高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册5 光的衍射一课一练

第四章　光

5　光的衍射

基础过关练

题组一　对光的衍射的理解

1.下列对衍射现象的定性分析,不正确的是(　　)

A.光的衍射是光在传播过程中绕过障碍物继续传播的现象

B.光的衍射条纹图样是光波相互叠加的结果

C.光的衍射现象为光的波动说提供了有力的证据

D.光的衍射现象完全否定了光沿直线传播的结论

2.(多选)在单缝衍射实验中,下列说法正确的是(　　)

A.将入射光由黄光换成绿光,衍射条纹间距变窄

B.使单缝宽度变大,衍射条纹间距变宽

C.换用频率较小的光照射,衍射条纹间距变宽

D.增大单缝到屏的距离,衍射条纹间距变宽

3.(多选)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.光照到不透明的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边缘模糊的大光斑,说明光沿着直线传播,不存在光的衍射

4.(2019上海奉贤高三一模)下列图样中有泊松亮斑的是　(　　)

5.(2019浙江东阳中学高二下期中)(多选)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产生的条纹相同,则下列描述正确的是(　　)

A.这是利用光的干涉现象

B.这是利用光的衍射现象

C.如果屏上条纹变宽,表明抽制的丝变粗了

D.如果屏上条纹变宽,表明抽制的丝变细了

6.(2019上海奉贤高三下质量调研测试)如图所示为观察光的衍射现象的装置,让激光束通过一个狭缝,观察到光屏上出现衍射图样。现保持狭缝到光屏的距离不变,微微减小狭缝的宽度,则再观察到的条纹是(　　)

A.间距相等的更窄条纹    B.间距相等的更宽条纹

C.间距不等的更窄条纹    D.间距不等的更宽条纹

题组二　光的衍射和光的干涉的比较

7.关于光的干涉和衍射现象,下列说法正确的是(　　)

A.光的干涉现象遵循波的叠加原理,衍射现象不遵循波的叠加原理

B.光的干涉条纹是彩色的,衍射条纹是黑白相间的

C.光的干涉现象说明光具有波动性,光的衍射现象不能说明这一点

D.光的干涉和衍射现象都是光波叠加的结果

8.(多选)如图甲、乙所示是单色光通过窄缝后形成的明暗相间的两种条纹图样(黑色部分表示暗条纹),下列判断正确的是(　　)

A.甲为单缝衍射的图样 B.乙为双缝干涉的图样

C.甲为双缝干涉的图样 D.乙为单缝衍射的图样

9.如图所示,a、b、c、d 4幅明暗相间的条纹图样是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮条纹)。则下面的四幅图从左到右排列,亮条纹的颜色依次是(　　)

A.红　黄　蓝　紫    B.红　紫　蓝　黄

C.蓝　紫　红　黄    D.蓝　黄　红　紫

10.(多选)关于光的干涉、衍射及其应用,下列说法中正确的是(　　)

A.在光的干涉和衍射现象中,都出现亮暗相间的条纹或彩色条纹,因此干涉现象和衍射现象是相同的

B.水面上的油层在阳光的照射下出现彩色条纹是干涉现象,泊松亮斑是衍射现象

C.增透膜增加透射光、减少反射光,是利用了光的干涉

D.激光防伪商标看起来是彩色的,这是光的干涉现象

能力提升练

题组一　对光的衍射现象的理解

1.(2020天津六校联考,改编,)下列现象中,属于光的衍射现象的是(　　)

A.雨后天空出现彩虹

B.通过一个狭缝观察日光灯可看到彩色条纹

C.镀膜后,望远镜的镜头透入光的亮度增强

D.医院手术室使用无影灯

2.(2019宁夏银川一中高三月考,)(多选)下列现象与产生原因不属于光的衍射的是(　　)

A.通过尼龙伞看太阳,观察到彩色的花边

B.晴天汽车开过积水的地面后,留下一些油使水面出现彩色薄膜

C.著名的泊松亮斑

D.激光在光导纤维内传播

E.医院手术室使用无影灯

3.(2020河北石家庄新华区高二下月考,)(多选)中国女科学家屠呦呦因发现青蒿素而获得2015年诺贝尔生理学或医学奖,屠呦呦也成为首位获得该奖的中国人。在研究青蒿素化学结构时,研究人员用比可见光波长更短的X射线衍射的方法最终确定了其化学结构。在做单缝衍射实验时,下列说法正确的是(　　)

A.将入射光由可见光换成X射线,衍射条纹间距变窄

B.使单缝宽度变小,衍射条纹间距变窄

C.换用波长较长的光照射,衍射条纹间距变宽

D.增大单缝到屏的距离,衍射条纹间距变窄

E.衍射条纹的中央条纹最宽

4.(2020浙江十校联盟高三月考,)(多选)如图所示,甲、乙两幅图分别是a、b两束单色光经过同一狭缝后的衍射图样,则下列说法正确的是(　　)

A.在真空中,a光的波长比b光的长

B.在同一介质中,a光的传播速度比b光的快

C.两束单色光分别入射到同一双缝干涉装置时,在光屏上b光亮条纹的条数更多

D.当两束光从空气中射向玻璃时,a光不发生全反射,但b光可能发生全反射

5.(2020江苏泰州高二下期中,)使太阳光垂直照射到一块遮光板上,板上有可以自由收缩的正方形孔,孔的后面放置一个光屏,在正方形孔逐渐变小直至闭合的过程中,光屏上依次可以看到几种不同的现象,试把下列现象依次排列:　　　　。 

A.圆形光斑        B.明暗相间的彩色条纹       C.变暗消失

D.正方形光斑      E.正方形光斑由大变小

6.(2019山西朔州怀仁八中期末,)如图所示,甲、乙两幅图是单色光分别入射到圆孔而形成的图样,其中图甲是光的　　　　(选填“干涉”或“衍射”)图样。由此可以判断出图甲所对应的圆孔的孔径　　　　(选填“大于”或“小于”)图乙所对应的圆孔的孔径。 

题组二　光的衍射和干涉的比较                                    7.(2020辽宁六校协作体高三期中,)(多选)如图所示,一束由两种单色光组成的细光束沿PO方向由空气射向玻璃砖,通过玻璃砖后分成两单色细光束A、B。下列说法正确的是(　　)

A.若增大入射角i,则B光先消失

B.在玻璃中A光的速度比B光的大

C.通过狭缝时A光比B光更容易发生衍射现象

D.利用同一双缝干涉实验装置分别用A、B光做实验,A光的干涉条纹间距比B光的小

E.若A光为绿光,则B光可能为紫光

8.(2019浙江嘉兴一中、湖州中学高二下期中,)如图所示的4幅明暗相间的条纹,分别是红光经过间距不同的双缝及宽度不同的单缝所形成的。则下面的四幅图(甲、乙、丙、丁)依次对应的是(　　)

A.双缝宽间距,双缝窄间距,宽单缝,窄单缝

B.双缝窄间距,双缝宽间距,窄单缝,宽单缝

C.宽单缝,窄单缝,双缝宽间距,双缝窄间距

D.窄单缝,宽单缝,双缝窄间距,双缝宽间距

9.(2019上海长宁高三下二模,)如图所示的4种明暗相间的条纹,分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器和同一个单缝衍射仪器形成的图样(黑色部分表示亮条纹)。则属于蓝光的干涉图样的是(　　)

答案全解全析

基础过关练

1.D　光的衍射是光在传播过程中,能绕过障碍物继续向前传播的现象,说明光已偏离直线传播方向,但没有否定光沿直线传播的结论,为光的波动说提供了有力的证据,故A、C说法正确,D说法错误;衍射条纹图样是光波相互叠加的结果,故B说法正确。

2.ACD　在单缝衍射实验中,当单缝宽度一定时,光波波长越长,频率越小,衍射现象越明显,衍射条纹间距越宽,而黄光的波长比绿光的波长长,故A、C正确;当光的波长一定时,单缝宽度越小,衍射现象越明显,条纹间距越宽,B错误;当光的波长一定、单缝宽度也一定时,增大单缝到屏的距离,衍射条纹间距也会变宽,D正确。

3.AC　单色光照到狭缝上产生的衍射图样是明暗相间的直条纹,白光的单缝衍射图样是彩色直条纹,故A对,B错;光照到不透明的小圆盘上,出现泊松亮斑,是衍射现象,故C对;光的衍射现象只有明显与不明显之分,大光斑的边缘模糊,正是光的衍射造成的,故D错。

4.A　结合泊松亮斑的特点可知,光照射在宽度小于或等于光源波长的小圆盘或小圆珠上时,会在后边的光屏上出现不等间距的、明暗相间的同心圆环,在适当的距离上,影的中心会出现一个亮斑,所以A是泊松亮斑,其他三个都不是,故A正确,B、C、D错误。

5.BD　当障碍物的尺寸与波的波长相当,或小于波的波长时,会发生明显的衍射,题中所示装置利用光的衍射现象;如果屏上条纹变宽,表明抽制的细丝变细了,故B、D正确,A、C错误。

6.D　在观察光的衍射现象实验中,保持狭缝到光屏的距离不变,屏上明暗相间的条纹间距随缝宽的减小而增大,则减小狭缝的宽度,再观察到的条纹是间距不等的更宽条纹,选D。

7.D　从成因分析,光的干涉现象、衍射现象都是光波叠加的结果,两者都能说明光具有波动性,故A、C错,D正确。从条纹特点看,虽然条纹宽度、间距有所不同,但单色光的干涉条纹、衍射条纹都是明(与单色光的颜色相同)暗相间的,白光的干涉条纹、衍射条纹都是彩色的,故B错。

8.AB　题图甲中的亮条纹宽度不等,中央宽,两侧窄,应为单缝衍射图样;题图乙中的亮条纹等宽等距,应为双缝干涉图样,故A、B正确,C、D错误。

9.B　双缝干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹,单缝衍射条纹是中间最宽、两边越来越窄的明暗相间的条纹,因此题图中a、c是双缝干涉条纹,b、d是单缝衍射条纹。通过同一双缝干涉仪器形成的干涉条纹,光的波长越长,条纹间距越宽,因此a是红光,c是蓝光。通过同一单缝形成的衍射条纹,波长越长,条纹越宽,因此b是紫光,d是黄光。选B。

10.BCD　光的干涉和衍射虽然有很多共性,但属于不同的光现象,故A错误;油膜的彩色条纹是薄膜干涉产生的,泊松亮斑是光的衍射产生的,故B正确;增透膜的作用是增加透射光的强度,减少反射光的能量损失,厚度应等于光波在膜中波长的,利用了光的干涉,故C正确;激光防伪商标的彩色条纹是薄膜干涉产生的,故D正确。

能力提升练

1.B　雨过天晴时,在天空常出现彩虹,这是太阳光通过悬浮在空气中细小的水珠折射而形成的,A错误;通过一个狭缝观察日光灯可看到彩色条纹,属于单缝衍射,B正确;照相机、望远镜的镜头表面常常镀一层透光的膜,即增透膜,增透膜利用的是光的干涉,故C错误;医院手术室使用无影灯利用的是光的直线传播,故D错误。

2.BDE　通过尼龙伞看太阳,观察到彩色的花边是由于光的衍射,选项A不符合题意;晴天汽车开过积水的地面后,留下一些油使水面出现彩色薄膜,这是薄膜干涉现象,选项B符合题意;著名的泊松亮斑是光的衍射现象,选项C不符合题意;激光在光导纤维内传播,这是全反射现象,选项D符合题意;医院手术室使用无影灯利用的是光的直线传播,选项E符合题意。选B、D、E。

3.ACE　将入射光由可见光换成X射线,波长变小,衍射条纹间距变窄,A正确;使单缝宽度变小,衍射条纹间距变宽,B错误;换用波长较长的光照射,衍射条纹间距变宽,C正确;增大单缝到屏的距离,衍射条纹间距变宽,D错误;衍射条纹与干涉条纹不同,其中央条纹最宽,E正确。

4.ABC　在其他条件相同时,光的波长越长的,衍射条纹间距越宽,题图中甲图条纹间距大,则a光的波长较长,故A正确;根据f=可知,a光的频率较小,那么a光的折射率较小,根据v=知,在同种介质中a光的传播速度比b光的快,故B正确;两束单色光分别入射到同一双缝干涉装置时,干涉条纹间距大的,光屏上亮条纹的条数少,故b光亮条纹的条数更多,C正确;发生全反射的条件是光从光密介质射入光疏介质,且入射角大于等于临界角,故两束光从空气中射向玻璃时都不会发生全反射,故D错误。

5.答案　DEABC

解析　由于光的波长很短,当孔很大时,不会发生明显的衍射现象,此时光沿直线传播的,屏上出现正方形光斑;孔变小,正方形光斑由大变小;当孔继续减小时,出现小孔成像,在屏上出现太阳的像,即圆形光斑;孔再继续减小,当尺寸与光波的波长相差不多时,光开始发生明显的衍射现象,出现明暗相间的彩色条纹;孔进一步减小直到闭合时,由于穿过孔的光的能量减小而使光屏上的像变暗直至消失,故排列顺序为DEABC。

6.答案　衍射　小于

解析　根据题图甲中图样的特点可知甲图为单孔衍射的图样,孔的尺寸与光的波长相差不多或比光的波长小;题图乙中只有一个圆形亮斑,周围没有衍射条纹,说明乙图所对应的情景没有发生明显衍射,可知孔的尺寸比光的波长大得多。

7.BCE　根据折射定律可知,光线由空气射入玻璃砖时的折射角只能接近临界角,不能达到临界角,即射出玻璃砖时的入射角不能达到临界角,不会发生全反射,所以增大入射角i,A、B光线都能射出玻璃砖,故A错误;光由空气射向玻璃砖时,两种单色光的入射角相同,但B光偏折程度大,根据折射定律n=,可知有nA<nB,根据v=知vA>vB,故B正确;由nA<nB可知fA<fB,根据c=λf,知λA>λB,所以两单色光通过相同的狭缝时A光更容易发生衍射,故C正确;根据双缝干涉条纹间距公式Δx=λ,因为λA>λB,所以A光的干涉条纹间距比B光的大,故D错误;由B选项知nA<nB,若A光为绿光,由于玻璃对紫光的折射率大于对绿光的折射率,B光可能为紫光,故E正确。

8.A　双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹,亮(暗)条纹等间距,故甲、乙两图是双缝干涉图样;根据双缝干涉条纹间距公式Δx=λ可知,双缝间距越小,Δx越大,故甲是双缝宽间距,乙是双缝窄间距。单缝衍射条纹是中间明亮且宽大,越向两侧条纹宽度越小越暗,而单缝越窄,中央亮条纹越宽,故丙是宽单缝,丁是窄单缝。综上可知,选A。

9.C　双缝干涉的图样是明暗相间的条纹,亮(暗)条纹宽度相同且等间距,可知A、C是干涉图样,根据双缝干涉条纹间距公式Δx=λ,可知波长λ越长,Δx越大,C正确。