1/7階段質(zhì)量檢測(cè)(五)光的干涉、衍射和偏振(滿分:100分)一、單項(xiàng)選擇題(本題共8小題,每小題3分,共24分。每小題只有一個(gè)選項(xiàng)符合題目要求)1.如圖所示,光熱轉(zhuǎn)換是將太陽能轉(zhuǎn)換成其他物質(zhì)內(nèi)能的過程,太陽能熱水器就是一種光熱轉(zhuǎn)換裝置,它的主要轉(zhuǎn)換器件是真空玻璃管,這些玻璃管將太陽能轉(zhuǎn)換成水的內(nèi)能。真空玻璃管上采用鍍膜技術(shù)增加透射光,使盡可能多的太陽能轉(zhuǎn)換成熱能,這種鍍膜技術(shù)的物理依據(jù)是()A.光的折射 B.光的全反射C.光的干涉 D.光的衍射2.如圖1所示的雙縫干涉實(shí)驗(yàn),改變實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行兩次實(shí)驗(yàn),先后在屏上觀察到如圖2、圖3所示的條紋,下列說法正確的是()A.改變的實(shí)驗(yàn)條件是僅減小了雙縫到光屏之間的距離B.改變的實(shí)驗(yàn)條件是僅增大了雙縫之間的距離C.若圖2是綠色條紋,圖3可能是紅色條紋D.若圖2是綠色條紋,圖3可能是彩色條紋3.如圖甲所示,將一塊平板玻璃a放置在另一玻璃板b上,在一端夾入兩張紙片,當(dāng)黃光從上方入射后,從上往下可以觀察到如圖乙所示的干涉條紋。則()A.若抽去一張紙片,條紋變密B.若換用藍(lán)光從上方入射,條紋變疏C.彎曲條紋中心位置下方的空氣膜厚度不相等D.任意相鄰的亮條紋中心位置下方的空氣膜厚度差相等4.某同學(xué)在學(xué)習(xí)光學(xué)時(shí),發(fā)現(xiàn)各種光學(xué)現(xiàn)象已經(jīng)在各個(gè)科技領(lǐng)域有所應(yīng)用。他對(duì)光現(xiàn)象的理解正確的是()A.全息照相是利用了激光的衍射現(xiàn)象B.拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時(shí),為了防止反光往往在鏡頭前加增透膜C.光纖通信及醫(yī)用纖維式內(nèi)窺鏡都利用了光的全反射原理D.利用激光傳播速度大的特性,可以較準(zhǔn)確的測(cè)量地球到月球的距離5.激光火箭的體積較小,卻可以裝載體積較大的衛(wèi)星或飛船,激光由地面激光站或空間激光動(dòng)力衛(wèi)星提供,通過一套裝置,像手電筒一樣,讓激光束射入火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室,推進(jìn)劑受熱而急劇膨脹,于是形成一股高溫高壓的燃?xì)饬?以極高的速度噴出,產(chǎn)生巨大的推力,把衛(wèi)星或飛船送入太空。激光火箭利用了激光的()①單色性好②平行度好③高能量④相干性好A.①② B.②③ C.①③ D.②④6.有一種魔術(shù)道具稱為“穿墻而過”。其結(jié)構(gòu)是兩片塑料偏振片卷起來,放進(jìn)空心的透明圓筒內(nèi),中間兩偏振片重疊區(qū)域給觀眾感覺為一塊“擋板”,如圖甲所示。當(dāng)圓筒中的小球從B端滾向A端,居然穿過了“擋板”,如圖乙所示。則()A.該魔術(shù)說明光是縱波B.該魔術(shù)對(duì)觀眾的觀察角度有要求C.只用一片塑料偏振片也可以完成該魔術(shù)D.該魔術(shù)中對(duì)兩偏振片卷起來的方式有要求7.激光散斑測(cè)速是一種測(cè)速技術(shù),它應(yīng)用了光的干涉原理。用二次曝光照相所獲得的“散斑對(duì)”相當(dāng)于雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中的雙縫,待測(cè)物體的速度v與二次曝光時(shí)間間隔Δt的乘積等于雙縫間距。實(shí)驗(yàn)中可測(cè)得二次曝光時(shí)間間隔Δt、雙縫到屏的距離L以及相鄰兩條亮條紋間距Δx。如所用激光波長(zhǎng)為λ,則該實(shí)驗(yàn)確定物體運(yùn)動(dòng)速度的表達(dá)式是()A.v=λΔxLΔtC.v=LΔxxΔt8.某一質(zhì)檢部門為檢測(cè)一批礦泉水的質(zhì)量,利用干涉原理測(cè)定礦泉水的折射率。方法是將待測(cè)礦泉水填充到特制容器中,放置在雙縫與熒光屏之間(之前為空氣),如圖所示,特制容器未畫出,通過比對(duì)填充后的干涉條紋間距x2和填充前的干涉條紋間距x1就可以計(jì)算出該礦泉水的折射率。則下列說法正確的是(設(shè)空氣的折射率為1)()A.x1=x2 B.x1<x2C.該礦泉水的折射率為xD.該礦泉水的折射率為x二、多項(xiàng)選擇題(本題共4小題,每小題4分,共16分。每小題有多個(gè)選項(xiàng)符合題目要求,全部選對(duì)得4分,選對(duì)但不全的得2分,有選錯(cuò)的得0分)9.下列說法正確的是()A.肥皂泡呈現(xiàn)彩色是光的干涉引起的,露珠呈現(xiàn)彩色是光的折射引起的,通過狹縫看太陽光呈現(xiàn)彩色是光的衍射引起的B.光照到不透明小圓盤上,出現(xiàn)泊松亮斑,說明發(fā)生了干涉C.觀察薄膜干涉的條紋時(shí),應(yīng)該在入射光的同一側(cè)D.醫(yī)院中用于體檢的“B超”利用了超聲波的衍射原理10.甲、乙兩同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室做薄膜干涉實(shí)驗(yàn)。甲將有肥皂膜鐵絲圈豎直放置,形成如圖甲所示的肥皂膜側(cè)視圖,用黃色光從左側(cè)照射薄膜,會(huì)觀察到明暗相間的干涉條紋。乙用平行單色光垂直照射透明薄膜,觀察到如圖乙所示明暗相間的干涉條紋。關(guān)于甲、乙兩實(shí)驗(yàn)下列說法正確的是()A.甲應(yīng)該從薄膜左側(cè)觀察干涉圖樣B.任意兩相鄰亮條紋處對(duì)應(yīng)的薄膜厚度之差相同C.乙實(shí)驗(yàn)中薄膜層厚度的變化率不隨坐標(biāo)x變化而變化D.乙實(shí)驗(yàn)中薄膜層厚度的變化率隨坐標(biāo)x增大而逐漸增大11.如圖所示,a、b兩束光以不同的入射角由介質(zhì)射向空氣,結(jié)果折射角相同,下列說法正確的是()A.b光在該介質(zhì)中的折射率比a光大B.若用b光做單縫衍射實(shí)驗(yàn),要比用a光實(shí)驗(yàn)時(shí)得到的中央亮條紋更寬C.用b光更易觀測(cè)到泊松亮斑D.做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí),用a光比用b光兩相鄰亮條紋中心的距離更大12.如圖所示,真空中有一均勻介質(zhì)球,一束復(fù)色光平行于BOC從介質(zhì)球的A點(diǎn)折射進(jìn)入介質(zhì)球內(nèi),進(jìn)入介質(zhì)球后分成光束Ⅰ、Ⅱ,其中光束Ⅰ恰好射到C點(diǎn),光束Ⅱ射到D點(diǎn),∠AOB=60°,則()A.介質(zhì)球?qū)馐虻恼凵渎蚀笥?B.進(jìn)入介質(zhì)球的光束Ⅰ一定比同時(shí)進(jìn)入介質(zhì)球的光束Ⅱ先射出介質(zhì)球C.當(dāng)入射角大于某一特定角度時(shí),光束Ⅱ再射到界面上時(shí)可能會(huì)發(fā)生全反射D.用光束Ⅰ和光束Ⅱ分別射向同一雙縫干涉裝置,光束Ⅱ的條紋間距比光束Ⅰ的條紋間距大

三、非選擇題(本題共5小題,共60分)13.(6分)某同學(xué)利用圖甲所示的裝置研究光的干涉和衍射,將刀片在涂有墨汁的玻璃片上劃過便可得到單縫和不同間距雙縫的縫屏,光電傳感器可用來測(cè)量光屏上光強(qiáng)的分布。(1)某次實(shí)驗(yàn)時(shí),在電腦屏幕上得到圖乙所示的a、b兩種光的光強(qiáng)分布,這位同學(xué)在縫屏上安裝的是(選填“單縫”或“雙縫”)。(2分)

(2)由圖乙中兩條曲線的特征可知。(2分)

A.a光頻率較大B.以相同角度斜射到同一玻璃板透過平行表面后,a光側(cè)移量小C.以相同的入射角從空氣斜射到水中,a光的折射角大D.以相同的入射角從水中射入空氣,在空氣中只能看到一種光時(shí),一定是a光(3)當(dāng)研究雙縫干涉現(xiàn)象時(shí),選用間距較大的雙縫相比于間距較小的雙縫,在光屏上可觀察到(選填“更多”“更少”或“一樣多”)的條紋個(gè)數(shù)。(2分)

14.(8分)如圖甲所示為雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的裝置示意圖,現(xiàn)利用這套裝置測(cè)量某種單色光的波長(zhǎng)。(1)圖甲裝置中有三處光學(xué)元件的名稱空缺,下列選項(xiàng)正確的是。(1分)

A.①凸透鏡②雙縫和濾光片③單縫B.①凸透鏡②濾光片和單縫③雙縫C.①凸透鏡②毛玻璃屏和單縫③雙縫(2)已知雙縫間距d=0.4mm,雙縫到毛玻璃屏間的距離l=0.5m,實(shí)驗(yàn)時(shí),接通電源使光源正常發(fā)光,調(diào)整光路,使得從目鏡中可以觀察到干涉條紋。單色光照射雙縫得到干涉條紋如圖乙所示,分劃板在圖中A位置時(shí)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為xA=11.1mm,在B位置時(shí)游標(biāo)卡尺讀數(shù)為xB=mm,相鄰兩個(gè)亮條紋中心的距離Δx=mm,該單色光的波長(zhǎng)λ=m。(計(jì)算結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)(5分)

(3)若僅將紅色濾光片換成綠色濾光片,相鄰兩個(gè)亮條紋中心的距離將。(選填“增大”或“減小”)(2分)

15.(12分)為了減少玻璃表面光的反射損失,在玻璃表面涂上一層折射率n=1.25的增透膜,設(shè)入射光在真空中的波長(zhǎng)λ0=700nm,速度為c,為使這種波長(zhǎng)的反射光能最大限度地被減弱,所涂薄膜的最小厚度應(yīng)是多少?16.(14分)用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)中,已知兩縫間的距離為0.3mm,以某種單色光照射雙縫時(shí),在離雙縫1.2m遠(yuǎn)的屏上,第1個(gè)亮條紋到第10個(gè)亮條紋的中心間距為22.78mm。求:(保留兩位有效數(shù)字)(1)這種單色光的波長(zhǎng)λ;(6分)(2)雙縫到第10條亮條紋中心的路程差s。(8分)

17.(20分)如圖所示,在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,S1和S2為雙縫,P是光屏上的一點(diǎn),已知P點(diǎn)與S1和S2距離之差為2.1×10-6m,現(xiàn)分別用A、B兩種單色光在空氣中做雙縫干涉實(shí)驗(yàn),問P點(diǎn)是亮條紋還是暗條紋?(1)已知A光在折射率為n=1.5的介質(zhì)中波長(zhǎng)為4×10-7m;(10分)(2)已知B光在某種介質(zhì)中波長(zhǎng)為3.15×10-7m,當(dāng)B光從這種介質(zhì)射向空氣時(shí),臨界角為37°。(10分)參考答案1.選C真空玻璃管上采用鍍膜技術(shù),利用的是從鍍膜前后表面反射回的光相互疊加抵消,增加透射光的強(qiáng)度,故該技術(shù)運(yùn)用了光的干涉原理,故選項(xiàng)C正確。2.選C題圖中改變實(shí)驗(yàn)條件后條紋間距增大,根據(jù)條紋間距表達(dá)式Δy=ldλ,可知改變的實(shí)驗(yàn)條件是僅增加了雙縫到光屏之間的距離,或僅減小了雙縫之間的距離,故A、B錯(cuò)誤;綠光的波長(zhǎng)小于紅光,若題圖2是綠色條紋,題圖3可能是紅色條紋,不可能是彩色條紋,故C正確,D3.選D光在空氣膜中的光程差為Δx=2d,即光程差為空氣層厚度的2倍,當(dāng)光程差Δx=nλ,(n=0,1,2,…),此處表現(xiàn)為亮條紋,當(dāng)光程差為Δx=n+12λ,(n=0,1,2,…),此處表現(xiàn)為暗條紋,所以任意相鄰的亮條紋中心位置下方的空氣膜厚度差相等,故D正確;根據(jù)上述分析可知,彎曲條紋中心位置下方的空氣膜厚度相等,故C錯(cuò)誤;當(dāng)光程差Δx=nλ時(shí),(n=0,1,2,…),此處表現(xiàn)為亮條紋,則相鄰亮條紋之間的空氣層的厚度差為12λ,顯然抽去一張紙后空氣層的傾角變小,故相鄰兩條紋之間的距離變大,干涉條紋變稀疏了,故A錯(cuò)誤;當(dāng)光程差Δx=nλ時(shí),(n=0,1,2,…),此處表現(xiàn)為亮條紋,則相鄰亮條紋之間的空氣層的厚度差為12λ,藍(lán)光的波長(zhǎng)小于黃光的波長(zhǎng),則換用藍(lán)光從上方入射,4.選C激光全息照相是利用了激光的干涉現(xiàn)象,故A錯(cuò)誤;拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時(shí),玻璃有反光,所以往往在鏡頭前加一個(gè)偏振片以削弱反射光的干擾,從而能清晰拍到玻璃櫥窗內(nèi)的物品,故B錯(cuò)誤;光纖通信及醫(yī)用纖維式內(nèi)窺鏡都利用了光的全反射原理,故C正確;激光方向集中,也就是平行度好,可以比較精確測(cè)量月球到地球的距離,故D錯(cuò)誤。5.選B由于地面激光站或空間激光動(dòng)力衛(wèi)星與火箭相距較遠(yuǎn),必須要求激光具有很好的平行度。推進(jìn)劑在激光束的照射下受熱而急劇膨脹,由此可知激光火箭還利用了激光高能量的特性,B正確。6.選D光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波,A錯(cuò)誤;任何角度的光都會(huì)發(fā)生偏振現(xiàn)象,不同角度的觀眾看到的現(xiàn)象相同,該魔術(shù)對(duì)觀眾的觀察角度無要求,B錯(cuò)誤;當(dāng)偏振片偏振方向與偏振光的振動(dòng)方向平行時(shí),偏振光可以全部通過偏振片,當(dāng)偏振片偏振方向與偏振光的振動(dòng)方向垂直時(shí),偏振光不能通過偏振片,則在中間區(qū)域放兩片偏振方向互相垂直的卷起來的偏振片時(shí),自然光不能通過,形成黑影,看起來就像一道墻,一片偏振片無法完成實(shí)驗(yàn),C錯(cuò)誤,D正確。7.選B雙縫干涉中,相鄰兩條亮條紋之間的距離Δx與雙縫之間的距離d、雙縫到屏的距離L及光的波長(zhǎng)λ有關(guān),即Δx=Ldλ,依題意d=vΔt,則v=dΔt=LλΔ8.選C根據(jù)雙縫干涉條紋的間距公式:Δy=ldλ,n=cv=λ0λ,可以知道光在水中的波長(zhǎng)小于空氣中的波長(zhǎng),所以在水中的干涉條紋間距x2小于填充前的干涉條紋間距x1,所以A、B錯(cuò)誤;同時(shí)可得:x1=ldλ0,x2=ldλ=ld·λ0n,所以9.選AC根據(jù)光的干涉、色散、衍射成因知,選項(xiàng)A正確;光照到不透明小圓盤上,出現(xiàn)泊松亮斑,在其陰影中間處出現(xiàn)亮點(diǎn),是衍射現(xiàn)象,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;薄膜干涉的條紋是兩列頻率相同的反射光發(fā)生干涉時(shí)出現(xiàn)的,因此應(yīng)在入射光的同一側(cè)觀察,選項(xiàng)C正確;醫(yī)院中用于體驗(yàn)的“B超”利用了超聲波的反射原理,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。10.選AB薄膜干涉是薄膜前、后兩個(gè)面的反射光疊加產(chǎn)生的,故甲應(yīng)該從薄膜左側(cè)觀察干涉圖樣,故A正確;從薄膜的前、后表面分別反射的兩列光是相干光,其光程差為Δx=2d,即光程差為薄膜厚度的2倍,當(dāng)光程差Δx=nλ(n=1,2,3,…)時(shí),表現(xiàn)為亮條紋,故相鄰亮條紋之間的薄膜的厚度差為λ2,在題圖乙中相鄰亮條紋(或暗條紋)之間的距離隨坐標(biāo)x增大而變大,可知薄膜厚度變化λ2所用的距離逐漸變大,即乙實(shí)驗(yàn)中薄膜層厚度的變化率隨坐標(biāo)x增大而逐漸減小,故B正確,C、11.選BC設(shè)折射角為θ1,入射角為θ2,題設(shè)條件知,θ1a=θ1b,θ2a<θ2b,由n=sinθ1sinθ2,知na>nb,A錯(cuò)誤;因?yàn)閚a>nb,所以λa<λb,做單縫衍射時(shí)用b光比a光中央亮條紋更寬,雙縫干涉條紋間距Δy=ldλ,故Δya<Δyb,B正確,D錯(cuò)誤12.選AB對(duì)于光束Ⅰ,在A點(diǎn)的入射角i=60°,折射角r=i2=30°,則介質(zhì)球?qū)馐竦恼凵渎蕿閚1=sinisinr=3,光束Ⅱ和光束Ⅰ入射角相同,但光束Ⅱ折射角小,所以介質(zhì)球?qū)馐蛘凵渎蚀笥?,A正確。由v=cn,結(jié)合以上分析可知光束Ⅱ比光束Ⅰ在介質(zhì)球中傳播速度小,且路程大,所以進(jìn)入介質(zhì)球的光束Ⅰ一定比同時(shí)進(jìn)入介質(zhì)球的光束Ⅱ先射出介質(zhì)球,B正確。從A點(diǎn)入射的光束Ⅱ,再射到界面時(shí),入射角等于在A點(diǎn)的折射角,根據(jù)光路可逆原理知道,不會(huì)發(fā)生全反射,C錯(cuò)誤。介質(zhì)球?qū)馐虻恼凵渎蚀?故光束Ⅱ的頻率大,波長(zhǎng)短,而干涉條紋間距與波長(zhǎng)成正比,則光束Ⅱ13.解析:(1)由題圖乙可知,條紋中間亮、兩邊暗,是衍射條紋,這位同學(xué)在縫屏上安裝的是單縫。(2)由于a光衍射條紋間距較小,則a光波長(zhǎng)較短,根據(jù)f=cλ,可知a光頻率較大,A正確。在同一介質(zhì)中,頻率大的光折射率大,因此a光折射率更大,偏轉(zhuǎn)角度更大,因此以相同角度斜射到同一玻璃板透過平行表面后,a光側(cè)移量大,B錯(cuò)誤;由于a光折射率更大,根據(jù)折射定律sinisinr=n,可知a光折射角較小,C錯(cuò)誤;a光頻率較大,折射率較大,根據(jù)sinC=1n可知,a光臨界角較小,以相同的入射角從水中射入空氣,a光先發(fā)生全反射,在空氣中只能看到一種光時(shí),(3)根據(jù)Δy=ldλ,可知選用間距較大的雙縫相比于間距較小的雙縫,條紋間距小,答案:(1)單縫(2)A(3)更多14.解析:(1)題圖甲裝置中有三處光學(xué)元件的名稱依次為:①凸透鏡,②濾光片和單縫,③雙縫。故選B。(2)在B位置時(shí)游標(biāo)卡尺讀數(shù)為xB=16mm+4×0.1mm=16.4mm。相鄰兩個(gè)亮條紋中心的距離Δx=xB?xA6≈0.88mm。根據(jù)Δx=ldλ,該單色光的波長(zhǎng)λ=dΔ(3)若僅將紅色濾光片換成綠色濾光片,綠光波長(zhǎng)比紅光短,相鄰兩個(gè)亮條紋中心的距離將減小