物理鲁科版 (2019)第1节 光的干涉优秀单元测试课时训练

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1（解析版）

第I卷（选择题）

一、选择题（共40分）

1．如图所示，双缝干涉实验中利用相同的实验装置，分别得到了甲、乙两种色光的干涉图样下列关于甲、乙光的说法正确的是（　　）

A．甲光的波长小于乙光的波长

B．甲光的频率大于乙光的频率

C．同种介质对甲光的折射率大于对乙光的折射率

D．甲光在水中的传播速度大于乙光在水中的传播速度

2．某实验小组用自制狭缝观察光的干涉、衍射现象，在光屏上分别得到图乙、图丙两幅图样。关于P处放置的自制狭缝，下列说法正确的是（　　）

A．乙对应双缝，丙对应单缝

B．乙对应单缝，丙对应双缝

C．都是单缝，乙对应的单缝较宽

D．都是双缝，丙对应的双缝间距较大

3．在日常生活中我们经常会发现，交通信号灯、安全指示灯、雾灯、施工警示灯等基本上都是红色的信号灯，这除了红色容易引起人们的视觉反应外，还有一个重要原因是（　　）

A．红光比其他色光更容易发生衍射 B．红光比其他色光更容易发生干涉

C．红光比其他色光频率更高 D．红光比其他色光的折射率更小

4．以下关于偏振片和增透膜的说法不正确的是（　　）

A．拍摄水下景物时，为减小光在水面处的反射，使景物更加清晰，可在照相机镜头前加一偏振片

B．为减小光在照相机镜面处的反射，使景物更加清晰，可在照相机镜头前加一增透膜

C．照相机的增透膜厚度通常为

D．3D立体电影充分利用了光的偏振原理

5．如图甲、乙所示的2种明暗相间的条纹分别是甲、乙两种单色可见光分别通过同一个单缝形成的衍射图样（黑色部分表示亮条纹）。则甲光和乙光波长的大小关系为（　　）

A．甲光大 B．乙光大 C．一样大 D．无法确定

6．小陆同学带领某研究小组观察杨氏双缝实验，如图所示是研究光的双缝干涉的示意图，挡板上有两条狭缝、，由和发出的两列波到达屏上时会产生干涉条纹。已知入射激光的波长为，屏上的P点到两缝和的距离相等，如果把P处的亮条纹记作第0号亮条纹，由P向上数，与0号亮条纹相邻的暗条纹为1号暗条纹，与1号暗条纹相邻的亮条纹为1号亮条纹，1号亮条纹上侧相邻的暗条纹为2号暗条纹，则处的暗条纹恰好是10号暗条纹。设直线的长度为，的长度为，则等于（　　）

A． B． C． D．

7．下列说法正确的是（　　）

A．轮船航行时通过改变航向，使波浪冲击力的方向与轮船摇摆的方向不一致，同时改变航速，使波浪冲击的频率远离轮船摇摆的固有频率，这是应用共振规律防止共振

B．平静的水面上任意位置放一片纸屑，用笔尖轻点水面，纸屑会随着水波向外传播而向外运动

C．制作透射光栅要在一块很平的玻璃上用金刚石刻出一系列等间距的平行刻痕，这些刻痕就相当于透光的狭缝

D．可见光的波长在400-760 nm之间，太阳辐射的能量集中在可见光这一个区域

8．利用如图的装置测量光的波长时，若双缝间距为d，屏与双缝间距为。当插上红色滤光片后，从目镜中观测到第1个亮条纹与第n个亮条纹的间距为Δx，则（　　）

A．红光的波长为

B．换用间距较小的双缝，目镜中观察到的亮条纹个数将减少

C．将屏向双缝移动，可增加目镜中观察到的亮条纹个数

D．取下红色滤光片，目镜上不会观察到干涉条纹

E.将红色滤光片换成蓝色，相邻两亮条纹间的距离将减少

9．如图所示，偏振片正对工作的液晶显示器，透过偏振片看到显示器亮度正常. 将镜片转动90°，透过镜片看到的屏幕漆黑，则 （　　）

A．显示器发出的光是纵波 B．显示器发出的光是横波

C．显示器发出的光是自然光 D．显示器发出的光是偏振光

10．利用如图所示的装置研究双缝干涉现象并测量光的波长时，下列说法中正确的是（　　）

A．实验装置中的①②③元件分别为滤光片、单缝、双缝

B．将滤光片由紫色的换成红色的，干涉条纹间距变宽

C．将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽

D．测量过程中，把5个条纹间距数成6个，导致波长测量值偏小

第II卷（非选择题）

二、实验题（共15分）

11．现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在下图所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长。

(1)本实验的实验步骤有：

①取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮；

②按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上；

③用米尺测量双缝到屏的距离；

④用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮纹间的距离．

在操作步骤②时还应注意______和______；

(2)将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图甲所示，然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，记下此时图乙中手轮上的示数______mm.求得相邻亮纹的间距Δx为______mm。

12．在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，实验装置如图甲所示。

（1）以线状白炽灯为光源，对实验装置进行了调节并观察实验现象后，总结出以下几点：

A．灯丝和单缝及双缝必须平行放置

B．干涉条纹与双缝垂直

C．干涉条纹疏密程度与双缝间距离有关

D．干涉条纹间距与光的波长有关

以上几点中你认为正确的是______。

（2）当测量头中的分划板中心刻线对齐某干涉条纹线时，手轮上的示数如图乙所示，该读数为______mm。

（3）如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，如图丙所示，则在这种情况下测量干涉条纹的间距Δx时，测量值______（选填“大于”“小于”或“等于”）实际值。

三、解答题（共45分）

13．用如图所示的实验装置观察双缝干涉图样，双缝之间的距离是，用的是绿色滤光片，从目镜中可以看到绿色干涉条纹。

(1)如果把毛玻璃屏向远离双缝的方向移动，相邻两亮条纹中心的距离如何变化？

(2)把绿色滤色片换成红色，相邻两个亮条纹中心的距离增大了。这说明哪种色光的波长较长？

(3)如果改用间距为的双缝，相邻两个亮条纹中心的距离会有什么变化？

14．拍摄干涉图样照片时，照片显示的干涉图样中的振动加强区与振动减弱区是否与拍摄时间无关？

15．用单色红光做杨氏双缝干涉实验，在光屏上会出现明暗相间的条纹。

(1)请画出光波通过狭缝后传播的示意图，并解释为什么屏上会出现明暗相间的条纹。

(2)若用蓝光代替红光，干涉条纹的间距会发生什么变化？为什么？

16．在双缝干涉实验中，双缝到光屏上点P的距离之差为0.6 μm，若分别用频率为f1＝5.0×1014Hz和f2＝7.5×1014Hz的单色光垂直照射双缝，试分析判断点P应出现亮条纹还是暗条纹？分别为第几条亮条纹或暗条纹？

参考答案

1．D

【详解】

AB．由

可知，甲光的干涉条纹间距较大，故波长较大，频率较低，AB错误；

C．甲光频率较低，折射率较小，C错误；

D．由

可知，甲光在水中的传播速度较大，D正确。

故选D。

2．A

【详解】

双缝干涉是亮暗相间的等宽条纹，单缝衍射图像的中间是宽亮条纹，两侧是明暗交替的窄条纹，所以图乙是双缝干涉，图丙是单缝衍射。

故选A。

3．A

【详解】

红光相对其他色光而言，波长长，易发生衍射，即使在雨雾天人们在较远处也能看到红灯。

故选A。

4．C

【详解】

A．拍摄水下景物时，为减小光在水面处的反射，使景物更加清晰，可在照相机镜头前加一偏振片，阻挡经水面反射的偏振光通过镜头，A正确；

B．因为人的眼睛对绿光最敏感，根据光的干涉原理，为减小光在照相机镜面处的反射，使景物更加清晰，可在照相机镜头前加一增透膜，增加绿光的透射率，B正确；

C．根据光的干涉原理，照相机的增透膜厚度通常为绿光在增透膜中波长的，C错误；

D．3D立体电影的原理是在两个摄像机的镜头前各加一个偏振片，并且使两个偏振片的偏振方向垂直，观众佩戴的眼镜的两个镜片就是两个偏振片，并且偏振方向也互相垂直，所以观众看到的影像是立体的，D正确。

故选C。

5．B

【详解】

对于同一窄缝，波长越长，衍射条纹越宽，由图可知，乙光波长较长。

故选B。

6．B

【详解】

由题设可知，从中央亮条纹P算起，P1点处是第10号暗条纹的位置，表明缝S1、S2到P1处的距离差时

所以B正确，ACD错误。

故选B。

7．A

【详解】

A．当驱动力的频率等于固有频率时，振动的幅度最大，达到共振。轮船航行时通过改变航向，使波浪冲击力的方向与轮船摇摆的方向不一致，同时改变航速，使波浪冲击的频率远离轮船摇摆的固有频率，这是应用共振规律防止共振，A正确；

B．平静的水面上任意位置放一片纸屑，用笔尖轻点水面，纸屑只会在平衡位置附近往复运动，不会随着水波向外传播而向外运动，B错误；

C．制作透射光栅要在一块很平的玻璃上用金刚石刻出一系列等间距的平行刻痕，那些没有刻痕地方相当于透光的狭缝，C错误；

D．可见光的波长在400-760 nm之间，太阳辐射的能量除了可见光之外还有红外线，紫外线等区域，D错误。

故选A。

8．BCE

【详解】

A．根据条纹间距关系式，有

解得

故A错误；

B．换用间距较小的双缝，则双缝间距d减小，可知相邻条纹间距变大，故目镜中观察到的亮条纹个数将减少。故B正确；

C．将屏向双缝移动，则双缝到屏的距离l减小，可知相邻条纹间距变小，可增加目镜中观察到的亮条纹个数。故C正确；

D．取下红色滤光片，目镜上不会观察到红光的干涉条纹，但是可以看到不同颜色的彩色干涉条纹。故D错误；

E．将红色滤光片换成蓝色，入射光的波长变短，则相邻两亮条纹间的距离将减少。故E正确。

故BCE。

9．BD

【详解】

AB．光是横波，A错误B正确；

CD．方向一致时，光完全通过，二者垂直时，完全不能通过，由实验现象得出显示器发出的光是偏振光，C错误D正确。

故选BD。

10．ABD

【详解】

A．实验装置中的①②③元件分别为滤光片、单缝、双缝，故A正确；

B．将滤光片由紫色的换成红色的，波长变长，根据干涉条纹间距Δx＝λ知条纹间距变宽，故B正确；

C．将单缝向双缝移动一小段距离后，条纹间距不变，故C错误；

D．把5个条纹间距数成6个，则Δx减小，根据Δx＝λ，可知波长测量值偏小，故D正确；

故选ABD。

11．单缝与双缝的间距为5～10 cm    使单缝与双缝相互平行    13.870    2.310   

【详解】

(1)[1][2]单缝与双缝的间距为5～10 cm，使单缝与双缝相互平行。

(2)[3][4]图甲的读数为

2mm+32.0×0.01mm=2.320 mm

图乙的读数为

13.5mm+37.0×0.01mm=13.870 mm

因此

12．ACD    0.702    大于   

【详解】

（1）[1]A．为使屏上的干涉条纹清晰，灯丝与单缝和双缝必须平行放置，所得到的干涉条纹与双缝平行，A正确；

BCD．由可知，条纹的疏密程度与双缝间距离d、光的波长λ、双缝到屏的距离l有关，CD正确，B错误。

故选ACD。

（2）[2]固定刻度读数为0.5mm，可动刻度读数为20.2×0.01mm，所以测量结果为

d=0.5mm＋20.2×0.01mm=0.702mm

（3）[3]测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上时，由几何知识可知测量所得干涉条纹间距大于条纹间的实际距离。

13．（1）变大；（2）红光；（3）变小

【详解】

(1)由

可知，把毛玻璃片向远离双缝的方向移动，L会变大，所以会增大，相邻两亮条纹中心的距离变大；

(2)由

相邻两个亮条纹中心的距离增大了，因为L和d不变，所以变大使变大，所以红光波长较长；

(3)由

可知，d变大，将变小，所以相邻两个亮条纹中心的距离会变小。

14．无关

【详解】

干涉图样的振动加强区和振动减弱区只与光程差和波长有关，当光程差是半波长的整数倍时是振动加强区，不是是波长的整数倍是振动减弱区，与拍摄的时间没有关系。

15．(1)光路见解析；当双缝到干涉屏上某点的路程差是波长的整数倍时，光屏上出现亮条纹，当路程差等于半波长的奇数倍，光屏上出现暗条纹。(2)变小

【详解】

(1)画出光波通过狭缝后传播的示意图如图；

当双缝到干涉屏上某点的路程差是波长的整数倍时，光屏上出现亮条纹，当路程差等于半波长的奇数倍，光屏上出现暗条纹。

(2)蓝光的波长小于红光，根据

可知，若用蓝光代替红光，干涉条纹的间距会变小。

16．用频率为f1的单色光照射时，点P出现亮条纹，且为第一条亮条纹；用频率为f2的单色光照射时，点P出现暗条纹，且为第二条暗条纹

【详解】

如图所示，双缝S1、S2到光屏上任一点P的路程差Δr＝S2S2′，当Δr等于单色光波长的整数倍时，S2和S1同时到达波峰或波谷，由S1和S2发出的光在点P互相加强，点P出现亮条纹；当Δr等于单色光半个波长的奇数倍时，若S2到达波峰(波谷)，则S1到达波谷(波峰)，这样由S1和S2发出的光在点P互相抵消，点P出现暗条纹．

频率为f1的单色光波长

λ1＝＝＝0.6×10－6m＝0.6μm

频率为f2的单色光波长

λ2＝＝＝0.4×10－6 m＝0.4μm

可见

Δr＝λ1，Δr＝λ2

可见，用频率为f1的单色光照射时，点P出现亮条纹，且为第一条亮条纹；用频率为f2的单色光照射时，点P出现暗条纹，且为第二条暗条纹．