高中物理沪科技版(2020)选修第一册第三节 光的干涉精品当堂达标检测题
展开1.从两只相同的手电筒射出的光,当它们在某一区域叠加后,看不到干涉图样,这是因为( )
A.手电筒射出的光不是单色光
B.干涉图样太细小看不清楚
C.周围环境的光太强
D.这两束光不是相干光源
【答案】D
2.双缝干涉实验的部分实验装置如图1所示,调整实验装置使得光屏上可以看到清晰的干涉条纹,关于干涉条纹的情况,下列叙述正确的是( )
图1
A.若将光屏向右平移一小段距离,屏上的干涉条纹不再清晰
B.若将光屏向左平移一小段距离,屏上的干涉条纹将不会发生变化
C.若将光屏向上平移一小段距离,屏上仍有清晰的干涉条纹
D.若将光屏向上平移一小段距离,屏上的干涉条纹将发生变化
【答案】C
【解析】双缝干涉发生后,并不只在光屏处有干涉图样,而是在双缝右侧的空间,只要通过双缝后,在两列光相遇的地方叠加都能发生光的干涉现象,并且在新的位置干涉条纹仍很清晰,故A错误,C正确;将光屏向左平移一小段距离,屏上的干涉条纹间距将变小,将光屏向上平移一小段距离,屏上的干涉条纹将不会发生变化,故B、D错误。
3.煤矿中瓦斯爆炸危害极大.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,他设计了一种利用光的干涉监测矿井瓦斯的仪器,原理如图2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,以下说法正确的是( )
图2
①如果屏的正中央仍是亮条纹,说明B中的气体与A中的空气成分相同,不含瓦斯
②如果屏的正中央是暗条纹,说明B中的气体与A中的空气成分不相同,可能含有瓦斯
③如果屏上干涉条纹不停地移动,说明B中的气体瓦斯含量不稳定
④只有用单色光照射单缝时,才可能在屏上出现干涉条纹
A.①③ B.②③ C.②④ D.①④
【答案】B
【解析】若B中气体含有瓦斯,光经过两容器时折射率不同,光速不同,到达屏正中央的光程差可能是波长的整数倍,也可能是半波长的奇数倍,所以屏的正中央可能是亮条纹,也可能是暗条纹,故屏的正中央为亮条纹时,B中气体可能含有瓦斯,也可能不含瓦斯,故①错误;如果屏的正中央是暗条纹,必有光程差,说明B中的气体与A中的气体成分不相同,可能含瓦斯,故②正确;如果屏上干涉条纹不停地移动,说明光程差不稳定,即B中的气体瓦斯含量不稳定,故③正确;无论用单色光还是白光照射单缝时,都能在屏上出现干涉条纹,故④错误,故选B。
考点二 亮、暗条纹的判断
4.双缝干涉实验中,下列说法正确的是(n为自然数,λ为光波波长)( )
A.在与双缝的距离之差相等的点形成暗条纹
B.在与双缝的距离之差为nλ的点形成暗条纹
C.在与双缝的距离之差为neq \f(λ,2)的点形成亮条纹
D.在与双缝的距离之差为(n+1/2)λ的点形成暗条纹
【答案】D
【解析】在双缝干涉实验中,当某处与双缝距离之差Δr为波长的整数倍时,这点为振动加强点,该处出现亮条纹;当Δr为半波长的奇数倍时,这点为振动减弱点,该处出现暗条纹,故选D。
5.如图3所示,用频率为f的单色光(激光)垂直照射双缝,在光屏的P点出现第3条暗条纹,已知光速为c,则P到双缝S1、S2的路程差|r1-r2|应为( )
图3
A.eq \f(c,2f) B.eq \f(3c,2f) C.eq \f(3c,f) D.eq \f(5c,2f)
【答案】D
【解析】在光屏P点出现第3条暗条纹,说明S1、S2到P点距离之差为eq \f(5,2)λ,而λ=eq \f(c,f),所以|r1-r2|=eq \f(5,2)λ=eq \f(5c,2f),D项正确。
6.在双缝干涉实验中,光屏上P点到双缝S1、S2的距离之差r1=0.75 μm,光屏上Q点到双缝S1、S2的距离之差为r2=1.5 μm。如果用频率为f=6.0×1014Hz的黄光照射双缝,光在真空中的传播速度c=3×108 m/s,则( )
A.P点出现亮条纹,Q点出现暗条纹
B.Q点出现亮条纹,P点出现暗条纹
C.两点均出现暗条纹
D.两点均出现亮条纹
【答案】B
【解析】根据波长与波速关系式λ=eq \f(c,f),得黄光的波长λ=0.5 μm,则P点到双缝S1和S2的距离之差r1是黄光波长的1.5倍,即半波长的奇数倍,P点出现暗条纹;而Q点到双缝S1、S2的距离之差r2是黄光波长的3倍,即波长的整数倍,Q点出现亮条纹,所以选项B正确。
考点三 条纹间距与波长的关系
7.在光的双缝干涉现象中,下列描述正确的是( )
A.用白光做光的干涉实验时,偏离中央亮条纹最远的是波长较长的红光
B.用白光做光的干涉实验时,偏离中央亮条纹最远的是波长较短的紫光
C.相邻两亮条纹和相邻两暗条纹的间距是不等的
D.在双缝干涉现象中,把入射光由红光换成紫光,相邻两个亮条纹间距将变宽
【答案】A
【解析】条纹间距与光的波长成正比,在可见光中,红光波长最长,紫光波长最短,故偏离中央亮条纹最远的是红光,A正确,B错误;双缝干涉现象中,相邻两亮条纹和相邻两暗条纹是等间距的,C错误;红光的波长比紫光的波长长,所以换成紫光后,相邻两亮条纹间距将变窄,D错误。
8.如图4所示为双缝干涉实验装置的示意图,S为单缝,S1、S2为双缝,P为光屏。用单色光从左侧照射单缝S时,可在光屏P上观察到干涉条纹。下列说法正确的是( )
图4
A.减小双缝间的距离,干涉条纹间的距离减小
B.增大双缝到屏的距离,干涉条纹间的距离增大
C.若换作波长更长的单色光照射,干涉条纹间的距离减小
D.若换作白光照射,光屏上不出现条纹
【答案】B
【解析】根据双缝干涉条纹的间距公式Δx=eq \f(l,d)λ知,减小双缝间的距离(d变小),增大双缝到屏的距离(l增大),换作波长更长的单色光照射均可使干涉条纹间距增大,A、C错误,B正确;换作白光照射,光屏上将出现彩色条纹,选项D错误。
9.在杨氏双缝干涉实验中,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,则第1个亮条纹到第11个亮条纹的中心间距为______________。
【答案】1.178×10-2 m
【解析】由Δx=eq \f(l,d)λ可知Δx=1.178×10-3 m,
则第1个亮条纹到第11个亮条纹的中心间距为x=10Δx=1.178×10-2 m。
考点四 薄膜干涉
10.如图5所示,一束白光从左侧射入肥皂薄膜,下列说法中正确的是( )
图5
A.人从右侧向左看,可以看到彩色条纹
B.人不管从左侧向右看,还是从右侧向左看,都可以看到彩色条纹
C.彩色条纹水平排列
D.彩色条纹竖直排列
【答案】C
【解析】一束白光射到肥皂薄膜上,经前、后两个面反射回来的光相互叠加,产生干涉现象,所以从左侧向右看可看到彩色条纹;因为薄膜同一水平线上的厚度相同,所以彩色条纹是水平排列的,故选C。
11.如图6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情况,这说明( )
图6
①N的上表面A处向上凸起
②N的上表面B处向上凸起
③N的上表面A处向下凹陷
④N的上表面B处向下凹陷
A.①④ B.②③
C.①② D.③④
【答案】B
【解析】由题图甲可知,空气薄膜厚度从左向右依次增大,又因为同一条亮(暗)条纹上各处空气薄膜厚度相同,由题图乙可知被检查平面发生弯曲的P处的空气薄膜厚度本应该比同一条纹上其他位置的空气薄膜厚度小,而实际上厚度一样,故A处存在凹陷,③正确,同理可知B处存在凸起,②正确,故选B。
综合能力练
12.(2020·上海市南洋模范中学高三月考)如图7所示,在一块平板玻璃上放置一平凸薄透镜,在两者之间形成厚度不均匀的空气膜,让一束单色光垂直入射到该装置上,结果在上方观察到同心圆环状干涉条纹,称为牛顿环.以下说法正确的是( )
图7
A.干涉现象是凸透镜下表面反射光和凸透镜上表面反射光叠加形成的
B.干涉现象是凸透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的
C.形成的干涉条纹是不等间距的
D.若将该装置放到真空中观察,就无法看到牛顿环
【答案】C
【解析】凸透镜下表面和玻璃上表面之间形成空气薄膜,干涉现象是凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的,A、B错误;凸透镜下表面是曲面,导致空气薄膜厚度不均匀变化,因为光程差为波长的整数倍时会出现亮条纹,因此在相邻的亮条纹之间,它们对应的水平距离越来越小,从而观察到牛顿环为内疏外密的同心圆环条纹,C正确;若将该装置放到真空中观察,根据干涉原理可知仍然可以看到牛顿环,D错误。
13.(2020·嘉兴市第五高级中学高二期中)如图8所示,在一个空长方体箱子的一边刻上一个双缝,当把一个钠光灯照亮的狭缝放在刻有双缝一边的箱子外边时,在箱子的对面壁上产生干涉条纹。如果把透明的油缓慢地灌入这箱子时,条纹的间距将会发生什么变化( )
图8
A.保持不变 B.条纹间距减小
C.条纹间距有可能增加 D.条纹间距增加
【答案】B
【解析】箱子灌满油时,折射率增大,根据v=eq \f(c,n)可知光在油箱中的传播速度减小,根据v=λf可知光的波长减小,根据干涉条纹间距公式Δx=eq \f(l,d)λ可知条纹间距减小,A、C、D错误,B正确。
14.在双缝干涉实验中,若双缝处的两束光的频率均为6×1014 Hz,两光源S1、S2的振动情况恰好相反,光屏上的P点到S1与到S2的路程差为3×10-6 m,如图9所示,光在真空中的传播速度c=3×108 m/s,则:
图9
(1)P点是亮条纹还是暗条纹?
(2)设O为到S1、S2路程相等的点,则P、O间还有几条亮条纹,几条暗条纹?(不包括O、P两处的条纹)
【答案】(1)暗条纹 (2)5条暗条纹,6条亮条纹
【解析】(1)由λ=eq \f(c,f)得λ=5×10-7 m
n=eq \f(Δs,λ)=eq \f(3×10-6,5×10-7)=6
由于两光源的振动情况恰好相反,所以P点为暗条纹。
(2)O点到S1、S2的路程差为0,也是暗条纹,P、O间还有5条暗条纹,6条亮条纹。
15.一实验小组用某一单色光做双缝干涉实验时,在距离双缝为1.0 m处的光屏上,测得1至5条亮条纹间的距离为7.6 mm。已知所用的双缝间距离为0.25 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,则这种光在增透膜中的波长是多少?增透膜的厚度至少应取多少?
【答案】(1)4.75×10-7 m (2)3.65×10-7 m 9.13×10-8 m
【解析】(1)条纹间距Δx=eq \f(7.6×10-3,4) m=1.9×10-3 m
因Δx=eq \f(lλ,d),
则λ=eq \f(d,l)Δx
代入数据,解得单色光的波长λ=4.75×10-7 m
(2)因n=eq \f(c,v)=eq \f(λf,λ′f)=eq \f(λ,λ′)
则该光在增透膜中的波长λ′=eq \f(λ,n)=eq \f(4.75×10-7,1.3) m≈3.65×10-7 m
增透膜的厚度至少为d′=eq \f(λ′,4)=eq \f(3.65×10-7,4) m≈9.13×10-8 m。
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