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新教材2022版高考物理人教版一轮总复习训练：27 光的干涉、衍射、光的偏振、激光
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这是一份新教材2022版高考物理人教版一轮总复习训练：27 光的干涉、衍射、光的偏振、激光，共6页。试卷主要包含了下列属于光的干涉现象的是等内容，欢迎下载使用。
(建议用时：40分钟)
1．(多选)下列属于光的干涉现象的是( )
A B
C D
BC 解析：题图A属于单缝衍射，题图B属于薄膜干涉，题图C属于薄膜干涉，题图D属于光的色散，故属于光的干涉现象的是B、C。
2．(2021·威海模拟)5G是指第五代通信技术，采用3 300～5 000 MHz(1 M＝ 106)频段的无线电波。第四代移动通信技术4G，其频段范围是1 880～2 635 MHz。5G网络的传输速率(指单位时间传送的数据量大小)可达10 Gbps(bps为bits per secnd的英文缩写，即比特率、比特每秒)，是4G网络的 50～100 倍。下列说法正确的是( )
A. 4G信号和5G信号都是纵波
B. 4G信号更容易发生衍射现象
C. 4G信号和5G信号相遇能产生稳定干涉现象
D. 5G信号比4G信号在真空中的传播速度快
B 解析：电磁波均为横波，故选项A错误；因5G信号的频率更高，则波长较小，故4G信号更容易发生明显的衍射现象，故选项B正确；两种不同频率的波相遇不能发生稳定干涉现象，故选项C错误；任何电磁波在真空中的传播速度均为光速，故传播速度相等，选项D错误。
3．如图所示，让太阳光或白炽灯光通过偏振片P和Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片P或Q，可以看到透射光的强度会发生变化，这是光的偏振现象，这个实验表明( )
A. 光是电磁波 B. 光是一种横波
C. 光是一种纵波 D. 光是概率波
B 解析：光的偏振现象证明光是一种横波，故选B。
4．(多选)将激光束的宽度聚焦到纳米级(10－9 m)范围内，可修复人体已损坏的器官，可对DNA分子进行超微型基因修复，把至今尚令人无奈的癌症、遗传疾病彻底根除，以上功能是利用了激光的( )
A. 单色性好 B. 平行度好
C. 粒子性 D. 能量高
BD 解析：激光的平行度好，故可聚焦到很小的范围；激光的亮度高、能量大，故可修复器官。
5．如图所示为双缝干涉实验中产生的干涉条纹图样，图甲为用绿光进行实验的图样，图乙为换用另一种单色光进行实验的图样，则以下说法正确的是( )
A. 图乙可能是用红光进行实验产生的条纹，表明红光波长较长
B. 图乙可能是用紫光进行实验产生的条纹，表明紫光波长较长
C. 图乙可能是用紫光进行实验产生的条纹，表明紫光波长较短
D. 图乙可能是用红光进行实验产生的条纹，表明红光波长较短
A 解析：题图乙中相邻条纹的间距比题图甲的大，故题图乙中光的波长较长，即比绿光的波长长。红光的波长比绿光长，紫光的波长比绿光短，故A正确。
6．(多选)如图甲所示，用单色光照射透明标准板M来检查平面N的上表面的平滑情况，观察到如图乙所示条纹中的P和Q的情况，这说明( )
A. N的上表面A处向上凸起
B. N的上表面B处向上凸起
C. N的上表面A处向下凹陷
D. N的上表面B处向下凹陷
BC 解析：由题图甲可知，空气薄膜的厚度从左向右依次增大，又因为同一条亮(暗)条纹上各处的空气薄膜厚度相同，由题图乙可知被检查平面的P处条纹向左弯曲，意味着后一级条纹提前出现，可见P处对应的平面N的上表面A处对应的空气层厚度与后一级条纹对应的空气层厚度相同，而后一级条纹本来对应的空气层厚度比前一级大，可见A处向下凹陷，故A错误，C正确；同理可知B处存在凸起，故B正确，D错误。
7．市场上有一种灯具俗称“冷光灯”，用它照射物体时能使被照物体处产生的热效应大大降低，从而广泛地应用于博物馆、商店等处。这种灯降低热效应的原因之一是在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面上镀一层薄膜(例如氟化镁)，这种膜能消除玻璃表面反射回来的产生热效应最显著的红外线，以λ表示此红外线在薄膜中的波长，则所镀薄膜的厚度最小应为( )
A. eq \f(λ,8) B eq \f(λ,4) C. eq \f(λ,2) D. λ
B 解析：当薄膜的最小厚度为红外线在薄膜中波长的 eq \f(1,4) 时，从两表面反射的光的光程差恰好为 eq \f(1,2)λ，则两反射光叠加时，相互抵消，这样就减小了反射光的强度。故选B。
8．如图所示，甲、乙、丙、丁四个图是不同的单色光形成的双缝干涉或单缝衍射图样，分析各图样的特点可以得出的正确结论是( )
A. 甲、乙是光的干涉图样
B. 丙、丁是光的干涉图样
C. 形成甲图样的光的波长比形成乙图样的光的波长短
D. 形成丙图样的光的波长比形成丁图样的光的波长短
A 解析：干涉条纹是等间距的条纹，因此题图甲、乙是干涉图样，题图丙、丁是衍射图样，故A项正确，B项错误；由公式Δx＝ eq \f(l,d)λ可知，条纹宽的入射光的波长长，所以题图甲图样的光的波长比题图乙图样的光的波长长，故C项错误；题图丙图样的光的波长比题图丁图样的光的波长长，故D项错误。
9．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
B. 减小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
C 解析：双缝干涉的条纹间距公式为Δx＝ eq \f(l,d)λ。增大S1与S2的间距就是增大d，所以条纹间距变小，A错误；减小双缝屏到光屏的距离就是减小l，条纹间距减小，B错误；红光的波长比绿光的波长长，紫光的波长比绿光的波长短，所以将绿光换为红光可使条纹间距增大，将绿光换为紫光可使条纹间距减小，C正确，D错误。
10．ABCDE为单反照相机取景器中五棱镜的一个截面示意图，AB⊥BC，由a、b两种单色光组成的细光束从空气垂直于AB射入棱镜，经两次反射后光线垂直于BC射出，且在CD、AE边只有a光射出，光路图如图所示，则a、b两束光( )
A. a光的频率比b光的频率大
B. b光比a光更容易发生明显衍射现象
C. 在棱镜内，a光的传播速度比b光的小
D. 以相同的入射角从空气斜射入水中，b光的折射角较小
D 解析：在CD边和AE边都只有a光射出，说明b光发生了全反射，而a光没有发生全反射，说明b光的临界角较小，由临界角公式sin C＝ eq \f(1,n)，可知b光的折射率较大，则a光的频率比b光的频率小，选项A错误；根据频率和波长的关系可知，a光的波长比b光的波长长，更容易产生明显衍射现象，选项B错误；根据n＝ eq \f(c,v)可知，在棱镜内，a光的传播速度比b光的传播速度大，选项C错误；以相同的入射角从空气斜射入水中，根据折射定律n＝ eq \f(sin θ1,sin θ2)，折射率越大，折射角越小，选项D正确。
11．(1)杨氏干涉实验证明光的确是一种波，一束单色光投射在两条相距很近的狭缝上，两狭缝就成了两个光源，它们发出的光波满足干涉的必要条件，则两列光的________相同。如图所示，在这两列光波相遇的区域中，实线表示波峰，虚线表示波谷，如果放置光屏，在________(选填“A”“B”或“C”)点会出现暗条纹。
(2)在上述杨氏干涉实验中，若单色光的波长 λ＝5.89×10－7 m，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。
解析：(1)要形成光的干涉，两列光的频率应该相同，在题图所示的干涉区域放置光屏，波峰与波谷相遇的C点会出现暗条纹。
(2)相邻亮条纹的中心间距Δx＝ eq \f(l,d)λ
由题意知，亮条纹的数目n＝10
则第1个亮条纹到第11个亮条纹的中心间距 L＝ eq \f(nlλ,d)
代入数据得L＝1.178×10－2 m。
答案：(1)频率 C (2)1.178×10－2 m
12．如图所示，在双缝干涉实验中，S1和S2为双缝，P是光屏上的一点，已知P点与S1和S2的距离之差为2.1×10－6 m，今分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验，问P点是亮条纹还是暗条纹？
(1)已知A光在折射率为n＝1.5的介质中的波长为4×10－7 m；
(2)已知B光在某种介质中的波长为3.15×10－7 m，当B光从这种介质射向空气时，临界角为37°(sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8)。
解析：(1)设A光在空气中的波长为λ1，在介质中的波长为λ2，由n＝ eq \f(c,v)＝ eq \f(λ1,λ2) 得
λ1＝nλ2＝1.5×4×10－7 m＝6×10－7 m
根据路程差Δx＝2.1×10－6 m
所以N1＝ eq \f(Δx,λ2)＝ eq \f(2.1×10－6 m,6×10－7 m)＝3.5
由此可知，从S1和S2到P点的路程差Δx是波长λ1的3.5倍，所以P点为暗条纹。
(2)根据临界角与折射率的关系sin C＝ eq \f(1,n′) 得
n′＝ eq \f(1,sin 37°)＝ eq \f(5,3)
由此可知，B光在空气中的波长λ3为
λ3＝n′λ4＝ eq \f(5,3)×3.15×10－7 m＝5.25×10－7 m
所以N2＝ eq \f(Δx,λ3)＝ eq \f(2.1×10－6 m,5.25×10－7 m)＝4
可见，用B光做光源，P点为亮条纹。
答案：(1)暗条纹 (2)亮条纹
(建议用时：40分钟)
1．(多选)下列属于光的干涉现象的是( )
A B
C D
BC 解析：题图A属于单缝衍射，题图B属于薄膜干涉，题图C属于薄膜干涉，题图D属于光的色散，故属于光的干涉现象的是B、C。
2．(2021·威海模拟)5G是指第五代通信技术，采用3 300～5 000 MHz(1 M＝ 106)频段的无线电波。第四代移动通信技术4G，其频段范围是1 880～2 635 MHz。5G网络的传输速率(指单位时间传送的数据量大小)可达10 Gbps(bps为bits per secnd的英文缩写，即比特率、比特每秒)，是4G网络的 50～100 倍。下列说法正确的是( )
A. 4G信号和5G信号都是纵波
B. 4G信号更容易发生衍射现象
C. 4G信号和5G信号相遇能产生稳定干涉现象
D. 5G信号比4G信号在真空中的传播速度快
B 解析：电磁波均为横波，故选项A错误；因5G信号的频率更高，则波长较小，故4G信号更容易发生明显的衍射现象，故选项B正确；两种不同频率的波相遇不能发生稳定干涉现象，故选项C错误；任何电磁波在真空中的传播速度均为光速，故传播速度相等，选项D错误。
3．如图所示，让太阳光或白炽灯光通过偏振片P和Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片P或Q，可以看到透射光的强度会发生变化，这是光的偏振现象，这个实验表明( )
A. 光是电磁波 B. 光是一种横波
C. 光是一种纵波 D. 光是概率波
B 解析：光的偏振现象证明光是一种横波，故选B。
4．(多选)将激光束的宽度聚焦到纳米级(10－9 m)范围内，可修复人体已损坏的器官，可对DNA分子进行超微型基因修复，把至今尚令人无奈的癌症、遗传疾病彻底根除，以上功能是利用了激光的( )
A. 单色性好 B. 平行度好
C. 粒子性 D. 能量高
BD 解析：激光的平行度好，故可聚焦到很小的范围；激光的亮度高、能量大，故可修复器官。
5．如图所示为双缝干涉实验中产生的干涉条纹图样，图甲为用绿光进行实验的图样，图乙为换用另一种单色光进行实验的图样，则以下说法正确的是( )
A. 图乙可能是用红光进行实验产生的条纹，表明红光波长较长
B. 图乙可能是用紫光进行实验产生的条纹，表明紫光波长较长
C. 图乙可能是用紫光进行实验产生的条纹，表明紫光波长较短
D. 图乙可能是用红光进行实验产生的条纹，表明红光波长较短
A 解析：题图乙中相邻条纹的间距比题图甲的大，故题图乙中光的波长较长，即比绿光的波长长。红光的波长比绿光长，紫光的波长比绿光短，故A正确。
6．(多选)如图甲所示，用单色光照射透明标准板M来检查平面N的上表面的平滑情况，观察到如图乙所示条纹中的P和Q的情况，这说明( )
A. N的上表面A处向上凸起
B. N的上表面B处向上凸起
C. N的上表面A处向下凹陷
D. N的上表面B处向下凹陷
BC 解析：由题图甲可知，空气薄膜的厚度从左向右依次增大，又因为同一条亮(暗)条纹上各处的空气薄膜厚度相同，由题图乙可知被检查平面的P处条纹向左弯曲，意味着后一级条纹提前出现，可见P处对应的平面N的上表面A处对应的空气层厚度与后一级条纹对应的空气层厚度相同，而后一级条纹本来对应的空气层厚度比前一级大，可见A处向下凹陷，故A错误，C正确；同理可知B处存在凸起，故B正确，D错误。
7．市场上有一种灯具俗称“冷光灯”，用它照射物体时能使被照物体处产生的热效应大大降低，从而广泛地应用于博物馆、商店等处。这种灯降低热效应的原因之一是在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面上镀一层薄膜(例如氟化镁)，这种膜能消除玻璃表面反射回来的产生热效应最显著的红外线，以λ表示此红外线在薄膜中的波长，则所镀薄膜的厚度最小应为( )
A. eq \f(λ,8) B eq \f(λ,4) C. eq \f(λ,2) D. λ
B 解析：当薄膜的最小厚度为红外线在薄膜中波长的 eq \f(1,4) 时，从两表面反射的光的光程差恰好为 eq \f(1,2)λ，则两反射光叠加时，相互抵消，这样就减小了反射光的强度。故选B。
8．如图所示，甲、乙、丙、丁四个图是不同的单色光形成的双缝干涉或单缝衍射图样，分析各图样的特点可以得出的正确结论是( )
A. 甲、乙是光的干涉图样
B. 丙、丁是光的干涉图样
C. 形成甲图样的光的波长比形成乙图样的光的波长短
D. 形成丙图样的光的波长比形成丁图样的光的波长短
A 解析：干涉条纹是等间距的条纹，因此题图甲、乙是干涉图样，题图丙、丁是衍射图样，故A项正确，B项错误；由公式Δx＝ eq \f(l,d)λ可知，条纹宽的入射光的波长长，所以题图甲图样的光的波长比题图乙图样的光的波长长，故C项错误；题图丙图样的光的波长比题图丁图样的光的波长长，故D项错误。
9．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
B. 减小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
C 解析：双缝干涉的条纹间距公式为Δx＝ eq \f(l,d)λ。增大S1与S2的间距就是增大d，所以条纹间距变小，A错误；减小双缝屏到光屏的距离就是减小l，条纹间距减小，B错误；红光的波长比绿光的波长长，紫光的波长比绿光的波长短，所以将绿光换为红光可使条纹间距增大，将绿光换为紫光可使条纹间距减小，C正确，D错误。
10．ABCDE为单反照相机取景器中五棱镜的一个截面示意图，AB⊥BC，由a、b两种单色光组成的细光束从空气垂直于AB射入棱镜，经两次反射后光线垂直于BC射出，且在CD、AE边只有a光射出，光路图如图所示，则a、b两束光( )
A. a光的频率比b光的频率大
B. b光比a光更容易发生明显衍射现象
C. 在棱镜内，a光的传播速度比b光的小
D. 以相同的入射角从空气斜射入水中，b光的折射角较小
D 解析：在CD边和AE边都只有a光射出，说明b光发生了全反射，而a光没有发生全反射，说明b光的临界角较小，由临界角公式sin C＝ eq \f(1,n)，可知b光的折射率较大，则a光的频率比b光的频率小，选项A错误；根据频率和波长的关系可知，a光的波长比b光的波长长，更容易产生明显衍射现象，选项B错误；根据n＝ eq \f(c,v)可知，在棱镜内，a光的传播速度比b光的传播速度大，选项C错误；以相同的入射角从空气斜射入水中，根据折射定律n＝ eq \f(sin θ1,sin θ2)，折射率越大，折射角越小，选项D正确。
11．(1)杨氏干涉实验证明光的确是一种波，一束单色光投射在两条相距很近的狭缝上，两狭缝就成了两个光源，它们发出的光波满足干涉的必要条件，则两列光的________相同。如图所示，在这两列光波相遇的区域中，实线表示波峰，虚线表示波谷，如果放置光屏，在________(选填“A”“B”或“C”)点会出现暗条纹。
(2)在上述杨氏干涉实验中，若单色光的波长 λ＝5.89×10－7 m，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。
解析：(1)要形成光的干涉，两列光的频率应该相同，在题图所示的干涉区域放置光屏，波峰与波谷相遇的C点会出现暗条纹。
(2)相邻亮条纹的中心间距Δx＝ eq \f(l,d)λ
由题意知，亮条纹的数目n＝10
则第1个亮条纹到第11个亮条纹的中心间距 L＝ eq \f(nlλ,d)
代入数据得L＝1.178×10－2 m。
答案：(1)频率 C (2)1.178×10－2 m
12．如图所示，在双缝干涉实验中，S1和S2为双缝，P是光屏上的一点，已知P点与S1和S2的距离之差为2.1×10－6 m，今分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验，问P点是亮条纹还是暗条纹？
(1)已知A光在折射率为n＝1.5的介质中的波长为4×10－7 m；
(2)已知B光在某种介质中的波长为3.15×10－7 m，当B光从这种介质射向空气时，临界角为37°(sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8)。
解析：(1)设A光在空气中的波长为λ1，在介质中的波长为λ2，由n＝ eq \f(c,v)＝ eq \f(λ1,λ2) 得
λ1＝nλ2＝1.5×4×10－7 m＝6×10－7 m
根据路程差Δx＝2.1×10－6 m
所以N1＝ eq \f(Δx,λ2)＝ eq \f(2.1×10－6 m,6×10－7 m)＝3.5
由此可知，从S1和S2到P点的路程差Δx是波长λ1的3.5倍，所以P点为暗条纹。
(2)根据临界角与折射率的关系sin C＝ eq \f(1,n′) 得
n′＝ eq \f(1,sin 37°)＝ eq \f(5,3)
由此可知，B光在空气中的波长λ3为
λ3＝n′λ4＝ eq \f(5,3)×3.15×10－7 m＝5.25×10－7 m
所以N2＝ eq \f(Δx,λ3)＝ eq \f(2.1×10－6 m,5.25×10－7 m)＝4
可见，用B光做光源，P点为亮条纹。
答案：(1)暗条纹 (2)亮条纹
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