第5章《光的干涉 衍射和偏振》单元测试卷-2021-2022学年高二上学期物理鲁科版（2019）选择性必修第一册 Word版含答案

第5章《光的干涉
衍射和偏振》单元测试卷
一、单选题(共15小题)
1.用包括有红光、绿色、紫光三种色光的复合光做光的干涉实验，所产生的干涉条纹中，离中央亮纹最远的干涉条纹是(　　)
A．
紫色条纹
B．
绿色条纹
C．
红色条纹
D．
都一样近
2.如图所示，将一束由两种色光混合的复色光沿SE方向射向一上、下表面平行的厚玻璃平面镜上表面，得到三束光线A、B、C，若平面镜的上、下表面足够宽，则(　　)
A．
光束A为单色光，光束B、C为复色光
B．
玻璃对光束C的折射率大于对光束B的折射率
C．A、B、C三束光线一定互相平行
D．
通过相同的双缝干涉装置，光束B产生的相邻亮条纹间距要大于光束C产生的相邻亮条纹间距
3.在杨氏双缝干涉实验中，下列说法正确的是(　　)
A．
用红光作为光源，屏上将呈现红黑相间的条纹
B．
用白光作为光源，屏上将呈现黑白相间的条纹
C．
用紫光作为光源，中央明条纹宽度是两边条纹宽度的2倍
D．
在实验装置不变的情况下，红光条纹间距小于蓝光的条纹间距
4.在演示双缝干涉的实验时，常用激光做光源，这主要是应用激光的(　　)
A．
亮度高
B．
平行性好
C．
单色性好
D．
波动性好
5.单色光通过双缝产生干涉现象，同种单色光通过单缝产生衍射现象，在光屏上都得到明暗相间的条纹，比较这两种条纹(　　)
A．
干涉、衍射条纹间距都是均匀的
B．
干涉、衍射条纹间距都是不均匀的
C．
干涉条纹间距不均匀，衍射条纹间距均匀
D．
干涉条纹间距均匀，衍射条纹间距不均匀
6.在拍摄日落时分水面下的景物时，应在照相机镜头前装一个偏振片，其目的是(　　)
A．
减少阳光在水面上的反射光
B．
阻止阳光在水面上的反射光进入照相机镜头
C．
增强光由水面射入空气中的折射光进入镜头的强度
D．
减弱光由水面射入空气中的折射光进入镜头的强度
7.可见光在空气中波长范围是4
400
?到7
700
?，即4.4×10－4mm到7.7×10－4mm，下面关于光衍射条件的说法正确的是(　　)
A．
卡尺两脚间的狭缝的宽度小到万分之几毫米以下时，才能观察到明显的衍射现象
B．
卡尺两脚间的狭缝的宽度小到0.4
mm以下时，通过它观察到线状白炽灯丝，有明显的衍射现象
C．
卡尺两脚间的狭缝的宽度小到0.2
mm以下时，通过它观察各种光源，都能看到明显的衍射现象
D．
光的衍射条件“跟光的波长可以相比”是非常严格的，即只有孔或障碍物的尺寸跟波长差不多时才能观察到光的衍射
8.在研究A物体材料的热膨胀特性时，可采用如图所示的干涉实验法．A的上表面是一光滑平面，在A的上方放一个两面平行的玻璃板B，B与A的上表面平行，在它们之间形成一厚度均匀的空气薄膜．现用波长为λ的单色光垂直照射玻璃板B，同时给A缓慢加热，在B的上方观察到B板的亮度发生周期性变化．当温度为t1时最亮，然后亮度逐渐减弱至最暗；当温度升到t2时，亮度再一次增到最亮，则(　　)
A．
出现最亮时，B上表面反射光与B下表面反射光叠加后加强
B．
出现最暗时，B下表面反射光与A上表面反射光叠加后加强
C．
温度从t1升至t2过程中，A的高度增加
D．
温度从t1升至t2过程中，A的高度增加
9.取两块平玻璃板，合在一起用手捏紧，会从玻璃板上看到彩色条纹，这是光的干涉现象，有关这一现象的叙述正确的是(　　)
A．
这是上下两块玻璃板的上表面反射光干涉的结果
B．
这是两玻璃板间的空气薄层上下两表面的反射光相干涉的结果
C．
这是上面一块玻璃的上、下两表面的反射光干涉的结果
D．
这是下面一块玻璃的上、下两表面的反射光干涉的结果
10.如图所示，真空中有一个半径为R，质量均匀分布的玻璃球，由a、b两种单色光组成的复合光束射入该玻璃球，当入射角θ等于60°时，其折射光束和出射光束如图所示．已知a光束第一次射出此玻璃球后的出射光束相对复合光束的偏转角也为60°，c为真空中的光速，则下列说法正确的是(　　)
A．a光穿越玻璃的时间为t＝
B．
用同一装置分别进行双缝干涉实验时，b光的亮条纹间距比a光大些
C．a、b光从真空进入玻璃球，其频率将变小
D．
适当增大入射角θ，a、b光束都可能发生全反射
11.让激光照到VCD机、CD机或计算机的光盘上，就可以读出盘上记录的信息经过处理后还原成声音和图象，这是利用激光的
(　　)
A．
平行度好，可以会聚到很小的一点上
B．
相干性好，可以很容易形成干涉图样
C．
亮度高，可以在很短时间内集中很大的能量
D．
波长短，很容易发生明显的衍射现象
12.用黄光照射一不透明的圆板时，在圆板的背影中恰能观察到一黄色光斑，若用红色光、绿色光和紫色光分别照射圆板能够观察到更明显光斑的是(　
)
A．
只有红色光
B．
只有紫色光
C．
只有红色光和紫色光
D．
三种色光都能
13.如图所示，太阳光通过三棱镜后在竖直光屛上形成光谱，我们将光谱分为AB、BC、CD三个区域，其中BC区域是可见光，那么下列说法正确的是(　　)
A．
将温度计放置于三个区域，温度升高最明显的是AB区域
B．
位于C点处可见光的波长比位于B点处的可见光更长
C．
位于C点处可见光的折射率比位于B点处的可见光折射率更小
D．
用同一双缝干涉实验装置做实验，C点处的可见光条纹间距最大
14.如图所示为双缝干涉实验中产生的条纹图样：图甲为用绿光进行实验的图样，a为中央亮条纹；图乙为换用另一种单色光进行实验的图样，a′为中央亮条纹．则以下说法正确的是(　　)
A．
图乙可能是用红光实验产生的条纹，表明红光波长较长
B．
图乙可能是用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较长
C．
图乙可能是用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较短
D．
图乙可能是用红光实验产生的条纹，表明红光波长较短
15.在双缝干涉测波长实验中为了减小实验误差，可采取的办法是(　　)
A．
减小屏到双缝的距离
B．
换用不同的滤光片进行多次测量取平均值
C．
增大缝的宽度
D．
测出多条亮纹之间的距离，再算出相邻条纹间距
二、填空题(共3小题)
16.如图所示，一束由红、绿、紫三种单色光组成的复色光，通过横截面为梯形的玻璃后，在光屏上形成彩色光带，则彩色光带从上到下依次为____________的排列顺序．
17.S1和S2是两个相干的光源，发出的光波的波长为4.00×10－7m，A点与S1和S2的路程差为1.80×10－6m．若光源S1和S2的振动方向相同，则A点将出现______条纹；若光源S1和S2的振动方向相反，则A点将出现______条纹．(填“亮”或“暗”)
18.(1)平行度：激光的________非常好，所以它在传播很远的距离后仍能保持一定的__________．
(2)应用激光进行精确的________，多用途的激光雷达不仅可以测量距离，而且能根据____________测出目标的运动速度．
三、简答题(共3小题)
19.如图所示是通过游标卡尺两测量脚间的狭缝观察白炽灯线光源时所拍下的四张照片．
(1)试通过图样分析四张照片对应的两测量脚间的宽度大小关系．
(2)试说明照片(4)中中央条纹的颜色及成因．
20.雨后公路的积水上漂着薄薄的油层，看上去有许多彩色花纹，其中有一条绿色花纹与一条蓝色花纹相邻．在这两条花纹处，哪里的油层更薄些？为什么？
21.凸透镜的弯曲表现是个球面，球面的半径叫做这个曲面的曲率半径，把一个凸透镜压在一块平面玻璃上，让单色光从上方射入(如图所示)．从上往下看凸透镜，可以看到亮暗相间的圆环状条纹．这个现象是牛顿首先发现的，这些环状条纹叫做牛顿环，它是两个玻璃表面之间的空气膜引起的薄膜干涉造成的．如果换一个表面曲率半径更大的凸透镜，观察到的圆环半径是变大还是变小？如果改用波长更长的单色光照射，观察到的圆环半径是变大还是变小？
四、计算题(共3小题)
22.在杨氏干涉实验中，若单色光的波长λ＝5.89×10－7m，双缝间的距离d＝1
mm，双缝到屏的距离l＝2
m．求第1个亮条纹到第11个亮条纹的中心间距．
23.在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，调节分划板的位置，使分划板的中心刻线对齐中央明条纹的中心，此时手轮的读数如图甲所示，转动手轮，使分划板向一侧移动，使分划板的中心刻线对齐第3条明条纹的中心，此时手轮的读数如图乙所示．已知双缝间距d＝1.5
mm，双缝到屏的距离L＝1.00
m，则被测光的波长为多少？
24.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＝0.1
mm，双缝到屏的距离L＝6.0
m，测得屏上干涉条纹中亮纹的间距是3.8
cm，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？
答案解析
1.【答案】C
【解析】本题考查干涉条纹与入射光波长之间的关系，由相邻两条亮条纹间的间距Δx＝λ可知：条纹间的间距与波长成正比，故C项正确．
2.【答案】C
【解析】两种色光在上表面都发生反射，反射角相同，则由图可知光束A是复色光．而光束B、C由于折射率的不同导致偏折分离，因为厚玻璃平面镜的上下表面是平行的．根据光的可逆性，知两光速仍然平行射出，且光束B、C是单色光．故A错误；由图知：
光束B的偏折程度大于光束C，根据折射定律可知光束B的折射率大于光束C，故B错误．一束由两种色光混合的复色光沿SE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α角，光线A、B、C仍保持平行，故C正确；光束B的折射率大于光束C的折射率，则光束B的频率大于光束C，光束B的波长小于光束C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B产生的条纹间距比光束C的小，故D错误．
3.【答案】A
【解析】用红光作为光源，当光程差为红光波长的整数倍是时表现红色亮条纹，当光程差为红光半个波长的奇数倍时，呈现暗条纹，则出现红黑相间的条纹，故A正确；由于白光是复合光，故当光程差为紫光波长的整数倍的位置表现为紫色亮条纹，当光程差为红光波长的整数倍位置表现红色亮条纹，故屏上呈现明暗相间的彩色条纹，故B错误；用紫光作为光源，出现紫黑相间的条纹，是等宽、等亮的条纹，故C错误；红光波长大于蓝光的波长，根据条纹间距公式Δx＝λ，红光条纹间距大于蓝光的条纹间距，故D错误．
4.【答案】C
【解析】频率相同的两束光相遇才能发生干涉，激光的单色性好，频率单一，通过双缝时能够得到两束相干光，故选C.
5.【答案】D
【解析】干涉条纹间距均匀，而衍射条纹间距不均匀，
中央亮条纹最宽，D正确
6.【答案】B
【解析】日落时分的阳光照射到水面上时，反射光很强，照相机镜头对着水面时，进入镜头的光线既有阳光经水面的反射光，又有由水中折射入空气的折射光．前者光线进入镜头所成的像为实际景物在水中倒影的像，而后者光线进入镜头所摄得照片才是水面下景物的像，两者在同一底片上相互干扰，使相片模糊不清．若在镜头前安装一偏振片，转动偏振片方向使其透振方向与反射光的振动方向垂直，即可最大限度地阻止反射光进入镜头，增强摄像的清晰度．
7.【答案】B
【解析】实验证明，卡尺两脚间的狭缝小到0.4
mm以下时，通过它观察线状白炽灯丝，有明显的衍射现象，而当狭缝过小时，因通过的光线太暗，无法看到明显的衍射现象，而狭缝太大，因不满足衍射条件而无明显衍射现象，正确选项为B.
8.【答案】D
【解析】出现最亮时，是B下表面反射光与A上表面反射光发生干涉，叠加后加强，故A、B错误．温度从t1升到t2的过程中，亮度由最亮又变到最亮，当路程差(即薄膜厚度的2倍)等于半波长的偶数倍时，出现亮条纹，知路程差减小λ，则A的高度增加.故C错误，D正确．
9.【答案】B
【解析】由于玻璃板不是绝对平整的，两块玻璃板之间形成厚度不均匀的空气膜，空气膜上下两表面的反射光相干涉从而出现彩色条纹．
10.【答案】A
【解析】a光入射角为i＝60°，折射角为r＝30°，则玻璃球对a光的折射率n＝＝＝.
光在玻璃球中的传播速度v＝，由几何关系得光在玻璃球中传播的距离s＝2Rcos
30°＝R，a光穿越玻璃的时间t＝，联立得t＝，故A正确；根据光路图读出b光偏折程度大于a光的偏折程度，知b光的折射率大于a光的折射率，则b光的频率高，波长短，由Δx＝λ，则b光的干涉条纹间距小些，故B错误；光的频率由光源决定，与介质无关，则a、b光从真空进入玻璃球，其频率不变，故C错误；由于光线射到玻璃球内表面时，入射角等于光线进入玻璃球时的入射角，根据光路可逆性可知，不可能发生全反射，故D错误．
11.【答案】A
【解析】激光的特点之一是平行度好，它可以会聚到一个很小的点上，DVD、VCD、CD唱机或电脑上的光驱及刻录设备就利用了激光的这一特点，选项A正确，B、C、D错误．
12.【答案】A
【解析】在圆板的背影中恰能观察到一黄色光斑，说明黄色光恰好发生明显的衍射．根据发生明显衍射的条件，只有波长大于黄色光波长的色光才能发生更明显的衍射，故A正确，B、C、D均错．
13.【答案】A
【解析】B处是红光，C处是紫光，AB区域是红外区域，红外线的热效应显著，所以温度升高最明显的是AB区域．故A正确．C点处可见光偏折程度比B点处的可见光大，则位于C点处可见光的折射率比位于B点处的可见光折射率大，位于C点处可见光的波长比位于B点处的可见光短，故B、C错误．C点处的可见光折射率最大，频率最大，波长最小，而干涉条纹的间距与波长成正比，所以用同一双缝干涉实验装置做实验，C点处的可见光条纹间距最小，故D错误．
14.【答案】A
【解析】由题图可知，图乙中的条纹间距较大，由Δx＝λ可知λ乙>λ甲，故A正确．
15.【答案】D
【解析】测出多条亮纹之间的距离，根据Δx＝计算条纹间距，n越大，测量的偶然误差就越小．
16.【答案】紫、绿、红
【解析】发生折射时，折射率越小，偏折角越小．由于红、绿、紫光的频率依次增大，折射率依次增大，故彩色光带从上到下依次为紫、绿、红．
17.【答案】暗　亮
【解析】本题考查光的干涉中出现明暗条纹的条件．
n＝＝＝
若光源S1和S2的振动方向相同，则A点将出现暗条纹；若光源S1和S2的振动方向相反，则A点将出现亮条纹．
18.【答案】(1)平行度　强度　(2)测距　多普勒效应
【解析】(1)激光的平行度非常好，所以它在传播很远的距离后仍能保持一定的强度．
(2))应用激光进行精确的测距，多用途的激光雷达不仅可以测量距离，而且能根据多普勒效应测出目标的运动速度．
19.【答案】(1)从四张照片的单缝衍射图样可以看出，由图(1)到图(4)，衍射现象越来越明显，说明两测量脚间的狭缝越来越小，因此由图(1)到图(4)四张照片对应的两测量脚间的宽度越来越小．
(2)图(4)中中央条纹的颜色为白色，因为各种色光在屏中央均为亮条纹，七色光叠加后，中央条纹即为白色．
【解析】
20.【答案】根据光干涉出现亮纹的条件知，路程差kλ＝l2－l1＝2nd(d为膜厚度)，相邻两条绿纹与蓝纹的k值相同，而λ绿＞λ蓝，所以在这两条花纹处蓝纹所对应的油层更薄些．
【解析】
21.【答案】变大　变大
【解析】由于以接触点为圆心的同一圆周上空气楔厚度相同，光通过空气楔的光程差是相同的，所以干涉条纹是环形的，若某一厚度空气楔环，光通过它的光程差为的偶数倍，对应一亮环．若换作曲率半径更大的凸透镜，则这一厚度要外移，对应牛顿亮环半径要变大．其他环半径依次变大，所以圆环半径要变大．同理，若改用波长更长的单色光照射，观察到圆环半径变大．
22.【答案】1.178×10－2m
【解析】相邻亮条纹的中心间距
Δx＝λ，由题意知，亮条纹的数目n＝10，解得L＝，代入数据解得L＝1.178×10－2m.
23.【答案】3.15×10－7m
【解析】图甲读数为1.130
mm，图乙读数为1.760
mm.
相邻两条明条纹的间距
Δx＝mm＝0.210
mm
由Δx＝λ，得λ＝＝m＝3.15×10－7m.
24.【答案】6.3×10－7m　2.8×10－2m
【解析】由条纹间距Δx、双缝间距d、双缝到屏的距离L及波长λ的关系，可测光波的波长，同理知道水的折射率，可知该波在水中的波长，然后由Δx、d、L、λ的关系，可计算条纹间距．
(1)由Δx＝λ可以得出，红光的波长λ
λ＝Δx＝m≈6.3×10－7m
激光器发出的红光的波长是6.3×10－7m.
(2)如果整个装置放入水中，设激光器发出的红光在水中的波长为λ′.
λ′＝＝m＝4.7×10－7m.
这时屏上条纹间距是：Δx′＝λ′＝m＝2.8×10－2m