2022學(xué)年高中物理 第五章 光的波動(dòng)性 光的衍射、偏振、色散、激光習(xí)題（提高篇）教科版選修3-4

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1、2022學(xué)年高中物理 第五章 光的波動(dòng)性 光的衍射、偏振、色散、激光習(xí)題（提高篇）教科版選修3-4 一、選擇題 1．如圖所示，a、b兩束光以不同的入射角由介質(zhì)射向空氣，結(jié)果有相同的折射角，下列說(shuō)法正確的是( )． A．b在介質(zhì)中的折射率比a大 B．若用b光做單縫衍射實(shí)驗(yàn)，要比用a時(shí)中央條紋更寬 C．用a更易觀察到泊松亮斑 D．做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，用a光比用b光條紋間距更大 2．如圖所示的四個(gè)圖形中哪個(gè)是著名的泊松亮斑的衍射圖樣( )． 3．如圖所示的四種明暗相間的條紋，分別是紅光、藍(lán)光各自通過(guò)同一個(gè)雙縫干涉儀器形成的干涉圖樣以及黃光、紫光各自通過(guò)同一個(gè)單縫

2、形成的衍射圖樣(黑色部分表示亮紋)．則在下面的四個(gè)圖中從左往右排列，亮條紋的顏 色依次是( )． A．紅黃藍(lán)紫 B．紅紫藍(lán)黃 C．藍(lán)紫紅黃 D．藍(lán)黃紅紫 4．關(guān)于自然光和偏振光以下說(shuō)法正確的是( )． A．自然光包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動(dòng)的光，但是沿各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度可以不相同 B．偏振光是在垂直于傳播方向上，只沿著某一特定方向振動(dòng)的光 C．自然光透過(guò)一塊偏振片后就成為偏振光，偏振光透過(guò)一塊偏振片后又還原為自然光 D．太陽(yáng)、電燈等普通光源發(fā)出的光都是自然光 5．如圖所示，讓自然光照射到P

3、、Q兩偏振片上，當(dāng)P、Q兩偏振片的透振方向夾角為以下哪些度數(shù)時(shí)，透射光的強(qiáng)度最弱？( )． A．0° B．30° C．60° D．90° 6．水中同一深度排列著四個(gè)不同顏色的球．如果從水面上方垂直俯視各球，感覺(jué)最淺的是( )． A．紅球 B．黃球 C．綠球 D．紫球 7．如圖所示，一束紅光和一束藍(lán)光平行入射到三棱鏡上，經(jīng)三棱鏡折射后會(huì)聚于光屏M上的一點(diǎn)N，這兩束單色光分別用a、b表示．對(duì)于這兩束光的顏色以及在玻璃中的傳播速度，下列說(shuō)法中正確的是( )． A．a(chǎn)為紅光，在玻璃中的傳播速度小

4、于b光 B．a(chǎn)為藍(lán)光，在玻璃中的傳播速度小于b光 C．b為紅光，在玻璃中的傳播速度小于a光 D．b為藍(lán)光，在玻璃中的傳播整小于于a光 8．如圖所示，在水中有一厚度不計(jì)的薄玻璃片制成的中空三棱鏡，里面是空氣，一束白光A從棱鏡的左邊射入，從棱鏡的右邊射出了發(fā)生了色散，射出的可見(jiàn)光分布在a點(diǎn)和b點(diǎn)之間，則( )． A．從a點(diǎn)射出的是紅光，從b點(diǎn)射出的是紫光 B．從a點(diǎn)射出的是紫光，從b點(diǎn)射出的是紅光 C．從a點(diǎn)和b點(diǎn)射出的都是紅光，從ab中點(diǎn)射出的是紫光 D．從a點(diǎn)和b點(diǎn)射出的都是紫光，從ab中點(diǎn)射出的是紅光

5、 9．如圖所示，一細(xì)束復(fù)色光從空氣中射到半球形玻璃體球心O點(diǎn)，經(jīng)折射分為a、b兩束光，分別由P、Q兩點(diǎn)射出玻璃體．PP′、QQ′均與過(guò)O點(diǎn)的界面法線垂直．設(shè)光線a、b在玻璃體內(nèi)穿行所用的時(shí)間分別為、，則等于( )． A．QQ′: PP′ B．PP′: QQ′ C．OP′: OQ′ D．OQ′: OP′ 16．如圖所示，a和b都是厚度均勻的平玻璃板，它們之間的夾角為，一細(xì)光束以入射角α從P0點(diǎn)射入，．已知此光束由紅光和藍(lán)光組成，則當(dāng)光束透過(guò)b板后( )． A．傳播方向相對(duì)于入射光方向向左偏轉(zhuǎn)p角 B．傳播方向相對(duì)于入射光方

6、向向右偏轉(zhuǎn)p角 C．紅光在藍(lán)光的左邊 D．紅光在藍(lán)光的右邊 11．如圖所示，一束白色光通過(guò)玻璃棱鏡發(fā)生色散現(xiàn)象，下列說(shuō)法正確的是( )． A．紅光的偏折最大，紫光的偏折最小 B．紅光的偏折最小，紫光的偏折最大 C．玻璃對(duì)紅光的折射率比紫光大 D．玻璃中紫光的傳播速度比紅光大 12．如圖所示為一顯示薄膜干涉現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)裝置，P是附有肥皂膜的鐵絲圈，S是一點(diǎn)燃的酒精燈，往火焰上撒些鹽后，在肥皂膜上觀察到的干涉圖像應(yīng)是圖中的( )． 13．激光發(fā)光功率為P，發(fā)出的激光在折射率為n的介質(zhì)中波長(zhǎng)為λ，c表

7、示光在真空中的速度，下列說(shuō)法中正確的是( )． A．該光在真空中的波長(zhǎng)為nλ B．該光在真空中的波長(zhǎng)為天λ/n C．該光的頻率為c/λ D．該光的頻率為c/(從nλ) 14．關(guān)于激光的應(yīng)用問(wèn)題，下列說(shuō)法中正確的是( )． A．光纖通信是應(yīng)用激光平行度非常好的特點(diǎn)對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，使其在光導(dǎo)纖維中進(jìn)行傳遞信息 B．計(jì)算機(jī)內(nèi)“磁頭”讀出光盤上記錄的信息是應(yīng)用了激光有相干性的特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行的 C．醫(yī)學(xué)中用激光作“光刀”來(lái)切除腫瘤是應(yīng)用了激光亮度高的特點(diǎn) D．“激光測(cè)距雷達(dá)”利用激光測(cè)量很遠(yuǎn)目標(biāo)的距離是應(yīng)用了激光亮

8、度高的特點(diǎn) 二、填空題 15．霓虹是由空中的小水滴對(duì)日光的折射、色散、全反射的綜合效應(yīng)所形成的．通常可看到兩道弓形彩帶，里面一道叫虹，比較明亮；外面一道叫霓，較為暗淡，如圖(a)所示． (1)虹是陽(yáng)光在水滴內(nèi)經(jīng)二次折射、一次全反射形成的，如圖(b)所示，從內(nèi)到外色序的排列是_______； (2)霓是陽(yáng)光在水滴內(nèi)經(jīng)二次折射、二次全反射形成的，如圖(c)所示，從內(nèi)到外色序的排列是_______． 16．某脈沖激光器耗電功率2×103 W，每秒輸出10個(gè)光脈沖，每個(gè)光脈沖輸出的時(shí)間為10－8 s，攜帶的能量為0.2 J，每個(gè)光脈沖的功率為_(kāi)_______W，該

9、激光器將電能轉(zhuǎn)化為激光能量的效率為_(kāi)_______． 三、解答題 17．一般認(rèn)為激光器發(fā)出的是頻率為v的“單色光”，實(shí)際上它的頻率并不是真正單一的，激光頻率v是它的中心頻率，它所包含的頻率范圍是△v(也稱頻率寬度)，讓單色光照射到薄膜表面，一部分從前表面反射回來(lái)(這部分稱為甲光)，其余的進(jìn)入薄膜內(nèi)部，其中的一小部分從薄膜后表面反射回來(lái)，并從前表面射出(這部分稱為乙光)。甲、乙這兩部分光疊加而發(fā)生干涉，稱為薄膜干涉．乙光比甲光相比，要多在薄膜中傳播一小段時(shí)間△t．理論和實(shí)踐都證明，能觀察到明顯的干涉現(xiàn)象的條件是：△t的最大值△tm與△v的乘積近似等于1，即只有滿足，才會(huì)觀察到明顯的穩(wěn)定的

10、干涉現(xiàn)象． 已知某紅寶石激光器發(fā)出的激光v＝4.32×1014 Hz，它的頻率寬度△v＝8.0×109Hz．讓這束單色光由空氣斜射到折射率n＝的薄膜表面，射入時(shí)與薄膜表面成45°角，如圖所示． (1)求從O點(diǎn)射入薄膜中的光線的傳播方向及傳播速率． (2)估算在上圖所示的情景下，能觀察到明顯穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象的薄膜的最大厚度dm． 【答案與解析】 一、選擇題 1．【答案】B 【解析】由題可知，a光的折射率大，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；a、b兩光a光的頻率高，即a光波長(zhǎng)小于b光波長(zhǎng)，故B項(xiàng)正確，C、D兩項(xiàng)錯(cuò)誤． 2．【答案】B 3．【答案】B 【解析】從題中圖樣可以看

11、出從左數(shù)1、3為干涉圖樣，由可知，左數(shù)第一個(gè)為紅光的干涉圖樣，第3個(gè)為藍(lán)光的干涉圖樣，2、4為衍射圖樣，第4圖衍射明顯，故4應(yīng)為黃光的衍射圖樣，故應(yīng)選B項(xiàng)． 4．【答案】B、D 【解析】太陽(yáng)光、燈光是自然光． 5．【答案】D 【提示】?jī)善衿刚穹较蛳嗤瑫r(shí)透過(guò)的偏振光最強(qiáng)，兩偏振片透振方向垂直時(shí)幾乎沒(méi)有偏振光透過(guò)． 6．【答案】D 【解析】設(shè)球的實(shí)際深度為h，人感覺(jué)的深度為h′，根據(jù)視深公式可知，由于水對(duì)紫光的折射率最大，故紫球看起來(lái)最淺，故選D． 7．【答案】B 8．【答案】B 【解析】光從左邊界面入射后，發(fā)生折射現(xiàn)象，此時(shí)光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，由于水對(duì)紫光的折射率比對(duì)

12、紅光的大，所以在入射角相同的情況下，折射角不同，紫光的折射角大于紅光，故a為紫光，b為紅光． 9．【答案】A 10．【答案】D 【解析】光線通過(guò)玻璃板后，方向不變但發(fā)生側(cè)向位移，光頻率越高，折射率越大，側(cè)向位移越大．紅光頻率小于藍(lán)光，所以藍(lán)光側(cè)向位移大，第一次透過(guò)玻璃板a后紅光位于藍(lán)光右邊(如圖所示)，當(dāng)光線射到b上時(shí)，由于，由幾何關(guān)系知光線從法線左側(cè)入射．側(cè)移情況與a相似，紅光仍在藍(lán)光右邊，且兩者間距加大，故選D． 11．【答案】B 12．【答案】D 【解析】酒精燈發(fā)出的光在肥皂膜前后兩個(gè)表面上反射后疊加，形成干涉圖樣，兩列反射光疊加時(shí)的光程差與肥皂膜的厚度有關(guān)，相同厚度

13、處光程差相同，而同一條明條紋(或暗條紋)上光程差也相同，肥皂膜豎起時(shí)同一水平線的膜厚度相同．故肥皂膜上的明(暗)條紋是一些水平的平行直線，即正確答案為D． 13．【答案】A、D 【解析】注意光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，頻率不會(huì)發(fā)生變化，對(duì)激光也是一樣．由于速度變化的原因，波長(zhǎng)會(huì)相應(yīng)變化，對(duì)同一頻率的光它在真空中的波長(zhǎng)應(yīng)大于在介質(zhì)中的波長(zhǎng)． 14．【答案】C 【解析】由激光的特點(diǎn)及應(yīng)用可知光纖通信主要利用激光的相干性，A項(xiàng)錯(cuò)誤．計(jì)算機(jī)內(nèi)的“磁頭”讀出光盤上的信息主要應(yīng)用了激光的平行性好，B項(xiàng)錯(cuò)誤．醫(yī)療中的激光“光刀”利用了激光的高亮度的特點(diǎn)，C項(xiàng)正確．激光測(cè)距利用激光的平行性好，D項(xiàng)錯(cuò)誤． 二、填空題 15．【答案】(1)紫到紅 (2)紅到紫 【解析】根據(jù)光的折射現(xiàn)象和色散知，太陽(yáng)光經(jīng)過(guò)水滴的光路圖如圖所示．所以(1)問(wèn)正確答案是紫到紅． 同理可分析(2)的正確答案是紅到紫． 16．【答案】2×107 0.1% 【解析】． ，， ，故η＝0.1%． 三、解答題 17．【答案】見(jiàn)解析 【解析】（1）設(shè)從O點(diǎn)射入薄膜中的光線的折射角為r，根據(jù)折射定律有， 所以折射角為．光在薄膜中的傳播速率． （2）光在薄膜中經(jīng)過(guò)的路程，光通過(guò)薄膜所用時(shí)間，當(dāng)△t取最大值△tm時(shí)，對(duì)應(yīng)的薄膜厚度最大．又因?yàn)椋?，解出?