2011-2020年高考物理试卷分类汇编之100.光的干涉、衍射和偏振（含答案及解析）

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第100节 光的干涉、衍射和偏振
1.2019年上海学业卷4．泊松亮斑是光的( )
（A）干涉现象，说明光有波动性 （B）衍射现象，说明光有波动性
（C）干涉现象，说明光有粒子性 （D）衍射现象，说明光有粒子性
答案： B
解析：泊松亮斑是光的衍射现象，选项AC错误；干涉和衍射是波的特征，故选项D错误，B正确。
2. 2011年上海卷
21．如图，当用激光照射直径小于激光束的不透明圆盘时，在圆盘后屏上的阴影中心出现了一个亮斑。这是光的 （填“干涉”、“衍射”或“直线传播”）现象，这一实验支持了光的 (填“波动说”、“微粒说”或“光子说”)。
答案：衍射，波动说。
解析：本题考查光的衍射现象。该图片中的亮斑为“泊松亮斑”，从图看亮条纹为从里向外越来越窄，越来越暗，为典型的衍射条纹，故这是光的衍射现象。光的衍射现象是光的波动性的独有特征，故该实验支持了光的波动说。
3.2014年物理上海卷
26. (4分)如图，在“观察光的衍射现象”实验中，保持缝到光屏的距离不变，增加缝宽，屏上衍射条纹间距将 （选填：“增大”、“减小”或“不变”）；该现象表明，光沿直线传播只是一种近似规律，只有
在 情况下，光才可以看作是沿直线传播的。
【答案】减小；光的波长比障碍物小得多
【解析】根据条纹间距由d、L和波长决定可知，增加缝宽，可以使条纹间距离减小；光遇到障碍物时，当障碍物的尺寸与波长接近时，会发生明显的衍射现象，当障碍物较大时，光近似沿直线传播。
4. 2013年上海卷
3．白光通过双缝后产生的干涉条纹是彩色的，其原因是不同色光的
A．传播速度不同 B．强度不同 C．振动方向不同 D．频率不同
答案：D
解析：白光通过双缝后产生的干涉条纹是彩色的，其原因是不同色光的频率不同。
5. 2013年全国卷大纲版
14．下列现象中，属于光的衍射的是
A．雨后天空出现彩虹 B．通过一个狭缝观察日光灯可看到彩色条纹
C．海市蜃楼现象 D．日光照射在肥皂膜上出现彩色条纹
答：B
解析：雨后天空出现彩虹和海市蜃楼是光的折射现象；通过狭缝观察日光灯看到彩色条纹是单缝衍射，B对；日光照射肥皂膜出现的彩色条纹是薄膜干涉。
6. 2012年理综全国卷
16.在双缝干涉实验中，某同学用黄光作为入射光，为了增大干涉条纹的间距，该同学可以采用的方法有
A.改用红光作为入射光 B.改用蓝光作为入射光
C.增大双缝到屏的距离 D.增大双缝之间的距离
【解析】根据双缝干涉实验条纹间隔公式，，红光比黄光波长大，所以A正确；增大双缝到屏的距离即增大L，所以C正确。
【答案】AC
7. 2014年理综大纲卷
17．在双缝干涉实验中，一钠灯发出的波长为589nm的光，在距双缝1.00m的屏上形成干涉图样。图样上相邻两明纹中心间距为0.350cm，则双缝的间距为 ( )
A．2.06×10－7m B．2.06×10－4m C．1.68×10－4m D．1.68×10－3m
【答案】C
【解析】双缝干涉相邻条纹间距，则，则，
选项C正确．
8.2020年北京卷1．以下现象不属于干涉的是
A．白光经过杨氏双缝得到彩色图样
B．白光照射肥皂膜呈现彩色图样
C．白光经过三棱镜得到彩色图样
D．白光照射水面油膜呈现彩色图样
答案∶C
解析∶A．根据光的干涉定义可知白光经过杨氏双缝得到彩色图样是杨氏双缝干涉，故A错误；
B．由于重力的作用，肥皂膜形成了上薄下厚的薄膜，光线通过薄膜时频率不变，干涉条纹的产生是由于光线在薄膜前后两表面反射形成的两列光波的叠加，白光照射肥皂膜呈现彩色图样是属于干涉现象，故B错误；
C．白光经过三棱镜得到彩色图样是光在折射时产生的色散现象，故C正确；
D．水面上的油膜呈现彩色是光的干涉现象，属于薄膜干涉，故D错误；
故选C。
9.2020年山东卷3.双缝干涉实验装置的截面图如图所示。光源S到S1、S2的距离相等，O点为S1、S2连线中垂线与光屏的交点。光源S发出的波长为的光，经S1出射后垂直穿过玻璃片传播到O点，经S2出射后直接传播到O点，由S1到O点与由S2到O点，光传播的时间差为。玻璃片厚度为10，玻璃对该波长光的折射率为1.5，空气中光速为c，不计光在玻璃片内的反射。以下判断正确的是（　　）
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】光在玻璃中的传播速度为
可知时间差
故选A。
10.2020年上海卷9．观察光的衍射现象的实验装置如图所示，用红色激光照射时得到某衍射条纹。为减小条纹宽度，可（ ）
（A）减小单缝宽度
（B）改用绿色激光照射
（C）增大单缝与光屏的距离
（D）减小激光器与单缝的距离
答案：B
解析：光发生明显衍射的体积是障碍物或缝（孔）的大小可以跟波长相比较，波长越大，即条纹宽度越大。
A.减小单缝宽度，衍射越明显，条纹宽度越大，A错误；
B.改用波长小的激光照射，绿色激光的波长小于红色激光，条纹宽度减小，故B正确。
C.类似于光的干涉，增大单缝与光屏的距离，条纹宽度增大，C错误；
D. 减小激光器与单缝的距离，与条纹宽度无关，D错误。故选B。
11.2019年北京卷14.利用图1所示的装置（示意图），观察光的干涉、衍射现象，在光屏上得到如图2中甲和乙两种图样。下列关于P处放置的光学元件说法正确的是
A. 甲对应单缝，乙对应双缝
B. 甲对应双缝，乙对应单缝
C. 都是单缝，甲对应的缝宽较大
D. 都是双缝，甲对应的双缝间距较大
答案：A
解析：单缝衍射图样为中央亮条纹最宽最亮，往两边变窄，双缝干涉图样是明暗相间的条纹，条纹间距相等，条纹宽度相等，结合图甲，乙可知，甲对应单缝，乙对应双缝，故A正确。
12. 2012年上海卷
2．下图为红光或紫光通过双缝或单缝所呈现的图样，则 （ ）
（A）甲为紫光的干涉图样 （B）乙为紫光的干涉图样
（C）丙为红光的干涉图样 （D）丁为红光的干涉图样
答案：B
解析：当单色光通过双缝时形成的干涉图样为等间距的，而通过单缝时的图案是中间宽两边窄的衍射图样，因此甲、乙为干涉图案；而丙、丁为衍射图案。并且红光的波长较长，干涉图样中，相邻条纹间距较大，而紫光的波长较短，干涉图样中相邻条纹间距较小，因此B选项正确。
13. 2011年理综天津卷
6．甲、乙两单色光分别通过一双缝干涉装置得到各自的干涉图样，设相邻两个亮条纹的中心距离为Δx，若Δx甲 >Δx乙 ，则下列说法正确的是
A．甲光能发生偏振现象，乙光则不能发生
B．真空中甲光的波长一定大于乙光的波长
C．甲光的光子能量一定大于乙光的光子能量
D．在同一均匀介质中甲光的传播速度大于乙光
答：B D
【解析】偏振现象是横波特有的现象，甲乙都可以有偏振现象发生，A错；由Δx甲>Δx乙，可知甲光的波长大于乙光，B正确；光子能量取决于光子的频率，而光子频率与波长成反比，C错；波速与波长之间同步变化，D正确。
14.2016年天津卷2、右图是a、b两光分别经过同一双缝干涉装置后在屏上形成的干涉图样，则
A、在同种均匀介质中，a光的传播速度比b光的大
B、从同种介质射入真空发生全反射时a光临界角大
C、照射在同一金属板上发生光电效应时，a光的饱和电流大
D、若两光均由氢原子能级跃迁产生，产生a光的能级能量差大
【答案】D
【解析】由图可知a光的干涉条纹间距小于b光，根据可知，a光的波长小于b光的波长， a光的频率大于b光的频率，a光的折射率大于b光的折射率，则根据可知，在同种均匀介质中，a光的传播速度小于b光的，选项A错误；根据可知，从同种介质射入真空发生全反射时a光临界角小，选项B错误；发生光电效应时，饱和光电流与入射光的强度有关，故无法比较饱和光电流的大小，选项C错误；因a光的频率较大，故若两光均由氢原子能级跃迁产生，产生a光的能级能量差大，选项D正确；故选D。
15.2018年北京卷、15．用双缝干涉实验装置得到白光的干涉条纹，在光源与单缝之间加上红色滤光片后 （ D ）
A．干涉条纹消失 B．彩色条纹中的红色条纹消失
C．中央条纹变成暗条纹 D．中央条纹变成红色
解析：当用白光做双缝干涉实验时，频率相同的色光相互叠加干涉，在光屏上形成彩色条纹，中央形成白色的亮条纹；当在光源与单缝之间加上红色滤光片后，只有红光能通过单缝，然后通过双缝后相互叠加干涉，在光屏上形成红色干涉条纹，光屏中央为加强点，所以中央条纹变成红色亮条纹，故选项D正确，ABC错误。
16.2017年浙江选考卷16.图中给出了用“双缝干涉测量光的波长”实验示意图，双缝S1和S2间距为0.80mm，双缝到屏的距离为0.80m，波长为500nm的单色平行光垂直入射到双缝S1和S2上，在屏上形成干涉条纹，中心轴线OO'上方第一条亮纹中心位置在P1处，第三条亮纹中心位置在P2处，现有1号、2号虫子分别从S1和S2出发，以相同速度沿垂直屏方向飞行，1号虫子到达屏后，沿屏直线爬行到P1，2号虫子到达屏后，沿屏直线爬行到P2，假定两只虫子爬行速度均为，正确的是：
A.1号虫子运动路程比2号短
B.两只虫子运动的时间差为0.2s
C.两只虫子运动的时间差为1.0s
D.已知条件不够，两只虫子运动的时间差无法计算
【答案】AB
【解析】根据双缝干涉相邻亮纹间距公式得出，相邻亮条纹间距为5mm，则得出P1 P2在屏幕上的坐标分别为0.5mm，1.5mm，那么1号虫子从S1到P1的路程为800.9mm，2号虫子从S2到P2的路程为801.1mm，故A正确，已知路程差为0.2mm可以得出时间差为0.2s，故B正确；C、D错误。
17.2018年浙江卷（4月选考）21．（4分）【加试题】（1）细丝和单缝有相似的衍射图样。在相同条件下，小明用激光束分别垂直照射两种不同直径的细丝Ⅰ和细丝Ⅱ，在光屏上形成的衍射图样如图1中a和b所示。已知细丝Ⅰ的直径为0.605mm，现用螺旋测微器测量细丝Ⅱ的直径，如图2所示，细丝Ⅱ的直径为___0.996~1.000___mm。图1中的___ a ___（填“a”或“b”）是细丝Ⅱ的衍射图样。
（2）小明在做“用双缝干涉测量光的波长”实验时，尝试用单缝和平面镜做类似实验。单缝和平面镜的放置如图3所示，白炽灯发出的光经过滤光片成为波长为λ的单色光照射单缝，能在光屏上观察到明暗相间的干涉条纹。小明测得单缝与镜面延长线的距离为h，与光屏的距离为D，则条纹间距△x=_______。随后小明撤去平面镜，在单缝下方A处放置同样的另一单缝，形成双缝结构，则在光屏上__不能_____（填“能”或“不能”）观察到干涉条纹。
解析：（1）根据螺旋测微器的读数规则，可知固定刻度的1mm刻度已出，估计到0.001mm?，读数为1.000mm。
由a和b图比较可知衍射b明显，细丝越细，衍射越明显，故a图是细丝II的衍射图样。
（2）平面镜反射可以等效看成是从单缝及其在平面镜中的虚像发出的两列光干涉，即间距为2h的两条双缝干涉，所以。
虽然，在单缝下方A处放置同样的另一单缝，形成双缝结构，但白炽灯的光通过滤光片后直接通过双孔不能形成稳定的相位差，并不成为相干光。干涉的条件是频率相等，振动方向相同，相位差恒定，而光波是概率波，随机发射，即使两个光源同时打开也不能保证相遇的两光波一定是恒定相位差。一定要用一分为二的方法获得相干光，所以，双缝干涉实验需要在双缝前再加一条单缝。
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