高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册5 光的衍射达标测试

5　光的衍射

课后·训练提升

基础巩固

一、选择题Ⅰ(每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的)

1.日出和日落时太阳看起来特别红,这是由于(　　)

A.光的色散 B.大气的全反射

C.大气的折射 D.红光的波长长

答案D

解析太阳初升和西沉时,阳光要通过比较厚的空气层。阳光通过空气时,红光的波长最长,最容易发生衍射现象,所以射到地面来的红光最多,因此太阳看起来呈红色。选项D正确。

2.以线状白炽灯为光源,通过狭缝观察该光源,可以看到 (　　)

A.黑白相间的条纹,这是光的干涉

B.黑白相间的条纹,这是光的衍射

C.彩色的条纹,这是光的干涉

D.彩色的条纹,这是光的衍射

答案D

解析由题可知该现象为光的衍射现象,故选项A、C错误。线状白炽灯发出的光是复色光,其中各种色光的波长不同,产生的单缝衍射的图样中条纹宽度和间距都不相同,因此各单色光的亮条纹或暗条纹不能完全重叠在一起,所以形成彩色条纹,故选项B错误,D正确。

3.用单色光通过小圆盘与小圆孔做衍射实验时,在光屏上得到衍射图样,它们的特点是(　　)

A.用小圆盘时中央是暗的,用小圆孔时中央是亮的

B.用小圆盘时中央是亮的,用小圆孔时中央是暗的

C.中央均为亮点的同心圆条纹

D.中央均为暗点的同心圆条纹

答案C

解析小圆孔衍射图样,中央是亮的,亮点周围是明暗相间的同心圆条纹;小圆盘衍射图样,中央也是亮的,叫泊松亮斑,亮斑周围也有明暗相间的同心圆条纹,故选项C正确,A、B、D错误。

4.在观察光衍射的实验中,分别观察到如图甲、乙所示清晰的明暗相间图样,图中黑线为暗纹。那么障碍物应是(　　)

A.乙图对应的是很小的不透明圆板

B.甲图对应的是很大的不透明圆板

C.乙图对应的是中间有大圆孔的不透明挡板

D.甲图对应的是中间有小三角形孔的不透明挡板

答案A

解析比较两图,它们的背景明显不同,甲图的背景为黑色阴影,说明障碍物应是很大的不透明圆板,中间有透光并且带有衍射图样的花纹,说明挡板的中间有小圆孔;乙图的背景为白色,说明周围没有障碍物,中间有不透光圆形阴影,并且带有衍射图样的花纹,说明中间存在很小的不透明圆板,乙图正中央的小亮点是泊松亮斑,则选项A正确,B、C、D错误。

5.右图为观察水面波衍射的实验示意图,CA、BD是挡板,它们之间有一窄缝,A、B分别为窄缝边缘的两点。S点表示波源,相邻两波纹之间的距离表示一个波长。已知A、B间的距离与波长相差不多,则波穿过窄缝之后(　　)

A.波纹之间距离变大

B.波的振幅变大

C.波仅在SA与SB两直线之间的扇形区域内传播

D.波能传播到SA、SB两直线外侧的区域

答案D

解析波穿过缝后,波速、频率、波长不变,则挡板前后波纹间的距离相等,选项A错误。波穿过缝后,能量降低,振幅减小,选项B错误。因为A、B间的距离与波长相差不多,所以能够观察到明显的衍射现象,衍射现象是波绕过障碍物,传播到障碍物后方的现象,即波偏离直线传播的路径,选项C错误,D正确。

二、选择题Ⅱ(每小题列出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的)

6.下列哪些现象是光的衍射产生的(　　)

A.泊松亮斑

B.阳光下茂密的树阴中地面上的圆形亮斑

C.阳光经凸透镜后形成亮斑

D.平行光照在一个较大障碍物上后,影的轮廓模糊不清

答案AD

解析泊松亮斑是光通过障碍物后衍射产生的光斑,故选项A正确。阳光下茂密树阴中地面上的圆形亮斑,属于小孔成像现象,故选项B错误。阳光经凸透镜后形成亮斑,是由于光发生折射现象,故选项C错误。影轮廓模糊,是光的衍射现象,故选项D正确。

7.关于光的衍射现象,下面说法正确的是(　　)

A.红光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹

B.白光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹

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.光照到较大圆孔上出现大光斑,说明光沿直线传播,不存在光的衍射

答案AC

解析红光照到狭缝上产生的衍射图样是红暗相间的直条纹,故选项A正确。白光的衍射图样是彩色条纹,故选项B错误。光照到不透明圆盘上,在其阴影处出现亮点,是衍射现象,故选项C正确。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,只不过是不明显,故选项D错误。

8.关于衍射光栅,下列说法正确的是(　　)

A.衍射光栅是由许多等宽度的狭缝组成的

B.衍射光栅分为透射光栅和反射光栅两类

C.透射光栅中刻痕的部分相当于透光的狭缝

D.透射光栅中未刻痕的部分相当于透光的狭缝

答案ABD

解析对于透射光栅来说,当光照到刻痕上时,由于光发生漫反射而不能透过,故选项C错误,A、B、D正确。

9.如图所示,甲、乙、丙、丁四个图是不同的单色光形成的双缝干涉或单缝衍射图样,分析各图样的特点可以得出的正确结论是(　　)

A.甲、乙是光的干涉图样

B.丙、丁是光的衍射图样

C.形成甲图样光的波长比形成乙图样光的波长短

D.形成丙图样光的波长比形成丁图样光的波长短

答案AB

解析干涉图样的条纹等间距,而衍射条纹间距不相等,则知甲、乙是光的干涉图样,丙、丁是光的衍射图样,故选

项A、B正确。光的波长越长,双缝干涉条纹间距越大,则知形成甲图样的光的波长比形成乙图样光的波长长,故选项C错误。光的波长越长,衍射图样的中央亮条纹越宽,则形成丙图样的光的波长比形成丁图样光的波长长,故选项D错误。

能力提升

一、选择题Ⅰ(每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的)

1.一束红光射向一块有双缝的不透光的薄板,在薄板后的光屏上呈现明暗相间的干涉条纹,现将其中一条窄缝挡住,让这束红光只通过一条窄缝,则在光屏上可以看到(　　)

A.与原来相同的明暗相间的条纹,只是明条纹比原来暗些

B.与原来不相同的明暗相间的条纹,而中央明条纹变宽些

C.只有一条与缝宽对应的明条纹

D.无条纹,只存在一片红光

答案B

解析双缝为相干光源的干涉,单缝为光的衍射,且干涉和衍射的图样不同。衍射图样和干涉图样的中央都出现明条纹,但衍射图样中央明条纹较宽,两侧都出现明暗相间的条纹,干涉图样为等间隔的明暗相间的条纹,而衍射图样两侧为不等间隔的明暗相间的条纹,且亮度迅速减弱,所以选项B正确。

2.抽制细丝时可用激光监控其粗细,如图所示,激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板上的一条同样宽度的窄缝规律相同,则下列说法正确的是(　　)

①这是利用光的干涉现象

②这是利用光的衍射现象

③如果屏上条纹变宽,表明抽制的丝变粗了

④如果屏上条纹变宽,表明抽制的丝变细了

A.①③ B.②④

C.①④ D.②③

答案B

解析题干所述现象符合光的衍射产生的条件,故②正确;由衍射产生的条件可知,丝越细衍射现象越明显,故④也正确。

3.用a、b两种不同的单色光在相同条件下分别经同一单缝衍射装置得到的衍射图样如图甲、乙所示。现使a光从水中斜射向水面上的O点,其入射角为i、折射角为r,如图丙所示。对于这两种单色光,下列说法正确的是(　　)

A.在真空中a光的波长较短

B.水对a光的折射率n=

C.在水中a光的传播速度较大

D.a光从水中射向空气发生全反射时的临界角较小

答案C

解析a光衍射明显,说明a光的波长比b光的波长长,即λa>λb,选项A错误。水对a光的折射率n=,选项B错误。a光的波长比b光的波长长,根据c=λf可知a光的频率小,折射率小,根据v=可知在水中a光的传播速度较大,选项C正确。根据sinC=可知a光从水中射向空气发生全反射时的临界角较大,选项D错误。

二、选择题Ⅱ(每小题列出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的)

4.如图所示,a、b两束光以不同的入射角由介质射向空气,结果折射角相同,下列说法正确的是(　　)

A.b光在该介质中的折射率比a光大

B.若用b光做单缝衍射实验,要比用a光做中央亮条纹更宽

C.用b光更易观测到泊松亮斑

D.做双缝干涉实验时,用a光比用b光两相邻亮条纹中心的距离更大

答案BC

解析设折射角为θ1,入射角为θ2,题设条件知,θ1a=θ1b,θ2a<θ2b,由n=知na>nb,选项A错误;因为na>nb,所以λa<λb,又Δx=λ,故Δxa<Δxb,选项B正确,D错误;而波长越长,衍射现象越明显,选项C正确。

5.用单色光做双缝干涉实验和单缝衍射实验,比较屏上条纹,下列说法正确的是(　　)

A.双缝干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹

B.单缝衍射条纹是等间距的明暗相间的条纹

C.双缝干涉条纹是中央宽、两边窄的明暗相间的条纹

D.单缝衍射条纹是中央宽、两边窄的明暗相间的条纹

答案AD

解析干涉条纹是等间距且亮度基本一致的,而衍射条纹间距不相等,且中央亮条纹最亮、最宽,两侧依次宽度减小,亮度降低,故选项A、D正确。

三、非选择题

6.让烛光照射到一块遮光板上,板上有一个可自由收缩的三角形孔,当此三角形孔缓慢地由大收缩变小直到闭合时,试分析在孔后的屏上将先后出现的现象(遮住侧面光)。

答案见解析

解析当三角形孔较大时,屏上出现一个三角形光斑,随着三角形孔缓慢地收缩,光斑逐渐变小;当三角形孔小到一定程度时,屏上会出现倒立的烛焰像;继续使三角形孔缓慢收缩,可以观察到小孔衍射图样;当孔闭合时,屏上就会一片黑暗。

7.分析以下现象产生的原因。

(1)通过盛水的玻璃杯,在适当的角度,可看到彩色光。

(2)菜汤上的油花呈现彩色。

(3)隔着帷幔看远处的灯,见到灯周围辐射彩色的光芒。

(4)光照在花布上,可以看见花布上的图样。

答案见解析

解析(1)白光通过盛水的玻璃杯发生折射产生色散,在适当的角度,各色光分离较大,可看到彩色光。

(2)光经过菜汤上油膜的前后两个表面发生反射,两列反射光符合光的干涉条件,相互叠加产生干涉条纹,因此,菜汤上的油花呈现彩色。

(3)远处的灯发出的光经过帷幔的缝隙,产生衍射而出现彩色的光芒。

(4)光照在花布上看见花布上的图样,是由于光的反射与吸收的结果。比如:当白光照在红色图案上的时候,红色的光被反射出去,而其他颜色的光被吸收。