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1、第 1 页 共 10 页 1 第 2 讲 光的干涉、衍射和偏振第 2 讲 光的干涉、衍射和偏振 A 组 基础巩固A 组 基础巩固 1.(2018 朝阳一模)下面是四种与光有关的事实: 白光通过棱镜在屏上呈现彩色;雨后的天空出现彩虹;肥皂泡的表面呈现彩色;白光通过双缝在 光屏上呈现彩色条纹。 其中,与光的干涉有关的是( ) A.B.C.D. 答案 D 白光通过棱镜在屏上呈现彩色,雨后的天空出现彩虹,都是光的色散现象,其本质为光的折射; 肥皂泡的表面呈现彩色是肥皂膜前后表面的反射光叠加,发生干涉的结果;白光通过双缝在屏上呈现的彩 色条纹是光的双缝干涉现象。综上所述,只有和与光的干涉有关,故只有 D
2、 正确。 2.(2018 门头沟一模)下列说法中正确的是( ) A.光纤通信是利用了光的全反射现象 B.用标准平面检查工件表面的平整程度是利用了光的偏振现象 C.门镜可以扩大视野是利用了光的干涉现象 D.照相机镜头表面涂上增透膜,以增强透射光的强度,是利用了光的衍射现象 答案 A 选项 B 中利用的是薄膜干涉,选项 C 中利用的是光的折射现象,选项 D 中利用的是薄膜干涉。 3.(2011北京理综,14,6分)如图所示的双缝干涉实验,用绿光照射单缝S时,在光屏P上观察到干涉条纹。 要得到相邻条纹间距更大的干涉图样,可以( ) A.增大 S1与 S2的间距 第 2 页 共 10 页 2 B.减小
3、双缝屏到光屏的距离 C.将绿光换为红光 D.将绿光换为紫光 答案 C 由双缝干涉条纹间距公式 x= 可知:增大 S1与 S2的间距 d,x 将减小,A 项错误;减小双缝 L d 屏到光屏的距离 L,x 将减小,B 项错误;红光波长大于绿光, 变大,x 将变大,C 项正确;紫光波长小 于绿光, 变小,x 将变小,D 项错误。 4.下列几个光现象中,属于衍射现象的是( ) A.水中的气泡看起来特别明亮 B.白光通过三棱镜在屏上出现彩色光带 C.在阳光照射下肥皂泡上出现彩色花纹 D.通过两支铅笔夹成的狭缝看点亮的日光灯出现彩色条纹 答案 D 水中的气泡看起来特别明亮是因为光从水射向气泡表面时发生了全
4、反射。白光通过三棱镜后 出现彩色光带为色散现象。在阳光照射下的肥皂泡上出现彩色条纹是发生了干涉。只有 D 项描述的现象 属于衍射现象。 5.(2018 西城二模)一束激光照在一个很小的圆盘上,在屏上观察到如图所示的图样,在影的中心有一个 亮斑,这就是著名的“泊松亮斑”。下列说法正确的是( ) A.圆盘中心有个小孔,这是光的衍射现象 B.圆盘中心是不透光的,这是光的衍射现象 第 3 页 共 10 页 3 C.圆盘中心有个小孔,这是光的干涉现象 D.圆盘中心是不透光的,这是光的干涉现象 答案 B 小孔衍射图样正中心为较大的亮斑,圆盘衍射图样的正中心为较小的亮点,是光照在不透光的 圆盘上产生的衍射现
5、象,B 正确。 6.(多选)关于自然光和偏振光,以下说法正确的是( ) A.自然光包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光,但是沿各个方向振动的光波的强度可以不同 B.偏振光是垂直于传播方向上,只沿着某一特定方向振动的光 C.自然光透过一个偏振片后就成为偏振光,偏振光经过一个偏振片后又还原为自然光 D.太阳、电灯等普通光源发出的光都是自然光 答案 BD 自然光沿各振动方向的光波的强度相同,A 错误;偏振光在垂直于传播方向上,只沿某一特定 方向振动,B 正确;自然光透过偏振片后成为偏振光,偏振光透过偏振片后不能还原为自然光,C 错误;太 阳、电灯等普通光源发出的是自然光,D 正确。 7.(多选
6、)如图所示,A、B 为两偏振片,一束自然光沿 OO方向射向 A,此时在光屏 C 上透射光的强度最大, 则下列说法中正确的是( ) A.此时 A、B 的偏振方向平行 B.只有将 B 绕 OO轴顺时针旋转 90,屏上透射光的强度最弱,几乎为零 C.将 A 或 B 绕 OO轴旋转 90时,屏上透射光的强度最弱,几乎为零 D.将 A 沿顺时针方向旋转 180时,屏上透射光的强度最弱,几乎为零 第 4 页 共 10 页 4 答案 AC 当两偏振片平行时,透射光强度最强,当两偏振片垂直时,透射光强度最弱,几乎为零,故选项 A、C 正确。 8.(2017 朝阳一模)关于红、紫两束单色光,下列说法正确的是(
7、) A.在空气中红光的波长较长 B.在同一玻璃中红光的速度较小 C.红光的光子能量较大 D.用同一装置做双缝干涉实验时,红光的干涉条纹间距较小 答案 A 红光的波长比紫光的长,故 A 正确;红光的频率比紫光的小,故红光的光子能量较小,故 C 错误; 由 n= 和 n红n紫,可知在同一玻璃中红光的速度大,故 B 错误;由 x= ,可知用同一装置做双缝干涉实 c v l d 验时,红光的干涉条纹间距较大,故 D 错误。 9.如图所示,一束平行光经玻璃三棱镜折射后分解为互相分离的 a、b、c 三束单色光。比较 a、b、c 三 束光,可知( ) A.当它们在真空中传播时,c 光的波长最长 B.当它们在
8、玻璃中传播时,c 光的速度最大 C.若它们都从玻璃射向空气,c 光发生全反射的临界角最大 D.对同一双缝干涉装置,c 光的相邻干涉条纹之间的距离最小 答案 D 由图可知 nanbnc,a 光频率最小,波长最长;c 光频率最大,波长最短。由 v= 知:在玻璃中传播 c n 时,a 光的速度最大,c 光的速度最小。由 sin C= 知,从玻璃射向空气时,a 光发生全反射的临界角最大,c 1 n 第 5 页 共 10 页 5 光发生全反射的临界角最小。 双缝干涉条纹间距 x=,c 光波长最短,对同一双缝干涉装置,c 光的相邻 L d 干涉条纹间距最小。所以 A、B、C 选项错误,D 选项正确。 10
9、.用两种单色光束 a、b 分别照射同一套双缝干涉演示实验装置,得到的干涉图样如图(a)、(b)所示,则 ( ) A.a 光的波长大于 b 光的波长 B.a 光的光子能量大于 b 光的光子能量 C.a 光在真空中的速度大于 b 光在真空中的速度 D.同一种介质对 a 光的折射率大于对 b 光的折射率 答案 A 由题图知,a 光产生的干涉条纹间距大于 b 光产生的干涉条纹间距,根据双缝干涉相邻亮(暗)条 纹的间距公式 x= 知,a 光的波长大于 b 光的波长,故 A 正确。a 光的波长大于 b 光的波长,由公式 L d c= 知,a 光的频率小于 b 光的频率,而光子的能量与频率成正比,则 a 光
10、的光子能量小于 b 光的光子 能量,故 B 错误。在真空中所有色光的速度都相等,都为 c=3108 m/s,故 C 错误。a 光的频率小于 b 光的 频率,所以同一种介质对 a 光的折射率小于对 b 光的折射率,故 D 错误。 11.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 7.510-7 m,如果用频率为 6.01014 Hz 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。 答案 (1)510-7 m (2)暗条纹 解析 (1)= = m=510-7 m; c f 3 108 6 1014 (2)x=7.510-
11、7 m= ,所以是暗条纹。 3 2 第 6 页 共 10 页 6 B 组 综合提能B 组 综合提能 1.如图所示是双缝干涉实验,使用波长为 600 nm 的橙色光照射时,在光屏上的 P0点和 P0点上方的 P1点恰 好形成两列相邻的亮条纹;若用波长为 400 nm 的紫光重复上述实验,则 P0点和 P1点形成的明暗条纹情况 是( ) A.P0点和 P1点都是亮条纹 B.P0点是亮条纹,P1点是暗条纹 C.P0点是暗条纹,P1点是亮条纹 D.P0点和 P1点都是暗条纹 答案 B 无论光的波长多大,P0点总是亮条纹。 对 600 nm 的橙光,P1点与 P0点为相邻的亮条纹,则 S2P1- S1P
12、1=1=600 nm,该距离之差是 400 nm 紫光半波长的奇数倍,因此用2=400 nm 的紫光做实验,P1处出现 暗条纹,选项 B 正确。 2.光的偏振现象说明光是横波。下列现象中不能反映光的偏振特性的是( ) A.一束自然光相继通过两个偏振片,以光束为轴旋转其中一个偏振片,透射光的强度发生变化 B.一束自然光入射到两种介质的分界面上,当反射光线与折射光线之间的夹角恰好是 90时,反射光是 偏振光 C.日落时分,拍摄水面下的景物,在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使景象更清晰 D.通过手指间的缝隙观察日光灯,可以看到彩色条纹 答案 D 在垂直于传播方向的平面上,沿着某个特定方向振动的光是偏
13、振光,A、B 选项反映了光的偏振 特性,C 是偏振现象的应用,D 是光的衍射现象,故选 D。 3.(2018 丰台一模)单缝衍射实验中所产生图样的中央亮条纹宽度的一半与单缝宽度、光的波长、缝屏距 离的关系,和双缝干涉实验中所产生图样的相邻两亮条纹间距与双缝间距、光的波长、缝屏距离的关系 第 7 页 共 10 页 7 相同。利用单缝衍射实验可以测量金属的线膨胀系数,线膨胀系数是表征物体受热时长度增加程度的物 理量。如图是实验的示意图,挡光片 A 固定,挡光片 B 放置在待测金属棒上端,A、B 间形成平直的狭缝,激 光通过狭缝,在光屏上形成衍射图样,温度升高,金属棒膨胀使得狭缝宽度发生变化,衍射图
14、样也随之发 生变化。在激光波长已知的情况下,通过测量缝屏距离和中央亮条纹宽度,可算出狭缝宽度及变化,进而 计算出金属的线膨胀系数。下列说法正确的是( ) A.其他实验条件不变,使用激光波长越短,中央亮条纹宽度越宽 B.相同实验条件下,金属的膨胀量越大,中央亮条纹宽度越窄 C.相同实验条件下,中央亮条纹宽度变化越大,说明金属膨胀量越大 D.其他实验条件相同,狭缝到光屏距离越大,测得金属的线膨胀系数越大 答案 C 根据题意,单缝衍射形成的中央亮条纹宽度 x= 。其他实验条件不变时,使用激光的波长越 2L d 短,x 越小,A 项错误。相同实验条件下,金属的膨胀量越大,造成单缝宽度 d 越小,x 越
15、大,B 项错误。相同 实验条件下,中央亮条纹宽度变化越大,d 变化越大,金属膨胀量越大,C 项正确。金属的线膨胀系数取决 于金属的材料,与 d、L、x 均无关,D 项错误。 4.(2018 西城一模)2017 年诺贝尔物理学奖授予了三位美国科学家,以表彰他们为发现引力波所做的贡 献。引力波被认为是时空弯曲的一种效应,物体加速运动时会给宇宙时空带来扰动,这种扰动会以光速向 外传播能量。如图为科学家们探测引力波的装置示意图,发射器发出的激光 S 经半透光分束镜分为相互 垂直的两束 S1和 S2,然后经过 4 km 长的两臂,在两臂端点处经反射镜反射回来,S1和 S2相遇形成干涉, 被探测器接收。精
16、确调节两臂,使探测器在无引力波作用时,接收到的信号强度为 0。当有引力波作用时, 两臂长度将因此而发生改变,则接收到的信号强度不为 0。下列说法正确的是( ) 第 8 页 共 10 页 8 A.引力波可以超光速传播 B.引力波不能传播能量 C.探测器接收到的两束波的频率相同 D.无引力波作用时两束激光到探测器的路程差为 0 答案 C 由题意知引力波会以光速向外传播能量,所以 A、B 错。由题中信息,S1和 S2相遇形成干涉,知 两束波的频率相同,C 对。无引力波作用时,接收信号强度为 0,说明两列波叠加减弱,路程差应为半波长 的奇数倍,不可能为 0,D 错。 5.1924 年,德布罗意提出了物
17、质波理论,他假设实物粒子也具有波动性,大胆地把光的波粒二象性推广到 实物粒子(如电子、质子等),他认为粒子的动量 p 与波的波长 之间遵从关系:= (h 为普朗克常量), h p 这一假说后来在一系列实验中得到了证实。如图甲所示,在电子双缝干涉实验中,将电子垂直射向两个紧 靠的平行狭缝(电子发射端到两狭缝距离相等),在缝后放上一个安装有电子侦测器的屏幕(屏幕上的 O 点 位于两狭缝中心对称轴的正后方,图中未画出),电子打到探测器上会在屏幕上出现亮点。在实验中,以速 率 v0发射电子,开始时,屏幕上出现没有规律的亮点,但是当大量的电子到达屏幕之后,发现屏幕上不同 位置出现亮点的概率并不相同,且沿
18、垂直双缝方向呈现出间隔分布,如图乙所示。这种间隔分布类似于光 的干涉中出现的明暗相间的条纹。则下列说法中正确的是 ( ) 甲 乙 第 9 页 共 10 页 9 A.以速率 2v0发射电子,重复实验,O 点可能处在暗条纹上 B.以速率 2v0发射电子,重复实验,所形成的条纹间距会变小 C.若将两个狭缝沿垂直缝的方向移动一段很小的距离(不改变狭缝和屏幕间的距离),重复实验,如果屏幕 上仍有间隔的条纹分布,则 O 点一定处在暗条纹上 D.若将两个狭缝沿垂直缝的方向移动一段很小的距离(不改变狭缝和屏幕间的距离),重复实验,如果屏幕 上仍有间隔的条纹分布,则 O 点一定处在明条纹上 答案 B = =,当
19、以速率 2v0发射电子时, 减小,由 x= 知 B 项正确。改变发射电子的速率, h p h mv0 L d 但 O 点到两狭缝的距离差为 0,则 O 点仍处在明条纹上,A 错。若将两个狭缝沿垂直缝的方向移动一小段 距离,屏幕上仍有干涉条纹,但 O 点处于明条纹上还是暗条纹上取决于 O 点到两狭缝的距离差,C、 D 项错。 6.两个狭缝相距 0.3 mm,位于离屏 50 cm 处,现用波长为 6 000 的光照射双缝,求: 。 A (1)两条相邻暗条纹间的距离是多少; (2)若将整个装置放于水中,那么两条相邻暗条纹间的距离是多大?(水的折射率为 , 4 3 1 =10-10 m) 。 A 答案
20、 (1)1 mm (2)0.75 mm 解析 (1)x= l d = m 50 10 - 2 6000 10 - 10 0.3 10 - 3 =110-3m =1 mm (2)= =4 500 n 6000 4 3 。 A 。 A 第 10 页 共 10 页 10 x= = m=0.75 mm l d 50 10 - 2 4500 10 - 10 0.3 10 - 3 7.在做双缝干涉实验时,用波长 1=0.60 m 的光和另一波长未知的光一起照射到两个间距未知的狭缝 上,结果发现已知波长的光第 4 级明条纹和未知波长的光的第 5 级明条纹重合,则波长未知的光的波长是 多少? 答案 0.48 m 解析 设波长未知的光的波长为 2,出现明条纹的条件是:x=,k=0,1,2, kl d 依题意有 x4=,x5=,x4=x5,故 2= 0.60 m=0.48 m。 4l1 d 5l2 d 41 5 4 5