4-5光的衍射4-6光的偏振-激光(2019人教版選擇性必修第一冊(cè))(解析版)

4.5光的衍射4.6光的偏振激光課后培優(yōu)練課后培優(yōu)練級(jí)練培優(yōu)第一階——基礎(chǔ)過關(guān)練1．激光被譽(yù)為“神奇的光”，關(guān)于激光的應(yīng)用，下列說法中不正確的是（）A．激光用來控制核聚變，是因?yàn)樗姆较蛐院?，光源的能量能集中在很小一點(diǎn)上，可以在空間某個(gè)小區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生極高的溫度B．由于激光是相干光，所以它能像無線電波那樣被調(diào)制，用來傳遞信息C．用激光攔截導(dǎo)彈，摧毀衛(wèi)星，是因?yàn)榧す庠诖髿庵袀鞑ゲ皇艽髿獾挠绊慏．能利用激光測(cè)量地面到月球表面的距離，是因?yàn)榧す馄叫卸群?、方向性好【答案】C【詳解】A．激光的方向性好，光源的能量能集中在很小一點(diǎn)上，可以在空間某個(gè)小區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生極高的溫度，所以可以用來控制核聚變，故A正確，不符合題意；B．激光是一種人工產(chǎn)生的相干光，具有高度的相干性，所以它能像無線電波那樣被調(diào)制，用來傳遞信息，故B正確，不符合題意；C．用激光攔截導(dǎo)彈，摧毀衛(wèi)星，是因?yàn)榧す夥较蛐院?、能量高，故C錯(cuò)誤，符合題意；D．能利用激光測(cè)量地面到月球表面的距離，是因?yàn)榧す馄叫卸群?、方向性好，在傳播很遠(yuǎn)距離后還可以保持一定的強(qiáng)度，故D正確，不符合題意。故選C。2．（多選）下列說法正確的是（）A．太陽光通過三棱鏡形成彩色光譜，這是光的折射的結(jié)果，這一現(xiàn)象叫做光的色散B．激光測(cè)距是應(yīng)用了激光的相干性好的特點(diǎn)C．光導(dǎo)纖維傳送圖像信息利用了光的衍射原理D．A、B兩種光從相同的介質(zhì)入射到真空中，若A光的頻率大于B光的頻率，則逐漸增大入射角，A光先發(fā)生全反射【答案】AD【詳解】A．太陽光通過三棱鏡被折射后，在屏上會(huì)形成彩色光譜，說明光在折射過程中發(fā)生了色散，故A正確；B．激光測(cè)距是應(yīng)用了激光的平行度好的特點(diǎn)，由于平行度好，在傳播很遠(yuǎn)的距離后仍能保持一定的強(qiáng)度，故B錯(cuò)誤；C．光導(dǎo)纖維傳送圖像信息是利用了光的全反射原理，故C錯(cuò)誤；D．由于A光的頻率大于B光的頻率，所以A光的折射率大于B光的折射率，A光發(fā)生全反射的臨界角小于B光的臨界角，所以逐漸增大入射角，A光先發(fā)生全反射，故D正確。故選AD。3．（多選）下列說法正確的是（）A．在水中的魚斜向上看岸邊的物體時(shí)，看到的物體將比物體所處的實(shí)際位置高B．光纖通信是一種現(xiàn)代通信手段，光纖內(nèi)芯的折射率比外殼的大C．水中的氣泡，看起來特別明亮，是因?yàn)楣饩€從氣泡中射向水中時(shí)，一部分光在界面上發(fā)生全反射D．全息照相機(jī)主要利用了光的衍射現(xiàn)象E．沙漠蜃景和海市蜃樓都是光的折射＋全反射現(xiàn)象【答案】ABE【詳解】A．岸邊物體的反射光經(jīng)過水的折射進(jìn)入魚的眼睛，根據(jù)折射定律，折射角小于入射角，魚看到的虛像將在實(shí)像之上，A正確；B．光纖通信是應(yīng)用光的全反射來傳播信號(hào)的，為了保證光在光導(dǎo)纖維中發(fā)生全反射，內(nèi)芯的折射率要比外殼的大，B正確；C．光線從氣泡射向水中時(shí)是從光疏介質(zhì)到光密介質(zhì)，不能發(fā)生全反射，C錯(cuò)誤；D．全息照相機(jī)主要利用了光的干涉現(xiàn)象，D錯(cuò)誤；E．大氣在豎直方向密度不同，折射率不同，光線會(huì)發(fā)生折射，當(dāng)入射角增大至臨界角后發(fā)生全反射，出現(xiàn)蜃景，E正確。故選ABE。4．（多選）最近幾年，激光因其多種獨(dú)特屬性被廣泛應(yīng)用到工業(yè)、醫(yī)療、商業(yè)、科研、信息和軍事等領(lǐng)域中。關(guān)于激光，下列說法正確的是（）A．激光平行度好，可以用來測(cè)量月球到地球的距離B．激光相干性好，任何兩束激光都能發(fā)生干涉C．激光是人工制造的，是原子受激輻射的光，不是偏振光D．激光全息照相是利用光的干涉記錄物體三維圖像的信息【答案】AD【詳解】A．激光平行度好，易直線傳播，故可以用來測(cè)量月球到地球的距離，A正確；B．激光相干性好，只有頻率相同的兩束激光才會(huì)發(fā)生干涉，B錯(cuò)誤；C．激光是人造光，也是偏振光，C錯(cuò)誤；D．激光全息照相是利用光的干涉記錄物體三維圖像的信息，D正確；故選AD。5．如圖甲所示為研究光的干涉與衍射現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)裝置，狹縫S1、S2的寬度可調(diào)，狹縫到屏的距離為L(zhǎng)。同一單色光垂直照射在狹縫上，實(shí)驗(yàn)中分別在屏上得到了圖乙、圖丙所示圖樣（圖中陰影部分表示暗條紋）。下列說法正確的是（）A．圖乙是光的雙縫干涉圖樣，圖丙是光的衍射圖樣B．遮住一條狹縫，僅減小另一狹縫的寬度，圖丙中亮條紋寬度將減小C．照射雙縫時(shí)，僅增加L，圖乙中相鄰亮條紋的中心間距減小D．照射雙縫時(shí)，若S1、S2到屏上P點(diǎn)的距離差為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍，P點(diǎn)處是亮條紋【答案】A【詳解】A．雙縫干涉圖樣的相鄰亮或暗條紋的間距不變，故乙為雙縫干涉圖樣，而衍射圖樣為中間寬兩側(cè)窄的特點(diǎn)，故圖丙為光的衍射圖樣，故A正確；B．狹縫越小，衍射的范圍越大，衍射條紋越寬，遮住一條狹縫，另一狹縫寬度減小，其他條件不變，則衍射現(xiàn)象增強(qiáng)，圖丙中亮條紋寬度將增大，故B錯(cuò)誤；C．根據(jù)雙縫干涉公式可知當(dāng)僅增加L時(shí)，圖乙中相鄰亮條紋的中心間距增大，故C錯(cuò)誤；D．照射雙縫時(shí)，若S1、S2到屏上P點(diǎn)的距離差為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍，則兩束光波發(fā)生相互削弱，即為暗條紋，故D錯(cuò)誤。故選A。6．研究光的波動(dòng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，實(shí)驗(yàn)中光屏上得到了如圖乙所示的圖樣。下列說法正確的是（）A．擋板上有兩條平行的狹縫B．減小激光器和狹縫間的距離，中央亮條紋將變窄C．增大狹縫和光屏間的距離，中央亮條紋將變窄D．將紅色激光換成藍(lán)色激光，中央亮條紋將變窄【答案】D【詳解】A．由圖乙條紋特點(diǎn)可知是衍射條紋，即擋板上有一條狹縫，故A錯(cuò)誤；BCD．因?yàn)閱慰p衍射形成的條紋間距與單縫寬度、縫到屏的距離以及光的波長(zhǎng)有關(guān)，與激光器和狹縫間的距離無關(guān)，即減小激光器和狹縫間的距離，中央亮條紋寬度將不變；增大狹縫和光屏間的距離，中央亮條紋將變寬；將紅色激光換成藍(lán)色激光，波長(zhǎng)變短，則中央亮條紋將變窄。故BC錯(cuò)誤，D正確。故選D。7．如圖所示，A、B、C、D四個(gè)圖是某種單色光形成的干涉或衍射圖樣。請(qǐng)?jiān)谒膫€(gè)圖當(dāng)中找出與其他三個(gè)不同類型的圖樣（）A． B． C． D．【答案】B【詳解】干涉圖樣的條紋間距相等，衍射圖樣的中央條紋最寬，所以B是光的干涉圖樣，ACD是光的衍射圖樣，故B符合題意。故選B。8．（多選）關(guān)于衍射光柵，下列說法正確的是（）A．衍射光柵是由許多等寬度的狹縫組成的B．衍射光柵分為透射光柵和反射光柵兩類C．透射光柵中有刻痕的部分相當(dāng)于透光的狹縫D．透射光柵中未刻痕的部分相當(dāng)于透光的狹縫【答案】ABD【詳解】ACD．衍射光柵由一系列等距的平行刻痕或狹縫組成，刻痕處發(fā)生漫反射而不透光，未刻痕的部分相當(dāng)于透光的狹縫，C錯(cuò)誤AD正確；B．衍射光柵可分為透射光柵和反射光柵兩類，B正確。故選ABD。9．關(guān)于下列四幅圖的說法，正確的是（

）A．圖甲中C擺開始振動(dòng)后，A、B、D三個(gè)擺中B擺的振幅最大B．圖乙為兩列水波在水槽中產(chǎn)生的干涉圖樣，這兩列水波的頻率不一定相同C．圖丙是兩種光現(xiàn)象圖案，上方為光的衍射條紋、下方為光的干涉條紋D．圖丁是觀察光的偏振現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)，將偏振片以光線為軸向內(nèi)旋轉(zhuǎn)任意角度，屏亮度不變【答案】D【詳解】A．圖甲中C擺開始振動(dòng)后，C擺為A、B、D三個(gè)擺提供驅(qū)動(dòng)力，固有周期與C擺越接近振幅越大，固有周期相等時(shí)達(dá)到共振，振幅最大，根據(jù)單擺周期公式可知，擺長(zhǎng)越接近，固有周期越接近，振幅越大，故A擺振幅最大，故A錯(cuò)誤；B．圖乙兩列水波在水槽中產(chǎn)生了穩(wěn)定的干涉圖樣，由發(fā)生穩(wěn)定干涉的條件知，兩波頻率相等，故B錯(cuò)誤；C．圖丙上方條紋間距相等，為干涉條紋，下方圖中央條紋最寬最亮，越往外，條紋越窄越暗，為衍射條紋，故C錯(cuò)誤；D．圖丁是觀察自然光的偏振現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)，將偏振片以光線為軸向內(nèi)旋轉(zhuǎn)任意角度，屏亮度不變，故D正確。故選D。10．下列關(guān)于機(jī)械波和光特有現(xiàn)象的說法正確的是（）A．甲圖中，孔的尺寸越大，機(jī)械波的衍射現(xiàn)象越明顯B．乙圖中，劈尖干涉的相干光來自于a、b上表面的反射光C．丙圖中，交警在公路邊測(cè)量車速利用了機(jī)械波的多普勒效應(yīng)D．丁圖中，相機(jī)濾片可以消除反射光的影響利用了光的干涉現(xiàn)象【答案】C【詳解】A．當(dāng)障礙物或孔的尺寸與波長(zhǎng)相比差不多或比波長(zhǎng)小得多時(shí)，能產(chǎn)生明顯衍射，所以孔的尺寸越大，機(jī)械波的衍射現(xiàn)象越不明顯，故A錯(cuò)誤；B．劈尖干涉的相干光來自于a下表面和b上表面的反射光，故B錯(cuò)誤；C．交警通過儀器發(fā)射超聲波測(cè)量車速是利用了波的多普勒效應(yīng)，故C正確；D．相機(jī)鏡頭前安裝偏振濾光片，讓濾光片的透振方向和玻璃面反射光的偏振方向垂直，可以減弱反射光的影響，利用了光的偏振現(xiàn)象，故D錯(cuò)誤。故選C。11．激光火箭的體積小，卻可以裝載更大、更重的衛(wèi)星或飛船，激光由地面激光站或空間激光動(dòng)力衛(wèi)星提供，通過一套裝置，像手電筒一樣，讓激光束射入火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室，使推進(jìn)劑受熱而急劇膨脹，于是形成一股高溫高壓的燃?xì)饬鳎詷O高的速度噴出，產(chǎn)生巨大的推力，把衛(wèi)星或飛船送入太空。激光火箭利用了激光的（）①單色性好

②平行度好③高能量

④相干性好A．①② B．②③ C．①③ D．②④【答案】B【詳解】由于激光站與火箭相距較遠(yuǎn)，必須要求激光具有很好的平行度，同時(shí)利用激光的高能量特點(diǎn)。故選B。12．（多選）下列所示的圖片、示意圖或?qū)嶒?yàn)裝置圖大都來源于課本，則下列判斷正確的是（

）A．甲圖是薄膜干涉的圖像，照相機(jī)、望遠(yuǎn)鏡的鏡頭鍍的一層膜是薄膜干涉的應(yīng)用B．乙圖是小孔衍射的圖樣，也被稱為“泊松亮斑”C．丙圖是在平靜無風(fēng)的海面上出現(xiàn)的“蜃景”，上方是蜃景，下方是景物D．丁圖是衍射圖像，其最明顯的特征是條紋間距不等【答案】ACD【詳解】A．甲圖是薄膜干涉的圖像，照相機(jī)、望遠(yuǎn)鏡的鏡頭表面常常鍍一層透光的膜，即增透膜，光學(xué)鏡頭上的增透膜是利用光的干涉現(xiàn)象，從膜的前表面和玻璃表面反射的光相互減弱，故A正確；B．乙圖是圓板衍射，被稱為“泊松亮斑”，而小孔衍射的圖樣，不是“泊松亮斑”，故B錯(cuò)誤；C．丙圖是在平靜無風(fēng)的海面上出現(xiàn)的“蜃景”，海面下層空氣溫度比上層低，密度比上層大，故海面附近的空氣折射率從下到上逐漸減小，從遠(yuǎn)處的景物發(fā)出的光線射向海面時(shí)，由于不斷被折射，越來越偏離法線方向，進(jìn)入上層的入射角不斷增大，以致發(fā)生全反射，光線反射回空氣，人們逆著光線看去，就會(huì)看到遠(yuǎn)方的景物懸在空中，而產(chǎn)生了“蜃景”現(xiàn)象，那么上方是蜃景，下方是景物，故C正確；D．丁圖是衍射圖像，衍射條紋中間明亮且寬大，越向兩側(cè)寬度越小越暗，其間距不相等，故D正確。故選ACD。培優(yōu)第二階——拓展培優(yōu)練13．某三棱鏡的橫截面為等腰三角形，∠A=120°，AB邊長(zhǎng)為2L，空氣中一束包含a、b兩種單色光的細(xì)光束沿平行于BC方向照射到AB邊的中點(diǎn)O，經(jīng)三棱鏡折射后分成a、b兩束單色光（部分光路圖如圖所示）。其中，a單色光從O點(diǎn)入射后的折射光平行于AC，已知光在真空中傳播速度為c（不考慮AC面的反射）。下列說法正確的是（）A．在該三棱鏡中，單色光a的傳播速度比b小B．單色光a在該三棱鏡中發(fā)生全反射的臨界角C滿足C．若用單色光a、b分別通過同一單縫進(jìn)行衍射，單色光b的中央亮紋更寬D．若用單色光a、b分別通過同一單縫進(jìn)行衍射，單色光a的中央亮紋更寬【答案】D【詳解】A．根據(jù)折射定律，b光折射角小于a光，可知b光的折射率大于a光的折射率，根據(jù)可知在該三棱鏡中，單色光b的傳播速度比a小，故A錯(cuò)誤；B．由幾何關(guān)系知a、b復(fù)合光的入射角為60°，a光的折射角為30°，則a光的折射率為則單色光a在該三棱鏡中發(fā)生全反射的臨界角C滿足故B錯(cuò)誤；CD．由A選項(xiàng)可知，b光折射率大于a光折射率，則b光頻率大于a光頻率，根據(jù)，可知b光的波長(zhǎng)小于a光波長(zhǎng)，那么a光更容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，a光的中央亮紋更寬，故C錯(cuò)誤，D正確。故選D。14．（多選）a、b兩種單色光以相同的入射角從半圓形玻璃磚的圓心O射向空氣，其光路如圖所示。下列說法正確的是（）A．a(chǎn)光由玻璃射向空氣發(fā)生全反射時(shí)的臨界角較大B．該玻璃對(duì)a光的折射率較大C．a(chǎn)光和b光各自通過同一個(gè)單縫形成的衍射圖樣中，b光的中央亮條紋較寬D．b光的光子能量較大【答案】AD【詳解】AB．由光路圖可知，a、b光入射角相同，在分界面上a光發(fā)生反射和折射，而b光發(fā)生全反射，可知b光的臨界角小于a光的臨界角，根據(jù)知故A正確，B錯(cuò)誤；CD．由，可知?jiǎng)t根據(jù)單縫衍射圖樣中，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，中央亮條紋越寬，可知a光的中央亮條紋較寬；根據(jù)可知b光的光子能量較大，故C錯(cuò)誤，D正確。15．（多選）在抽制很細(xì)的金屬絲的過程中，可以用激光隨時(shí)監(jiān)測(cè)抽絲的粗細(xì)情況。其裝置如圖甲所示，在抽絲機(jī)的細(xì)絲出口附近，用一束激光沿與細(xì)絲垂直的方向照射細(xì)絲，在細(xì)絲的另一側(cè)用光屏接收激光。工作人員通過觀察光屏上明暗相間亮斑的情況（如圖乙所示為沿激光傳播方向看到的光屏情況），便可知道抽制出的細(xì)絲是否合格。對(duì)于這種監(jiān)控抽絲機(jī)的裝置，下列說法中正確的是（）A．這是利用光的直線傳播規(guī)律 B．這是利用光的衍射現(xiàn)象C．如果屏上條紋變寬，表明細(xì)絲粗了 D．如果屏上條紋變寬，表明細(xì)絲細(xì)了【答案】BD【詳解】A．由題意知條紋的形成屬單縫衍射，并非運(yùn)用光的直線傳播規(guī)律，而是利用光的衍射現(xiàn)象，A錯(cuò)誤；B．單縫衍射現(xiàn)象，其原理是利用光的衍射現(xiàn)象，B正確；C．由單縫衍射知縫變窄而條紋寬度變寬，故如果屏上條紋變寬，表明細(xì)絲變細(xì)了，C錯(cuò)誤；D．屏上條紋變寬，表明細(xì)絲細(xì)了，D正確。故選BD。16．（多選）如圖所示，兩束單色光a、b從水下射向A點(diǎn)后，光線經(jīng)折射合成一束光c，則下列說法中正確的是（）A．用同一雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置分別以a、b光做實(shí)驗(yàn)，a光的干涉條紋間距大于b光的干涉條紋間距B．用a、b光分別做單縫衍射實(shí)驗(yàn)時(shí)，它們的衍射條紋寬度都是均勻的C．在水中a光的速度比b光的速度小D．a(chǎn)光在水中的臨界角大于b光在水中的臨界角E．a(chǎn)光的頻率小于b光的頻率【答案】ADE【詳解】AE．a(chǎn)光偏折程度小于b光偏折程度，根據(jù)折射定律a光折射率小于b光折射率，則a光頻率小、波長(zhǎng)大，根據(jù)可知，a光的干涉條紋間距大于b光的干涉條紋間距，故AE正確；B．單縫衍射實(shí)驗(yàn)時(shí)，它們的衍射條紋都是不均勻的，故B錯(cuò)誤；C．由可知，在水中a光的速度大，故C錯(cuò)誤；D．由全反射臨界角公式可知，a光在水中的臨界角大于b光在水中的臨界角，故D正確。故選ADE。17．（多選）甲、乙兩單色光分別通過已調(diào)試安裝好的同一雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置得到了各自的干涉圖樣，設(shè)相鄰兩個(gè)亮條紋的中心距離分別為Δx甲和Δx乙，且Δx甲>Δx乙，則下列說法中正確的是（）A．同種介質(zhì)中甲光的折射率一定大于乙光的折射率B．真空中甲光的波長(zhǎng)一