粤教版高中物理选择性必修第一册第四章光及其应用第4节光的干涉训练含解析

第4节 光的干涉

A组·基础达标

1．(多选)(2020年潍坊一中月考)杨氏干涉实验证明光是一种波，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，它们发出的光波发生干涉，产生的干涉图样如图所示，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，则下列说法正确的(　　)

A．A点出现明条纹

B．B点出现明条纹

C．C点出现暗条纹

D．C点出现明条纹

【答案】ABC　【解析】波峰与波峰或者波谷与波谷相叠加振动加强，所以A点与B点出现明条纹，波峰与波谷叠加振动减弱，所以C点出现暗条纹，故A、B、C正确，D错误．

2．(2020年庐阳模拟)如图所示，用单色光做双缝干涉实验，P处为第二暗条纹，改用频率较低的单色光重做上述实验(其他条件不变)时，则同侧第二暗条纹的位置(　　)

A．仍在P处

B．在P点上方

C．在P点下方

D．要将屏向双缝方向移近一些才能看到

【答案】B　【解析】频率越低，波长越大，在干涉图样中相邻两暗纹间的距离越大，故选B.

3．(多选)(2020年河北检测)如图所示，一束复色光从空气射入玻璃中，得到a、b两条折射光线，以下说法正确的是(　　)

A．折射光a的波长小于折射光b的波长

B．两束光在相遇区域会发生干涉现象

C．如果让两束光分别在同一点通过同一个双缝发生干涉，则所得干涉条纹间的距离Δxa<Δxb

D．在玻璃中a光较b光速度快

【答案】AC　【解析】a光的偏折程度大于b光的偏折程度，折射率大的光频率大，根据λ＝知，频率大，波长小，所以折射光a的波长小于折射光b的波长，A正确； a、b两列光的频率不同，不能发生干涉，B错误；因为λa<λb，知干涉条纹间的距离Δxb＞Δxa，C正确；根据v＝得，a光的折射率大，则在玻璃砖中传播的速度小，D错误．

4．如图所示，用频率为f的单色光垂直照射双缝，在光屏上的P点出现第3条暗条纹．已知光速为c，则P点到双缝的距离之差r2－r1应为(　　)

A．  B．

C．  D．

【答案】D　【解析】在某点产生暗条纹的条件是：光程差r2－r1为半波长的奇数倍．已知P点出现第3条暗条纹，说明r2－r1＝λ， 由c＝λf得λ＝，则r2－r1＝.

5.某同学利用如图所示实验观察光的干涉现象，其中A为单缝屏，B为双缝屏，C为光屏．当他让一束阳光照射A屏时，C屏上并没有出现干涉条纹，他移走B后，C上出现一个窄亮斑．分析实验失败的原因可能是(　　)

A．单缝S太窄

B．单缝S太宽

C．S到S1和S2距离不相等

D．阳光不能作光源

【答案】B　【解析】双缝干涉中单缝的作用是获得线光源，而线光源可以看作是由许多个点光源沿一条线排列组成的，这里观察不到光的干涉现象是由于单缝太宽，得不到线光源．故B正确．

6．(多选)用波长为λ的单色光照射单缝O，经过双缝M、N在屏上产生明暗相间的干涉条纹，如图所示，图中a、b、c、d、e为相邻亮条纹的位置，c为中央亮条纹，则(　　)

A．O到达a、b的路程差为零

B．M、N到达b的路程差为λ

C．O到达a、c的路程差为4λ

D．M、N到达e的路程差为2λ

【答案】BD　【解析】振动一致的两光源在空间发生干涉，得到亮条纹的条件满足双缝到某点的路程差Δx＝nλ(n＝0,1,2，3…)，故B、D正确．

7．(2020年辽宁联考)在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏幕上观察到了彩色干涉条纹，若在双缝中的一缝前放一红色滤光片(只能透过红光)，另一缝前放一绿色滤光片(只能透过绿光)，这时(　　)

A．只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其他颜色的双缝干涉条纹消失

B．红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其他颜色的干涉条纹依然存在

C．任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮

D．屏上无任何光亮

【答案】C　【解析】红光和绿光的频率不同，不能产生干涉现象，故不能产生干涉条纹．

8．如图所示是研究激光相干性的双缝干涉示意图，挡板上有两条狭缝S1、S2，由S1和S2发出的两列波到达屏上时会产生干涉条纹．已知入射激光波长为λ，屏上的P点到两缝S1和S2的距离相等，如果把P处的亮条纹记作第0号亮纹，由P向上数与0号亮纹相邻的亮纹为1号亮纹，与1号亮纹相邻的亮纹为2号亮纹，设P1处的亮纹恰好是10号亮纹，直线S1P1的长度为r1，S2P1的长度为r2，则r2－r1等于(　　)

A．5λ　　 B．10λ

C．20λ　　 D．40λ

【答案】B　【解析】由题设可知，从中央亮条纹P算起，P1点处是第10号亮条纹的位置，表明缝S1、S2到P1处的距离差r2－r1为波长的整数倍，且刚好是10个波长，所以B正确．

9.在杨氏双缝干涉实验中，如果不用激光光源而用一般的单色光源，为了完成实验可在双缝前边加一单缝获得线光源，如图所示，在用单色光做双缝干涉实验时，若单缝S从双缝S1、S2的中央对称轴位置处稍微向上移动，则(　　)

A．不再产生干涉条纹

B．仍可产生干涉条纹，且中央亮纹P的位置不变

C．仍可产生干涉条纹，中央亮纹P的位置向上移

D．仍可产生干涉条纹，中央亮纹P的位置略向下移

【答案】D　【解析】本实验中单缝S的作用是形成频率一定的线光源，双缝S1、S2的作用是形成相干光源，稍微移动S后，没有改变传到双缝的光的频率，S1、S2射出的仍是相干光，由单缝S发出的光到达屏幕上P点下方某点光程差为零，故中央亮纹下移．

10.如图所示，在杨氏双缝干涉实验中，激光的波长为5.30×10－7 m，屏上P点距双缝S1和S2的路程差为7.95×10－7 m，则在这里出现的应是__________(填“明条纹”或“暗条纹”)，现改用波长为6.30×10－7 m的激光进行上述实验，保持其他条件不变，则屏上的条纹间距将________(填“变宽”“变窄”或“不变”)．

【答案】暗条纹　变宽　【解析】由于＝1.5，路程差为半波长的奇数倍，是暗条纹．若改用更大波长的光做双缝干涉，由于相邻条纹间距与波长成正比，故条纹间距变宽．

B组·能力提升

11．瓦斯在隧道施工、煤矿采掘等危害极大，某同学查资料得知含有瓦斯的气体的折射率大于干净空气的折射率，于是他根据双缝干涉现象设计了一个监测仪，其原理如图所示：在双缝前面放置两个完全相同的透明容器A、B，容器A与干净的空气相通，在容器B中通入矿井中的气体，观察屏上的干涉条纹，就能够监测瓦斯浓度．如果屏的正中央O点变为暗纹，说明B中气体(　　)

A．一定含瓦斯  B．一定不含瓦斯

C．不一定含瓦斯  D．无法判断

【答案】A　【解析】如果屏的正中央O变为暗纹，说明从两个相干光源到屏的光程差发生变化，所以B中气体一定含瓦斯．

12．(多选)(2020年杭州检测)如图所示，在利用双缝干涉测量光的波长的实验中，单缝S0、双缝中点O、屏上的P0点均位于双缝S1和S2的中垂线上，屏上P点处是P0上方的第3条亮条纹(不包括P0点处的亮条纹)的中心．已知入射光在真空中的波长为λ，真空中的光速为c，双缝S1与S2之间距离为d，双缝到屏的距离为L，若整个装置处于真空中，则下列说法正确的是(　　)

A．来自双缝S1和S2的光传播到P点处的时间差为

B．屏上P点和P0点之间仅能观察到两条暗条纹

C．仅将单缝S0向左(保持S0在双缝的中垂线上)移动的过程中，P点处能观察到暗条纹

D．仅将屏向右(保持P0在双缝的中垂线上)移动的过程中，P点处能观察到暗条纹

【答案】AD　【解析】来自双缝S1和S2的光传播到P点处的路程差为3λ，则时间差为，A正确；由题意可知，屏上P点和P0点之间仅能观察到三条暗条纹，B错误；根据Δx＝λ可知，仅将单缝S0向左(保持S0在双缝的中垂线上)移动的过程中，条纹间距不变，则P点处仍是亮条纹，C错误；根据Δx＝λ可知，仅将屏向右(保持P0在双缝的中垂线上)移动的过程中，l变大，则条纹间距变大，则P点处能观察到暗条纹，D正确．

13.(2020年河北联考)某一质检部门为检测一批矿泉水的质量，利用干涉原理测定矿泉水的折射率．方法是将待测矿泉水填充到特制容器中，放置在双缝与荧光屏之间(之前为空气)，如图所示，特制容器未画出，通过比对填充后的干涉条纹间距x2和填充前的干涉条纹间距x1就可以计算出该矿泉水的折射率．则下列说法正确的是(设空气的折射率为1)(　　)

A．x2＝x1

B．x2>x1

C．该矿泉水的折射率为

D．该矿泉水的折射率为

【答案】C　【解析】根据双缝干涉条纹的间距公式Δx＝λ，n＝＝，可以知道光在水中的波长小于空气中的波长，所以在水中的干涉条纹间距x2小于填充前的干涉条纹间距x1，A、B错误；根据双缝干涉条纹的间距公式Δx＝λ，n＝＝，可得x1＝λ0，x2＝λ＝，所以n＝，C正确，D错误．

14．光纤通信是70年代以后发展起来的新兴技术，世界上许多国家都在积极研究和发展这种技术．发射导弹时，可在导弹后面连一根细如蛛丝的光纤，就像放风筝一样，这种纤细的光纤在导弹和发射装置之间，起着双向传输信号的作用．光纤制导的下行光信号是镓铝砷激光器发出的在纤芯中波长为0.85 μm的单色光．上行光信号是铟镓砷磷发光二极管发射的在纤芯中波长为1.06 μm的单色光．这种操纵系统通过这根光纤向导弹发出控制指令，导弹就如同长“眼睛”一样盯住目标．根据以上信息，回答下列问题：

(1)在光纤制导中，上行光信号在真空中的波长是多少？

(2)为什么上行光信号和下行光信号要采用两种不同频率的光？(已知光纤纤芯的折射率为1.47)

【答案】(1)1.56 μm　(2)见解析

【解析】(1)设信号频率为f，真空中的波长为λ0，c＝λ0f，光在纤芯中的频率仍为f，波长为λ，则光在纤芯中的速度v＝λf，又n＝，可以得出

λ0＝nλ＝1.47×1.06 μm＝1.56 μm.

(2)上行光信号和下行光信号的频率相同，将发生干涉现象而互相干扰．