进一步分析频率、波长的大小．
12．BD
【解析】
【分析】
【详解】
A、B、光波和声波都能反射和干涉、衍射；但声波是纵波，不能发生偏振现象；光波是横波能产生偏振，故A错误，B正确．C、光波可以在真空中传播，速度为光速c=3×108m/s；而声波的传播需要介质，在真空中不能传播，C错误．D、光波在介质中的波速，介质的折射率变大，所以速度小；而声波从气体到液体，则速度是变大，D正确．故选BD．
【点睛】
本题考查光波和声波，在学习中要注意对相近物理量多作比较，找出它们的共同点和不同点，如两种波从一种介质进入另一介质后，速度、波长是如何变化；可以帮助我们记忆．
13．ACF 2.190(±0.02) 7.868(±0.02) 1.420(±0.02) 4.7×10-7
【解析】
【分析】
【详解】
(1)[1]．A、为了减小测量的误差，玻璃砖的宽度适当大一些，故A正确．B、D、为了减小测量的相对误差，选择的入射角应尽量大些，效果会更好，B，D均错误．C、大头针P1和P2及P3和P4之间的距离适当大些时，相同的距离误差，引起的角度误差会减小，效果会好些；C正确．E、F、G、玻璃砖的折射率是由玻璃本身的材料决定，与光的入射角和折射角无光，根据折射定律知折射率等于入射角的正弦与折射角的正弦之比，故E、G错误，F正确．故选ACF．
(2)[2][3]．螺旋测微器读x1，主尺读数为2mm，转动刻度0.01×19.0=0.190mm，两者相加为2.190mm(2.188~2.192)．
螺旋测微器读x2，主尺读数为7.5mm，转动刻度0.01×36.8=0.368mm，两者相加为7.868mm(7.866~7.870)．
[4]．根据条纹图可知

(3)[5][6]．根据干涉的条纹公式，可得
，
代入数据可得
.
【点睛】
测定玻璃折射率的实验关键掌握实验原理折射定律；研究双缝干涉实验的关键掌握螺旋测微器的读数方法，以及双缝干涉条纹的间距公式.
14．AC BD 红光、紫光、蓝光、黄光
【解析】
【分析】
根据双缝干涉条纹等间距，而且间距,越大，间距越大；根据单缝衍射条纹是中间亮条纹明亮且宽大，越向两侧宽度越小，而波长越大，中央亮条纹越粗进行判断．
【详解】
双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹，所有条纹宽度相同且等间距，故AC两个是双缝干涉现象，根据双缝干涉条纹间距，可知波长λ越大，越大，故A第一个是红光，C是蓝光．
单缝衍射条纹是中间明亮且宽大，越向两侧宽度越小越暗，知BD为衍射图样．而波长越大，中央亮条纹越粗，故D为黄光单缝衍射图样．
故从左向右依次是红光（双缝干涉）、紫光（单缝衍射）、蓝光（双缝干涉）和黄光（单缝衍射）．
【点睛】
掌握单缝衍射和双缝干涉的图样的特点和图样与波长的关系是解决此题的唯一途径，故要加强对基础知识的记忆．
15．下降了cm
【解析】
【分析】
光斑右移2 cm，则液面下降，下降高度利用解直角三角形的知识解决．
【详解】
若液面上升，则反射光斑应该向左移动，现在光斑右移说明液面下降，由直角三角形的关系知下降高度.
【点睛】
本题的关键在于分析液面的升降，可以利用画图去判断，再结合解三角形就可以了．
16．暗条纹亮条纹
【解析】
【分析】
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．
17．
【解析】
【分析】
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．
18．
【解析】
【详解】
根据，红光的波长为：
因为，所以
则红光进入水中的波长
所以
故屏上的明条纹间距是
【点睛】
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
19．（1）能看到干涉条纹 （2）不能看到干涉条纹
【解析】
【详解】
(1)在单色自然光源S后加一偏振片P后,到达、的光是从同一线偏振光分解出来的，它们满足相干条件，能看到干涉条纹．且由于线偏振片很薄，对光程差的影响可忽略，干涉条纹的位置与间距和没有P时基本一致，只是强度由于偏振片吸收而减弱．
（2）在（1）的情况下，再加、，而且与透光方向垂直，即使都有光透过也不是相干光，不满足干涉条件，所以无干涉现象．
【点睛】
只有两列频率相同，相位差恒定，振动方向一致的相干光源，才能产生光的干涉．
20．
【解析】
【分析】
光在液面上发生的是镜面反射，根据入射角不变，反射光线与原来的反射光线平行作图分析．根据几何知识即可计算分析和计算液面变化的高度．
【详解】
因反射的光点B右移到B′，入射角的大小不变，反射光线与原来的反射光线平行；所以液面降低．但因入射的激光束方向不变，所以液面降低后的入射角不变，光路图如图．由几何关系知，四边形OMB′B是平行四边形，
OM=B′B=，三角形NOO′是直角三角形．
设液面降低的高度是，则
【点睛】
本题利用了镜面反射来解释激光液面控制仪的原理，并且能够利用直角三角形的知识计算高度．考查学生利用所学知识解决实际问题的能力．