物理競賽中光學衍射條紋計算試題及答案一、單項選擇題（每題1分，共20分）1.光發(fā)生明顯衍射的條件是（）A.障礙物尺寸遠大于光波長B.障礙物尺寸遠小于光波長C.障礙物尺寸與光波長差不多D.與障礙物尺寸無關(guān)答案：C2.單縫衍射中，中央亮條紋的寬度與其他亮條紋寬度相比（）A.更寬B.更窄C.一樣寬D.不確定答案：A3.用單色光照射單縫，下列說法正確的是（）A.波長越長，衍射現(xiàn)象越不明顯B.波長越短，衍射現(xiàn)象越不明顯C.衍射現(xiàn)象與波長無關(guān)D.以上說法都不對答案：B4.雙縫干涉條紋間距公式為（）A.Δx=λL/dB.Δx=dL/λC.Δx=λd/LD.以上都不對答案：A5.當光從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時，波長會（）A.變長B.變短C.不變D.可能變長也可能變短答案：D6.關(guān)于衍射條紋的特點，下列說法錯誤的是（）A.條紋是等間距的B.中央條紋最亮C.條紋間距隨波長增大而增大D.條紋間距隨縫寬增大而減小答案：A7.用白光照射單縫，得到的衍射條紋是（）A.彩色的B.白色的C.黑色的D.不確定答案：A8.光的衍射現(xiàn)象說明了光具有（）A.波動性B.粒子性C.波粒二象性D.以上都不對答案：A9.衍射條紋的亮度分布規(guī)律是（）A.中央亮條紋最亮，向兩側(cè)逐漸變暗B.中央亮條紋最暗，向兩側(cè)逐漸變亮C.各亮條紋亮度相同D.不確定答案：A10.當縫寬增大時，衍射條紋會（）A.變寬B.變窄C.不變D.不確定答案：B11.用紅光照射單縫，與用紫光照射相比，衍射現(xiàn)象（）A.更明顯B.不明顯C.一樣明顯D.不確定答案：A12.雙縫干涉實驗中，若將雙縫間距增大，條紋間距會（）A.增大B.減小C.不變D.不確定答案：B13.光在真空中的波長為λ，在折射率為n的介質(zhì)中波長變?yōu)椋ǎ〢.λ/nB.nλC.λD.不確定答案：A14.衍射條紋的形成是由于光的（）A.直線傳播B.反射C.折射D.疊加答案：D15.用單色光照射圓孔，會出現(xiàn)（）A.單縫衍射條紋B.雙縫干涉條紋C.圓孔衍射條紋D.以上都不對答案：C16.衍射條紋的間距與（）有關(guān)。A.光的強度B.光的頻率C.光的波長D.光的偏振答案：C17.當光垂直照射單縫時，中央亮條紋位于（）A.縫的正上方B.縫的正下方C.不確定D.以上都不對答案：B18.雙縫干涉實驗中，若將光屏向雙縫靠近，條紋間距會（）A.增大B.減小C.不變D.不確定答案：B19.光的衍射現(xiàn)象在生活中的應(yīng)用有（）A.照相機鏡頭B.望遠鏡C.光導纖維D.全息照相答案：D20.關(guān)于光的衍射，下列說法正確的是（）A.只有障礙物尺寸足夠小時才會發(fā)生衍射B.衍射現(xiàn)象是光特有的現(xiàn)象C.一切波都能發(fā)生衍射D.以上說法都不對答案：C二、多項選擇題（每題2分，共20分）1.光發(fā)生衍射的條件包括（）A.障礙物尺寸與光波長差不多B.障礙物尺寸遠小于光波長C.光的頻率足夠高D.光的強度足夠大答案：AB2.單縫衍射條紋的特點有（）A.中央亮條紋最寬B.中央亮條紋最亮C.條紋間距不等D.條紋亮度均勻答案：ABC3.雙縫干涉條紋的特點有（）A.條紋等間距B.中央條紋最亮C.條紋亮度均勻變化D.條紋間距與波長成正比答案：ABD4.影響衍射條紋間距的因素有（）A.光的波長B.縫寬C.雙縫間距D.光屏到雙縫的距離答案：ABCD5.光的衍射現(xiàn)象在以下哪些領(lǐng)域有應(yīng)用（）A.光學儀器設(shè)計B.天文學C.材料科學D.醫(yī)學成像答案：ABCD6.關(guān)于光的衍射和干涉，下列說法正確的是（）A.衍射和干涉都是光的波動性的表現(xiàn)B.干涉條紋是等間距的，衍射條紋是不等間距的C.衍射和干涉都需要一定的條件D.衍射現(xiàn)象中也存在干涉現(xiàn)象答案：ABCD7.用不同顏色的光照射單縫，得到的衍射條紋的區(qū)別在于（）A.條紋間距不同B.條紋亮度不同C.條紋顏色不同D.條紋形狀不同答案：ABC8.雙縫干涉實驗中，若改變以下哪些因素會影響條紋間距（）A.光的波長B.雙縫間距C.光屏到雙縫的距離D.光源的強度答案：ABC9.衍射條紋的形成原因包括（）A.光的直線傳播B.光的疊加C.光的波動性D.光的粒子性答案：BC10.光在介質(zhì)中發(fā)生衍射時，與在真空中相比，衍射現(xiàn)象（）A.可能更明顯B.可能不明顯C.與介質(zhì)無關(guān)D.只與光的頻率有關(guān)答案：AB三、判斷題（每題1分，共10分）1.光只有在遇到尺寸很小的障礙物時才會發(fā)生衍射。（）答案：×2.單縫衍射條紋的中央亮條紋寬度是其他亮條紋寬度的兩倍。（）答案：×3.雙縫干涉條紋的間距與光的波長無關(guān)。（）答案：×4.光的衍射現(xiàn)象說明光不是沿直線傳播的。（）答案：×5.用白光照射雙縫，得到的干涉條紋是彩色的。（）答案：√6.衍射條紋的亮度與光的強度有關(guān)，強度越大，亮度越高。（）答案：√7.當縫寬足夠大時，光就不會發(fā)生衍射現(xiàn)象。（）答案：√8.光的衍射和干涉現(xiàn)象都可以用波動理論來解釋。（）答案：√9.雙縫干涉實驗中，光屏上條紋的位置是固定不變的。（）答案：×10.衍射條紋的間距會隨著光的頻率增大而減小。（）答案：√四、填空題（每題1分，共10分）1.光發(fā)生明顯衍射的條件是障礙物尺寸與（）差不多或比光波長更小。答案：光波長2.單縫衍射條紋中央亮條紋的寬度公式為（）（用相關(guān)物理量表示）。答案：2λL/a（其中λ為波長，L為光屏到單縫的距離，a為縫寬）3.雙縫干涉條紋間距公式為Δx=（）。答案：λL/d（其中λ為波長，L為光屏到雙縫的距離，d為雙縫間距）4.光在介質(zhì)中的波長λ'與真空中波長λ的關(guān)系是λ'=（）。答案：λ/n（n為介質(zhì)折射率）5.衍射條紋的亮度分布規(guī)律是中央亮條紋最亮，向兩側(cè)逐漸（）。答案：變暗6.用白光照射單縫時，由于不同顏色光的波長不同，會出現(xiàn)（）條紋。答案：彩色7.雙縫干涉實驗中，若將雙縫間距d增大，條紋間距會（）。答案：減小8.光的衍射現(xiàn)象說明了光具有（）性。答案：波動9.衍射條紋是由于光的（）形成的。答案：疊加10.當光垂直照射單縫時，中央亮條紋位于（）。答案：單縫的正下方五、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述光發(fā)生明顯衍射的條件及原因。答案：條件：障礙物尺寸與光波長差不多或比光波長更小。原因：當光遇到這樣的障礙物時，光的傳播方向不再沿直線傳播，而是會繞過障礙物繼續(xù)傳播，從而發(fā)生衍射現(xiàn)象。這是因為光具有波動性，波在傳播過程中遇到障礙物時會發(fā)生衍射，當障礙物尺寸滿足上述條件時，衍射現(xiàn)象就會比較明顯。2.說明單縫衍射條紋的特點及形成原因。答案：特點：中央亮條紋最寬且最亮。條紋間距不等，中央亮條紋兩側(cè)的條紋間距逐漸減小。條紋亮度向兩側(cè)逐漸變暗。形成原因：光在通過單縫時，由于光的波動性，光的波前各點作為子波源，發(fā)出的子波在光屏上疊加，形成干涉圖樣。中央位置各子波疊加時相互加強，形成最亮最寬的中央亮條紋。而兩側(cè)位置，子波疊加時相互削弱程度不同，導致條紋間距不等且亮度逐漸變暗。3.簡述雙縫干涉條紋的特點及條紋間距的影響因素。答案：特點：條紋等間距分布。中央條紋最亮。條紋亮度從中央向兩側(cè)逐漸變暗。條紋間距影響因素：光的波長：波長越長，條紋間距越大。雙縫間距：雙縫間距越小，條紋間距越大。光屏到雙縫的距離：距離越大，條紋間距越大。4.解釋為什么用白光照射單縫會得到彩色衍射條紋。答案：因為白光是由各種不同波長的光混合而成的。當白光照射單縫時，不同波長的光發(fā)生衍射現(xiàn)象。由于不同波長的光在衍射時，其衍射條紋的間距不同（根據(jù)衍射條紋間距公式，波長不同，條紋間距不同），所以在光屏上會形成彩色的衍射條紋，不同顏色的光在光屏上的位置不同，從而呈現(xiàn)出彩色的條紋分布。六、論述題（每題5分，共20分）1.論述光的衍射現(xiàn)象在光學儀器設(shè)計中的應(yīng)用及重要性。答案：應(yīng)用：在光學儀器設(shè)計中，衍射現(xiàn)象可用于制造具有特殊功能的光學元件。例如，利用衍射光柵可以將光分解成不同波長的光譜，用于光譜分析儀器中，幫助科學家研究物質(zhì)的成分和結(jié)構(gòu)。在一些精密光學測量儀器中，通過控制光的衍射來實現(xiàn)高精度的測量，如利用衍射條紋的間距變化來測量微小的長度變化等。重要性：光的衍射現(xiàn)象為光學儀器的設(shè)計提供了更多的可能性和手段。它使得光學儀器能夠?qū)崿F(xiàn)更復雜的功能，拓展了光學儀器的應(yīng)用范圍。通過對衍射現(xiàn)象的研究和應(yīng)用，可以提高光學儀器的精度和性能，滿足不同領(lǐng)域?qū)鈱W測量和分析的需求，推動光學技術(shù)的不斷發(fā)展和進步。2.論述如何通過實驗觀察和分析來確定光的波長與衍射條紋間距的關(guān)系。答案：實驗步驟：準備一套單縫衍射實驗裝置，包括光源、單縫、光屏等。使用單色光作為光源，測量光屏到單縫的距離L和單縫寬度a。調(diào)整實驗裝置，使光屏上出現(xiàn)清晰的衍射條紋。測量衍射條紋中央亮條紋的寬度以及相鄰亮條紋之間的間距。改變光源的波長（可通過更換不同顏色的濾光片實現(xiàn)），重復上述步驟，測量不同波長下的衍射條紋間距。分析方法：根據(jù)單縫衍射條紋中央亮條紋寬度公式以及條紋間距的測量數(shù)據(jù)，結(jié)合不同波長下的數(shù)據(jù)變化情況?？梢园l(fā)現(xiàn)條紋間距與波長成正比關(guān)系。通過對多組數(shù)據(jù)進行處理和分析，繪制條紋間距與波長的關(guān)系曲線，進一步驗證和確定這種關(guān)系。從而得出光的波長與衍射條紋間距之間的定量關(guān)系，即條紋間距隨波長的增大而增大，且滿足一定的數(shù)學表達式（如雙縫干涉條紋間距公式中的波長與條紋間距的關(guān)系）。3.論述光的衍射和干涉現(xiàn)象在本質(zhì)上的聯(lián)系與區(qū)別。答案：聯(lián)系：光的衍射和干涉現(xiàn)象都是光的波動性的表現(xiàn)。它們都是由于光的波前各點作為子波源，發(fā)出的子波在空間中疊加而形成的現(xiàn)象。在衍射現(xiàn)象中，也存在著干涉的成分。例如單縫衍射中，光通過單縫后，縫后的波前各點發(fā)出的子波相互干涉形成衍射條紋。區(qū)別：干涉是兩列或多列相干光疊加形成穩(wěn)定的圖樣，條紋特點通常是等間距分布，如雙縫干涉條紋。衍射是光遇到障礙物時偏離直線傳播而繞到障礙物陰影里的現(xiàn)象，衍射條紋不等間距，中央條紋最寬最亮，如單縫衍射條紋。干涉現(xiàn)象主要強調(diào)多束光之間的相互作用，而衍射更側(cè)重于光在遇到障礙物時的傳播特性變化。4.論述光的衍射現(xiàn)象對理解光的波動性和光的傳播規(guī)律的重要意義。答案：對理解光的波動性的意義：光的衍射現(xiàn)象是光具有波動性的重要證據(jù)之一。它表明光不像粒子那樣沿直線傳播，而是會像波一樣繞過