物理选择性必修 第一册第四章 光3 光的干涉同步训练题

第四章  光

3  光的干涉

【基础巩固】

1.(多选)英国物理学家托马斯·杨巧妙地解决了相干光源问题,第一次在实验室观察到了光的干涉现象.实验装置简图如图甲所示,M为竖直线状光源,N和O均为有狭缝的遮光屏,P为像屏.现有四种刻有不同狭缝的遮光屏如图乙所示,实验时正确的选择是              (    )

甲                       乙

A.N应选用遮光屏1         B.N应选用遮光屏3

C.O应选用遮光屏2         D.O应选用遮光屏4

解析:光先通过单缝,再通过双缝,才能形成相干光发生双缝干涉.根据像屏P上条纹分布可知,N应选用遮光屏 1,O应选用遮光屏 2,选项A、C正确,选项B、D错误.

答案:AC

2.白光通过双缝后在屏上产生彩色条纹,若用红色和绿色玻璃各挡住一缝,则屏上将              (    )

A.出现黄色的干涉条纹 

B.出现红绿相间的条纹

C.出现黑白相间的条纹 

D.无干涉条纹

解析:红光和绿光的频率不同,不能产生干涉现象.

答案:D

3.(多选)下图是光的双缝干涉的示意图,下列说法正确的是 (    )

A.单缝S的作用是为了增加光的强度

B.双缝S1、S2的作用是为了产生两个频率相同的线状光源

C.当S1、S2发出两列光波到P点的路程差为光的波长λ的1.5倍时,产生第二级暗条纹

D.当S1、S2发出的两列光波到P点的路程差为波长λ时,产生中央亮条纹

解析:单缝是为了获得线光源,选项A错误.双缝是为了获得相干光源,选项B正确.当S1、S2发出的两列光波到某点的路程差为0时,此点出现中央亮纹;路程差为时,此点出现第一级暗纹;路程差为λ时,此点出现第二级暗纹,选项C正确,选项D错误.

答案:BC

4.在双缝干涉实验中,光屏上P点到双缝S1、S2的距离之差Δs1=0.75 μm,光屏上Q点到双缝S1、S2的距离之差Δs2=1.5 μm.若用频率f=6.0×1014 Hz的光照射双缝,光在真空中的速度c=3.0×108 m/s,则              (    )

A.P点出现亮条纹,Q点出现暗条纹

B.P点出现暗条纹,Q点出现亮条纹

C.两点均出现亮条纹

D.两点均出现暗条纹

解析:由光的频率f=6.0×1014 Hz知光的波长λ==5×10-7 m.P点到双缝S1、S2的距离之差Δs1=0.75 μm=7.5×10-7 m=1.5λ.Q点到双缝S1、S2的距离之差Δs2=

1.5 μm=15×10-7 m=3λ.因此,P点出现暗条纹,Q点出现亮条纹,选项B正确.

答案:B

5.(2021·山东卷)用平行单色光垂直照射一层透明薄膜,观察到如图所示明暗相间的干涉条纹.下列关于该区域薄膜厚度d随坐标x的变化图像,可能正确的是 (　　) 

A           B            C            D

解析:此条纹是由上方玻璃板的下表面和下方玻璃板的上表面反射光叠加后形成的,其光程差为透明薄膜厚度的2倍.由题图可知,从左向右条纹的间距逐渐增大,结合干涉条纹对应的厚度公式可知,从左向右薄膜厚度的变化率逐渐减小,四个选项中,只有D符合题意.

答案:D

6.(多选)把一平行玻璃板压在另一个水平放置的平行玻璃板上,一端用薄片垫起,构成劈形空气薄膜,让单色光从上方垂直射入,如图所示,这时可以看到明暗相间的条纹.下列关于条纹的说法正确的是              (    )

A.干涉条纹的产生是光在劈形空气膜的上下两面反射形成的两列光叠加的结果

B.干涉条纹中的暗纹是上述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果

C.将上面的玻璃板平行上移,条纹向着劈尖移动

D.观察薄膜干涉条纹时,应在入射光的另一侧

解析:根据薄膜干涉的产生原理可知,题述现象是由劈形空气薄膜上下两面反射的两列光叠加而成的,当波峰与波峰、波谷与波谷相遇叠加时,振动加强,形成亮条纹,所以选项A正确,选项B错误.发生干涉的光是反射光,观察薄膜干涉时,应在入射光的一侧,选项D错误.条纹的位置与空气膜的厚度是对应的,当上面的玻璃板平行上移时,同一厚度的空气膜向劈尖移动,条纹向着劈尖移动,选项C正确.

答案:AC

7.在双缝干涉实验中,双缝到光屏上P点的距离之差为 0.6 μm.若分别用频率f1=5.0×1014 Hz和f2=7.5×1014 Hz的单色光垂直照射双缝,则频率为f1的a单色光照射时P点出现　　　　条纹,频率为f2的b单色光照射时P点出现　　　　条纹.(真空中的光速c= 3.0×108 m/s) 

解析:根据波的叠加知识,可知与两个狭缝的路程差是波长的整数倍处出现亮条纹,与两个狭缝的路程差是半波长的奇数倍处出现暗条纹.据λ=可得λ1== m=0.6×10-6 m=0.6 μm,λ2== m=0.4×10-6 m=0.4 μm,即Δs=λ1,Δs=λ2.a光照射时P点出现亮条纹,b光照射时P点出现暗条纹.

答案:亮　暗

【拓展提高】

8.某同学查资料得知,含有天然气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,容器B通入矿井中的气体,通过观察屏上的干涉条纹,就能够监测天然气浓度.若屏的正中央O点变为暗纹,则说明B中气体 (　　)  

A.一定含有天然气                B.一定不含有天然气

C.不一定含有天然气              D.无法判断

解析:若屏的正中央O变为暗纹,则说明从两个子光源到屏的路程差发生了变化,所以B中气体一定含有天然气.

答案:A

9.(多选)下列说法正确的是 (　　)

A.在光的双缝干涉实验中,若仅将入射光由绿光改为红光,则干涉条纹间距变宽

B.水中的气泡看起来特别明亮,是因为光从水中射向气泡时在气泡表面发生了全反射

C.两列水波发生干涉时,两列波的波峰相遇点的质点振动位移始终最大

D.由于超声波的频率很高,所以超声波不易发生明显衍射现象

解析:光的双缝干涉实验中,若仅将入射光由绿光改为红光,因波长变长,根据条纹间距公式Δx=λ,干涉条纹间距变宽,故选项A正确;光束从水中射向气泡,当入射角等于或大于临界角时,出现全反射现象,则水中的气泡看起来特别明亮,故选项B正确;两列波的波峰相遇点,振动总是加强,振幅最大,但质点的位移不断变化,故选项C错误;超声波的频率很高,波长很小,不易发生明显衍射现象,故选项D正确.

答案:ABD

10.在双缝干涉实验中,用频率为5×1014 Hz的单色光照射双缝,若屏上P点到双缝距离之差为0.9 μm,则P点将出现　　　　条纹.若将整个装置放入折射率n=2的介质中进行上述实验,则P点将出现　　　　条纹.(真空中的光速c=3.0×108 m/s) 

解析:由c=λf得λ=0.6×10-6 m,==,即Δs=λ,P点出现暗条纹.放入n=2的介质中,v==1.5×108 m/s,由v=λ'f得λ'=0.3×10-6 m,==3,即Δs=3λ',P点出现亮条纹.

答案:暗　亮

11.激光散斑测速是一种新的测速技术,它应用了光的干涉原理.二次曝光照相所获得的“散斑对”相当于双缝干涉实验中的双缝,待测物体的速度v与二次曝光时间间隔Δt的乘积等于双缝间距.实验中可测得二次曝光时间间隔Δt、双缝到屏的距离l以及相邻两条亮纹的间距Δx.若所用激光波长为λ,则物体运动速度的表达式是　　　　　　　. 

解析:双缝干涉条纹间距Δx=λ,d=vΔt,所以Δx=λ,则v=.

答案:

12.双缝干涉实验装置如图所示,绿光通过单缝S后,投射到具有双缝的挡板上,双缝S1和S2到单缝S的距离相等,光通过双缝后在与双缝平行的屏上形成干涉条纹.屏上O点到双缝S1和S2的距离相等,P点出现第一级亮条纹.如果将入射的单色光换成红光或蓝光,屏上O点是亮条纹,还是暗条纹?说明其上方的第一级亮条纹的分布情况.

答案:由于O点到双缝的路程差为0,红光入射时O点是亮条纹,蓝光入射时O点也是亮条纹;P点是绿光的第一级亮条纹,红光的波长大于绿光的,条纹间距大于绿光的条纹间距,所以红光的第一级亮条纹在P点的上方,蓝光的波长小于绿光的,所以蓝光的第一级亮条纹在P点的下方.

【挑战创新】

13.光纤通信是20世纪70年代以后发展起来的新技术,世界上许多国家都在积极研究和发展这种技术.有线制导导弹发射时,在导弹后面连有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,导弹就如同长了“眼睛”一样盯住目标.已知光纤纤芯的折射率为1.47.

(1)在光纤制导中,上行光信号在真空中波长是多少?

(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?

解析:(1)设上行光信号的频率为f,在真空中的波长为λ0,c=λ0f,上行光信号在纤芯中的频率仍为f,波长为λ,上行光信号在纤芯中的速度v=λf,又n=,联立公式可以得出λ0=nλ=1.47×1.06 μm=1.56 μm.

(2)若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.

答案:(1)1.56 μm　(2)见解析.