2023-2024学年鲁科版选择性必修第一册 第5章 光的干涉、衍射和偏振 单元测试

章末综合检测

(时间：90分钟　满分：100分)

一、单项选择题(本题共8小题，每小题3分，共24分，在每小题给出的四个选项中只有一个选项符合题目要求)

1．光在日常生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是(　　)

A．全息照相是应用光的衍射实现的

B．摄像机镜头采用镀膜技术增加了透射光，这是利用了光的衍射

C．拍摄玻璃橱窗中的物品时，在镜头前加偏振片是利用了光的干涉

D．显微镜、近视眼镜、远视眼镜等是利用光的折射制成的

解析：D　全息照相是应用光的干涉实现的，故A错误；摄像机镜头采用镀膜技术增加了透射光，这是利用了光的干涉，故B错误；拍摄玻璃橱窗中的物品时，在镜头前加偏振片是利用了光的偏振，故C错误；望远镜、显微镜、近视眼镜、远视眼镜等是利用光的折射制成的，故D正确。

2．对如图所示的图片、示意图或实验装置图，下列判断正确的是(　　)

A．甲图是小孔衍射的图样，也被称为“泊松亮斑”

B．乙图是利用薄膜干涉来检测玻璃板的平整程度，它是由于光在被检测玻璃板的上下表面反射后叠加的结果

C．丙图是双缝干涉原理图，若P到S1、S2的路程差是半波长的偶数倍，则P处是亮纹

D．丁图是薄膜干涉现象的实验装置图，在附有肥皂膜的铁丝圈上，出现竖直干涉条纹

解析：C　甲图是小孔衍射的图样，而“泊松亮斑”是圆板衍射，故不是“泊松亮斑”，A错误；入射光经标准样板下表面反射后得第一束光，折射光经被检测玻璃板上表面反射得第二束光，并不是被检测玻璃板的上下表面反射后的光，B错误；丙图是双缝干涉原理图，若P到S1、S2的路程差是半波长的偶数倍，则P处是亮纹，C正确；丁图是薄膜干涉现象的实验装置图，在附有肥皂膜的铁丝圈上，出现水平干涉条纹，D错误。

3．红光透过双缝在墙上呈现明暗相间的条纹，若将其中一个缝封住，在墙上可以观察到(　　)

解析：A　若将其中一个缝封住，在墙上可以观察到衍射条纹，即中央是亮纹，平行且不等距，故选A。

4．用图示实验装置演示光的偏振现象，白炽灯O发出的光通过两个透振方向平行的偏振片P、Q照到光屏上，通过偏振片前后的光束分别用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示，下列说法正确的是(　　)

A．白炽灯发出的光是纵波

B．偏振片Q起到检偏的作用

C．光束Ⅱ中光振动方向与透振方向垂直

D．将偏振片P以光传播方向为轴转过45°，光束Ⅲ将消失

解析：B　白炽灯的光通过两个透振方向平行的偏振片P、Q照到光屏上，不能说明白炽灯的光是纵波，A错误；当白炽灯光经偏振片P后就成为偏振光，又经与P平行的偏振片Q照到光屏上，所以偏振片Q起到检偏的作用，B正确；光束Ⅱ中的光是经偏振片P透射来的，所以光束Ⅱ中光振动方向与透振方向平行，C错误；将偏振片P以光传播方向为轴转过45°，光束Ⅲ将会减弱，D错误。

5.如图所示，光热转换是将太阳能转换成其他物质内能的过程，太阳能热水器就是一种光热转换装置，它的主要转换器件是真空玻璃管，这些玻璃管将太阳能转换成水的内能。真空玻璃管上采用镀膜技术增加透射光，使尽可能多的太阳能转换成热能，这种镀膜技术的物理依据是(　　)

A．光的直线传播  B．光的折射

C．光的干涉  D．光的衍射

解析：C　真空玻璃管上采用镀膜技术，利用的是从镀膜前后表面反射回的光相互叠加，增加透射光的强度，故该技术运用了光的干涉原理，选项C正确。

6.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

解析：C　双缝干涉的条纹间距公式Δy＝λ，增大S1与S2的间距就是增大d，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，条纹间距变小，B错误；红光波长比绿光波长长，紫光波长比绿光波长短，所以将绿光换为红光，条纹间距增大，C正确，D错误。

7．激光散斑测速是一种崭新的测速技术，它利用了光的干涉原理。用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以及相邻两条亮纹间距Δy。若所用激光的波长为λ，则该实验测定物体运动速度的表达式是(　　)

A．v＝  B．v＝

C．v＝  D．v＝

解析：B　双缝间距d＝vΔt，由Δy＝λ，得v＝，B正确。

8．登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射，尤其是眼睛不能长时间被紫外线照射，否则将会严重地损伤视力。有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能大大减小紫外线对眼睛的伤害的眼镜。他选用的薄膜材料的折射率为n＝1.5，要消除的紫外线的频率ν＝8.1×1014 Hz，那么他设计的这种“增反膜”的厚度至少是(　　)

A．9.25×10－8 m  B．1.85×10－7 m

C．1.24×10－7 m  D．6.18×10－8 m

解析：C　由n＝，得v＝＝ m/s＝2×108 m/s。根据波速公式v＝λν，得λ＝＝ m＝2.47×10－7 m。要实现“增反”的效果，薄膜的厚度至少为半个波长，那样在薄膜的表面两列反射光相互加强，从而使入射到眼睛的紫外线减弱，减轻紫外线对眼睛的伤害，故选项C正确。

二、多项选择题(本题共4小题，每小题4分，共16分。在每小题给出的四个选项中有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分)

9．下列现象中涉及光的干涉原理的是(　　)

解析：BC　内窥镜中的光导纤维利用的是全反射的原理，A错误；全息照相利用的是光的干涉原理，B正确；镜头玻璃的颜色利用的是薄膜干涉原理，C正确；光经过大头针针尖的图样是光的衍射现象，D错误。

10．关于如图所示的四幅图，以下说法正确的是(　　)

A．图甲是一束复色光进入水珠后传播的示意图，其中a光束在水珠中传播的速度一定大于b光束在水珠中传播的速度

B．图乙是一束单色光进入足够长的平行玻璃砖后传播的示意图，当入射角i逐渐增大到某一值后不会再有光线从bb′面射出

C．图丙中的M、N是偏振片，P是光屏。当M固定不动缓慢转动N时，光屏P上的光度将明、暗交替变化，此现象表明光波是横波

D．图丁是用干涉法检测工件表面平整程度时得到的干涉图样，弯曲的干涉条纹说明被检测的平面在此处是凸起的

解析：AC　根据题图甲可知，b光在水珠中偏折程度较大，b光的折射率比较大，由折射率与速度的关系可得，折射率越大，在介质中传播速度越小，所以a的传播速度大，故A正确；入射角无论如何增大，光线在bb′面上的入射角总是小于全反射临界角，所以肯定有光线从bb′面射出，故B错误；只有横波才能产生偏振现象，故C正确；由于不知道工件的放置方向，所以不能判断此处是凸起，故D错误。

11．做单缝衍射实验和双缝干涉实验时，用激光比普通光源效果更好，图像更清晰。如图甲所示，如果将感光元件置于光屏上，则不仅能在光屏上看到彩色条纹，还能通过感光元件中的信号转换，在电脑上看到光强的分布情况。下列说法正确的是(　　)

A．做单缝实验时，光强分布图如乙所示

B．做单缝实验时，光强分布图如丙所示

C．做双缝实验时，光强分布图如乙所示

D．做双缝实验时，光强分布图如丙所示

解析：AD　双缝干涉条纹间距相等，单缝衍射条纹一定间距不等，即中央宽、两边窄的明暗相间的条纹。若做单缝实验时，光强分布图如图乙所示，故A正确，B错误；若做双缝实验时，光强分布图如图丙所示，故C错误，D正确。

12．霓是大气中有时和虹一起出现的一种光的现象，也叫“副虹”。它的形成原理与彩虹大致相同，太阳光在水珠中的反射比彩虹多了一次，是经过水珠的两次折射和两次反射形成的，其成因的简化示意图如图所示，其中a、b是两种不同频率的单色光，则a、b两光相比较(　　)

A．b光的频率更低

B．在同一介质中，a光的传播速度更快

C．分别照射同一狭缝，a光通过狭缝时的衍射现象更明显

D．从水中射入空气时，b光发生全反射的临界角更大

解析：AD　由题图可知，在第一次折射时，a、b两光的入射角相同，b光的折射角明显大于a光的折射角，由折射率公式n＝，可知b光折射率小，频率也小，A正确；在相同介质中传播时，由v＝可知，因nb<na，所以va<vb，B错误；分别照射同一狭缝，由产生明显衍射现象的条件可知，a、b光相比，波长越长衍射现象越明显，因为b光的频率小，波长大，所以b光的衍射现象更明显，C错误；从水中射入空气，满足从光密介质射入光疏介质的条件，会产生全反射，由临界角公式sin C＝可知，因nb<na，所以b光临界角更大，D正确。

三、非选择题(本题共6小题，共60分)

13．(6分)在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，若已知双缝间的距离d。

(1)若测定绿光的波长，应选用________色的滤光片。实验时需要测定的物理量有__________________和__________________。

(2)已知双缝到光屏之间的距离l＝500 mm，双缝之间的距离d＝0.50 mm，单缝到双缝之间的距离s＝100 mm，某同学在用测量头测量时，调整手轮，在测量头目镜中先看到分划板中心刻线对准A条亮纹的中心，然后他继续转动，使分划板中心刻线对准B亮条纹的中心，前后两次游标卡尺的读数如图所示。则入射光的波长λ＝________m(结果保留2位有效数字)。

解析：(1)由于测量绿光的波长，因此应用绿色滤光片。由Δy＝ λ可知要想测λ必须测定双缝到屏的距离l和相邻条纹的间距Δy。

(2)游标卡尺读数精确度为0.1 mm，A位置主尺读数为11 mm，游标尺读数为1×0.1 mm＝0.1 mm，读数为a1＝11 mm＋0.1 mm＝11.1 mm，同理B位置读数为a2＝15.6 mm，则条纹间距Δy＝≈0.64 mm。λ＝Δy＝6.4×10－7 m。

答案：(1)绿　双缝到屏的距离　相邻条纹的间距　

(2)6.4×10－7

14．(8分)如图是用双缝干涉测光的波长的实验装置示意图，某次实验选用的双缝间的间距为d，毛玻璃屏与双缝间的距离为l，接通电源使光源正常工作。

(1)为了达到实验目的，根据已标明的实验器材，可判断出M处的实验器材是________；

(2)若实验测得相邻亮纹中心间的距离为Δy，则所测单色光波长的计算式λ＝__________(用题中所给的字母表示)。

(3)小光同学在实验中将中心刻线分别对准第1和第5条亮条纹中央时，测量头游标尺读数分别如图所示，则两游标尺读数分别为________mm和________mm(游标刻度对齐处已用箭头标注)，如果已经测得双缝的间距d＝0.30 mm、双缝和毛玻璃屏之间的距离是l＝900 mm，则待测光的波长是____________(计算结果保留3位有效数字)。

解析：(1)为获取单色线光源，白色光源后面要有滤光片、单缝，然后让单色线光源通过双缝在光屏上形成干涉图样，M处的实验器材是单缝。

(2)根据Δy＝λ得，单色光波长的表达式λ＝。

(3)由于游标尺第0格对齐，则根据游标卡尺的读数规则，读出图中读数为10.00 mm。

根据游标卡尺的读数规则有1.6 cm＋24 × mm＝16.48 mm

则四个亮条纹之间的距离为16.48 mm－10.00 mm＝6.48 mm

则相邻两条亮条纹的条纹间距Δy＝ mm＝1.62 mm

由公式得λ＝·Δy＝×1.62×10－3 m＝5.40×10－7 m。

答案：(1)单缝　(2)　(3)10.00　16.48　5.40×10－7 m

15．(8分)利用激光方向性强的特性，可以精确地测量距离，对准目标发射一个极短的激光脉冲，测量发射脉冲与收到反射脉冲的时间间隔，就可以求出激光器到目标的距离。若在地球上向月球发射一个激光脉冲，测得从发射到收到反射脉冲所用的时间为2.56 s，则月球到地球的距离大约是多少？

解析：真空中的光速c＝3.0×108 m/s，

从发射脉冲到收到反射脉冲所用时间t＝2.56 s，月球与地球距离为：l＝ct＝×3.0×108×2.56 m＝3.84×105 km。

答案：3.84×105 km

16．(10分)如图所示，杨氏双缝实验中，下述情况能否看到干涉条纹？说明理由。

(1)在单色自然光源S后加一偏振片P。

(2)在(1)情况下，再加P1、P2两个偏振片，偏振片P1与P2的透振方向垂直。

解析：(1)到达S1、S2的光是从同一偏振光分解出来的，它们满足相干条件，故能看到干涉条纹。

(2)若P1和P2中有一个与P的透振方向垂直，在光屏上只有其中之一的光波，所以不能看到干涉条纹。若P1、P2都不与P的透振方向垂直，则从P1、P2射出的光透振方向相互垂直，两振动方向相互垂直的光不能产生干涉现象，故不能看到与双缝平行的干涉条纹。

答案：见解析

17．(14分)用某一单色光做双缝干涉实验时，已知双缝间距离为0.25 mm，在距离双缝为1.2 m处的光屏上，测得第1条亮纹到第5条亮纹间的距离为7.5 mm。

(1)求这种单色光的波长。

(2)若用这种单色光照射到增透膜上，已知增透膜对这种光的折射率为1.3，则增透膜的厚度应取多少？

解析：(1)条纹间距Δy＝ m＝1.875×10－3 m，

由Δy＝λ，得λ＝Δy，解得λ＝3.9×10－7 m。

(2)因n＝＝＝，

那么光在增透膜中的波长λ′＝＝ m＝3×10－7 m，

增透膜的厚度至少为：d′＝＝ m＝7.5×10－8 m。

答案：(1)3.9×10－7 m　(2)7.5×10－8 m

18．(14分)如图所示，用双缝干涉测光的波长的实验中，双缝S1、S2的间距d＝0.25 mm，双缝到光屏的距离l＝60 cm，光屏上的P点到S1、S2的距离之差Δr＝1.5×10－6 m，现用某单色光在空气中做双缝干涉实验，测得两条相邻亮条纹的中心间距Δy＝1.44 mm，光在空气中的传播速度c＝3×108 m/s。

(1)求单色光的波长和频率；

(2)判断P处是亮条纹还是暗条纹(写出判断依据)。

解析：(1)据干涉实验相邻亮条纹间距公式可知Δy＝λ

根据波长频率公式可知ν＝。

代入数据得λ＝6×10－7 m，ν＝5×1014 Hz。

(2)P到S1、S2的距离之差Δr＝1.5×10－6 m

单色光的波长λ＝6×10－7 m

由此可知Δr＝λ

所以P点为暗条纹。

答案：(1)6×10－7 m　5×1014 Hz　

(2)暗条纹，判断依据见解析