2024-2025学年新教材高中物理第5章光的干涉衍射和偏振测评含解析鲁科版选择性必修第一册

PAGE9-第5章测评(时间:75分钟满分:100分)一、单项选择题(本题共4小题,每小题4分,共16分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。)1.将激光束的宽度聚焦到纳米级(10-9m)范围内,可修复人体已损坏的器官,可对DNA分子进行超微型基因修复,把至今尚令人无奈的癌症、遗传疾病彻底根除,以上功能是利用了激光的()A.单色性好,方向性好 B.方向性好,能量高C.粒子性,波动性 D.能发生偏振现象解析激光的方向性好,故可聚焦到很小的范围;激光的亮度高、能量大,故可修复器官。答案B2.在一束单色光的传播方向上分别放置单缝、双缝、小圆孔和小圆板后,在光屏上得到如下四幅图样,关于光屏前传播方向上放置的装置,以下说法正确的是()A.甲是单缝、乙是双缝B.乙是双缝、丙是小圆孔C.丁是小圆孔、甲是双缝D.丙是小圆孔、丁是小圆板解析依据衍射与干涉图样的区分是:前者是中间亮条纹明且宽大,越向两侧宽度越小;后者明暗条纹宽度相等,可知甲图是双缝干涉条纹,乙图是单缝衍射条纹;依据小孔衍射与泊松亮斑的区分可知,小圆孔做衍射的图样是中心较大的区域内是亮的,四周是明暗相间的圆环,可知丙是小孔衍射,丁是小圆板衍射图样。所以只有D是正确的。答案D3.1966年华裔科学家高锟博士提出一个理论:直径仅几微米的玻璃纤维就可以用来作为光的波导传输大量信息,43年后高锟因此获得诺贝尔物理学奖,他被誉为“光纤通信之父”。以下哪个试验或现象的原理和光导纤维是相同的()A.图甲中,弯曲的水流可以导光B.图乙中,用偏振眼镜看3D电影,感受到立体的影像C.图丙中,阳光下的肥皂薄膜呈现彩色D.图丁中,白光通过三棱镜,出现色散现象解析题图甲中,弯曲的水流可以导光是因为光在水和空气界面上发生了全反射现象,故与光导纤维原理相同,A正确;题图乙中,用偏振眼镜看3D电影,感受到立体的影像是因为光的偏振现象,B错误;题图丙中,阳光下的肥皂薄膜呈现彩色是因为光的干涉现象,C错误;题图丁中,白光通过三棱镜,出现色散现象是因为光发生了折射现象,D错误。答案A4.夜晚,汽车前灯发出的强光将迎面驶来的汽车司机照耀得睁不开眼睛,严峻影响行车平安。若考虑将汽车前灯玻璃改用偏振玻璃,使射出的灯光变为偏振光;同时汽车前窗玻璃也采纳偏振玻璃,其透振方向正好与灯光的振动方向垂直,但还要能看清自己车灯发出的光所照亮的物体,假设全部的汽车前窗和前灯玻璃均按要求设置,反射光不变更振动方向。下面的措施中可行的是()A.前窗玻璃的透振方向是竖直的,车灯玻璃的透振方向是水平的B.前窗玻璃的透振方向是竖直的,车灯玻璃的透振方向是竖直的C.前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°,车灯玻璃的透振方向是斜向左上45°D.前窗玻璃和车灯玻璃的透振方向都是斜向右上45°解析如A选项所述情境,会使自己发出的光反射回来与前窗的透振方向垂直,自己看不到反射回来的光,即看不清所照亮的物体;如B、C选项所述情境,会使对方的车灯光与自己的前窗玻璃的透振方向相同,被对方的灯光照得睁不开眼睛;如D选项所述情境,会使对方车灯的光与自己车窗的透振方向垂直,这样避开了对方强光的照耀,自己车灯反射回来的光与自己车窗玻璃的透振方向相同,又能看到反射回来的光,故D正确。答案D二、多项选择题(本题共4小题,每小题6分,共24分。在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求。全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分。)5.如图所示,两束不同的单色光P和Q,以适当的角度射向半圆形玻璃砖,其出射光线都是从圆心O点沿OF方向射出,则下面说法正确的是()A.P光束在玻璃砖中的折射率大B.Q光束的频率比P光束的频率大C.P光束穿出玻璃砖后频率变大D.Q光束穿过玻璃砖所需时间长解析依据图知Q光束在玻璃砖中的折射率更大,Q光束的频率会更大,由于两光束在玻璃砖中的路程相等,Q光束速率小,穿过的时间长,P、Q光束从玻璃砖进入空中时,频率不变,波长会变长。答案BD6.小明同学在假期旅游期间学习摄影,他发觉照相机镜头呈现淡紫色。如图所示是他拍摄的两张照片:甲图的湖泊远景照中,能看到远处山峰的清晰倒影,看不到水面下景物:乙图的湖水近景照中,能清晰看到鱼、石头等水下景物,则()A.镜头呈现淡紫色是镜头表面所镀膜使光发生干涉的结果B.甲图山峰倒影特别清晰是因为来自山峰的光在水面发生了全反射C.乙图水下景物的光射到水面时因入射角较小致反射光强而折射光弱D.拍摄乙图时若安装透振方向与水面反射光偏振方向垂直的偏振片将更清晰解析照相机镜头镀了多层的增透膜,增加了可见光的透过性,由于高频的蓝光和紫光等并不能完全地干涉抵消,因此镜头呈现淡紫色,故A正确;题干甲图中的倒影是因为来自山峰的光通过水面反射进入镜头而引起的,而全反射是光线由光密介质射入光疏介质时才会发生,故B错误;当光从光密介质入射到光疏介质时,只有当入射角增大才会使反射光增加而折射光减弱,故C错误;拍摄题干乙图时,来自水下鱼的光通过水面的折射再进入镜头,为了使照片更清晰,可以利用偏振片来削减在水面发生反射而进入镜头的光,故D正确。答案AD7.如图所示,从点光源S发出的一细束白光以肯定的角度入射到三棱镜的表面,经过三棱镜的折射后在光屏ab间形成一条彩色光带。在光带的a、b两侧,下面的说法正确的是()A.a侧是红色光,b侧是紫色光B.在真空中a侧光的波长小于b侧光的波长C.三棱镜对a侧光的折射率大于对b侧光的折射率D.在三棱镜中a侧光的传播速率大于b侧光的传播速率解析由题图可以看出,a侧光偏折得较厉害,三棱镜对a侧光的折射率较大,所以a侧是紫色光,波长较小,b侧是红色光,波长较大;又v=cn,所以三棱镜中a侧光的传播速率小于b答案BC8.如图甲所示,在一块平板玻璃上放置一平凸薄透镜,在两者之间形成厚度不匀称的空气膜,让一束单色光垂直入射到该装置上,结果在上方视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.干涉现象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.干涉现象是由于凸透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的C.干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度不是匀称变更的D.干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度是匀称变更的解析薄膜干涉中的“薄膜”指的是两个玻璃面之间所夹的空气膜,故选项A是正确的,B是错误的。两列波的路程差满意肯定的条件:如两列波的路程差是半波长的偶数倍,形成明条纹;如两列波的路程差是半波长的奇数倍,形成暗条纹;明暗条纹间的距离由薄膜的厚度变更来确定,膜厚度变更不匀称,则干涉条纹不等间距,故选项C是正确的。答案AC三、非选择题(本题共7小题,共60分。)9.(4分)登山运动员在登雪山时要留意防止紫外线的过度照耀,尤其是眼睛不能长时间被紫外线照耀,否则将会严峻地损伤视力。有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能大大减小对眼睛造成损害的眼镜。他选用的薄膜材料的折射率为n=1.5,所要消退的紫外线的频率为8.1×1014Hz。那么他设计的这种“增反膜”的厚度至少是。

解析为了削减进入眼睛的紫外线,应使入射光分别从该膜的前后两个表面反射出来相互叠加后加强,则路程差(大小等于薄膜厚度d的2倍)应等于光在薄膜中的波长λ'的整数倍,即2d=Nλ'(N=1,2,…),因此,膜的厚度至少是紫外线在膜中波长的12。紫外线在真空中的波长是λ=cf=3.7×10-7m,在膜中的波长是λ'=λn=2.47×10-7m,故膜的厚度至少是1.23×10答案1.23×10-7m10.(6分)在双缝干涉试验中,光屏上P点到双缝S1、S2的距离之差Δs1=0.75μm,光屏上Q点到双缝S1、S2的距离之差Δs2=1.5μm。若用频率ν=6.0×1014Hz的黄光照耀双缝,则P点出现第级(选填“明”或“暗”)条纹;Q点出现(选填“明”或“暗”)条纹。

解析由光的频率ν=6.0×1014Hz,知光的波长λ=cν=5×10-7m。P点到双缝S1、S2的距离之差Δs1=0.75μm=7.5×10-7m=3λ2Q点到双缝S1、S2的距离之差Δs2=1.5μm=15×10-7m=3λ,因此,Q点出现明条纹。答案2暗明11.(6分)(1)某同学做“用双缝干涉测量光的波长”的试验,要使条纹间距变大,可实行的措施是。

A.使单缝宽度变小B.使双缝间距变小C.使光源与单缝间的距离变大D.使光源的发光强度变大(2)干涉条纹除了可以通过双缝干涉视察到外,把一个凸透镜压在一块平面玻璃上(图甲),让单色光从上方射入(示意图如图乙,其中R为凸透镜的半径),从上往下看凸透镜,也可以视察到由干涉造成图丙所示的环状条纹,这些条纹叫作牛顿环。假如改用波长更长的单色光照耀,视察到的圆环半径将(选填“变大”“变小”或“不变”)。

(3)采纳波长为690nm的红色激光作为单色入射光,牛顿环的两条相邻亮条纹位置所对应的空气膜的厚度差约为。

A.345nm B.690nmC.几微米 D.几毫米解析(1)依据条纹间距公式Δy=ldλ可知,当双缝间距d(2)当光程差为波长的整数倍时是亮条纹,当光程差为半个波长的奇数倍时是暗条纹;用波长变长的光照耀,则出现亮条纹的这一厚度远离中心,则圆环的半径变大;(3)由题意知,相邻亮条纹对应的空气层的厚度差为半个波长,故为345nm,故选项A正确,B、C、D错误。答案(1)B(2)变大(3)A12.(7分)某同学利用图示装置测量某种单色光的波长。试验时,接通电源使光源正常发光;调整光路,使得从目镜中可以视察到干涉条纹。回答下列问题:(1)若想增加从目镜中视察到的条纹个数,该同学可;

A.将单缝向双缝靠近B.将屏向靠近双缝的方向移动C.将屏向远离双缝的方向移动D.运用间距更小的双缝(2)若双缝的间距为d,屏与双缝间的距离为l,测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为Δy,则单色光的波长λ=;

(3)某次测量时,选用的双缝的间距为0.300mm,测得屏与双缝间的距离为1.20m,第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56mm。则所测单色光的波长为nm(结果保留3位有效数字)。

解析(1)依据Δy=ldλ可知,若想增加从目镜中视察到的条纹个数,即Δy减小。所以应使l削减或d(2)依据Δy1=ldλ,λ=Δ(3)λ=Δy·d答案(1)B(2)Δy·13.(10分)双缝干涉试验装置的截面示意图如图所示。光源S到S1、S2的距离相等,O点为S1、S2连线中垂线与光屏的交点。光源S发出的波长为λ的光,经S1出射后垂直穿过玻璃片传播到O点,经S2出射后干脆传播到O点,由S1到O点与由S2到O点,光传播的时间差为Δt。玻璃片厚度为10λ,玻璃对该波长光的折射率为1.5,空气中光速为c,不计光在玻璃片内的反射。求:(1)Δt的大小;(2)去掉玻璃片,用红光照耀双缝。若红光的波长为630nm,双缝与屏幕的距离为1.00m,测得第1条到第6条亮条纹中心间的距离为10.5mm,则双缝之间的距离为多少?解析(1)由于玻璃对该波长光的折射率为n=1.5,则光在该玻璃中传播速度为v=c光从S到S1和到S2的路程相等,设光从S1到O点的时间为t1,从S2到O点的时间为t2,O点到S2的距离为L,则有:t1=Lt2=L光传播的时间差为Δt=t1-t2=L代入v=2c3可得Δt=(2)相邻条纹间距Δy=10.5mm5=2.1mm=2.1×10-3m,依据Δy=ldλ可得d=lλ答案(1)5λc(2)014.(12分)1801年,托马斯·杨用双缝干涉试验探讨了光波的性质。1834年,洛埃利用单面镜同样得到了杨氏干涉的结果(称洛埃镜试验)。(1)洛埃镜试验的基本装置如图所示,S为单色光源,M为一平面镜。试用平面镜成像作图法画出S经平面镜反射后的光与干脆发出的光在光屏上相交的区域。(2)设光源S到平面镜的垂直距离和到光屏的垂直距离分别为a和L,光的波长为λ,在光屏上形成干涉条纹。写出相邻两条亮纹(或暗纹)间距离Δy的表达式。解析(1)①依据对称性作出光源S在平面镜中所成的像S'。②连接平面镜的最左端和光源,即为最左端的入射光线,连接平面镜的最左端和像点S',并延长交光屏于一点,该点即为反射光线到达的光屏的最上端;同理连接平面镜的最右端和像点S',即可找到反射光线所能到达的光屏的最下端。故经平面镜反射后的光与干脆发出的光在光屏上相交的区域如图所示。(2)从光源干脆发出的光和被平面镜反射的光事实上是同一列光,故是相干光,该干涉现象可以看作双缝干涉,所以SS'之间的距离为d,而光源S到光屏的距离可以看作双缝屏到光屏距离L,依据双缝干涉的相邻条纹之间的距离公式Δy=Ldλ,因为d=2a,所以相邻两条亮纹(或暗纹)间距离Δy=L2答案(1)如解析图所示(2)Δy=Lλ15.(15分)劈尖干涉是一种薄膜干涉,其装置如图甲所示,将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上,在一端夹入两张纸片,从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜。当光垂直入射后,从上往下看到的干涉条纹如图乙所示,