2024-2025學(xué)年新教材高中物理章末綜合測評5光的干涉衍射和偏振含解析魯科版選擇性必修第一冊

PAGE9-章末綜合測評(五)光的干涉、衍射和偏振(時(shí)間：90分鐘分值：100分)1．(4分)某同學(xué)運(yùn)用激光器作光源，在不透光的擋板上開一條縫寬為0.05mm的窄縫，進(jìn)行光的衍射試驗(yàn)，如圖所示，則他在光屏上看到的條紋是()B[單縫衍射條紋中間寬，兩側(cè)越來越窄，又由于單縫是水平的，衍射條紋也是水平的，故B對．]2．(4分)如圖所示，讓太陽光通過M上的小孔S后照耀到M右方的一偏振片P上，P的右側(cè)再放一光屏Q，現(xiàn)使P圍著平行于光傳播方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)一周，則關(guān)于光屏Q上光的亮度變更狀況，下列說法中正確的是()A．只有當(dāng)偏振片轉(zhuǎn)到某一適當(dāng)位置時(shí)間屏被照亮，其他位置時(shí)間屏上無亮光B．光屏上亮、暗交替變更C．光屏上亮度不變D．光屏上只有一條亮線隨偏振片轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)C[旋轉(zhuǎn)P，自然光通過偏振片P后，在垂直于傳播方向的平面上，只沿著某個(gè)特定的方向振動(dòng)，太陽光是自然光，包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動(dòng)的光，而且沿著各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度都相同．所以光屏上總是有沿著某個(gè)特定的方向振動(dòng)的偏振光，光屏上亮度不變．]3．(4分)(多選)有關(guān)光的應(yīng)用，下列說法正確的是()A．拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時(shí)，往往在鏡頭前加一個(gè)偏振片以增加透射光的強(qiáng)度B．光學(xué)鏡頭上的增透膜是利用光的干涉現(xiàn)象C．用三棱鏡視察白光看到的彩色圖樣是光的折射形成的色散現(xiàn)象D．在光導(dǎo)纖維束內(nèi)傳送圖像是利用光的全反射原理BCD[拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時(shí)，在鏡頭前加一個(gè)偏振片減弱反射光的強(qiáng)度，故A錯(cuò)誤；增透膜是利用薄膜干涉，故B正確；用三棱鏡視察白光，由于三棱鏡對不同色光的折射率不同，進(jìn)出三棱鏡的偏折角度不同，出現(xiàn)了不同色光的色散，故C正確；光導(dǎo)纖維束內(nèi)傳送圖像是利用光的全反射原理，故D正確．]4．(4分)如圖所示是雙縫干涉的試驗(yàn)裝置，其光屏上P處發(fā)覺明條紋，則雙縫到光屏上P點(diǎn)的距離之差為()A．光波的半波長的奇數(shù)倍B．光波的波長的奇數(shù)倍C．光波的半波長的偶數(shù)倍D．光波的波長的偶數(shù)倍C[在雙縫干涉試驗(yàn)中，光屏上某點(diǎn)到雙縫的路程差為半波長的偶數(shù)倍時(shí)，該點(diǎn)為加強(qiáng)點(diǎn)，出現(xiàn)亮條紋；光屏上某點(diǎn)到雙縫的路程差為半波長的奇數(shù)倍時(shí)，該點(diǎn)為減弱點(diǎn)，出現(xiàn)暗條紋．]5．(4分)某次試驗(yàn)中測得第一級明條紋和第三級明條紋相距4.0×10－2m，若雙縫間距為0.1mm，雙縫到屏的距離為l＝4.0mA．8.0×10－8m B．5.0×10－C．1.5×10－8m D．1.6×10－B[條紋間距Δx＝eq\f(a,n－1)＝eq\f(4.0×10－2,2)m＝2.0×10－2m，由Δx＝eq\f(l,d)λ，可得λ＝eq\f(dΔx,l)＝5.0×10－7m．]6．(4分)如圖所示，把酒精燈放在肥皂液薄膜前，從薄膜上可看到明暗相間的條紋，能說明這一現(xiàn)象產(chǎn)生緣由的示意圖是(圖中實(shí)線、虛線為光照耀到薄膜上時(shí)，從膜的前后表面分別反射形成的兩列波)()ABCDC[看到的明暗條紋是從膜前后表面分別反射形成的兩列相干波發(fā)生干涉形成的，而肥皂膜中的液體在重力作用下導(dǎo)致從上至下的薄膜厚度不同，反射回來的兩列波的同步性不同，明條紋是相干加強(qiáng)形成的，暗條紋是相干減弱形成的，故C項(xiàng)正確．]7．(4分)1966年華裔科學(xué)家高錕博士提出一個(gè)理論：直徑僅幾微米的玻璃纖維就可以用來做為光的波導(dǎo)來傳輸大量信息，43年后高錕因此獲得2009年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，他被譽(yù)為“光纖通訊之父”．以下哪個(gè)試驗(yàn)或現(xiàn)象的原理和光導(dǎo)纖維是相同的()甲乙丙丁A．圖甲中，彎曲的水流可以導(dǎo)光B．圖乙中，用偏振眼鏡看3D電影，感受到立體的影像C．圖丙中，陽光下的肥皂薄膜呈現(xiàn)彩色D．圖丁中，白光通過三棱鏡，出現(xiàn)色散現(xiàn)象A[圖甲中，彎曲的水流可以導(dǎo)光是因?yàn)楣庠谒涂諝饨缑嫔习l(fā)生了全反射現(xiàn)象，故與光導(dǎo)纖維原理相同，A正確；圖乙中，用偏振眼鏡看3D電影，感受到立體的影像是因?yàn)楣獾钠瘳F(xiàn)象，B錯(cuò)誤；圖丙中，陽光下的肥皂薄膜呈現(xiàn)彩色是因?yàn)楣獾母缮娆F(xiàn)象，C錯(cuò)誤；圖丁中，白光通過三棱鏡，出現(xiàn)色散現(xiàn)象是因?yàn)楣獍l(fā)生了折射現(xiàn)象，D錯(cuò)誤．]8．(6分)如圖所示，在“用雙縫干涉測光的波長”試驗(yàn)中，光具座上放置的光學(xué)元件依次為：①光源、②、③、④、⑤遮光筒、⑥毛玻璃．(1)②、③、④三個(gè)光學(xué)元件依次為________(填正確答案的標(biāo)號)；A．濾光片、單縫、雙縫B．單縫、濾光片、雙縫C．單縫、雙縫、濾光片D．濾光片、雙縫、單縫(2)假如試驗(yàn)時(shí)將紅光濾光片換為綠光濾光片，則相鄰亮紋(暗紋)間的距離________；(選填“變大”或“變小”)(3)某次測量時(shí)，選用的雙縫的間距為0.300mm，測得屏與雙縫間的距離為1.20m，第1條暗條紋到第4條暗條紋之間的距離為7.56mm，則所測單色光的波長λ為________nm(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)．[解析](1)為獲得單色線光源，白色光源后面要有濾光片、單縫、雙縫，故A正確．(2)依據(jù)Δx＝eq\f(L,d)λ知增大光屏到雙縫的距離L或者減小雙縫間距d，可以使條紋間距增大；當(dāng)將紅光濾光片換為綠光濾光片，即波長減小，則相鄰亮紋(暗紋)間的距離變小．(3)依據(jù)：Δx＝eq\f(L,d)λ得：λ＝eq\f(Δx·d,L)＝eq\f(7.56×10－3×0.300×10－3,3×1.20)＝0.63×10－6m＝630nm.[答案](1)A(2)變小(3)6309．(8分)在雙縫干涉試驗(yàn)中，屏上一點(diǎn)P到雙縫的距離之差為1.5×10－6m．若用頻率為5.0×1014[解析]該單色光的波長λ＝eq\f(c,f)＝eq\f(3×108,5×1014)m＝6×10－7m，P點(diǎn)到雙縫的距離差與波長的大小關(guān)系為1.5×10－6m＝2.5λ，即距離差為半波長的奇數(shù)倍，P點(diǎn)處是暗條紋．令2.5λ＝(2k－1)eq\f(λ,2)(k＝1,2,3，…)，得k＝3，這是第3條暗條紋．[答案]暗條紋第3條暗條紋10．(8分)一種紅寶石激光器放射的激光是不連續(xù)的一道道閃光，每道閃光為一個(gè)(列)光脈沖，若這種激光器光脈沖的持續(xù)時(shí)間為1.0×10－11s，波長為694.3nm，放射功率為1.0×1010W，求：(1)每列光脈沖的長度是多少？(2)用這種紅寶石激光器照耀皮膚上的色斑，每平方厘米色斑汲取能量達(dá)到60J以后，色斑便漸漸消逝，一塊色斑的面積為50mm2，則它要汲取多少個(gè)(列)紅寶石激光脈沖才能漸漸消逝？[解析](1)光脈沖持續(xù)時(shí)間即為放射一個(gè)光脈沖所需的時(shí)間，所以一個(gè)光脈沖長度Δl＝c·Δt＝3×108×1.0×10－11m＝3.0×10－3(2)面積為1cm2的色斑汲取的能量E＝60J，色斑便漸漸消逝．而1個(gè)光脈沖的能量為ΔE＝P·Δt＝1.0×1010×1.0×10－11J＝0.1J消退50mm2的色斑須要光脈沖數(shù)為n＝eq\f(ES1,SΔE)＝eq\f(60×50,100×0.1)＝300(個(gè))．[答案](1)3.0×10－3m11．(4分)在太陽光照耀下，肥皂泡的表面會(huì)出現(xiàn)彩色條紋；通過兩支并在一起的鉛筆狹縫去視察發(fā)光的日光燈，也會(huì)看到彩色條紋，這兩種現(xiàn)象()A．都是光的衍射現(xiàn)象B．都是光的干涉現(xiàn)象C．前者是光的干涉現(xiàn)象，后者是光的衍射現(xiàn)象D．前者是光的衍射現(xiàn)象，后者是光的干涉現(xiàn)象C[在太陽光照耀下，肥皂泡的表面會(huì)出現(xiàn)彩色條紋，這是薄膜干涉現(xiàn)象；通過兩支并在一起的鉛筆狹縫去視察發(fā)光的日光燈，也會(huì)看到彩色條紋，這是單縫衍射現(xiàn)象．選項(xiàng)C正確．]12．(4分)利用圖1所示的裝置(示意圖)，視察光的干涉、衍射現(xiàn)象，在光屏上得到如圖2中甲和乙兩種圖樣．下列關(guān)于P處放置的光學(xué)元件說法正確的是()A．甲對應(yīng)單縫，乙對應(yīng)雙縫B．甲對應(yīng)雙縫，乙對應(yīng)單縫C．都是單縫，甲對應(yīng)的縫寬較大D．都是雙縫，甲對應(yīng)的雙縫間距較大A[依據(jù)單縫衍射圖樣和雙縫干涉圖樣特點(diǎn)推斷．單縫衍射圖樣為中心亮條紋最寬最亮，往兩邊變窄，雙縫干涉圖樣是明暗相間的條紋，條紋間距相等，條紋寬度相等，結(jié)合圖甲、乙可知，甲對應(yīng)單縫，乙對應(yīng)雙縫，故A正確，B、C、D錯(cuò)誤．]13．(4分)(多選)關(guān)于楊氏試驗(yàn)，下列說法中正確的是()A．兩波源只要具有相同的頻率和振動(dòng)方向，兩列波相遇時(shí)就能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象B．單色光通過單縫后射向兩個(gè)靠得很近的狹縫可作為振動(dòng)狀況總是相同的波源C．兩波源發(fā)出的光波在波谷與波谷疊加的地方，光相互抵消或者減弱，屏上出現(xiàn)暗條紋D．兩個(gè)波源發(fā)出的光波在波峰與波峰疊加的地方，光相互加強(qiáng)，屏上出現(xiàn)亮條紋BD[在楊氏試驗(yàn)中，兩個(gè)狹縫的光源來自同一光源，具有相同的頻率、相位和振動(dòng)方向，具備干涉條件，所以通過兩個(gè)狹縫的光在屏上疊加，波峰和波峰疊加的地方，波谷和波谷疊加的地方，光相互加強(qiáng)，屏上出現(xiàn)亮條紋，波峰和波谷疊加的地方，光相互抵消或減弱，形成暗條紋，所以，選項(xiàng)B、D正確，A、C錯(cuò)誤．]14．(4分)(多選)小明同學(xué)在假期旅游期間學(xué)習(xí)攝影，他發(fā)覺照相機(jī)鏡頭呈現(xiàn)淡紫色．如圖所示是他拍攝的兩張照片：甲圖的湖泊遠(yuǎn)景照中，能看到遠(yuǎn)處山峰的清晰倒影，看不到水面下景物：乙圖的湖水近景照中，能清晰看到魚、石頭等水下景物，則()甲乙A．鏡頭呈現(xiàn)淡紫色是鏡頭表面所鍍膜使光發(fā)生干涉的結(jié)果B．甲圖山峰倒影特別清晰是因?yàn)閬碜陨椒宓墓庠谒姘l(fā)生了全反射C．乙圖水下景物的光射到水面時(shí)因入射角較小致反射光強(qiáng)而折射光弱D．拍攝乙圖時(shí)若安裝透振方向與水面反射光偏振方向垂直的偏振片將更清淅AD[照相機(jī)鏡頭鍍了多層的增透膜，增加了可見光的透過性，由于高頻的藍(lán)光和紫光等并不能完全地干涉抵消，因此鏡頭呈現(xiàn)淡紫色，故A正確；甲圖中的倒影是因?yàn)閬碜陨椒宓墓馔ㄟ^水面反射進(jìn)入鏡頭而引起的，而全反射在光線由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)才會(huì)發(fā)生，故B錯(cuò)誤；當(dāng)光從光密介質(zhì)入射到光疏介質(zhì)時(shí)，只有當(dāng)入射角增大才會(huì)使反射光增加而折射光減弱，故C錯(cuò)誤；拍攝乙圖時(shí)，來自于水下魚的光通過水面的折射再進(jìn)入鏡頭，為了使照片更清晰，可以利用偏振片來削減在水面發(fā)生反射而進(jìn)入鏡頭的光，故D正確．]15．(4分)(多選)如圖所示的雙縫干涉試驗(yàn)，用綠光照耀單縫S時(shí)，在光屏P上視察到干涉條紋．要得到相鄰條紋間距更大的干涉圖樣，可以()A．減小S1與S2的間距B．減小雙縫屏到光屏的距離C．將綠光換為紅光D．將整個(gè)裝置放在水中AC[依據(jù)雙縫干涉條紋的間距公式Δx＝eq\f(l,d)λ知，減小雙縫間的距離，即d變小，則干涉條紋間距減大，故A正確；依據(jù)雙縫干涉條紋的間距公式Δx＝eq\f(l,d)λ知，減小雙縫到屏的距離，即l減小，干涉條紋間距減小，故B錯(cuò)誤；依據(jù)雙縫干涉條紋的間距公式Δx＝eq\f(l,d)λ知，將綠光換為紅光，波長變長，則干涉條紋間距變大，故C正確；因?yàn)関＝eq\f(c,n)，λ＝eq\f(c,f)，則光進(jìn)入水中的波長λ′＝eq\f(v,f)＝eq\f(c,nf)＝eq\f(λ,n).光進(jìn)入水中波長變短，依據(jù)雙縫干涉條紋的間距公式Δx＝eq\f(l,d)λ知，波長變短，則干涉條紋間距變小，故D錯(cuò)誤．]16．(8分)(1)某同學(xué)用圖甲所示的裝置做“用雙縫干涉測量光的波長”的試驗(yàn)，他采納了藍(lán)色燈作為光源，在測量頭目鏡中視察到如圖乙所示的藍(lán)色條紋．在不變更其他試驗(yàn)條件的狀況下，視察到目鏡中的條紋如圖丙所示，則可能的緣由是________．A．單縫寬度變小了B．雙縫間距變小了C．光源與單縫間的距離變大了D．光源的發(fā)光強(qiáng)度變大了(2)干涉條紋除了可以通過雙縫干涉視察到外，把一個(gè)凸透鏡壓在一塊平面玻璃上(圖甲)，讓單色光從上方射入(示意圖如圖乙，其中R為凸透鏡的半徑)，從上往下看凸透鏡，也可以視察到由干涉造成圖丙所示的環(huán)狀條紋，這些條紋叫作牛頓環(huán)．假如改用波長更長的單色光照耀，視察到的圓環(huán)半徑將________(選填“變大”“變小”或“不變”)；假如換一個(gè)半徑更大的凸透鏡，視察到的圓環(huán)半徑將________(選填“變大”“變小”或“不變”)．甲乙丙(3)采納波長為690nm的紅色激光作為單色入射光，牛頓環(huán)的兩條相鄰亮條紋位置所對應(yīng)的空氣膜的厚度差約為________．A．345nm B．690nmC．幾微米 D．幾毫米[解析](1)依據(jù)條紋間距公式Δx＝eq\f(l,d)λ可知，當(dāng)雙縫間距d減小時(shí)，條紋間距增大，故選項(xiàng)B正確，A、C、D錯(cuò)誤；(2)當(dāng)光程差為波長的整數(shù)倍時(shí)是亮條紋，當(dāng)光程差為半個(gè)波長的奇數(shù)倍時(shí)是暗條紋；用波長變長的光照耀，則出現(xiàn)亮條紋的這一厚度遠(yuǎn)離中心，則圓環(huán)的半徑變大；換一個(gè)表面曲率半徑更大的凸透鏡，出現(xiàn)亮條紋的這一厚度偏移中心，知圓環(huán)的半徑變大；(3)由題意知相鄰亮條紋對應(yīng)的空氣層的厚度差為半個(gè)波長，故為345nm，故選項(xiàng)A正確，B、C、D錯(cuò)誤．[答案](1)B(2)變大變大(3)A17．(10分)劈尖干涉是一種薄膜干涉，其裝置如圖甲所示，將一塊平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夾入兩張紙片，從而在兩玻璃表面之間形成一個(gè)劈形空氣薄膜．當(dāng)光垂直入射后，從上往下看到的干涉條紋如圖乙所示，干涉條紋有如下特點(diǎn)：(1)隨意一條亮條紋或暗條紋所在位置下面的薄膜厚度相等；(2)隨意相鄰亮條紋或暗條紋所對應(yīng)的薄膜厚度差恒定．現(xiàn)若在圖甲裝置中抽去一張紙片，則當(dāng)光垂直入射到新劈形空氣薄膜后，從上往下視察到的干涉條紋會(huì)發(fā)生怎樣變更？甲乙[解析]光線在空氣膜的上、下表面發(fā)生反射，并發(fā)生干涉，從而形成干涉條紋．設(shè)空氣膜頂角為θ，d1、d2處為兩相鄰亮條紋，如圖所示，則此兩處的光程分別為δ1＝2d1，δ2＝2d2.因?yàn)楣獬滩瞀?－δ1＝λ，所以d2－d1＝eq\f(1,2)λ.設(shè)此兩相鄰亮紋中心的距離為Δl，則由幾何關(guān)系得eq\f(d2－