2021-2022学年鲁科版（2019）选择性必修第一册 5.1光的干涉 同步作业（word解析版）

2021-2022学年鲁科版（2019）选择性必修第一册
5.1光的干涉 同步作业（解析版）
1．一束白光在真空中通过双缝后在屏上观察到的干涉条纹，除中央白色亮条纹外，两侧还有彩色条纹，其原因是（　　）
A．各色光的波长不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同
B．各色光的速度不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同
C．各色光的强度不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同
D．上述说法都不正确
2．如图所示，把一平凸透镜置于一平板玻璃上方，如果用平行单色光垂直地照射到平凸透镜上，顺着平行光入射的方向观测可看到透镜中央出现明暗相间平行单色光的条纹，这种现象最早是牛顿发现的，因此称为牛顿环。以下说法正确的是（　　）
A．牛顿环的出现是光的衍射现象
B．牛顿环是明暗相间的半径均匀增大的同心圆条纹
C．若改用频率更高的单色光照射，同一级圆环的半径变大
D．若在透镜面施加向下的压力，则可看到同心圆向外扩展
3．小陆同学带领某研究小组观察杨氏双缝实验，如图所示是研究光的双缝干涉的示意图，挡板上有两条狭缝、，由和发出的两列波到达屏上时会产生干涉条纹。已知入射激光的波长为，屏上的P点到两缝和的距离相等，如果把P处的亮条纹记作第0号亮条纹，由P向上数，与0号亮条纹相邻的暗条纹为1号暗条纹，与1号暗条纹相邻的亮条纹为1号亮条纹，1号亮条纹上侧相邻的暗条纹为2号暗条纹，则处的暗条纹恰好是10号暗条纹。设直线的长度为，的长度为，则等于（　　）
A． B． C． D．
4．如图，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光的传播速度大于b光的传播速度
B．在真空中，a光的波长大于b光的波长
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
5．从点光源L发出的白光，经过透镜后成一平行光束，垂直照射到挡光板P上，板上开有两条靠得近的平行狭缝、，如图所示，在屏Q上可看到干涉条纹，图中O点是屏上与两狭缝等距离的一点，则（　　）
A．干涉条纹是黑白的，O点是亮点
B．干涉条纹是黑白的，O点是暗点
C．干涉条纹是彩色的，O点是亮点
D．干涉条纹是彩色的，O点是暗点
6．下列说法不正确的是（　　）
A．光纤通信是利用了光的全反射原理
B．狭义相对性原理认为，在任何参考系中物理规律都相同的
C．全息照相应用了光的干涉原理，同时还要应用激光进行全息照相。
D．由红光和绿光组成的一细光束从水中射向空气，如果入射角逐渐增大，水面上首先消失的是绿光
7．下列说法正确的是（ ）
A．不同色光在同一种均匀介质中的传播的速度相同
B．雨后路面上的油膜形成的彩色条纹是由光的全发射形成的
C．杨氏双缝干涉实验中，当两缝间的距离以及挡板和屏的距离一定时，红光干涉条纹的相邻条纹间距比蓝光干涉条纹的相邻条纹间距小
D．水中的气泡看起来特别明亮，是因为光从水射向气泡时，一部分光在界面上发生了全反射的缘故
8．如图所示为一透明介质制成的棱镜的截面图，其中，。两束不同的光甲、乙由边斜射入棱镜，乙光到达边和甲光到达边距离平行且相同，且均从点射出棱镜。已知光束甲与边的夹角为，光束乙与边的夹角为则（　　）
A．甲乙两束光折射率之比为
B．甲乙两束光在棱镜中的速率之比为
C．若让这两束单色光分别通过同一双缝干涉装置后，条纹间距较宽的是乙
D．设，甲、乙从射入棱镜到第一次射出棱镜过程中在棱镜中传播的时间之比为
9．表面附着油膜的透明玻璃片，当有阳光照射时，可在表面和玻璃片的边缘分别看到彩色图样，则（　　）
A．两者都是色散现象
B．两者都是干涉现象
C．前者是干涉现象，后者是折射现象
D．前者是色散现象，后者不是色散现象
10．肥皂膜的干涉条纹如图所示，条纹间距上面宽、下面窄。下列说法正确的是（　　）
A．过肥皂膜最高和最低点的截面一定不是梯形
B．肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹
C．肥皂膜从形成到破裂，条纹的宽度和间距不会发生变化
D．将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动，条纹也会跟着转动
11．双缝干涉实验装置如图所示，绿光通过单缝S后，投射到具有双缝的挡板上，双缝和与单缝的距离相等，光通过双缝后在与双缝平行的屏上形成干涉条纹。屏上O点距双缝和的距离相等，P点是距O点最近的第一条亮条纹。如果将入射的绿光换成红光，则屏上O点及其上方的干涉条纹的情况是（　　）
A．O点处是红光的暗条纹
B．O点处是红光的亮条纹
C．红光的第一条亮条纹在P点的上方
D．红光的第一条亮条纹在P点的下方
12．如图所示，由不同频率的a、b两种单色光组成的复色光沿半圆形玻璃砖的半径MO方向以入射角θ1 = 37°射向玻璃砖的圆心O，其出射光束OP中只有a光，且出射光束的出射角θ2= 53°。则下列说法正确的是（　　）
A．玻璃砖对a光比对b光的折射率小
B．玻璃砖对a光的折射率为0.75
C．若a为蓝光，则b光可能为黄光
D．a光将比b光先从ON方向射出
E.将a、b两种光分别通过同一双缝装置时，a光的干涉条纹间距大
13．出现明暗条纹的判断
（1）亮条纹：当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的______（填“奇”或“偶”）数倍时，出现亮条纹。
（2）暗条纹：当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的______（填“奇”或“偶”）数倍时，出现暗条纹。
14．若已知双缝间距，再测出_______和_______，就可以求得光波的波长
15．如图所示，两缝之间的距离为d，每个狭缝都很窄，宽度可以忽略
两缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P0，双缝到屏的距离OP0＝l，则相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距：_______
16．如图所示是用干涉法检查厚玻璃板b的上表面是否平整的装置，干涉条纹是用两个表面反射的光的叠加产生的，这两个表面是标准样本a的______和厚玻璃板b的______。
17．在双缝干涉实验中，光屏上某点P到双缝的路程差为，如果用频率为的黄光照射双缝，该黄光的波长是________m；P点出现________（填“亮条纹”或“暗条纹”）；若保持双缝之间的距离以及双缝到屏的距离保持不变，将黄光换成波长为的红光，则光屏上条纹的宽度________（填“变大”、“变小”或“不变”）。
18．在双缝干涉实验中，光屏上某点P到双缝S1和S2的路程差为7.5×10-7m，如果用频率为6.0×1014Hz的黄光照射双缝，试问：
(1)该黄光的波长是多少？
(2)试通过计算分析P点出现亮条纹还是暗条纹？
19．在双缝干涉实验中，若双缝处的两束光的频率均为6×1014Hz，两光源S1、S2的振动情况恰好相反，光屏上的P点到S1与到S2的路程差为3×10-6m，如图所示，则：
(1)P点是亮条纹还是暗条纹？
(2)设O为到S1、S2路程相等的点，则P、O间还有几条亮条纹，几条暗条纹？（不包括O、P两处的条纹）
20．用如图所示的实验装置观察双缝干涉图样，双缝之间的距离是，用的是绿色滤光片，从目镜中可以看到绿色干涉条纹。
(1)如果把毛玻璃屏向远离双缝的方向移动，相邻两亮条纹中心的距离如何变化？
(2)把绿色滤色片换成红色，相邻两个亮条纹中心的距离增大了。这说明哪种色光的波长较长？
(3)如果改用间距为的双缝，相邻两个亮条纹中心的距离会有什么变化？
参考答案
1．A
【详解】
根据双缝干涉中相邻的两个亮（或暗）条纹中心间距公式
可以看出装置一定时，条纹中心间距只与光的波长有关。因为各种颜色的光都在中间形成亮条纹，故中央亮条纹显示白色。在其他区域，由于各色光的波长不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的中心间距不同，从而形成彩色条纹。
故选A。
2．D
【详解】
A．牛顿环是由透镜下表面的反射光和平面玻璃上表面的反射光发生干涉形成的，A错误；
B．牛顿环实验反映的是光的干涉现象，呈现条纹是由于空气膜上下表面所反射的光发生了干涉。亮暗条纹相间则与光程差是半波长的奇偶数倍有关。而条纹宽窄的差异，则是空气膜变化率的不同所导致的：变化率越大，光程差半波长的奇偶数倍更替得就越频繁，使得条纹更加密集，从而是条纹看起来更窄。这里应该结合劈尖的知识去理解：越陡，空气膜厚度变化率越大，条纹也随之变密变窄，B错误；
C．若改用频率更高的单色光照射，则照射单色光的波长短，出现同一级亮纹的光程差变小，空气层厚度应变小，所以，同一级圆环的半径变小，C错误；
D．如设透镜的曲率半径为R，与接触点相距为r处空气层的厚度为d，其几何关系式为
由于
可以略去d2得
产生暗环的条件是
其中暗条纹的级数；可得第k级暗环的半径为
若透镜上施加向下的压力，当压力逐渐增大时，即仅增大凸透镜的半径，则圆环状干涉条纹变的稀疏，则可看到同心圆向外扩展，D正确。
故选D。
3．B
【详解】
由题设可知，从中央亮条纹P算起，P1点处是第10号暗条纹的位置，表明缝S1、S2到P1处的距离差时
所以B正确，ACD错误。
故选B。
4．D
【详解】
A．由题图可知，a光偏折程度较大，折射率较大，由
可知，在玻璃中，a光的传播速度小于b光的传播速度，A错误；
B．a光的折射率较大，频率较高，由
可知，在真空中，a光的波长小于b光的波长，B错误；
C．由
可知，a光的临界角C较小，若θ角逐渐变大，a光先发生全反射而消失，C错误；
D．由
可知，分别用a、b光在同一个双缝干涉实验装置上做实验，由于a光波长较小，故a光的干涉条纹间距较小，D正确。
故选D。
5．C
【详解】
白光是复色光，通过双缝形成的干涉条纹是彩色条纹.由题意知
即路程差等于零，在O点振动加强，形成亮点.所以C正确，A、B、D错误。
故选C。
6．B
【详解】
A．光纤通信是利用了光的全反射原理，故A正确，但不符合题意。
B．狭义相对性原理认为，在任何惯性参考系中，物理规律都相同，故B错误。
C．全息照相应用了光的干涉原理，同时还要应用激光进行全息照相，故C正确，但不符合题意。
D．由于红光的频率比绿光的小，所以红光的折射率小，即绿光全反射的临界角小，所以最先消失的为绿光，故D正确，但不符合题意。
故选B。
7．D
【详解】
A．根据 ，不同色光在同一种均匀介质中的传播的速度不相同，A错误；
B．雨后路面上的油膜形成的彩色条纹是由油膜的两个表面反射的两列光发生干涉形成的，B错误；
C．杨氏双缝干涉实验中，根据 ，当两缝间的距离以及挡板和屏的距离一定时，红光干涉条纹的相邻条纹间距比蓝光干涉条纹的相邻条纹间距大，C错误；
D．水中的气泡看起来特别明亮，是因为光从水射向气泡时，一部分光在界面上发生了全反射的缘故，D正确。
故选D。
8．C
【详解】
A．光路如图，由题意可知，甲乙两束光射入棱镜后的折射角相同，则
则
选项A错误；
B．根据
可知，甲乙两束光在棱镜中的速率之比为
选项B错误；
C．甲的折射率较大，则甲的频率较大，波长较短，根据
可知，若让这两束单色光分别通过同一双缝干涉装置后，条纹间距较宽的是乙，选项C正确；
D．设，由几何关系可知三角形DAF为等边三角形，则甲光在棱镜中的传播距离x1=3cm。乙光在棱镜中的传播距离为x2=15cm，距离之比为1:5，但是由于甲乙光在棱镜中的传播速度不相等，可知甲、乙从射入棱镜到第一次射出棱镜过程中在棱镜中传播的时间之比不等于，选项D错误。
故选C。
9．AC
【详解】
阳光照射到油膜上，油膜前后表面的反射光干涉形成彩色图样，是干涉现象，阳光照在边缘棱角处，由于折射产生彩色图样，是折射现象，两者都属于色散现象，选项A、C正确，B、D错误。
故选AC。
10．AB
【详解】
A．肥皂膜因为自重会上面薄而下面厚，因表面张力的原因其截面应是一个圆滑的曲面而不是梯形，A正确；
B．薄膜干涉是等厚干涉，其原因为肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹，B正确；
C．形成条纹的原因是前后表面的反射光叠加出现了振动加强点和振动减弱点，形成到破裂的过程上面越来越薄，下面越来越厚，因此出现加强点和减弱点的位置发生了变化，条纹宽度和间距发生变化，C错误；
D．将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动，由于重力，表面张力和粘滞力等的作用，肥皂膜的形状和厚度会重新分布，因此并不会跟着旋转90°；D错误。
故选AB。
11．BC
【详解】
AB．因为O点与双缝间的路程差等于0，故该点出现明条纹。故A错误，B正确；
CD．根据双缝干涉条纹的间距公式知，因为红光的波长大于绿光，则红光的条纹间距大于绿光，所用红光的第一条亮纹在P点的上方，故C正确，D错误。
故选BC。
12．ADE
【详解】
A．b光发生全反射，说明入射角θ1满足∶ Cb<θ1na，所以b光的频率大于a光频率，故A正确；
B．a光的折射率
故B错误；
C．a光的折射率小，频率低，b光频率高，若a为蓝光，则b不可能为黄光，因为蓝光比黄光的频率大，故C错误；
D．因为nb> na，由光在介质中的传播速度，知a光传播速度大些，先从ON方向射出（路程相同），故D正确；
E．a光的折射率、频率小些，波长大些，由双缝干涉条纹间距公式，可知a光的干涉条纹间距大，故E正确。
故选ADE。
13．偶 奇
【详解】
略
14．双缝到屏的距离l 条纹间距Δx
【详解】
略
15．Δx＝λ
【详解】
略
16．下表面 上表面
【详解】
[1][2]要检查玻璃板上表面是否平整，所以干涉形成的条纹是标准样板a的下表面和厚玻璃板b的上表面的反射光发生干涉产生的。若出现的干涉条纹是直的则表明厚玻璃板b平整，若条纹发生弯曲，则厚玻璃板b不平整。
17． 暗条纹 变大
【详解】
[1]由
黄光的波长为；
[2]由于
P点是振动的减弱点，P点出现暗条纹。
[3]根据
在其他条件不变的情况下，随着波长的增大，条纹宽度变大。
18．(1)5×10-7m；(2)暗条纹
【详解】
(1)根据
可得
λ＝＝5×10－7m
(2)由于
Δx＝7.5×10－7m＝1.5λ
所以是暗条纹。
19．(1)暗条纹；(2)5条暗条纹，6条亮条纹
【详解】
(1)光的波长为
路程差为
由于两光源的振动情况恰好相反，所以P点出现暗条纹；
(2)O点的路程差为0，也是暗条纹，OP间还有5条暗条纹，6条亮条纹。
20．（1）变大；（2）红光；（3）变小
【详解】
(1)由
可知，把毛玻璃片向远离双缝的方向移动，L会变大，所以会增大，相邻两亮条纹中心的距离变大；
(2)由
相邻两个亮条纹中心的距离增大了，因为L和d不变，所以变大使变大，所以红光波长较长；
(3)由
可知，d变大，将变小，所以相邻两个亮条纹中心的距离会变小。