2024-2025学年高中物理第五章光的波动性1光的干涉课时评价含解析教科版选修3-4

PAGE7-光的干涉(40分钟100分)一、选择题(本题共7小题,每题6分,共42分)1.(2024·南允高二检测)在杨氏双缝干涉试验中,假如不用激光光源而用一般的单色光源,为了完成试验可在双缝前边加一单缝获得线光源,如图所示,在用单色光做双缝干涉试验时,若单缝S从双缝S1、S2的中心对称轴位置处略微向上移动,则 ()A.不再产生干涉条纹B.仍可产生干涉条纹,且中心亮纹P的位置不变C.仍可产生干涉条纹,中心亮纹P的位置向上移D.仍可产生干涉条纹,中心亮纹P的位置略向下移【解析】选D。本试验中单缝S的作用是形成频率肯定的线光源,双缝S1、S2的作用是形成相干光源,略微移动S后,没有变更传到双缝的光的频率,由S1、S2射出的仍是相干光,由单缝S发出的光到达屏幕上P点下方某点光程差为零,故中心亮纹下移。2.如图所示为一显示薄膜干涉现象的试验装置,P是附有肥皂膜的铁丝圈,S是一点燃的酒精灯。往火焰上撒些盐后,在肥皂膜上视察到的干涉图样应是 ()【解析】选D。薄膜竖直放置,上端薄,下端厚,同一水平位置的薄膜的厚度相同,出现的干涉条纹应是水平的,故选项D正确。3.如图所示为双缝干涉试验中产生的条纹图样:图甲为用绿光进行试验的图样,a为中心亮条纹;图乙为换用另一种单色光进行试验的图样,a′为中心亮条纹。则以下说法正确的是(λ绿>λ红) ()A.图乙可能是用红光试验产生的条纹,表明红光波长较长B.图乙可能是用紫光试验产生的条纹,表明紫光波长较长C.图乙可能是用紫光试验产生的条纹,表明紫光波长较短D.图乙可能是用红光试验产生的条纹,表明红光波长较短【解析】选A。由题图可知,图乙中的条纹间距较大,由Δx=λ可知λ乙>λ甲,故A正确。4.(多选)用波长为λ的单色光照耀单缝O,经过双缝M、N在屏上产生明暗相间的干涉条纹,如图所示,图中a、b、c、d、e为相邻亮纹的位置,c为中心亮条纹,则 ()A.O到达a、b的路程差为零B.M、N到达b的路程差为λC.O到达a、c的路程差为4λD.M、N到达e的路程差为2λ【解析】选B、D。振动一样的两光源在空间发生干涉,得到亮条纹的条件是Δs=nλ(n=0,1,2,3…),故B、D正确。【总结提升】光的干涉条件的分析(1)生活中任何两个各自独立发光的光源产生的光在空间相叠加都不会产生干涉,这是由物体的发光机理确定的,即任何两个各自独立的光源都不是相干光源。(2)杨氏双缝干涉中单缝的作用就是从同一光源得到线光源,以便能有相同的频率和振动规律。双缝是由同一个狭缝照亮的,所以双缝也就成了一对相干光源。(3)光的相干条件中频率相同是光发生干涉的必要条件,要发生干涉,两光源还必需具有相同的振动方向和恒定的相位差。5.(多选)(2024·达州高二检测)如图所示的双缝干涉试验,用绿光照耀单缝S时,在光屏P上视察到干涉条纹。假如要得到相邻条纹间距更大的干涉图样,下列做法正确的是 ()A.减小S1与S2的间距B.增大双缝屏到光屏的距离C.增大单缝S到双缝S1S2的距离D.将绿光换为蓝光【解析】选A、B。在波的干涉中,干涉条纹的间距:Δx=λ,由公式可得,条纹间距与波长、双缝屏与光屏之间的距离成正比,与双缝间的距离d成反比,故要增大间距,应减小d,或增大双缝屏到光屏的距离,或增大光的波长,故A、B正确,C、D错误。【加固训练】在杨氏干涉试验中,单缝位于双缝的中心对称轴上,从两个狭缝到达像屏上的某点的光走过的路程相等,该点即为中心亮条纹的位置(即n=0对应的那条亮条纹),双缝屏上有上下两狭缝,设想在双缝屏后用一块极薄的玻璃片遮盖下方的缝,则屏上中心亮条纹的位置将 ()A.向上移动B.向下移动C.不动D.可能向上移动,也可能向下移动【解析】选B。双缝到屏上中心亮条纹O点的距离相等,当下方的狭缝后用一块极薄的玻璃片遮盖住后,由于波在玻璃中传播的波长变小,因此下缝到O点的距离内的波长个数变多,所以屏上对应的到双缝波长个数相等的点下移,即屏上中心亮条纹的位置将向下移动,故选项B正确。6.登山运动员在登雪山时要留意防止紫外线的过度照耀,尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照耀,否则将会严峻地损伤视力。有人想用薄膜干涉的原理设计一种能大大减小紫外线对眼睛损害的眼镜,他选用的薄膜材料的折射率n=1.5,所要消退的紫外线的频率ν=8.1×1014Hz,那么他设计的这种“增反膜”的厚度至少是 ()A.9.25×10-8m C.1.23×10-7m 【解析】选C。为了减小紫外线对眼睛的损害,应使入射光分别从该膜的前后两个表面反射的光叠加后加强,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,…),紫外线在真空中的波长是λ==3.7×10-7m,在膜中的波长是λ′==m,故膜的厚度d=(N=1,2,…),当N=1时,d最小,为d=1.23×10-7m,故选C。7.如图所示是单色光双缝干涉试验某一时刻的波形图,实线表示波峰,虚线表示波谷。在此时刻,介质中A点为波峰相叠加点,B点为波谷相叠加点,A、B连线上的C点为某中间状态相叠加点。假如把屏分别放在A、B、C三个位置,那么 ()A.A、B、C三个位置都出现亮条纹B.B位置出现暗条纹C.C位置出现亮条纹或暗条纹要由其他条件确定D.以上结论都不对【解题指南】(1)在干涉现象中,所谓“振动加强的点”是指两列波在该点引起的振动方向总是相同,该点的振幅是两列波的振幅之和,而不要理解为该点始终处于波峰或波谷,在某些时刻它也可以位于平衡位置(如图中C点)。(2)所谓“振动减弱的点”是指两列波在该点引起的振动方向总是相反的,该点的振幅是两列波的振幅之差,假如两列波的振幅相同,则该点始终在平衡位置,对光波而言,该点是完全暗的。【解析】选A。本题中,A、B、C三点总是振动加强的点,屏上对应出现的都是亮条纹。另外,要特殊留意波谷与波谷相遇的点(图中B点)振动也是加强的,不要以为B点是暗的。二、非选择题(18分,要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位。)8.在双缝干涉试验中,光屏上某点P到双缝S1和S2的路程差为7.5×10-7m,假如用频率为6.0×1014Hz的黄光照耀双缝,(1)该黄光的波长是多少?(2)试通过计算分析P点出现亮条纹还是暗条纹?【解析】(1)λ==m=5×10-7m(2)Δx=7.5×10-7m=λ,答案:(1)5×10-7m9.(7分)(2024·广元高二检测)如图所示,用频率为f的单色光垂直照耀双缝,在光屏上的P点出现第3条暗条纹。已知光速为c,则P点到双缝的距离之差r2-r1应为 ()A. B.C. D.【解析】选D。在某点产生暗条纹的条件是:光程差r2-r1为半波长的奇数倍。已知P点出现第3条暗条纹,说明r2-r1=λ,由c=λf得:λ=,则r2-r1=。10.(7分)(2024·绵阳高二检测)瓦斯在隧道施工、煤矿采掘等工程中危害极大,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,于是他依据双缝干涉现象设计了一个监测仪,其原理如图所示:在双缝前面放置两个完全相同的透亮容器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,视察屏上的干涉条纹,就能够监测瓦斯浓度。假如屏的正中心O点变为暗纹,说明B中气体 ()A.肯定含瓦斯 B.肯定不含瓦斯C.不肯定含瓦斯 D.无法推断【解析】选A。假如屏的正中心O变为暗纹,说明从两个子光源到屏的光程差发生变更,所以B中气体肯定含瓦斯。11.(13分)如图所示,在双缝干涉试验中,若用λ1=5×10-7m的光照耀,屏上O点是中心亮条纹,屏上A点为其次级亮条纹所在处。若换用λ2=4×10-7m的光照耀时,屏上O点处是什么状况?屏上A【解析】从双缝到屏上O点的距离之差,无论用何种频率的光照耀,路程差总是零。所以O点仍旧是亮条纹。从双缝到屏上A点的路程差d=S2A-S1A,用λ1光照耀时为其次级亮条纹,即代入数据d=1×10-6m,这个路程差1×10-6m对于波长为λ2即为半波长的奇数倍,A处为暗条纹d=(2k+1)(k=0,±1,±2…)1×10-6m=(2k+1)m,即k=2当k=0时为第一级暗条纹,所以当k=2时应为第三级暗条纹。答案:O点处是亮条纹A点处是暗条纹12.(13分)(2024·广安高二检测)放射导弹时,可在导弹后面连一根细如蛛丝的光纤,就像放风筝一样,这种纤细的光纤在导弹和放射装置之间,起着双向传输信号的作用。光纤制导的下行光信号是镓铝砷激光器发出的在纤芯中波长为0.85μm的单色光。上行光信号是铟镓砷磷发光二极管放射的在纤芯中波长为1.06μm的单色光。这种操纵系统通过这根光纤向导弹发出限制指令,导弹就犹如长“眼睛”一样盯住目标(已知光纤纤芯的折射率为1.47)。依据以上信息,回答下列问题:(1)在光纤制导中,上