2017-2018學(xué)年物理 3.3 光的衍射同步練習(xí) 新人教版選修2-3.doc

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3.3　光的衍射同步練習(xí) 一、單選題 1. 關(guān)于光的干涉現(xiàn)象，下列說法正確的是(　　) A. 波峰與波峰疊加處將出現(xiàn)亮條紋，波谷與波谷疊加處將出現(xiàn)暗條紋 B. 雙縫干涉實驗中光屏上距兩狹縫的路程差為1個波長的某位置將出現(xiàn)亮紋 C. 把雙縫干涉實驗中入射光由黃光換成紫光，相鄰兩明條紋間距離變寬 D. 薄膜干涉的條紋是等間距的平行線時，說明薄膜的厚度處處相等 【答案】B 【解析】解：A、在波峰與波峰疊加處，將出現(xiàn)亮條紋；在波谷與波谷疊加處，將出現(xiàn)亮條紋，故A錯誤； B、光屏上距兩狹縫的路程差為波長的整數(shù)倍時出現(xiàn)亮紋，故B正確； C、把入射光由黃光換成紫光，紫光的波長小于黃光，根據(jù)△x=ldλ知△x減小，故C錯誤； D、從薄膜的上下表面分別反射的兩列光是相干光，其光程差為薄膜厚度的2倍，當(dāng)光程差△x=nλ時此處表現(xiàn)為亮條紋，當(dāng)光程差△x=nλ+12λ出現(xiàn)暗條紋，若薄膜的厚度處處相等，則各處光程差相等，若是亮的則都是亮的若是暗的則都是暗的，不會出現(xiàn)明暗相間的條紋，故D錯誤． 故選：B． 2. 在雙縫干涉實驗中，屏上出現(xiàn)了明暗相間的條紋，則(　　) A. 中間條紋間距較兩側(cè)更寬 B. 不同色光形成的條紋完全重合 C. 雙縫間距離越大條紋間距離也越大 D. 遮住一條縫后屏上仍有明暗相間的條紋 【答案】D 【解析】解：A、根據(jù)△x=ldλ可知亮條紋之間的距離和暗條紋之間的距離相等，故A錯誤． B、根據(jù)△x=ldλ可知條紋間距隨波長的變化而變化，故B錯誤． C、根據(jù)△x=ldλ可知，雙縫間距離越大條紋間距離越小，故C錯誤． D、若把其中一縫擋住，出現(xiàn)單縫衍射現(xiàn)象，故仍出現(xiàn)明暗相間的條紋，故D正確． 故選：D． 3. 用同一光管研究a、b兩種單色光產(chǎn)生的光電效應(yīng)，得到光電流I與光電管兩極間所加電壓U的關(guān)系如圖.則這兩種光下列說法正確的是(　　) A. 在同種均勻介質(zhì)中，a光的傳播速度比b光的小 B. 從同種介質(zhì)射入真空發(fā)生全反射時a光臨界角小 C. 分別通過同一雙縫干涉裝置，a光的相鄰亮條紋間距小 D. 若兩光均由氫原子能級躍遷產(chǎn)生，產(chǎn)生a光的能級能量差小 【答案】D 【解析】解：A、根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm=hv?W0=eUc知，b光的遏止電壓大，則b光的頻率大，折射率大，根據(jù)v=cn知，b光在介質(zhì)中傳播的速度小，故A錯誤． B、a光的折射率小，根據(jù)sinC=1n知，a光發(fā)生全反射的臨界角大，故B錯誤． C、根據(jù)△x=Ldλ知，a光的頻率小，則波長長，可知分別通過同一雙縫干涉裝置，a光的相鄰亮條紋間距大，故C錯誤． D、a光的頻率小，根據(jù)E=hv知，a光的光子能量小，產(chǎn)生a光的能級差小，故D正確． 故選：D． 4. 下面的說法正確的是(　　) A. 肥皂泡呈現(xiàn)彩色條紋是光的全反射現(xiàn)象造成的 B. 天空中彩虹是光的干涉現(xiàn)象造成的 C. 圈屏陰影中心的亮斑(泊松亮斑)是光的衍射現(xiàn)象造成的 D. 照相機鏡頭表面涂上增透膜，以增強透射光的強度，是應(yīng)用了光的全反射現(xiàn)象 【答案】C 【解析】解：A、肥皂泡在陽光下呈現(xiàn)彩色條紋是肥皂膜內(nèi)外反射的光線，相互疊加產(chǎn)生的現(xiàn)象，這是光的干涉造成的.故A錯誤； B、天空中彩虹是白光的折射率不同，從而出現(xiàn)光的色散現(xiàn)象，故B錯誤； C、圓屏陰影中心的亮斑(泊松亮斑)是光繞過阻礙物射到中心位置，這是光的衍射現(xiàn)象造成的，故C正確； D、增透膜是通過光的干涉，減少反射光的強度，從而增加透射光的強度，故D錯誤； 故選：C． 5. 如圖所示是用光學(xué)的方法來檢查一物體表面光滑程度的裝置，其中A為標(biāo)準(zhǔn)平板，B為被檢查其表面光滑程度的物體，C為單色入射光，如果要說明能檢查平面光滑程度的道理，則需要用到的下列光學(xué)概念是(　　) A. 反射和干涉 B. 全反射和干涉 C. 反射和衍射 D. 全反射和衍射 【答案】A 【解析】解：利用A為標(biāo)準(zhǔn)平板的下表面與B為被檢查其上表面進行光的反射，從而出現(xiàn)光的干涉現(xiàn)象.由此可以能檢查平面光滑程度.故A正確，BCD錯誤； 故選：A 6. 四種顏色的光分別通過同一雙縫產(chǎn)生的雙縫干涉圖案如圖中各選項所示，用這四種顏色的光分別照射某金屬板，只有兩種光能產(chǎn)生光電效應(yīng)，則能產(chǎn)生光電效應(yīng)的光線中，光子能量較小的光對應(yīng)的雙縫干涉圖案是(　　) A. B. C. D. 【答案】C 【解析】解：根據(jù)△x=Ldλ知，波長越長，雙縫干涉條紋的間距越大，A、B、C、D選項的波長逐漸減小，則頻率逐漸增大，因為只有兩種能產(chǎn)生光電效應(yīng)，則知干涉條紋為C、D的照射光能發(fā)生光電效應(yīng)，則頻率較小的是C，即能量較小的是C.故C正確，A、B、D錯誤． 故選C． 7. 如圖所示，a、b兩束單色光(距中心線距離均為L)平行入射到一半圓柱體玻璃磚，入射光線與AOB面垂直，若從圓面射出時，兩光束交于P點，下列說法正確的是(　　) A. a光束的光子能量大 B. 在同一玻璃中a光傳播速度小 C. 若b光照射某一光電管能發(fā)生光電效應(yīng)，那么用a光照射也一定能發(fā)生光電效應(yīng) D. 兩種色光分別通過同一雙縫干涉裝置形成的干涉條紋，相鄰明條紋的間距a光較大 【答案】D 【解析】解：A、由光路圖可以看出通過玻璃磚后b光的偏折程度較大，則玻璃磚對b光的折射率較大，b光的頻率較大，由E=hγ知，b光束的光子能量大，故A錯誤． B、由v=cn知，在同一玻璃中a光傳播速度大，故B錯誤． C、a光的頻率小于b光的頻率，而產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件是入射光的頻率大于金屬的極限頻率，所以若b光照射某一光電管能發(fā)生光電效應(yīng)，那么用a光照射不一定能發(fā)生光電效應(yīng).故C錯誤． D、a光的頻率小，波長長，而干涉條紋間距與波長成正比，則兩種色光分別通過同一雙縫干涉裝置形成的干涉條紋，相鄰明條紋的間距a光較大，故D正確． 故選：D 二、多選題 8. 用a、b兩種不同波長的光，先后用同一裝置做雙縫干涉實驗，得到兩種干涉條紋，其中a光的干涉條紋間距大于b光的條紋間距，則(　　) A. a光的波長大于b光的波長 B. a光的頻率大于b光的頻率 C. 在玻璃中，a光的速度等于b光的速度 D. 從玻璃射向空氣發(fā)生全反射時，a光的臨界角大于b光的臨界角 【答案】AD 【解析】解：A、B、根據(jù)雙縫干涉的條紋間距△x=Ldλ，可知，同一實驗裝置，間隔越大，說明波長越長，即頻率越小.根據(jù)題意，a光的波長長，頻率小.故A正確，B錯誤． C、頻率越小，介質(zhì)對它的折射率越小，根據(jù)n=cv可知，在介質(zhì)中的傳播速度越大，即a光在介質(zhì)中的傳播速度要大，故C錯誤． D、根據(jù)臨界角的公式：sinC=1n可知，介質(zhì)的折射率越小，則全反射的臨界角越大，所以從玻璃射向空氣發(fā)生全反射時，a光的臨界角大于b光的臨界角，故D正確． 故選：AD 9. 圖中給出了“用雙縫干涉測量光的波長”實驗示意圖，雙縫S1和S2間距為0.80mm，雙縫到屏的距離為0.80m，波長為500nm的單色平行光垂直入射到雙縫S1和S2上，在屏上形成干涉條紋，中心軸線OO′上方第1條亮紋中心位置在P1處，第3條亮紋中心位置在P2處，現(xiàn)有1號、2號蟲子分別從S1和S2出發(fā)以相同速度沿垂直屏方向飛行，1號蟲子到達屏后，沿屏直線爬行到P1，2號蟲子到達屏后，沿屏直線爬行到P2，假設(shè)兩條蟲子爬行速率均為10?3m/s，正確的是(　　) A. 1號蟲子運動路程比2號短 B. 兩只蟲子運動的時間差為0.2s C. 兩只蟲子運動的時間差為1.0s D. 已知條件不夠，兩只蟲子運動時間差無法計算 【答案】AB 【解析】解：A、由題，結(jié)合干涉條紋的寬度公式：x=Ld?λ可知，該光的干涉條紋的寬度：x=0.800.8010?350010?9=510?4m 第1條亮紋中心位置在P1處，所以：OP1.=x=510?4m 第3條亮紋中心位置在P2處，所以：OP2.=3x=1.510?3m 所以1號蟲子的路程為：S1=L+OP1.+d2； 2號蟲子的路程為：S2=L+OP2.?d2， 則：S2?S1=OP2.?OP1.?d=1.510?3?510?4?0.8010?3=0.210?3m.故A正確； BCD、兩只蟲子運動的時間差△t=S2?S1v=0.210?3110?3=0.2s.故B正確，CD錯誤 故選：AB 10. 下列說法不正確的是(　　) A. 只有橫波才能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象和多普勒效應(yīng) B. 均勻變化的磁場產(chǎn)生均勻變化的電場向外傳播就形成了電磁波 C. 泊松亮斑支持了光的波動說，而光電效應(yīng)支持了光的粒子說 D. 由紅光和綠光組成的一細光束從水中射向空氣，在不斷增大入射角時水面上首先消失的是綠光 【答案】AB 【解析】解：A、所有的波均能產(chǎn)生干涉和多普勒效應(yīng)，故A錯誤； B、只有周期性變化的磁場才能產(chǎn)生周期性變化的電場，從而形成電磁波；故B錯誤； C、光具有波粒二象性，泊松亮斑支持了光的波動說，而光電效應(yīng)支持了光的粒子說；故C正確； D、由于紅光的頻率比綠光的小，所以紅光的折射率小，即綠光全反射的臨界角小，所以最先消失的為綠光，故D正確； 本題選錯誤的；故選：AB． 11. 關(guān)于物理原理在技術(shù)上的應(yīng)用，下列說法中正確的是(　　) A. 激光全息照相是利用了激光相干性好的特性 B. 3D電影是利用了光的干涉特性 C. 攝影機鏡頭鍍膜增透是利用了光的衍射特性 D. 紅外遙感是利用了紅外線具有顯著熱效應(yīng)的特性 【答案】AD 【解析】解：A、激光全息照相是利用了激光相干性好，獲得兩頻率相同的光，從而進行光的干涉，故A正確； B、3D電影是利用了光的偏振現(xiàn)象，出現(xiàn)立體畫面，故B錯誤； C、鏡頭鍍膜增透是利用了光的干涉現(xiàn)象，減弱光的反射，從而增加透射能力，故C錯誤； D、紅外遙感是利用了紅外線的熱效應(yīng)顯著與穿透能力強，故D正確； 故選：AD． 12. 利用薄膜干涉可檢查工件表面的平整度.如圖(a)所示，現(xiàn)使透明標(biāo)準(zhǔn)板M和待檢工件N間形成一楔形空氣薄層，并用單色光照射，可觀察到如圖(b)所示的干涉條紋，條紋的彎曲處P和Q對應(yīng)于A和B處，下列判斷中正確的是(　　) A. N的上表面A處向上凸起 B. N的上表面B處向上凸起 C. 條紋的cd點對應(yīng)處的薄膜厚度相同 D. 條紋的d、e點對應(yīng)處的薄膜厚度相同 【答案】BC 【解析】解：薄膜干涉是等厚干涉，即明條紋處空氣膜的厚度相同.條紋的cd點在直條紋處，故cd點對應(yīng)處的薄膜厚度相同， 從彎曲的條紋可知，A處檢查平面左邊處的空氣膜厚度與后面的空氣膜厚度相同，知A處凹陷， B處檢查平面右邊處的空氣膜厚度與后面的空氣膜厚度相同，知B處凸起， 故選：BC． 三、計算題 13. 如圖所示，在雙縫干涉實驗中，S1和S2為雙縫，P是光屏上的一點，已知P點與S1、S2距離之差為2.110?6m，分別用A、B兩種單色光在空氣中做雙縫干涉實驗，問P點是亮條紋還是暗條紋？ (1)已知A光在空氣中的波長為610?7m； (2)已知B光在某種介質(zhì)中波長為3.1510?7m，當(dāng)B光從這種介質(zhì)射向空氣時，臨界角為37°(sin37°=0.6) 【答案】解：(1)兩縫到P的路程之差為：△r=2.110?6m， 所以有：N1=△rλ1=2.110?6610?7=3.5 由此可知，從S1和S2到P點的路程差是波長λ1的3.5倍，所以P點為暗條紋． (2)根據(jù)臨界角與折射率的關(guān)系有： sinC=1n 得：n=1sin37°=53 由此可知，B光在空氣中波長λ3為： λ3=nλ介=533.1510?7m=5.2510?7m 路程差△r和波長λ3的關(guān)系為： N2=△rλ3=2.110?65.2510?7=4　 可見，用B光作光源，P點為亮條紋． 答：(1)暗條紋；(2)亮條紋． 【解析】已知P點與S1和S2的距離之差，由出現(xiàn)亮暗的條件可判斷是亮條紋或暗條紋.根據(jù)n=cv，v=λf，頻率f相等，求出A光在空氣中的波長.對于B光，根據(jù)臨界角公式sinC=1n求出折射率，再用同樣的方法求出B光在空氣中的波長.再判斷是亮條紋還是暗條紋． 解決本題的關(guān)鍵掌握形成明條紋或暗條紋的條件、折射率與波長的關(guān)系等等知識，注意正確的計算，及路程差的概念，基礎(chǔ)題． 14. 用氦氖激光器發(fā)出的紅外線進行雙縫干涉實驗，已知使用的雙縫間距d=0.1mm，雙縫到屏的距離L=6m，測得屏上干涉條紋中亮條紋的間距離是3.8cm． (1)氦氖激光器發(fā)出的紅光波長λ是多少？ (2)如果把整個裝置放入折射率是43的水中，這時屏上的條紋間距是多少？ 【答案】解：(1)根據(jù)△x=Ldλ，紅光的波長為：λ=dL△x=0.110?363.810?2m=6.310?7m. (2)因為v=cn，所以λ=cf 則紅光進入水中的波長λ′=vf=cnf=λn 所以△x=Ldλ′=△xn=2.8510?2m 故屏上的明條紋間距是2.8510?2m. 答：(1)氦氖激光器發(fā)出的紅光波長λ是6.310?7m； (2)屏上的明條紋間距是2.8510?2m. 【解析】根據(jù)△x=Ldλ，可得紅光的波長.進入水中，紅光的波長發(fā)生改變，則明條紋的間距發(fā)生變化． 解決本題的關(guān)鍵掌握波動和振動的關(guān)系，以及條紋間距公式△x=Ldλ. 15. 麥克斯韋在1865年發(fā)表的《電磁場的動力學(xué)理論》一文中揭示了電、磁現(xiàn)象與光的內(nèi)在聯(lián)系及統(tǒng)一性，即光是電磁波． (1)一單色光波在折射率為1.5的介質(zhì)中傳播，某時刻電場橫波圖象如圖所示，求該光波的頻率； (2)用該單色光在真空中做雙縫干涉實驗時，已知雙縫間距離為0.25mm，在距離雙縫1.2m處的光屏上，則相鄰亮紋間的距離為多少？ 【答案】解：(l)設(shè)光在介質(zhì)中的傳播速度為v，波長為λ.頻率為f，則有： f=vλ v=cn 聯(lián)立得：f=cnλ 從形圖上讀出波長為：λ=410?7m， 代人數(shù)據(jù)解得：f=51014Hz (2)真空中光的波長為：λ0=cf=610?7m 因△x=ldλ0 得：△x=2.8810?3m 答：(1)一單色光波在折射率為1.5的介質(zhì)中傳播，某時刻電場橫波圖象如圖所示，則該光波的頻率51014Hz； (2)用該單色光在真空中做雙縫干涉實驗時，已知雙縫間距離為0.25mm，在距離雙縫1.2m處的光屏上，則相鄰亮紋間的距離為2.8810?3m. 【解析】(1)根據(jù)f=vλ與v=cn公式，及由圖象讀出波長，即可求解； (2)根據(jù)λ0=cf與△x=ldλ0公式，即可求解． 考查f=vλ、v=cn、λ0=cf與△x=ldλ0等公式的應(yīng)用，同時會讀懂圖象．