高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第一册第1节 光的干涉优秀单元测试巩固练习

2021-2022学年鲁科版（2019）选择性必修第一册

第五章 光的干涉、衍射和偏振 单元测试（解析版）

第I卷（选择题）

一、选择题（共40分）

1．双缝干涉中如果光源是白光，则干涉图样是彩色条纹，中央为（　　）

A．白色 B．红色 C．紫色 D．彩色

2．教室内两盏相同的普通白炽灯发出的光相遇时，我们观察不到干涉条纹，这是因为（　　）

A．两盏灯亮度不同

B．灯光的波长太短

C．两灯光的振动频率不同

D．电灯发出的光不稳定

3．某同学在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，分别选用红色和绿色滤光片做实验，得到的干涉图样是如下四幅图中的两幅。则用红色滤光片做实验得到的干涉图样是（　　）

A． B．C．D．

4．在杨氏双缝干涉实验中，如果单色光源S从如图所示的中轴位置沿垂直的方向向上移动一段微小的距离.则中心干涉明条纹向何方向移动？相邻明条纹的间距如何变化？（　　）

A．相邻明条纹的间距不变，中心干涉明条纹向上移动

B．相邻明条纹的间距变大，中心干涉明条纹向下移动

C．相邻明条纹的间距不变，中心干涉明条纹向下移动

D．相邻明条纹的间距变小，中心干涉明条纹向上移动

5．如图所示为半圆柱体玻璃砖的横截面，ED为直径，一束由b光和c光组成的复色光沿AO方向由真空从ED面射入玻璃，之后分成两束分别从B、C两点射出，其中b光从B点射出，c光从C点射出。则下列说法正确的是（　　）

A．b光频率小于c光频率

B．将b光和c光通过相同的双缝干涉装置，c光的干涉条纹间距较大

C．若将b光和c光分别放在水面足够大的池塘底部同一位置，则b光照亮的水面区域大

D．若将入射点移至ED中点处，入射角不变，则两种光在玻璃中的传播时间相等

6．如图所示，一束可见光穿过平行玻璃砖后，变为a、b两束单色光。如果光束b是蓝光，下列说法正确的（　　）

A．光束a可能是红光

B．a光的折射率较小

C．在该玻璃砖中，a光的传播速度大于b光的传播速度

D．用同一双缝干涉装置进行实验，a光干涉条纹的间距小于b光干涉条纹的间距

7．如图所示，在光源L的右侧，有两个平行挡板A1、A2相距为d，A1上开有单缝S，A2上开有相距为b的平行双缝S1、S2，挡板A2右侧有一相距为D的光屏A3，L、S、S1、S2中点、O在一条直线上，且d>>b，D>>d，光源L发出单色光的波长为，若在图中阴影区域加上折射率为n的介质，则中央亮纹移动的方向和距离为（提示：在波的传播方向上的相位落后，由波长的个数决定，单色光在介质中的波长是真空中波长的）（　　）

A．上移 B．上移

C．下移 D．下移

8．下列说法中正确的是(　　)

A．照射珍贵物品用的“冷光灯”利用了光的衍射原理

B．全息照片用激光来拍摄，主要是利用了激光的相干性好的特点

C．拍摄玻璃橱窗内的物品时，在镜头前加一个偏振片可以减小反射光的强度

D．海市蜃楼是光的干涉形成的

9．下列说法正确的是（　　）

A．光的偏振说明光是横波

B．阳光下肥皂膜上的呈彩色条纹，是光的干涉现象

C．太阳光通过三棱镜产生的彩色条纹，是光的衍射现象

D．眼睛眯成一条线看到的发光的电灯周围有彩色花纹，是光的衍射现象

10．关于光的衍射现象，下列说法正确的是（　　）

A．红光的单缝衍射图样是明暗相间的直条纹，亮条纹的颜色为红色

B．白光的单缝衍射图样是明暗相间的直条纹，亮条纹的颜色为白色

C．光照到不透明小圆盘上出现泊松亮斑，说明发生了衍射

D．光照到较大圆孔上，屏上出现边缘模糊的大光斑，说明光沿着直线传播，不存在光的衍射现象

第II卷（非选择题）

二、实验题（共15分）

11．如图甲，让阳光或灯光通过偏振片P，在P的另一侧观察，可以看到偏振片是透明的，只是透射光暗了一些。以光的传播方向为轴旋转偏振片P透射光的强度变化吗？______

在偏振片P的后面再放置另一个偏振片Q（图乙），以光的传播方向为轴旋转偏振片Q（图丙），观察通过两块偏振片的透射光的强度变化。

自然光通过偏振片的实验结果

思考与讨论：

怎样解释上面的实验呢？______如果光波是纵波，上面演示的现象是否会发生？______

偏振片

偏振片由特定的材料制成，每个偏振片都有一个特定的方向，只有____________________才能通过偏振片，这个方向叫作__________。偏振片对光波的作用就像__________的作用一样。

实际上，太阳以及日光灯、发光二极管等普通光源发出的光，包含着在____________________，而且____________________。这种光是“自然光”（如图）。

太阳光是自然光。

自然光在通过偏振片P时，只有振动方向与偏振片的透振方向一致的光波才能顺利通过。也就是说，通过偏振片P的光波，____________________，____________________。这种光叫作偏振光（polarizedlight）。

通过偏振片P的偏振光照射到偏振片Q时，如果两个偏振片的透振方向平行，那么，通过P的偏振光的振动方向与偏振片Q的透振方向一致，可以透过Q（图乙）；如果两个偏振片的透振方向垂直，那么，偏振光的振动方向跟偏振片Q的透振方向垂直，不能透过Q（图丙）。

12．在“用双缝干涉测单色光的波长”的实验中：

(1)如图所示是用双缝干涉测光波波长的实验设备示意图，图中①是光源，②是滤光片，③是单缝，④是双缝，⑤是光屏。下列操作能增大光屏上相邻两条亮纹之间距离的是（______）

A．增大③和④之间的距离    B．增大④和⑤之间的距离

C．将绿色滤光片改成红色滤光片    D．增大双缝之间的距离

(2)下列说法正确的是（______）

A．如果将灯泡换成激光光源，去掉单缝，该实验照样可以产生干涉条纹

B．若测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不平行，可通过“拨杆”的拨动把干涉条纹调成与分划板中心刻线平行

C．去掉滤光片，不可能观察到干涉图样

D．毛玻璃屏上的干涉条纹与双缝垂直

(3)转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对准第1条亮纹，读出手轮的读数如图甲所示，。继续转动手轮，使分划板中心刻线对准第10条亮纹，读出手轮的读数如图乙所示。则相邻两亮条纹的间距是_______。（取三位有效数字）

(4)如果已经量得双缝的间距是、双缝和光屏之间的距离是，则待测光的波长是______m。（取三位有效数字）

三、解答题（共44分）

13．如下图所示，在某次双缝干涉实验中，Q处是中央亮条纹P往上数的第一条亮纹，已知从S1和S2发来的两束相干光到Q处的路程差是9×10-7m，则实验所用的单色光的频率是多少？第二条暗纹到两双缝的路程差为多少？

14．市场上有一种太阳镜，它的镜片是偏振片。为什么不用普通的带色玻璃而用偏振片？安装镜片时它的透振方向应该沿什么方向？利用偏振眼镜可以做哪些实验，做哪些检测？

15．我们常看到在柏油马路和湖面上反射的耀眼的眩光，它会使人的视觉疲劳。戴上一种由偏振片制成的太阳镜，可解决眩光问题。请查阅资料，分析这种太阳镜能解决眩光问题的原理。

16．一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．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)．如图所示，让单色光照射到薄膜表面a，一部分光从前表面反射回来(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后表面b反射回来，再从前表面折射出(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．

已知某红宝石激光器发出的激光频率ν＝4.32×1014 Hz，它的频率宽度Δν＝8.0×109 Hz.让这束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．

(1)求从O点射入薄膜中的光的传播方向及速率．

(2)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

.

参考答案

1．A

【详解】

用白光做双缝干涉实验，屏上将呈现中央白色亮条纹，而两边出现对称的彩色条纹。

故选A。

2．C

【详解】

一般情况下，两个不同的光源发出的光或同一个光源的不同部分发出的光振动情况往往是不同的，由点光源发出的光或同一列光分出的两列光其振动情况才是相同的，因此两个普通白炽灯发出的光相遇时，振动频率不同，不符合干涉产生的条件，故C正确，ABD错误。

故选C。

3．A

【详解】

干涉图样是间距相等明暗相间的条纹，而衍射条纹明暗间距不相等，因此AB选项是干涉图样，而CD选项是衍射图样；由于红光的波长大于绿光的波长，根据可知，红光的干涉图样的明暗相间的条纹更宽。

故选A。

4．C

【详解】

光源S向上移动一段微小的距离后，由S发出的光到达O点下方某点的光程差为零，故中心干涉明条纹向下移动，如图所示

根据相邻明条纹间的距离公式知，由于l、d、不变，则条纹间距不变。

故选C。

5．B

【详解】

A．由光路可知，b光的偏折程度大于c光，则b光的折射率大于c光，则b光频率大于c光频率，选项A错误；

B．因b光的波长小于c光的波长，则根据

则将b光和c光通过相同的双缝干涉装置，c光的干涉条纹间距较大，选项B正确；

C．若将b光和c光分别放在水面足够大的池塘底部同一位置，根据

可知， 则b光的临界角比c光小，则b光照亮的水面区域小，选项C错误；

D．若将入射点移至ED中点处，入射角不变，则两种光在玻璃中的传播距离都等于玻璃的截面半径，根据

可知b光在玻璃中传播速度较小，则传播时间较长，选项D错误。

故选B。

6．D

【详解】

ABC．由图可知，a光的折射角较小，根据折射定律，a光的折射率较大，所以光束a不可能是红光。根据可知，在该玻璃砖中，a光的传播速度小于b光的传播速度。ABC错误；

D．a光的折射率较大，所以a光的波长较短，根据可知，用同一双缝干涉装置进行实验，a光干涉条纹的间距小于b光干涉条纹的间距。D正确。

故选D。

7．A

【详解】

因光在介质中传播时速度减小，则同时由S发出的光线同时到达光屏时通过介质的光传播的路程较短，则中央亮纹上移；光在介质中的波长为

则光从S到S1和S2满足（其中N′和N是波长数）

则从S到S1和S2的波长数差

因为d>>b，则可认为

从S1和S2发出的光线在屏上的条纹间距

则中央亮纹上移的距离为

故选A。

8．BC

【详解】

A．照射珍贵物品用的“冷光灯”利用了光的薄膜干涉原理，A错误；

B．全息照片用激光来拍摄，利用了激光的相干性好的特点，B正确；

C．照相机镜头前加偏振片可以减小反射光的强度，C正确；

D．海市蜃楼是光的全反射现象，D错误。

故选BC。

9．ABD

【详解】

A．光的偏振说明光是横波，故A正确；

B． 阳光下肥皂膜上的呈彩色条纹，是光的薄膜干涉现象，故B正确；

C． 太阳光通过三棱镜产生的彩色条纹，是光的色散现象；故C错误；

D．眼睛眯成一条线看到的发光的电灯周围有彩色花纹，是光的衍射现象，故D正确。

故选ABD。

10．AC

【详解】

A．红光的单缝衍射图样，是红暗相间的直条纹，亮条纹的颜色为红色，A正确；

B．白光的单缝衍射图样，中央是亮条纹，两侧是彩色条纹，B错误；

C．光照到不透光小圆盘上出现泊松亮斑，是光的圆板衍射现象，C正确；

D．光照到较大圆孔上出现大光斑，说明光沿直线传播，但仍存在光的衍射，不过不明显而以，D错误。

故选AC。

11．不变化    偏振现象是横波所特有的现象    不会发生    沿着这个方向振动的光波    透振方向    狭缝对于机械波    垂直于传播方向上沿一切方向振动的光    各个方向振动的光波强度都相同    在垂直于传播方向的平面上    沿着某个特定的方向振动   

【详解】

（1）[1]在图甲中，以光的传播方向为轴旋转偏振片P，透射光的强度不变化。原因是阳光或灯光是自然光，包含着垂直于传播方向上沿一切振动的光，而且各个方向振动的光波的强度都相同，只有振动方向和偏振片的透振方向一致的光波才能顺利通过偏振片，因此，以光的传播方向为轴旋转偏振片P，透射光的强度不变化。
（2）[2][3]偏振现象是横波所特有的现象，因此，上面实验中如果光波是纵波，演示的现象不会发生。

（3）[4][5][6] 偏振片由特定的材料制成，每个偏振片都有一个特定的方向，只有沿着这个方向振动的光波才能通过偏振片，这个方向叫作透振方向。偏振片对光波的作用就像狭缝对于机械波的作用一样。

[7][8] 实际上，太阳以及日光灯、发光二极管等普通光源发出的光，包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且各个方向振动的光波强度都相同,这种光是“自然光”

[9][10] 自然光在通过偏振片P时，只有振动方向与偏振片的透振方向一致的光波才能顺利通过。也就是说，通过偏振片P的光波，在垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定的方向振动,这种光叫作偏振光。

当通过P的偏振光的振动方向和偏振片Q的透振方向一致时，可以透过Q，这是屏上是明的。当通过P的偏振光的振动方向和偏振片Q的透振方向垂直时，光不能透过Q，这是屏.上是暗的。

12．BC    A    1.61       

【详解】

（1）[1]双缝干涉条纹间距公式

AB．增大单缝与双缝间距对条纹间距无影响，增大双缝到屏的距离L，可以增大条纹间距，A错误，B正确；

C．将绿色滤光片改成红色滤光片增大了波长，可以增大条纹间距，C正确；

D．增大双缝之间的距离d，减小了条纹间距，D错误；

故选BC。

（2）[2]A．将灯泡换成激光光源，激光是相干光源，单色性好，所以可以去掉单缝，A正确；

B．首先要明确各器件的作用，拨动拨杆的作用是为了使单缝和双峰平行，获得清晰的干涉图样；若分刻板中心刻度线与干涉条纹不平行，应调节测量头使干涉条纹调成与分划板中心刻线同一方向上，故调节拨杆不能把干涉条纹调成与分划板中心刻线同一方向上，B错误；

C．去掉滤光片，能够观察到干涉图样，只不过是各色光重叠产生的彩色条纹，C错误；

D．干涉条纹与双缝是平行的，D错误；

故选A。

（3）[3]图丙的读数，主尺刻度为：14.5mm，分尺刻度为：，所以读数为：14.534mm，所以条纹间距

（4）[4]根据

可得

代入数据解得

13．3.3×1014Hz ，1.35×10-6 m

【详解】

选第一条亮纹到双缝的路程差应等于光波的波长，故可知该单色光的波长λ＝9×10－7 m.

由波长、波速和频率的关系可知该单色光的频率

f＝＝Hz＝3.3×1014 Hz.

第一条暗纹到双缝的路程差等于，第二条暗纹到双缝的路程差等于λ，即1.35×10－6 m.

14．见解析

【详解】

普通的带色玻璃和偏振片两者的目的都是减少通光量，但普通带色玻璃改变了物体的颜色，而偏振片却没有，并且看景物的色彩柔和浓重。

安装镜片时，两镜片的透振方向应相互垂直。

利用偏振眼镜可以检验镜面反射光的偏振现象，可检测反射光和折射光的偏振方向。

15．见解析

【详解】

天然的眩光往往是光滑表面反射而来的镜式反射光和从表面反射的漫反射光重叠的结果，漫反射光是非偏振光，而镜式反射光一般是部分偏振光。由于它们是从水平面上反射的光线的，入射面是垂直的，所以反射光含有大量振动在水平方向的偏振光，要想消除这种眩光，只要将光线中的水平振动成分减弱此就可以了，因此镜片的透振方向竖直。

16．（1）折射角为30°，速度大小为2.12×108 m/s    （2）1.15×10－2 m

【详解】

(1)设从O点射入薄膜中的光线的折射角为r，根据折射定律有

n＝，即sin r＝＝，

所以r＝30°.

光在薄膜中的传播速度

v＝c/n≈2.12×108 m/s.

(2)乙光在薄膜中经历的路程

x＝

乙光通过薄膜所用时间

Δt＝＝

当Δt取最大值Δtm时，

对应的薄膜厚度最大，

又因Δtm·Δν≈1，所以

≈.

解得：dm≈1.15×10－2 m.