2024-2025学年高中物理第五章光的波动性3-4光的衍射与偏振激光课时评价含解析教科版选修3-4

PAGE6-光的衍射与偏振激光(40分钟100分)一、选择题(本题共6小题,每题7分,共42分)1.(2024·绵阳高二检测)在视察光的衍射现象的试验中,通过紧靠眼睛的游标卡尺测量爪形成的狭缝,观看远处的线状白炽灯丝(灯管或灯丝都要平行于狭缝),可以看到 ()A.黑白相间的直条纹B.黑白相间的弧形条纹C.彩色的直条纹D.彩色弧形条纹【解析】选C。白炽灯发出的是复色光,其中各种色光的波长不同,产生的衍射条纹间距不同,各单色光相互叠加,成为彩色直条纹。【加固训练】(多选)在用单色平行光照耀单缝视察衍射现象的试验中,下列说法正确的是 ()A.缝越窄,衍射现象越显著B.缝越宽,衍射现象越显著C.照耀光的波长越长,衍射现象越显著D.照耀光的频率越高,衍射现象越显著【解析】选A、C。缝的宽度越接近光波的波长,衍射越显著,缝越窄,越接近光的波长,A正确,B错误;光波的波长越长,越接近缝的宽度,衍射越显著,C正确;光的频率越高,波长越小,衍射越不显著,D错误。故选A、C。2.(多选)(2024·广元高二检测)图为红光或紫光通过双缝或单缝所呈现的图样,则 ()A.甲为红光的衍射图样B.乙为紫光的干涉图样C.丙为红光的衍射图样D.丁为紫光的干涉图样【解析】选B、C。当单色光通过双缝时形成的干涉图样为等间距的,而通过单缝时的图样是中间宽、两边窄的衍射图样,因此甲、乙为干涉图样,而丙、丁为衍射图样。由于红光的波长较长,干涉图样中相邻条纹间距较大,而紫光的波长较短,干涉图样中相邻条纹间距较小,因此选项B正确;单缝衍射条纹中心最亮且最宽,光的波长越长,中心亮纹越宽,所以丙为红光的衍射图样,丁为紫光的衍射图样,所以C正确。【总结提升】如何分析干涉、衍射图样在分析干涉、衍射图样时,主要留意图样条纹宽度的状况:若条纹宽度相等,则是干涉条纹;若中间条纹最宽,两边越来越窄,则是衍射条纹。3.准分子激光器利用氩气和氟气的混合物产生激光刀,可用于进行近视眼的治疗。用这样的激光刀对近视眼进行手术,手术时间短、效果好、无苦痛。关于这个治疗,以下说法中,错误的是 ()A.近视眼是物体成像在眼球中的视网膜的前面,使人不能看清物体B.激光具有很好的方向性,用激光刀可以在特别小的面积上对眼睛进行手术C.激光治疗近视眼手术是对视网膜进行修复D.激光治疗近视眼手术是对角膜进行切削【解析】选C。激光手术是物理技术用于临床医学的最新成果。人的眼睛是一个光学成像系统,角膜和晶状体相当于一个凸透镜,物体通过凸透镜成像在视网膜上,人就能看清晰物体。当角膜和晶状体组成的这个凸透镜的焦距比较小,物体成像在视网膜的前面时,人就不能看清物体,这就是近视眼,A对;激光具有很好的方向性,用激光刀可以在特别小的面积上对眼睛进行手术,B对;激光手术不是修复视网膜,而是对角膜进行切削,变更角膜的形态,使眼球中的凸透镜的焦距适当变大,物体经过角膜和晶状体后成像在视网膜上,C错,D对。4.(多选)如图所示,甲、乙、丙、丁四个图是不同的单色光形成的双缝干涉或单缝衍射图样。分析各图样的特点可以得出的正确结论是 ()A.甲、乙是光的干涉图样B.丙、丁是光的衍射图样C.形成甲图样光的波长比形成乙图样光的波长短D.形成丙图样光的波长比形成丁图样光的波长短【解析】选A、B。由图样可得甲和乙是等间距的,丙和丁是不等间距的且中间最宽,所以甲和乙是干涉条纹,丙和丁是衍射条纹,故选项A、B正确;其中甲比乙的条纹间距大,故形成甲图样光的波长比形成乙图样光的波长长,故选项C错误;丙比丁的条纹间距大,形成丙图样光的波长比形成丁图样光的波长长,故选项D错误。5.(2024·宜宾高二检测)如图所示,白炽灯的右侧依次放置偏振片P和Q,A点位于P、Q之间,B点位于Q右侧,旋转偏振片P,A、B两点光的强度变更状况是 ()A.A、B均不变B.A、B均有变更C.A不变,B有变更D.A有变更,B不变【解析】选C。旋转偏振片P,A处得到的是强度始终相同的偏振光,偏振光再经过偏振片Q,在B处的光强随着P的转动而变更,当Q的透振方向与经过P的偏振光的振动方向垂直时,B处的光强最弱,选项C正确。6.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°【解题指南】解答本题时应理解以下两点:(1)题目所说的“前窗玻璃的透振方向”和“车灯玻璃的透振方向”都是指同一辆车的车灯和前窗玻璃。(2)左和右都是对各自司机本身而言的。【解析】选D。如A选项所述情景,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选项所述情景,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选项所述情景,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。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。)7.如图所示是通过游标卡尺两测量脚间的狭缝视察白炽灯线光源时所拍下的四张照片。(1)试通过图样分析四张照片对应的两测量脚间的宽度大小关系。(2)试说明照片丁中中心条纹的颜色及成因。【解析】(1)从四张照片的单缝衍射图样可以看出,由图甲到图丁,衍射现象越来越明显,说明两测量脚间的狭缝越来越小,因此由图甲到图丁四张照片对应的两测量脚间的宽度越来越小。(2)图丁中中心条纹的颜色为白色,因为各种色光在屏中心均为亮条纹,七色光叠加后,中心条纹即为白色。答案:(1)从图甲到图丁越来越小(2)见解析8.(5分)(多选)在单缝衍射中,下列说法中正确的是 ()A.将入射光由黄色换成绿色,衍射条纹间距变窄B.使单缝宽度变小,衍射条纹间距变窄C.换用波长较大的光照耀,衍射条纹间距变宽D.增大单缝到屏的距离,衍射条纹间距变宽【解析】选A、C、D。当单缝宽度肯定时,波长越长,衍射现象越明显,即偏离直线传播的路径越远,条纹间距也越大;当光的波长肯定时,单缝宽度越小,衍射现象越明显,条纹间距也越大;光的波长肯定,单缝宽度也肯定时,增大单缝到屏的距离,衍射条纹间距也会变宽,故选项B错误,选项A、C、D正确。9.(5分)(多选)(2024·巴中高二检测)如图所示,一束自然光通过起偏器照耀到光屏上,则图中光屏上发亮的有(起偏器上用箭头表示其透射方向) ()【解析】选A、B、D。自然光通过起偏器后成为偏振光,当偏振光的振动方向与起偏器的透振方向平行时能够通过,否则不能通过,所以A、B、D正确。10.(10分)(2024·南充高二检测)某同学自己动手制作如图所示的装置视察光的干涉现象,其中A为单缝屏,B为双缝屏,整个装置位于一暗箱中,试验过程如下:(1)该同学用一束太阳光照耀A屏时,屏C上没有出现干涉条纹;移去B后,在屏上出现不等间距条纹,此条纹是由于产生的。

(2)移去A后,遮住缝S1或缝S2中的任一个,C上均出现一窄亮斑。出现以上试验结果的主要缘由是。

【解析】(1)移去B后只剩下单缝,故发生单缝衍射形成条纹,故此条纹是由于光的衍射产生的。(2)没有出现条纹而只出现一个窄亮斑,说明衍射现象不明显,故主要缘由是双缝S1、S2太宽。答案:(1)光的衍射(2)双缝S1、S2太宽11.(10分)如图所示,P、Q为偏振片,I为光屏,试分析3种状况下光屏的明暗状况。【解析】对于A种状况,自然光通过偏振片P后射到光屏I上;对于B种状况,自然光通过偏振片P后,由于偏振片Q的偏振方向与P的偏振方向相同,也能通过偏振片Q到达光屏I,且亮度不变,故A、B两种状况下的亮度相同。对于C种状况,两偏振片的偏振方向垂直,通过偏振片P的偏振光不能通过偏振片Q,故光屏I上没有亮光。答案:A和B的光屏上光的亮度相同,C的光屏上没有亮光。12.(10分)(1)甲、乙两幅图是由单色光分别入射到圆孔而形成的图像,其中图甲是光的(选填“干涉”或“衍射”)图像。由此可以推断出图甲所对应的圆孔的孔径(选填“大于”或“小于”)图乙所对应的圆孔的孔径。

(2)如图所示,杨氏双缝干涉试验中,下述状况能否看到干涉条纹?简洁说明理由。①在单色自然光源S后加一偏振片P。②在①状况下,再加偏振片P1、P2,P1与P2透射光方向垂直。【解析】(1)图甲中出现明暗相间的条纹,是衍射现象,图乙中出现圆形亮斑。只有障碍物或孔的尺寸比光波波长小或跟波长相差不多时,才能发生明显的衍射现象。图甲是光的衍射图样,由于光波波长很