人教版高中物理选修2-3第三章 第二节 光的干涉 同步测试
一、单选题(共8题;共16分)
1.先后用两种不同的单色光,在相同的条件下用同一双缝干涉装置做实验,在屏幕上相邻的两条亮纹间距不同,其中间距较大的那种单色光,比另一种单色光(?? )
A.?在真空中的波长较短???????????????????????????????????????????B.?在玻璃中传播的速度较大
C.?在玻璃中传播时,玻璃对其折射率较大???????????????D.?在真空中传播速度大
2.在下面几种有关光的现象中,不属于光的干涉的是(?? )
A.?在水面的油膜上看到彩色花纹
B.?通过游标卡尺两测脚间的狭缝,观看与狭缝平行的线光源时,看到彩色条纹
C.?光通过照相机镜头上的增透膜
D.?白光通过双缝后,在光屏上出现彩色条纹
3.以下说法中不正确的有(?? )
A.?已知地震波的纵波速度大于横波速度,此性质可用于横波的预警
B.?一束光由介质射向空气,界面上可能只发生反射现象而没有折射现象
C.?水面油膜呈现彩色条纹是光的干涉现象,这说明了光是一种波
D.?在电场周围一定存在磁场,在磁场周围一定存在电场
4.如图给出4个明暗相间的图样,已知它们分别是红光、蓝光(红光波长比蓝光波长大)在相同干涉仪器中的双缝干涉图样以及黄光、紫光(黄光波长比紫光波长大)在相同的衍射仪器中的单缝衍射图样(黑色部分表示亮纹),则在下面的四个图中从左往右排列的亮条纹的颜色依次是(?? )
A.?红黄蓝紫???????????????????????????B.?红紫蓝黄???????????????????????????C.?蓝紫红黄???????????????????????????D.?蓝黄红紫
5.图是双缝干涉实验装置,使用波长为600nm的橙色光照射,在光屏中心P点呈现亮条纹.在P点上方的P1点到S1、S2的路程差恰为λ,现改用波长为400nm的紫色光照射,则(?? )
A.?P和P1都出现亮纹?????????B.?P为亮纹,P1为暗纹?????????C.?P为暗纹,P1为亮纹?????????D.?P和P1都是暗纹
6.对于双缝干涉实验现象,除给定因素外其它不变,下列说法正确的是(?? )
A.?两缝间距越小条纹间距越小????????????????????????????????B.?光屏离双缝越远条纹间距越小
C.?七色光中,用红光做实验时条纹间距最大???????????D.?用白光做双缝干涉实验得到的是黑白相间的条纹
7.下面是四种与光有关的事实中,与光的干涉有关的是(?? )
A.?用光导纤维传播信号???????????????????????????????????????????B.?用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度
C.?一束白光通过三棱镜形成彩色光带??????????????????????D.?雨后天空出现彩虹
8.下列关于近代物理学的结论中,正确的是(?? )
A.?宏观物体的物质波波长非常小,极易观察到它的波动性
B.?光的干涉现象中,干涉亮条纹部分是光子到达几率多的地方
C.?光电效应现象中,光电子的最大初动能与照射光的频率成正比
D.?氢原子的能级是不连续的,但辐射光子的能量却是连续的
二、填空题(共3题;共6分)
9.采用干涉法检查一块玻璃板的表面是否平整,所用光源为单色光,检查中所观察到的干涉条纹是由如图哪两个表面反射的光线叠加而成的________.
10.激光散斑测速是一种崭新的测速技术,它应用了光的干涉原理.用二次曝光照相所获得的“散斑对”相当于双缝干涉实验中的双缝,待测物体的速度v与二次曝光时间间隔△t的乘积等于双缝间距.实验中可测得二次曝光时间间隔△t、双缝到屏之距离l以及相邻两条亮纹间距△x.若所用激光波长为λ,则该实验确定物体运动速度为________.
11.利用光的现象或原理填空 A.照相机镜头镀的一层膜是利用了光的________原理
B.海市蜃楼是光的________现象
C.光纤通信是利用了光的________原理
D.人们眯起眼看灯丝时会看到彩色条纹,这是光的________现象.
三、解答题(共1题;共5分)
12.要使某透镜能对在空气中波长为0.52 μm的黄光增透,至少要在镜面上涂厚度为多大的增透膜?(假定做这种膜的材料的折射率为1.3)
四、实验探究题(共1题;共3分)
13.如图所示表示两个相干波源S1、S2产生的波在同一种均匀介质中相遇.图中实线表示波峰,虚线表示波谷,c和f分别为ae和bd的中点,则:
(1)在a、b、c、d、e、f六点中,
振动加强的点是________
振动减弱的点是________
(2)若两振源S1和S2振幅相同,此时刻位移为零的点是________
五、综合题(共2题;共15分)
14.登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射,尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射,否则将会严重地损伤视力.有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能大大减小紫外线对眼睛伤害的眼镜.他选用的薄膜材料的折射率为n=1.5,所要消除的紫外线的频率为f=8.1×1014Hz.
(1)他设计的这种“增反膜”所依据的原理是________
(2)这种“增反膜”的厚度是________
(3)请判断以下有关薄膜干涉的说法正确的是 ??????
A.?薄膜干涉说明光具有波动性????????????????????????????B.?如果薄膜的厚度不同,产生的干涉条纹一定不平行
C.?干涉条纹一定是彩色的???????????????????????????????????D.?利用薄膜干涉也可以“增透”
15.如图所示是1834年爱尔兰物理学家劳埃德观察到光的干涉现象的原理图.缝光源S发出波长为600nm的光有一部分直接射到屏D上,另一部分经镜面M反射到屏D上,对镜面的入射角接近90°,这两部分光重叠产生干涉,在屏D上出现亮暗相同的干涉条纹,这称之为劳埃德镜干涉.
(1)试在原理图中画出屏D上出现干涉条纹的区域.
(2)劳埃德镜干涉的条纹间距与波长的关系与杨氏双缝干涉相同,根据图中数据,试估算亮条纹的条数.
答案解析部分
一、单选题
1.【答案】B
【解析】【解答】解:A、根据△x= 知,在屏幕上相邻的两条亮纹间距越大,则光的波长较长.故A错误. B、C、光的波长长,则频率小,根据E=hv知光子能量小.光的频率小,则折射率小,根据v= 知在介质中传播速度大.故B正确C错误.
D、光在真空中的速度是相等的.故D错误.
故选:B.
【分析】根据双缝干涉条纹的间距公式判断出两种光的波长大小,从而确定频率大小、折射率大小以及在介质中传播的速度大小.
2.【答案】B
【解析】【解答】解:A、在水面的油膜上看到彩色花纹是油膜上下表面反射的两列波发生干涉,A是干涉; B、通过游标卡尺两测脚间的狭缝,观看与狭缝平行的线光源时,看到彩色条纹是光的衍射,B不是干涉;
C、光通过照相机镜头上的增透膜是增透膜前后表面反射的光发生干涉,C是干涉;
D、白光通过双缝后,在光屏上出现彩色条纹是双缝干涉.
本题选不属于干涉的,故选B
【分析】干涉是两列频率相同的光发生的光学现象,根据这个特点即可判断各项.
3.【答案】D
【解析】【解答】解:A、已知地震波的纵波波速大于横波波速,此性质可用于横波的预警,故A正确;
B、光由介质射向空气,由于介质的折射率比较大,在界面上可能发生全反射现象,此时没有折射现象,故B正确;
C、水面油膜呈现彩色条纹是由于光的薄膜干涉产生的,是光的干涉现象,这说明了光是一种波,故C正确;
D、根据麦克斯韦电磁场理论,在变化的电场周围一定存在磁场,在变化的磁场周围一定存在电场,在电场周围不一定存在磁场,在磁场周围不一定存在电场.故D错误.
本题选择错误的,故选:D.
【分析】地震波中同时有横波和纵波,而纵波的速度大于横波的速度.一束光由介质射向空气,界面上可能发生全反射现象而没有折射现象;干涉现象说明了光是一种波;在变化的电场周围一定存在磁场,在变化的磁场周围一定存在电场.
4.【答案】C
【解析】【解答】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,故从左边两个是双缝干涉现象,根据双缝干涉条纹间距△x= λ可知波长λ越大,△x越大,故左边第一个是蓝光,第三个红是光. 单缝衍射条纹是中间明亮且宽大,越向两侧宽度越小越暗,而波长越大,中央亮条纹越粗,故最右端为黄光单缝衍射图样.
故从左向右依次:是蓝光(双缝干涉)、紫光(单缝衍射)、红光(双缝干涉)和黄光(单缝衍射).
故选:C.
【分析】根据双缝干涉条纹间距△x= λ可判定哪个图样是双缝干涉,它们的波长又有什么关系;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.
5.【答案】B
【解析】【解答】解:P点光程差是波长的整数倍,形成明条纹.P1处n=为奇数,则P1处出现暗条纹. 故选B
【分析】当光屏上的点到双缝的光程差是波长的整数倍时,出现明条纹;当光程差是半波长的奇数倍时,出现暗条纹.
6.【答案】C
【解析】【解答】解:由双缝干涉的条纹间距公式△x= 知条纹间距与波长成正比,与双缝间距d成反比; A、有公式可知,两缝间距d越小条纹间距越大,故A错误;
B、由公式可知,光屏离双缝越远短,则条纹间距越大,故B错误;
C、七色光中红光波长最长,故条纹间距最大,故C正确;
D、白光含有七种波长的光,发生干涉后条纹间距不同,故得到彩色条纹,故D错误.
故选:C
【分析】根据条纹间距公式△x= ,即可作答.
7.【答案】B
【解析】【解答】解:A、光导纤维是利用光的全反射的原理传播光信号.与光的干涉无关.故A错误. B、检查平面的平整度的原理是经过空气层的前后两面反射的光线在标准样板的下表面叠加发生薄膜干涉形成干涉条纹,故与光的干涉有关.故B正确.
C、白光是复色光,而同一种玻璃对不同的单色光的折射率不同,故虽然不同的单色光的入射角相同但经玻璃折射后的出射角不同即发生了色散,故折射的结果与光的干涉无关.故C错误.
D、雨后天空出现彩虹是光的折射现象,与光的干涉无关.故D错误.
故选:B.
【分析】光导纤维是利用光的全反射的原理传播光信号;检查平面的平整度是利用薄膜干涉;色散是同种玻璃对不同的单色光的折射率不同造成的;水面上的油膜呈现彩色是薄膜干涉造成的.
8.【答案】B
【解析】【解答】解:A、根据德布罗意波λ= 知,宏观物体的动量较大,德布罗意波长较短,波长越短,波动性越不明显.故A错误. B、在光的干涉现象中,光子到达几率大的地方出现明条纹,几率小的地方出现暗条纹.故B正确.
C、根据光电效应方程EKm=hγ﹣W0知,最大初动能与光的频率成一次函数关系,不是正比关系.故C错误.
D、氢原子能级不连续,能极差也不连续,根据E2﹣E1=hγ知,光子能量不连续.故D错误.
故选B.
【分析】A、根据德布罗意波长分析宏观物体的波长,波长越长,波动性越明显.
B、在光的干涉现象中,光子到达几率大的地方出现明条纹,几率小的地方出现暗条纹.
C、根据光电效应方程EKm=hγ﹣W0分析光电子的最大初动能与光的频率的关系.
D、氢原子能级不连续,能极差也不连续,根据E2﹣E1=hγ判断光子能量是否连续.
二、填空题
9.【答案】a的下表面和b的上表面
【解析】【解答】解:薄膜干涉形成的条纹是空气膜的上下表面的发射光干涉产生的,即由a的下表面和b的上表面两个表面的反射光线叠加而成的; 故答案为:a的下表面和b的上表面.
【分析】薄膜干涉形成的条纹是膜的上下表面的发射光干涉产生的.当两反射光的路程差(即膜厚度的2倍)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,可知薄膜干涉是等厚干涉,即明条纹处空气膜的厚度相同.
10.【答案】
【解析】【解答】解:在波的干涉中,干涉条纹的间距△x= , 及速度公式
由上式联立可得:
故答案为:
【分析】由波的干涉中条纹的间距公式与速度公式可得出物体运动速度大小.
11.【答案】干涉;折射;全反射;衍射
【解析】【解答】解:A、照相机镜头镀的一层膜,是增透膜,是利用了光的干涉原理, B、海市蜃楼是光的折射现象;
C、光纤通信是利用了光的全反射原理;
D、眯起眼看灯丝时会看到彩色条纹,这是光的单缝衍射现象.
故答案为:A.干涉B.折射C.全反射D.衍射.
【分析】增透膜是利用光的干涉现象;海市蜃楼是光的折射现象;光纤通信是利用了光的全反射现象;眯起眼看灯丝时会看到彩色条纹,这是光的衍射现象.
三、解答题
12.【答案】解:光波在膜中的波长为: λ′= = m=4.0×10﹣7m
增透膜的厚度为:d= = m=1.0×10﹣7m.
答:至少要在镜面上涂厚度为多大的增透膜1.0×10﹣7m
【解析】【分析】两个界面上的反射光相干涉后互相抵消,减少了反射光.
四、实验探究题
13.【答案】(1)a、e、c;b、d、f
(2)b、c、d、f
【解析】【解答】解:(1)由图可知:a点是波谷与波谷相遇点,而b、d点是波峰与波谷相遇点,c点是波峰与波峰相遇点.由于当波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇时振动加强,当波峰与波谷相遇时振动减弱,所以振动加强点是a与c,振动减弱点是b、d;
而c在振动加强的连线上,f在振动减弱的连线上,因此c是振动加强点,而f是振动减弱点;(2)若两振源S1和S2振幅相同,波峰与波谷相遇的位移为零,或平衡位置相遇也为零,此时刻位移为零的点是:b、c、d、f.
故答案为:(1)a、e、c,b、d、f.(2)b、c、d、f.
【分析】两列频率相同的相干波,当波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇时振动加强,当波峰与波谷相遇时振动减弱,则振动情况相同时振动加强;振动情况相反时振动减弱,从而即可求解.
五、综合题
14.【答案】(1)两反射光叠加后加强
(2)1.23×10﹣7m
(3)A,D
【解析】【解答】解:(1)为了减少进入眼睛的紫外线,应使入射光分别从该膜的前后两个表面反射出来形成的光叠加后加强,(2)当光程差(大小等于薄膜厚度d的2倍)应等于光在薄膜中的波长λ′的整数倍,即2d=Nλ′(N=1,2,…),
因此,膜的厚度至少是紫外线在膜中波长的 .
紫外线在真空中的波长是λ= =3.7×10﹣7m.在膜中的波长是λ′= =2.47×10﹣7m,
当膜的厚度为四分之一波长时,两反射光叠加后加强,则会“增反”.故膜的厚度至少是1.23×10﹣7m.(3)A、薄膜干涉说明光具有波动性,散射说明光具有粒子性,所以A正确;
B、无论薄膜厚度是否相同,产生的干涉条纹都是平行的,由公式△x= λ知条纹间距不同,所以B错误;
C、白光的干涉条纹是彩色的,因为白光由七种色光组成,如果用单一颜色的色光照射,则条纹是单一颜色与黑色相间所以C错误;
D、当膜的厚度为波长的四分之一时就可以实现“增透”,所以D正确.
故答案为:(1)两反射光叠加后加强;(2)1.23×10﹣7m;(3)AD.
【分析】(1)知道光叠加的原理以及在增反膜中的应用;(2)增反膜的厚度为波长的一半,增透膜的厚度为波长的四分之一;(3)熟悉光的干涉特点.
15.【答案】(1)解:屏D上出现干涉条纹的区域一定是反射光到达的区域,做出反射光的范围如图;
(2)解:根据相似三角形的几何关系得:区域中的最高点到中点的距离s1: ,得 m 区域中的最低点到中点的距离s2: , m
区域的宽度: m
条纹的宽度: m
亮条纹的数目: 条
答:亮条纹的条数约11条
【解析】【分析】(1)光可以直接照到屏上,屏D上出现干涉条纹的区域一定是反射光到达的区域,做出反射光的范围即可;(2)求出干涉区域的宽度,根据 求出条纹的宽度,即可求解.