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2020-2021年高中物理 第四章 光 3 光的干涉练习新人教版选择性必修第一册

2020-2021年高中物理 第四章 光 3 光的干涉练习新人教版选择性必修第一册

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光的干涉

一、选择题(本题共5小题，第2小题18分，其余小题每题7分，共46分)
1．白光通过双缝后产生的干涉条纹是彩色的，其原因是不同色光的(　D　)
A．传播速度不同 B．强度不同
C．振动方向不同 D．频率不同
解析：两侧条纹间距与各色光的波长成正比，不同色光的频率不同、波长不同。这样除中央条纹以外的其他条纹不能完全重合便形成了彩色条纹。
2．(2020·北京市昌平区高二下学期期末)阅读下列材料，解答(1)～(3)小题。
明代学者方以智在《阳燧倒影》中记载：“凡宝石面凸，则光成一条，有数棱则必有一面五色”，表明白光通过多棱晶体折射会发生色散现象。如图所示，一束复色光通过三棱镜后分解成两束单色光a、b。

(1)如果光束a是蓝光，则光束b可能(　D　)
A．红光 B．黄光
C．绿光 D．紫光
(2)已知入射角i＝60°，b光在三棱镜中的折射角r＝45°，该三棱镜对b光的折射率为(　C　)
A． B．
C． D．
(3)某同学分别用a光和b光进行双缝干涉实验，实验装置完全相同。其中如图为b光的干涉条纹，则下图所示的条纹中可能是a光的干涉条纹的是(　A　)

解析：(1)根据棱镜对各色光的折射率可知，若a光为蓝光，则b光可能为紫光，故选D。
(2)n＝＝＝
(3)单色光的干涉图样是等间距，明暗相间的条纹，由于a光的波长大于b光的波长，故a光的干涉条纹间距大于b光，故选A。
3．瓦斯在隧道施工、煤矿采掘等危害极大，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，于是他根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明容器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，观察屏上的干涉条纹，就能够监测瓦斯浓度。如果屏的正中央O点变为暗纹，说明B中气体(　A　)

A．一定含瓦斯 B．一定不含瓦斯
C．不一定含瓦斯 D．无法判断
解析：如果屏的正中央O变为暗纹，说明从两个子光源到屏的光程差发生变化，所以B中气体一定含瓦斯。
4．(多选)杨氏双缝干涉实验中，下列说法正确的是(n为自然数，λ为光波波长)(　BD　)
A．在距双缝的路程相等的点形成暗条纹
B．在距双缝的路程差为nλ的点形成亮条纹
C．在距双缝的路程差为n的点形成亮条纹
D．在距双缝的路程差为λ的点形成暗条纹
解析：在双缝干涉实验中，当某处距双缝距离之差Δx为波长的整数倍时，即Δx＝kλ，k＝0,1,2,3，…这些点为加强点，该处出现亮条纹；当某处距双缝距离之差Δx为半波长的奇数倍时，即Δx＝(2k＋1)，k＝0,1,2,3，…这些点为减弱点，该处出现暗条纹。
5．(多选)在光的双缝干涉现象中，下列描述正确的是(　AD　)
A．用白光做光的干涉实验时，偏离中央亮条纹较远的是波长较长的光
B．用白光做光的干涉实验时，偏离中央亮条纹较远的是波长较短的光
C．单色光双缝干涉条纹中，相邻两亮条纹和相邻两暗条纹的间距是不等的
D．在双缝干涉现象里，把入射光由波长长的光换成波长短的光，相邻两个亮条纹间距将变窄
解析：条纹间距与光的波长成正比，故偏离中央亮条纹最远的是波长较长的光，A项正确，B项错误；双缝干涉现象中，相邻亮条纹或暗条纹是等宽等间距的，C项错误；由公式Δx＝λ可知波长度短时，相邻两亮条纹间距将变窄，D项正确。
二、非选择题(共14分)
6．(14分)在双缝干涉实验中，光屏上某点P到双缝S1和S2的路程差为7.5×10－7 m，如果用频率为6.0×1014 Hz的黄光照射双缝，(光速c＝3×108 m/s)试问：
(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？
答案：(1)5×10－7 m　(2)暗条纹
解析：(1)λ＝＝ m＝5×10－7 m；
(2)Δx＝7.5×10－7 m＝λ，所以是暗条纹。

一、选择题(本题共4小题，每题6分，共24分)
1．(2020·辽宁省实验中学分校高二下学期期末)在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏幕上观察到了彩色干涉条纹，若在双缝中的一缝前放一红色滤光片(只能透过红光)，另一缝前放一绿色滤光片(只能透过绿光)，这时(　C　)
A．只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其他颜色的双缝干涉条纹消失
B．红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其他颜色的干涉条纹依然存在
C．任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮
D．屏上无任何光亮
解析：红光和绿光的频率不同，不能产生干涉现象，故不能产生干涉条纹。形成红绿两光各自衍射图像，故有光亮存在。
2．如图所示是研究激光相干性的双缝干涉示意图，挡板上有两条狭缝S1S2，由S1和S2发出的两列波到达屏上时会产生干涉条纹。已知入射激光波长为λ，屏上的P点到两缝S1和S2的距离相等，如果把P处的亮条纹记作第0号亮纹，由P向上数与0号亮纹相邻的亮纹为1号亮纹，与1号亮纹相邻的亮纹为2号亮纹，设P1处的亮纹恰好是10号亮纹，直线S1P1的长度为r1，S2P1的长度为r2，则r2－r1等于(　B　)

A．5λ　 B．10λ　　
C．20λ　 D．40λ
解析：由题设可知，从中央亮条纹P算起，P1点处是第10号亮条纹的位置，表明缝S1、S2到P1处的距离差r2－r1为波长的整数倍，且刚好是10个波长，所以选项B正确。
3．在杨氏双缝干涉实验中，如果不用激光光源而用一般的单色光源，为了完成实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实验时，若单缝S从双缝S1、S2的中央对称轴位置处稍微向上移动，则(　D　)

A．不再产生干涉条纹
B．仍可产生干涉条纹，且中央亮纹P的位置不变
C．仍可产生干涉条纹，中央亮纹P的位置向上移
D．仍可产生干涉条纹，中央亮纹P的位置略向下移
解析：本实验中单缝S的作用是形成频率一定的线光源，双缝S1、S2的作用是形成相干光源，稍微移动S后，没有改变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，故中央亮纹下移。
4．(多选)(2020·河北省曲周县第一中学高二下学期期中)如图所示，O1O2是半圆柱形玻璃体的对称面和纸面的交线，A、B是关于O1O2轴等距且平行的两束不同单色细光
束，从玻璃体右方射出后的光路如图所示，MN是垂直于O1O2放置的光屏，沿O1O2方向不断左右移动光屏，可在屏上得到一个光斑P，根据该光路图，下列说法正确的是(　ABD　)

A．若A光和B光以相同角度从玻璃斜射入空气，随着入射角增大，B光先消失
B．光从空气进入该玻璃体后，其频率不变
C．在真空中，A光光速比B光的光速大
D．A光和B光照射同一双缝A光相邻亮条纹间距大
解析：A光线通过玻璃体后，A光的偏折程度比B光的小，可知A光的折射率比B光的折射率小，发生全反射的临界角为sin C＝，可知随着入射角增大，B光先发生全反射，B光先消失，故A正确；光的频率是光的基本性质，不会随着介质改变而改变，故B正确；在真空中，各光光速相等，故C错误；因为A光折射率小，所以A光频率小，A光波长长，照射同一双缝A光相邻亮条纹间距大，故D正确。
二、非选择题(共16分)
5．(16分)光纤通信是20世纪70年代以后发展起来的新兴技术，世界上许多国家都在积极研究和发展这种技术。发射导弹时，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发射装置之间，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0.85 μm的单色光。上行光信号是铟镓砷磷发光二极管发射的在纤芯中波长为1.06 μm的单色光。这种操纵系统通过这根光纤向导弹发出控制指令，导弹就如同长“眼睛”一样盯住目标。根据以上信息，回答下列问题：
(1)在光纤制导中，上行光信号在真空中波长是多少？
(2)为什么上行光信号和下行光信号要采用两种不同频率的光？(已知光纤纤芯的折射率为1.47)
答案：(1)1.56 μm　(2)见解析
解析：(1)设信号频率为f，真空中的波长为λ0，c＝λ0f，光在纤芯中的频率仍为f，波长为λ，则光在纤芯中的速度v＝λf，又n＝，可以得出：λ0＝nλ＝1.47×1.06 μm≈1.56 μm。
(2)上行光信号和下行光信号的频率相同，将发生干涉现象而互相干扰。