2025新高考物理二轮复习【核心素养测评】四十 光的干涉、衍射和偏振（练习，含解析）

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1.(6分)(2023·北京等级考)阳光下的肥皂膜呈现彩色条纹,这种现象属于光的( )
A.偏振现象B.衍射现象
C.干涉现象D.全反射现象
2.(6分)对下列现象解释正确的是( )
A.图甲的原理是光的全反射
B.图乙的原理是光的干涉
C.图丙的原理是光的衍射
D.图丁的原理是光的折射
3.(6分)(2021·江苏选择考)铁丝圈上附有肥皂膜,竖直放置时,肥皂膜上的彩色条纹上疏下密,由此推测肥皂膜前后两个面的侧视形状应当是( )
4.(6分)(2023·海口模拟)激光被誉为“神奇的光”,关于激光的应用,下列说法中正确的是( )
A.由于激光的方向性好,所以不能发生衍射现象
B.由于激光是相干光,所以它能像无线电波那样被调制,用来传递信息
C.用激光拦截导弹,摧毁卫星,是因为激光在大气中传播不受大气的影响
D.能利用激光测量地面到月球表面的距离,是因为激光通过地球大气不会发生折射
5.(6分)户外滑雪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伤害的眼镜,他选用的薄膜材料的折射率为n=2.5,所要消除的紫外线的频率为f=8.0×1014 Hz,这种“增反膜”的最小厚度为( )
×10-7 mB.7.5×10-8 m
×10-7 mD.1.5×10-7 m
6.(6分)(多选)(2023·辽宁选择考)“球鼻艏”是位于远洋轮船船头水面下方的装置,当轮船以设计的标准速度航行时,“球鼻艏”推起的波与船首推起的波如图所示,两列波的叠加可以大幅度减小水对轮船的阻力。下列现象的物理原理与之相同的是( )
A.插入水中的筷子,看起来折断了
B.阳光下的肥皂膜,呈现彩色条纹
C.驶近站台的火车,汽笛音调变高
D.振动音叉的周围,声音忽高忽低
【综合应用练】
7.(6分)(多选)(2022·山东等级考)某同学采用图甲所示的实验装置研究光的干涉与衍射现象,狭缝S1、S2的宽度可调,狭缝到屏的距离为L。同一单色光垂直照射狭缝,实验中分别在屏上得到了图乙、图丙所示图样。下列描述正确的是( )
A.图乙是光的双缝干涉图样,当光通过狭缝时,也发生了衍射
B.遮住一条狭缝,另一狭缝宽度增大,其他条件不变,图丙中亮条纹宽度增大
C.照射两条狭缝时,增加L,其他条件不变,图乙中相邻暗条纹的中心间距增大
D.照射两条狭缝时,若光从狭缝S1、S2到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍,P点处一定是暗条纹
8.(6分)(多选)在信息技术迅猛发展的今天,光盘是存储信息的一种重要媒介。光盘上的信息通常是通过激光束来读取的。若红、蓝激光束不是垂直投射到盘面上,则光线在通过透明介质层时会发生偏折而改变行进的方向,如图所示。下列说法中正确的是( )
A.图中光束①是红光,光束②是蓝光
B.在光盘的透明介质层中,光束①比光束②传播速度慢
C.若光束①、②先后通过同一双缝干涉装置,光束①的条纹宽度比光束②的窄
D.光束①比②更容易发生明显衍射现象
9.(6分)光的干涉现象在技术中有重要应用。一顶角极大的圆锥形玻璃体,倒立在表面平整的标准板上,其截面如图甲。单色光从上方垂直玻璃体的上表面射向玻璃体,沿光的入射方向看到明暗相间的干涉条纹。下列说法正确的是( )
A.条纹是以顶点为圆心的同心圆,且中间疏、边缘密
B.产生干涉的两束光是来自玻璃体上表面和侧面的反射光
C.换用频率更大的光照射,条纹间距变大
D.若出现乙图所示条纹,则说明玻璃体侧面上有凸起
10.(6分)(多选)(2023·普洱模拟)如图所示,水平放置的单色线光源S发出的光有一部分直接入射到竖直光屏上,一部分通过水平放置的平面镜反射后射到光屏上,这两列光相遇时会发生干涉,形成水平的明暗相间的条纹。则( )
A.将光屏向右平移,相邻亮条纹间距减小
B.将光屏向右平移,相邻亮条纹间距增大
C.将线光源S向下平移,相邻暗条纹间距减小
D.将线光源S向下平移,相邻暗条纹间距增大
11.(14分)如图所示,在双缝干涉实验中,S1和S2为双缝,P是光屏上的一点,已知P点与S1和S2距离之差为2.1×10-6 m,今分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验,问P点是亮条纹还是暗条纹?
(1)已知A光在折射率为n=1.5的介质中波长为4×10-7 m;
(2)已知B光在某种介质中波长为3.15×10-7 m,当B光从这种介质射向空气时,临界角为37°(sin 37°=0.6,cs37°=0.8);
(3)若用A光照射时,把其中一条缝遮住,试分析光屏上能观察到的现象。
【情境创新练】
12.(6分)(2023·保定模拟)夏季常出现如图甲所示的日晕现象,日晕是太阳光通过卷层云时,受到冰晶的折射或反射形成的。图乙为一束太阳光射到正六边形冰晶上时的光路图,a、b为其折射出的光线中的两种单色光,比较a、b两种单色光,下列说法正确的是( )
A.a光的频率比b光的大
B.在冰晶中,b光的波长比a光的长
C.在同种条件下,b光可能比a光的衍射现象更明显
D.a、b两种光分别从水射入空气发生全反射时,a光的临界角比b光的大
解析版
1.(6分)(2023·北京等级考)阳光下的肥皂膜呈现彩色条纹,这种现象属于光的( )
A.偏振现象B.衍射现象
C.干涉现象D.全反射现象
【解析】选C。阳光下的肥皂膜呈现彩色条纹,是肥皂膜的前后表面反射的光叠加产生的干涉现象,故A、B、D错误,C正确。
2.(6分)对下列现象解释正确的是( )
A.图甲的原理是光的全反射
B.图乙的原理是光的干涉
C.图丙的原理是光的衍射
D.图丁的原理是光的折射
【解析】选B。图甲的原理是光的衍射,故A错误;图乙的原理是光的干涉,故B正确;图丙的原理是光的折射,故C错误;图丁的原理是光的偏振,故D错误。
3.(6分)(2021·江苏选择考)铁丝圈上附有肥皂膜,竖直放置时,肥皂膜上的彩色条纹上疏下密,由此推测肥皂膜前后两个面的侧视形状应当是( )
【解析】选C。薄膜干涉为前后两个面反射回来的光发生干涉形成干涉条纹,在复色光时,出现彩色条纹,由于重力作用,肥皂膜前后表面的厚度从上到下逐渐增大,从而使干涉条纹的间距上疏下密,由于表面张力的作用,使得肥皂膜向内凹陷,故C正确。
4.(6分)(2023·海口模拟)激光被誉为“神奇的光”,关于激光的应用,下列说法中正确的是( )
A.由于激光的方向性好,所以不能发生衍射现象
B.由于激光是相干光,所以它能像无线电波那样被调制,用来传递信息
C.用激光拦截导弹,摧毁卫星,是因为激光在大气中传播不受大气的影响
D.能利用激光测量地面到月球表面的距离,是因为激光通过地球大气不会发生折射
【解析】选B。激光属于电磁波,能发生衍射现象,故A错误;由于激光是相干光,所以它能像无线电波那样被调制,用来传递信息,故B正确;用激光拦截导弹,摧毁卫星,是因为激光方向性好、能量高,故C错误;能利用激光测量地面到月球表面的距离,是因为激光平行度好,激光能发生折射,故D错误。
5.(6分)户外滑雪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伤害的眼镜,他选用的薄膜材料的折射率为n=2.5,所要消除的紫外线的频率为f=8.0×1014 Hz,这种“增反膜”的最小厚度为( )
×10-7 mB.7.5×10-8 m
×10-7 mD.1.5×10-7 m
【解析】选B。为了减少进入眼睛的紫外线,应使入射光分别从该膜的前后两个表面反射的光叠加后加强,则光程差(大于等于薄膜厚度d的两倍)应等于光在薄膜中波长λ'的整数倍,即2d=nλ',n=1,2,3…,λ'=vf=cnf=1.5×10-7 m,膜的厚度至少是紫外线在膜中波长的12,所以dmin=λ'2=7.5×10-8 m,故选B。
6.(6分)(多选)(2023·辽宁选择考)“球鼻艏”是位于远洋轮船船头水面下方的装置,当轮船以设计的标准速度航行时,“球鼻艏”推起的波与船首推起的波如图所示,两列波的叠加可以大幅度减小水对轮船的阻力。下列现象的物理原理与之相同的是( )
A.插入水中的筷子,看起来折断了
B.阳光下的肥皂膜,呈现彩色条纹
C.驶近站台的火车,汽笛音调变高
D.振动音叉的周围,声音忽高忽低
【解析】选B、D。该现象属于波的叠加原理;插入水中的筷子,看起来折断了是光的折射造成的,与“球鼻艏”的物理原理不相符;阳光下的肥皂膜,呈现彩色条纹,是由光从薄膜上下表面的反射光叠加造成的干涉现象,与“球鼻艏”的物理原理相符;驶近站台的火车,汽笛音调变高是多普勒现象造成的,与“球鼻艏”的物理原理不相符;振动音叉的周围声音忽高忽低,是声音的叠加造成的干涉现象,与“球鼻艏”的物理原理相符。故选B、D。
【综合应用练】
7.(6分)(多选)(2022·山东等级考)某同学采用图甲所示的实验装置研究光的干涉与衍射现象,狭缝S1、S2的宽度可调,狭缝到屏的距离为L。同一单色光垂直照射狭缝,实验中分别在屏上得到了图乙、图丙所示图样。下列描述正确的是( )
A.图乙是光的双缝干涉图样,当光通过狭缝时,也发生了衍射
B.遮住一条狭缝,另一狭缝宽度增大,其他条件不变,图丙中亮条纹宽度增大
C.照射两条狭缝时,增加L,其他条件不变,图乙中相邻暗条纹的中心间距增大
D.照射两条狭缝时,若光从狭缝S1、S2到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍,P点处一定是暗条纹
【解析】选A、C、D。由题图可知,图乙为等间距条纹,所以图乙是光的双缝干涉图样,当光通过狭缝时,同时也发生衍射,故A正确;狭缝越小,衍射范围越大,衍射条纹越宽,遮住一条狭缝,另一狭缝宽度增大,则衍射现象减弱,图丙中亮条纹宽度减小,故B错误;根据条纹间距公式Δx=Ldλ可知照射两条狭缝时,增加L,其他条件不变,图乙中相邻暗条纹的中心间距增大,故C正确;照射两条狭缝时,若光从狭缝S1、S2到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍,P点处一定是暗条纹,故D正确。
8.(6分)(多选)在信息技术迅猛发展的今天,光盘是存储信息的一种重要媒介。光盘上的信息通常是通过激光束来读取的。若红、蓝激光束不是垂直投射到盘面上,则光线在通过透明介质层时会发生偏折而改变行进的方向,如图所示。下列说法中正确的是( )
A.图中光束①是红光,光束②是蓝光
B.在光盘的透明介质层中,光束①比光束②传播速度慢
C.若光束①、②先后通过同一双缝干涉装置,光束①的条纹宽度比光束②的窄
D.光束①比②更容易发生明显衍射现象
【解析】选B、C。由题图可知介质对①光的折射率比对②光的折射率大,所以①光的频率高于②光的频率,故图中光束①是蓝光,光束②是红光,A错误;由v=cn可知,折射率大,波速小,故在光盘的透明介质层中,光束①比光束②传播速度慢,B正确;由Δx=ldλ可知,通过同一双缝干涉装置,波长短,条纹间距窄。因为①光的频率高于②光的频率,故①光的波长小于②光的波长,即光束①的条纹宽度比光束②的窄,C正确;因为①光的波长小于②光的波长,所以②光更容易发生衍射现象,D错误。
9.(6分)光的干涉现象在技术中有重要应用。一顶角极大的圆锥形玻璃体,倒立在表面平整的标准板上,其截面如图甲。单色光从上方垂直玻璃体的上表面射向玻璃体,沿光的入射方向看到明暗相间的干涉条纹。下列说法正确的是( )
A.条纹是以顶点为圆心的同心圆,且中间疏、边缘密
B.产生干涉的两束光是来自玻璃体上表面和侧面的反射光
C.换用频率更大的光照射,条纹间距变大
D.若出现乙图所示条纹,则说明玻璃体侧面上有凸起
【解析】选D。产生干涉的两束光是来自玻璃体的下表面和平面标准板上表面的反射光,即空气膜的上下两个表面反射的两列光波发生干涉,依据光程差是光的半个波长的偶数倍即为明条纹,而光程差是光的半个波长的奇数倍即为暗条纹,因圆锥形玻璃体压在平面标准板上,以顶点为圆心的各点空气薄膜间距相等且随半径的方向均匀变化,因此可以看到条纹是以顶点为圆心的同心圆,且疏密均匀,A、B错误;换用频率更大的光照射,波长变短,则条纹间距变小,C错误;空气薄膜干涉是等厚干涉,即明条纹处空气膜的厚度相同,若出现乙图所示条纹,说明该处光的路程差与内侧的路程差相等,即该处出现凸起, D正确。
10.(6分)(多选)(2023·普洱模拟)如图所示,水平放置的单色线光源S发出的光有一部分直接入射到竖直光屏上,一部分通过水平放置的平面镜反射后射到光屏上,这两列光相遇时会发生干涉,形成水平的明暗相间的条纹。则( )
A.将光屏向右平移,相邻亮条纹间距减小
B.将光屏向右平移,相邻亮条纹间距增大
C.将线光源S向下平移,相邻暗条纹间距减小
D.将线光源S向下平移,相邻暗条纹间距增大
【解析】选B、D。根据光的反射,可知通过水平放置的平面镜反射的光可以等效为光源在平面镜中所成虚像发出的光,即可以将光源与其虚像等效为双缝干涉中的双缝,令光源到平面镜的间距为d,光源到光屏间距为l,则由Δx=l2d λ可知,若将光屏向右平移,L增大,则相邻亮条纹间距增大,故A错误,B正确;根据上述可知,若将线光源S向下平移,d减小,则相邻暗条纹间距增大,故C错误,D正确。
11.(14分)如图所示,在双缝干涉实验中,S1和S2为双缝,P是光屏上的一点,已知P点与S1和S2距离之差为2.1×10-6 m,今分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验,问P点是亮条纹还是暗条纹?
(1)已知A光在折射率为n=1.5的介质中波长为4×10-7 m;
答案:(1)暗条纹
【解析】(1)设A光在空气中波长为λ1,在介质中波长为λ2,由n=cv=λ1λ2得
λ1=nλ2=1.5×4×10-7 m=6×10-7 m
根据路程差Δr=2.1×10-6 m
所以N1=Δrλ1=2.1×10-6 m6×10-7 m=3.5
(2)已知B光在某种介质中波长为3.15×10-7 m,当B光从这种介质射向空气时,临界角为37°(sin 37°=0.6,cs37°=0.8);
答案: (2)亮条纹
【解析】(2)根据临界角与折射率的关系得n'=1sin37°=53
由此可知,B光在空气中波长为λ3=n'λ介=53×3.15×10-7 m=5.25×10-7 m
所以N2=Δrλ3=2.1×10-6 m5.25×10-7 m=4
可见,用B光做实验,P点为亮条纹。
(3)若用A光照射时,把其中一条缝遮住,试分析光屏上能观察到的现象。
答案: (3)见解析
由此可知,从S1和S2到P点的路程差Δr是波长λ1的3.5倍,所以P点为暗条纹。
【解析】(3)若用A光照射时,把其中一条缝遮住,则会发生单缝衍射现象,即光屏上仍出现明暗相间的条纹,但中央条纹最宽最亮,两边条纹变窄、变暗。
【情境创新练】
12.(6分)(2023·保定模拟)夏季常出现如图甲所示的日晕现象,日晕是太阳光通过卷层云时,受到冰晶的折射或反射形成的。图乙为一束太阳光射到正六边形冰晶上时的光路图,a、b为其折射出的光线中的两种单色光,比较a、b两种单色光,下列说法正确的是( )
A.a光的频率比b光的大
B.在冰晶中,b光的波长比a光的长
C.在同种条件下,b光可能比a光的衍射现象更明显
D.a、b两种光分别从水射入空气发生全反射时,a光的临界角比b光的大
【解析】选D。由光路图可知,b光偏离原光路的程度更大,故b光的折射率更大,可知naλb,A、B错误;b光的频率更高,波长更短,在同种条件下,a光比b光的衍射现象更明显,故C错误;由sinC=1n,知Ca>Cb,a光的临界角比b光的大,故D正确。