人教版选择性必修第一册高二物理课后培优分级练4.3光的干涉(原卷版+解析)

4.3光的干涉课后培优练课后培优练级练培优第一阶——基础过关练1．在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏幕上观察到了彩色干涉条纹。若在双缝中的一缝前放一红色滤光片（只能透过红光），另一缝前放一绿色滤光片（只能透过绿光），已知红光与绿光的频率、波长均不相等，这时（）A．只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其他颜色的双缝干涉条纹消失B．红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其他颜色的双缝干涉条纹仍然存在C．任何颜色的双缝干涉条纹都不存在D．至少有一种颜色的双缝干涉条纹2．如图所示，由红绿两单色光组成的复色光，通过足够大的长方体透明材料后分成a、b两束，则（）A．在该透明材料中，a光的折射率大于b光的折射率B．a光是红光C．只要满足一定的条件，a、b两束光可以发生干涉D．如果增加复色光入射角，那么a光先从下表面消失3．(多选)如图甲所示，在一块平板玻璃上放置一平薄凸透镜，在两者之间形成厚度不均匀的空气膜，让一束单一波长的光垂直入射到该装置上，结果在上方观察到如图乙所示的同心内疏外密的圆环状干涉条纹，称为牛顿环，以下说法正确的是（）A．干涉条纹是由于凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的B．干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度不是均匀变化的C．若平薄凸透镜的圆弧面半径增大，圆环状干涉条纹的间距将变大D．红光的圆环状干涉条纹的间距大于绿光的圆环状干涉条纹间距4．某同学利用如图所示实验观察光的干涉现象，其中A为单缝屏，B为双缝屏，C为光屏。当让一束阳光照射A屏时，C屏上并没有出现干涉条纹，移走B后，C上出现一窄亮斑。分析实验失败的原因可能是（）A．单缝S太窄B．单缝S太宽C．S到S1和S2距离不相等D．阳光不能作为光源5．如图所示是双缝干涉实验的装置，黄光通过单缝S后，投射到具有双缝的挡板上，双缝S1和S2与单缝的距离相等，光通过双缝后在与双缝平行的屏上形成干涉条纹。屏上O点距双缝S1和S2的距离相等，P点是距离O点最近的第一条亮条纹。如果将入射的单色光换成红光或蓝光，屏上O点及其上方的干涉条纹的情况是（）A．若入射单色光为蓝光，则O点是蓝光的亮条纹B．若入射单色光为红光，则O点不是红光的亮条纹C．若入射单色光为红光，则第一条亮条纹在P点的下方D．若入射单色光为蓝光，则第一条亮条纹在P点的上方6．如图所示，一束复色光经玻璃三棱镜后分开成a、b、c和d四种单色光。用这四种单色光分别作为双缝干涉实验的光源。下列说法正确的是（）A．d光的频率最高 B．a光在棱镜中的速度最大C．d光产生的干涉条纹宽度最大 D．a光产生的干涉条纹宽度最大7．某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到如（甲）图所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如（乙）图所示。他改变的实验条件可能是（）A．减小光源到单缝的距离 B．减小双缝到光屏之间的距离C．减小双缝之间的距离 D．换用频率更低的单色光源8．如图是单色光的“杨氏双缝干涉实验”，若要使干涉条纹变宽，可以（）A．增大单缝到双缝之间的距离B．减小单缝到双缝之间的距离C．增大双缝到屏幕之间的距离D．减小双缝到屏幕之间的距离9．手机屏会发出一种对眼睛危害较大的蓝光。某同学用所学知识为眼镜设计“增反膜”来减小蓝光对眼睛的伤害，制作前他利用如图甲所示的装置测量蓝光的波长，光源架在铁架台的上端，中间是刻有双缝的挡板，下面是光传感器，接受到的光照信息经计算机处理后，在显示器上显示出干涉图像的条纹信息如图乙所示，根据x轴上的光强分布可以算出光的波长。已知双缝间距d，双缝到光传感器的距离L，选用的薄膜材料对蓝光的折射率为n。求：（1）被测蓝光的波长；（2）镜片表面所镀“增反膜”的最小厚度。培优第二阶——拓展培优练10．煤矿中瓦斯爆炸危害极大。某同学查资料得知含有瓦斯的气体的折射率大于干净空气的折射率，于是，他设计了一种利用光的干涉监测矿井瓦斯的仪器，原理如图所示。在双缝前面放置两个完全相同的透明容器A、B，容器A与干净的空气相通，在容器B中通入矿井中的气体，观察屏上的干涉条纹，就能够监测瓦斯浓度，以下说法正确的是（）①如果屏的正中央仍是亮条纹，说明B中的气体与A中的空气成分相同，不含瓦斯②如果屏的正中央是暗条纹，说明B中的气体与A中的空气成分不相同，可能含有瓦斯③如果屏上干涉条纹不停地移动，说明B中的气体瓦斯含量不稳定④只有用单色光照射单缝时，才可能在屏上出现干涉条纹A．①③ B．②③ C．②④ D．①④11．（多选）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、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。下列描述不正确的是（）A．图乙是光的衍射图样，当光通过狭缝时，也发生了衍射B．遮住一条狭缝，另一条狭缝宽度增大，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、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12．G1、G2为放在水平面上的高度略有差别的两个长方体，为了检查这两个长方体的上表面是否相互平行，检测员用一块标准的平行透明平板T压在G1、G2的上方，T与G1、G2支架分别形成尖劈形空气层，如图所示。G1、G2的上表面与平板的夹角分别为α和β，P为平板T上表面上的一点。用单色光从上方照射平板T，G1、G2的上方都能观察到明显的干涉条纹可以推知（）A．若α=β，则G1上方的干涉条纹间距小于G2上方的干涉条纹间距B．若α>β，则G1上方的干涉条纹间距大于G2上方的干涉条纹间距C．若将G1、G2的间距缩短些，则G1上方的干涉条纹分布变得更密D．若在P处用较小的力下压平板T，则G1上方的干涉条纹分布变密13．（多选）光的干涉现象在技术中有许多应用。如图甲所示是利用光的干涉检查某精密光学平面的平整度，下列说法正确的是（）A．图甲中上板是标准样板，下板是待检查的光学元件B．若换用频率更大的单色光，其他条件不变，则图乙中的干涉条纹变宽C．若出现图丙中弯曲的干涉条纹，说明被检查的平面在此处出现了凸起D．用单色光垂直照射图丁中的牛顿环，得到的条纹是随离圆心的距离增加而逐渐变窄的同心圆环14．如图所示，截面为半圆形玻璃砖，一束波长λ=5×10-7m的激光从沿圆心O与直径成45°射入半圆形玻璃砖，在O点恰好发生全反射，从圆面水平射出后，进入双缝干涉装置，已知R=0.3m，双缝间距d=2×10-4m，光屏离双缝l=1m，光在真空中的传播速度为c=3×108m/s，求：（1）玻璃砖的折射率n；（2）光线在玻璃砖中传播的时间t；（3）光屏上相邻亮条纹的间距∆x。4.3光的干涉课后培优练课后培优练级练培优第一阶——基础过关练1．在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏幕上观察到了彩色干涉条纹。若在双缝中的一缝前放一红色滤光片（只能透过红光），另一缝前放一绿色滤光片（只能透过绿光），已知红光与绿光的频率、波长均不相等，这时（）A．只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其他颜色的双缝干涉条纹消失B．红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其他颜色的双缝干涉条纹仍然存在C．任何颜色的双缝干涉条纹都不存在D．至少有一种颜色的双缝干涉条纹【答案】C【详解】两列光波发生干涉的条件之一是频率相同，利用双缝将一束光分成能够发生叠加的两束光，在光屏上形成干涉条纹，但分别用红色滤光片和绿色滤光片挡住两条缝后，红光和绿光频率不同，不能发生干涉，因此屏上不会出现干涉条纹。故选C。2．如图所示，由红绿两单色光组成的复色光，通过足够大的长方体透明材料后分成a、b两束，则（）A．在该透明材料中，a光的折射率大于b光的折射率B．a光是红光C．只要满足一定的条件，a、b两束光可以发生干涉D．如果增加复色光入射角，那么a光先从下表面消失【答案】A【详解】AB．由图可知，入射角相同时，a光的折射角小于b光的折射角，根据，说明a光的折射率大于b光的折射率，a光的频率高于b光的频率，则a为绿光，b为红光，故A正确，B错误；C．由于两束光a、b的频率不同，则两束光a、b不可以发生干涉，故C错误；D．光线射到下表面时的入射角等于上表面的折射角，根据光路可逆性原理可知，光线在玻璃砖下表面不可能产生全反射，两光束都能从下表面射出，故D错误。故选A。3．(多选)如图甲所示，在一块平板玻璃上放置一平薄凸透镜，在两者之间形成厚度不均匀的空气膜，让一束单一波长的光垂直入射到该装置上，结果在上方观察到如图乙所示的同心内疏外密的圆环状干涉条纹，称为牛顿环，以下说法正确的是（）A．干涉条纹是由于凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的B．干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度不是均匀变化的C．若平薄凸透镜的圆弧面半径增大，圆环状干涉条纹的间距将变大D．红光的圆环状干涉条纹的间距大于绿光的圆环状干涉条纹间距【答案】ABD【详解】A．凸透镜下表面与玻璃上表面形成的空气膜，干涉条纹是由凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的，故A正确；B．干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度不是均匀变化的，故B正确；C．若平薄凸透镜的圆弧面半径增大，圆环状干涉条纹的间距将变小，故C错误；D．红光的波长大于绿光的波长，故红光的圆环状干涉条纹的间距大于绿光的圆环状干涉条纹间距，故D正确。故选ABD。4．某同学利用如图所示实验观察光的干涉现象，其中A为单缝屏，B为双缝屏，C为光屏。当让一束阳光照射A屏时，C屏上并没有出现干涉条纹，移走B后，C上出现一窄亮斑。分析实验失败的原因可能是（）A．单缝S太窄B．单缝S太宽C．S到S1和S2距离不相等D．阳光不能作为光源【答案】B【详解】双缝干涉实验中单缝的作用是获得线光源，而线光源可以看成是由许多个点光源沿一条线排列组成的，单缝的宽度应比较小，由题意知，这里观察不到光的干涉现象是由于单缝太宽，得不到线光源。故选B。5．如图所示是双缝干涉实验的装置，黄光通过单缝S后，投射到具有双缝的挡板上，双缝S1和S2与单缝的距离相等，光通过双缝后在与双缝平行的屏上形成干涉条纹。屏上O点距双缝S1和S2的距离相等，P点是距离O点最近的第一条亮条纹。如果将入射的单色光换成红光或蓝光，屏上O点及其上方的干涉条纹的情况是（）A．若入射单色光为蓝光，则O点是蓝光的亮条纹B．若入射单色光为红光，则O点不是红光的亮条纹C．若入射单色光为红光，则第一条亮条纹在P点的下方D．若入射单色光为蓝光，则第一条亮条纹在P点的上方【答案】A【详解】AB．因为O点与双缝间的路程差等于零，因此不管红光或蓝光在该点都会出现明条纹，故A正确，B错误；CD．根据双缝干涉条纹的间距公式可知因为红光的波长大于黄光，蓝光的波长小于黄光，则红光的条纹间距大于黄光，蓝光的条纹的间距小于黄光，所用红光的第一条亮纹在P点的上方，蓝光的第一条亮纹在P点的下方，故CD错误。故选A。6．如图所示，一束复色光经玻璃三棱镜后分开成a、b、c和d四种单色光。用这四种单色光分别作为双缝干涉实验的光源。下列说法正确的是（）A．d光的频率最高 B．a光在棱镜中的速度最大C．d光产生的干涉条纹宽度最大 D．a光产生的干涉条纹宽度最大【答案】C【详解】A．根据光路图可知，a光的偏折角最大，d光的偏折角最小，则a光的折射率最大，d光的折射率最小，a光的频率最大，d光的频率最小，故A错误；B．根据可知，a光在棱镜中的速度最小，故B错误；CD．根据可知，d光频率最小，波长最长，干涉条纹宽度最大，故C正确，D错误。故选C。7．某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到如（甲）图所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如（乙）图所示。他改变的实验条件可能是（）A．减小光源到单缝的距离 B．减小双缝到光屏之间的距离C．减小双缝之间的距离 D．换用频率更低的单色光源【答案】B【详解】根据双缝干涉条纹间距关系式，可得A．减小光源到单缝的距离，不会改变条纹间距。故A错误；B．减小双缝到光屏之间的距离L，会使条纹间距变小。故B正确；C．减小双缝之间的距离d，会使条纹间距变大。故C错误；D．换用频率更低的单色光源，即光源的波长变长，会使条纹间距变大。故D错误。故选B。8．如图是单色光的“杨氏双缝干涉实验”，若要使干涉条纹变宽，可以（）A．增大单缝到双缝之间的距离B．减小单缝到双缝之间的距离C．增大双缝到屏幕之间的距离D．减小双缝到屏幕之间的距离【答案】C【详解】根据条纹间距公式，其中表示双缝到屏的距离，表示双缝之间的距离，可知若要使干涉条纹变宽，可知增大双缝到屏幕之间的距离和减小双缝之间的距离，换波长较长的光，故C正确，ABD错误。故选C。9．手机屏会发出一种对眼睛危害较大的蓝光。某同学用所学知识为眼镜设计“增反膜”来减小蓝光对眼睛的伤害，制作前他利用如图甲所示的装置测量蓝光的波长，光源架在铁架台的上端，中间是刻有双缝的挡板，下面是光传感器，接受到的光照信息经计算机处理后，在显示器上显示出干涉图像的条纹信息如图乙所示，根据x轴上的光强分布可以算出光的波长。已知双缝间距d，双缝到光传感器的距离L，选用的薄膜材料对蓝光的折射率为n。求：（1）被测蓝光的波长；（2）镜片表面所镀“增反膜”的最小厚度。【答案】（1）；（2）【详解】（1）由图乙可知，相邻两个波峰之间的距离为，即相邻两条亮条纹中心的距离根据双缝干涉条纹的间距公式可得被测蓝光的波长（2）当蓝光在膜中的光程差恰好等于光在薄膜中的波长时，即则出现明条纹，此时镜片表面所镀“增反膜”的厚度最小，为该蓝光在膜中波长的一半，即又因为联立可得，镜片表面所镀“增反膜”的最小厚度为培优第二阶——拓展培优练10．煤矿中瓦斯爆炸危害极大。某同学查资料得知含有瓦斯的气体的折射率大于干净空气的折射率，于是，他设计了一种利用光的干涉监测矿井瓦斯的仪器，原理如图所示。在双缝前面放置两个完全相同的透明容器A、B，容器A与干净的空气相通，在容器B中通入矿井中的气体，观察屏上的干涉条纹，就能够监测瓦斯浓度，以下说法正确的是（）①如果屏的正中央仍是亮条纹，说明B中的气体与A中的空气成分相同，不含瓦斯②如果屏的正中央是暗条纹，说明B中的气体与A中的空气成分不相同，可能含有瓦斯③如果屏上干涉条纹不停地移动，说明B中的气体瓦斯含量不稳定④只有用单色光照射单缝时，才可能在屏上出现干涉条纹A．①③ B．②③ C．②④ D．①④【答案】B【详解】①．若B中气体含有瓦斯，光经过两容器时折射率不同，光速不同，到达屏正中央的光程差可能是波长的整数倍，也可能是半波长的奇数倍，所以屏的正中央可能是亮条纹，也可能是暗条纹，故屏的正中央为亮条纹时，B中气体可能含有瓦斯，也可能不含瓦斯，故①错误；②．如果屏的正中央是暗条纹，必有光程差，说明B中的气体与A中的气体成分不相同，可能含瓦斯，故②正确；③．如果屏上干涉条纹不停地移动，说明光程差不稳定，即B中的气体瓦斯含量不稳定，故③正确；．无论用单色光还是白光照射单缝时，都能在屏上出现干涉条纹，故④错误。故选B。11．（多选）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、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。下列描述不正确的是（）A．图乙是光的衍射图样，当光通过狭缝时，也发生了衍射B．遮住一条狭缝，另一条狭缝宽度增大，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、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【答案】CD【详解】A．图乙中条纹间距相同，属于光的干涉图案，故A错误；B．遮住一条狭缝，另一条狭缝宽度增大，衍射现象减弱，图丙中亮条纹宽度减小，故B错误；C．由可知，当增加L，其他条件不变时，图乙中相邻暗条纹的中心间距增大，故C正确；D．光的路程差为半波长的奇数倍时，为相互减弱去，即暗条纹，故P点一定是暗条纹，故D正确。故选CD。12．G1、G2为放在水平面上的高度略有差别的两个长方体，为了检查这两个长方体的上表面是否相互平行，检测员用一块标准的平行透明平板T压在G1、G2的上方，T与G1、G2支架分别形成尖劈形空气层，如图所示。G1、G2的上表面与平板的夹角分别为α和β，P为平板T上表面上的一点。用单色光从上方照射平板T，G1、G2的上方都能观察到明显的干涉条纹可以推知（）A．若α=β，则G1上方的干涉条纹间距小于G2上方的干涉条纹间距B．若α>β，则G1上方的干涉条纹间距大于G2上方的干涉条纹间距C．若将G1、G2的间距缩短些，则G1上方的干涉条纹分布变得更密D．若在P处用较小的力下压平板T，则G1上方的干涉条纹分布变密【答案】C【详解】AB．设物体上表面与平板的夹角为θ，相邻亮条纹的间距为，由空气薄膜干涉条件，则有解得若α=β，则G1上方的干涉条纹间距等于G2上方的干涉条纹间距，若α>β，则G1上方的干涉条纹间距小于G2上方的干涉条纹间距，故AB错误；C．若将G1、G2的间距缩短些，则α增大，可知G1上方的干涉条纹分布变得