人教版 (2019)选择性必修 第一册第四章 光6 光的偏振 激光综合训练题

第四章　光

第3～6节综合拔高练

五年选考练

考点　双缝干涉测光的波长

1.[2019课标Ⅱ,34(2),10分,]某同学利用图示装置测量某种单色光的波长。实验时,接通电源使光源正常发光;调整光路,使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题:

(ⅰ)若想增加从目镜中观察到的条纹个数,该同学可　　　　; 

A.将单缝向双缝靠近

B.将屏向靠近双缝的方向移动

C.将屏向远离双缝的方向移动

D.使用间距更小的双缝

(ⅱ)若双缝的间距为d,屏与双缝间的距离为l,测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为Δx,则单色光的波长λ=　　　　; 

(ⅲ)某次测量时,选用的双缝的间距为0.300 mm,测得屏与双缝间的距离为1.20 m,第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56 mm。则所测单色光的波长为　　　　nm(结果保留3位有效数字)。 

2.[2018浙江4月选考,21(2),2分,]小明在做“用双缝干涉测量光的波长”实验时,尝试用单缝和平面镜做类似实验。单缝和平面镜的放置如图所示,白炽灯发出的光经滤光片成为波长为λ的单色光照射单缝,能在光屏上观察到明暗相间的干涉条纹。小明测得单缝与镜面延长线的距离为h,与光屏的距离为D,则条纹间距Δx=　　　　。随后小明撤去平面镜,在单缝下方A处放置同样的另一单缝,形成双缝结构,则在光屏上　　　(填“能”或“不能”)观察到干涉条纹。 

3.(2019北京理综,14,6分,)利用图1所示的装置(示意图),观察光的干涉、衍射现象,在光屏上得到如图2中甲和乙两种图样。下列关于P处放置的光学元件说法正确的是(　　)

A.甲对应单缝,乙对应双缝

B.甲对应双缝,乙对应单缝

C.都是单缝,甲对应的缝宽较大

D.都是双缝,甲对应的双缝间距较大

4.(2017浙江4月选考,16,2分,)(多选)图中给出了“用双缝干涉测量光的波长”实验示意图,双缝S1和S2间距为0.80 mm,双缝到屏的距离为0.80 m,波长为500 nm的单色平行光垂直入射到双缝S1和S2上,在屏上形成干涉条纹。中心轴线OO'上方第一条亮纹中心位置在P1处,第三条亮纹中心位置在P2处,现有1号、2号虫子分别从S1和S2出发以相同速度沿垂直屏方向飞行,1号虫子到达屏后,沿屏直线爬到P1,2号虫子到达屏后,沿屏直线爬行到P2。假设两只虫子爬行速率均为10-3 m/s,下列说法正确的是(　　)

A.1号虫子运动路程比2号短

B.两只虫子运动的时间差为0.2 s

C.两只虫子运动的时间差为1.0 s

D.已知条件不够,两只虫子运动时间差无法计算

5.[2017课标Ⅱ,34(1),5分,](多选)在双缝干涉实验中,用绿色激光照射在双缝上,在缝后的屏幕上显示出干涉图样。若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距,可选用的方法是　　　。 

A.改用红色激光

B.改用蓝色激光

C.减小双缝间距

D.将屏幕向远离双缝的位置移动

E.将光源向远离双缝的位置移动

6.[2019江苏单科,13B(2),]将两支铅笔并排放在一起,中间留一条狭缝,通过这条狭缝去看与其平行的日光灯,能观察到彩色条纹,这是由于光的　　　(选填“折射”“干涉”或“衍射”)。当缝的宽度　　　　(选填“远大于”或“接近”)光波的波长时,这种现象十分明显。 

三年模拟练

应用实践

1.(2019广东深圳高三下调研,)(多选)下列有关光学现象的说法正确的是(　　)

A.光从光疏介质射入光密介质,若入射角大于临界角,则一定发生全反射

B.做双缝干涉实验时,用红光替代紫光,相邻亮条纹间距变大

C.在白光下观察肥皂泡,其表面的相邻各条纹是等间距的

D.光的偏振现象表明光是横波

E.在同一种物质中,波长越短的光传播速度越小

2.(2020湖北鄂东南省级示范高中教育教学改革联盟高三期中,)(多选)下列说法正确的是(　　)

A.全息照相主要是利用了光的衍射

B.单反相机的增透膜利用了光的偏振

C.用标准平面检查光学平面的平整程度是利用了光的干涉

D.用光导纤维传输信息是利用了光的全反射的原理

E.医学上用激光做“光刀”来进行手术,主要是利用了激光的亮度高的特点

3.(2020吉林东北师大附中、重庆一中等六校联考,)(多选)a、b两束平行激光垂直于表面射入截面为等腰直角三角形的玻璃砖(截面如图),其中b束激光在出射面上发生全反射,下列关于这两束激光的说法中正确的是(　　)

A.a光的频率更大

B.a光在此玻璃砖内的传播速度更大

C.该玻璃砖对a光的折射率大于

D.a光对微小障碍物的衍射现象更明显

E.a光和b光分别通过杨氏双缝干涉装置的两个狭缝,不能产生干涉现象

4.(2019河北石家庄正定中学高三模拟,)(多选)一般认为激光器发出的是频率为ν的“单色光”,实际上它的频率并不是真正单一的,激光频率ν是它的中心频率,它所包含的频率范围是Δν(也称频率宽度),其中ν+Δν和ν-Δν分别记为“上限频率”和“下限频率”。如图所示,某红宝石激光器发出的激光(其“上限频率”和“下限频率”对应的光分别记为a光和b光)由空气斜射到平行液膜的上表面

,射入时与液膜上表面成θ角。则下列说法正确的是　(　　)

A.逐渐减小θ角,a光在液膜下表面先发生全反射

B.a光从下表面射出时与入射光线间偏移的距离较大

C.b光更容易发生明显的衍射现象

D.用相同装置做双缝干涉实验,b光产生的干涉条纹间距较小

迁移创新

5.(2019湖南长沙一中高三月考,)已知某红宝石激光器发出的激光由空气斜射到折射率n=的薄膜表面,入射时与薄膜表面成45°角,如图所示。真空中的光速c=3.0×108 m/s。

(1)求从O点射入薄膜中的光的折射角及速率。

(2)一般认为激光器发出的是频率为ν的“单色光”,实际上它的频率并不是真正单一的,激光频率ν是它的中心频率,它所包含的频率范围是Δν(也称频率宽度),如图,单色光照射到薄膜上表面a,一部分光从上表面反射回来(这部分光称为甲光),其余的光进入薄膜内部,其中的一小部分光从薄膜下表面b反射回来,再从上表面折射出去(这部分光称为乙光),甲、乙这两部分光相遇叠加而发生干涉,称为薄膜干涉,乙光与甲光相比,要在薄膜中多传播一小段时间Δt。理论和实践都证明,能观察到明显稳定的干涉现象的条件是:Δt的最大值Δtm与Δν的乘积近似等于1,即只有满足Δtm·Δν≈1才会观察到明显稳定的干涉现象。若该激光频率ν=4.32×1014 Hz,它的频率宽度Δν=8.0×109 Hz,试估算在如图所示的情况下,能观察到明显稳定干涉现象的薄膜的最大厚度dm。

答案全解全析

五年选考练

1.答案　(ⅰ)B　(ⅱ)　(ⅲ)630

解析　(ⅰ)增加目镜中观察到的条纹个数必须要减小条纹间距,由公式Δx=λ可知B符合题意。

(ⅱ)由于第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为Δx,则相邻两条暗条纹的中心间距Δx'=,单色光的波长λ==。

(ⅲ)λ== m=6.30×10-7 m=630 nm。

2.答案　　不能

解析　题中,单缝在平面镜中的像与原来的单缝共同构成一组双缝(如图),所以双缝间距为d=2h,故Δx=。

撤去平面镜后,只剩双缝和白炽灯,缺少单缝,无法形成干涉条纹。

3.A　单缝衍射图样中心亮纹较宽,两侧亮纹宽度逐渐变窄,故甲图样为单缝衍射图样;双缝干涉图样相邻两条亮纹的宽度相同,对应乙图样。故A正确,B、C、D均错。

4.AB　根据双缝干涉相邻亮纹间距公式Δx=得出相邻亮条纹间距为0.5 mm,则得出P1、P2在屏幕上的位置距O'点分别为0.5 mm、1.5 mm,那么1号虫子从S1到P1的路程为800.9 mm,2号虫子从S2到P2的路程为801.1 mm,故A正确;已知路程差为0.2 mm,可以得出时间差为0.2 s,故B正确,C、D错误。

5.ACD　由相邻两亮条纹中心间距Δx=λ可知,若要增大两相邻亮条纹的间距,应增大双缝与光屏间距离l、减小双缝间距d或增大照射光波长λ,而λ红>λ绿>λ蓝,故选项A、C、D符合题意。

6.答案　衍射　接近

解析　两支铅笔并排放在一起,中间留有一条狭缝,光发生单缝衍射。由发生明显衍射的条件可知,当障碍物的尺寸与光的波长相接近时衍射现象十分明显。

三年模拟练

1.BDE　发生全反射的条件是光从光密介质射入光疏介质,且入射角大于或等于临界角,故A错误;根据双缝干涉相邻两亮条纹间距公式Δx=λ可知,波长越长,干涉条纹间距越大,而红光的波长大于紫光的波长,则红光的干涉条纹间距比紫光的大,B正确;根据Δx=λ以及不同颜色的光波长不同,可知不同颜色的光产生的干涉条纹间距不同,故在白光下观察肥皂泡,其表面的相邻各条纹的间距是不相等的,C错误;光的偏振现象证明了光是横波,纵波不能发生光的偏振现象,故D正确;在同一种物质中,不同波长的光传播速度不同,波长越短,波速越小,故E正确。

2.CDE　全息照相主要是利用了光的干涉原理,不是光的衍射,故A错误;单反相机的增透膜是利用光的干涉,从膜的前表面和后表面反射的光相互减弱,故B错误;用标准平面样板检查光学平面的平整程度利用了光的干涉,属于薄膜干涉,故C正确;用光导纤维传输信息利用了光的全反射原理,光线在内芯和外套的界面上发生全反射,故D正确;激光具有亮度高的特点,医学上用激光做“光刀”来进行手术,故E正确。

3.BDE　因为b光能在界面发生全反射,可知b光的临界角较小,折射率较大,则b光的频率更大,A错误;因为a光的折射率较小,根据v=可知,a光在此玻璃砖内的传播速度更大,B正确;由题意可知,a光的临界角大于45°,根据n=<=,可知该玻璃砖对a光的折射率小于,C错误;因a光的频率较小,波长较大,则a光对微小障碍物的衍射现象更明显,D正确;因为a、b两种光的频率不同,所以a光和b光分别通过杨氏双缝干涉装置的两个狭缝,不能产生干涉现象,E正确。

4.BC　由于平行液膜的上表面与下表面平行,光在上表面发生折射时的折射角等于在下表面发生折射时的入射角,根据光路的可逆性知,两种光都不可能在液膜下表面发生全反射,A错误;a光的频率大于b光的频率,液膜对a光的折射率大于对b光的折射率,则a光通过平行液膜时偏移的距离较大,B正确;a光的频率大于b光的频率,由公式c=λf可知,b光的波长大于a光的波长,故b光更容易发生明显的衍射现象,C正确;其他条件相同时,干涉条纹的间距与光的波长成正比,所以用相同装置做双缝干涉实验,b光产生的干涉条纹间距较大,D错误。

5.答案　(1)30°　2.12×108 m/s　(2)1.15×10-2 m

解析　(1)设从O点射入薄膜中的光的折射角为r,根据折射定律得

n=

解得r=30°

光在薄膜中的传播速度v=

解得v= ×108 m/s≈2.12×108 m/s

(2)乙光在薄膜中传播的路程x=

乙光通过薄膜的时间Δt==

当Δt取最大值Δtm时,对应的薄膜的厚度最大

因为Δtm·Δν≈1,则≈

解得dm≈

解得dm≈ m≈1.15×10-2 m