光的干涉-2020-2021学年高二物理课时同步练(新教材人教版选择性必修第一册)(解析版).doc

第四单元 光
第3课 光的干涉

一、基础巩固
1．如图所示的双缝干涉实验，用黄光照射单缝S时，在光屏P上观察到干涉条纹。要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以（　　）

A．增大S1与S2的间距 B．将黄光换为红光
C．将黄光换为紫光 D．减小双缝屏到光屏的距离
【答案】B
【解析】在波的干涉中，干涉条纹的间距，由公式可得，条纹间距Δx与波长λ、屏之间的距离L成正比，与双缝间的距离d成反比，故要增大条纹间距Δx应减小双缝间的距离d，增大双缝屏到光屏的距离L或增大光的波长λ，故B正确，ACD错误。故选B。
2．竖直放置的肥皂膜在阳光照耀下，由于前后表面反射光通过的路程不同，形成两列相干光，薄膜上会呈现出彩色条纹．若一肥皂膜由于受重力和液体表面张力的共同影响，其竖直方向的截面如图所示，则光通过该肥皂膜产生的干涉条纹与下列哪个图基本一致（ ）

A． B．
C． D．
【答案】B
【解析】薄膜干涉为前后两个面反射回来的光发生干涉形成干涉条纹，故从肥皂薄膜的观察到水平干涉条纹，用复色光时出现彩色条纹，由重力作用，肥皂膜前后表面的厚度从上到下逐渐增大，从而使干涉条纹的间距变密，故B正确，ACD错误．
3．下列说法正确的是（　　）

A．图甲，白光通过三棱镜发生色散现象是因为三棱镜对白光中不同频率的光的折射率不同
B．图乙，肥皂膜上出现彩色条纹是光的衍射现象
C．图丙是红光的干涉条纹
D．图丙，如果在光源与缝之间放一合适凸透镜，不改变其他条件，则条纹变密集
【答案】A
【解析】图甲，白光通过三棱镜发生色散现象，是因为三棱镜对白光中不同频率的光的折射率不同，偏折角不同造成的，故A正确。图乙，肥皂膜上出现彩色条纹是光的干涉现象，故B错误。图丙条纹宽度亮度不等，是红光的衍射条纹。故C错误。图丙，如果在光源与缝之间放一合适凸透镜，因狭缝宽度和光的波长不变，则条纹密集程度不变，故D错误。
4．在双缝干涉实验中，保持狭缝间的距离及狭缝与屏的距离都不变，用不同的色光照射，则（ ）．
A．红光的干涉条纹间距最大
B．紫光的干涉条纹间距最大
C．红光与紫光的干涉条纹间距一样大
D．用白光照射时会产生白色干涉条纹
【答案】A
【解析】根据条纹间距公式，当狭缝间的距离d和狭缝到屏的距离l都不变时，因为红光的波长比紫光的波长大，所以红光干涉条纹的间距大，故A正确，B、C错误；用白光做双缝干涉实验时，会出现色散现象，光屏上会出现彩色条纹．D错误．故选A。
5．如图所示为半圆形的玻璃砖，C为AB的中点，OO′为过C点的AB面的垂线。a、b两束不同频率的单色细光束垂直AB边从空气射入玻璃砖，且两束光在AB面上入射点到C点的距离相等，两束光折射后相交于图中的P点，以下判断正确的是（　　）

A．在半圆形的玻璃砖中，a光的传播速度小于b光的传播速度
B．a光的频率大于b光的频率
C．若a、b两束光从同一介质射入真空过程中，a光发生全反射的临界角小于b光发生全反射的临界角
D．两种色光分别通过同一双缝干涉装置形成的干涉条纹，相邻明条纹的间距a光的较大
【答案】D
【解析】由图分析可知，玻璃砖对b束光的偏折角大于对a束光的偏折角，根据折射定律得知：玻璃砖对b束光的折射率大于对a束光的折射率，，a光在玻璃砖中的速度大于b光的传播速度。故A错误；玻璃砖对b束光的折射率大于对a束光的折射率，故a光的频率小于b光的频率，故B错误；根据可知，a光的折射率n小，则a光发生全反射的临界角大于b光发生全反射的临界角。故C错误；双缝干涉条纹的间距与波长成正比，a光的频率小，波长长，故a光相邻明条纹的间距较大。故D正确。
故选D。
6．如图是双缝干涉实验装置的示意图，S为单缝，S1、S2为双缝，P为光屏。用绿光从左边照射单缝S时，可在光屏P上观察到干涉条纹。下列说法正确的是（　　）

A．减小双缝间的距离，干涉条纹间的距离减小
B．将绿光换为红光，干涉条纹间的距离增大
C．增大双缝到屏的距离，干涉条纹间的距离减小
D．将绿光换为紫光，干涉条纹间的距离增大
【答案】B
【解析】根据双缝干涉条纹的间距公式可知，减小双缝间的距离，即变小，则干涉条纹间的距离增大，故A错误；根据双缝干涉条纹的间距公式可知，将绿光换为红光，波长变长，则干涉条纹间的距离增大，故B正确；根据双缝干涉条纹的间距公式可知，增大双缝到屏的距离，即增大，则干涉条纹间的距离增大，故C错误；根据双缝干涉条纹的间距公式可知，将绿光换为紫光，波长变短，则干涉条纹间的距离减小，故D错误；故选B。
7．以下现象不属于干涉的是（　　）
A．白光经过杨氏双缝得到彩色图样
B．白光照射肥皂膜呈现彩色图样
C．白光经过三棱镜得到彩色图样
D．白光照射水面油膜呈现彩色图样
【答案】C
【解析】根据光的干涉定义可知白光经过杨氏双缝得到彩色图样是杨氏双缝干涉，故A错误；由于重力的作用，肥皂膜形成了上薄下厚的薄膜，光线通过薄膜时频率不变，干涉条纹的产生是由于光线在薄膜前后两表面反射形成的两列光波的叠加，白光照射肥皂膜呈现彩色图样是属于干涉现象，故B错误；白光经过三棱镜得到彩色图样是光在折射时产生的色散现象，故C正确；水面上的油膜呈现彩色是光的干涉现象，属于薄膜干涉，故D错误；故选C。
8．光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是（　　）
A．用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象
B．用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象
C．在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射现象
D．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象
【答案】CD
【解析】用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的干涉。故A错误；三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的折射现象，频率不同的光在同一介质中折射率不同，产生色散。故B错误；在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射现象。故C正确；光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，故D正确。故选CD。
9．下列说法正确的是（ ）
A．光导纤维传递信号是利用光的直线传播原理
B．色散现象表明白光是复色光
C．用标准平面检查光学平面的平整程度是利用了光的干涉现象
D．增透膜的最小厚度应为入射光在空气中波长的
【答案】BCD
【解析】光导纤维传递信号利用了光的全反射原理，A错误；色散现象将白光分成七色光，表明白光是复色光，B正确；用标准平面检查光学平面的平整程度是利用了光的干涉现象，C正确；增透膜是利用光的干涉原理，当光程差为在膜中波长的一半时，出现光的减弱，从而增加光的透射，则膜的厚度为光程差的一半，因此膜的厚度应为入射光在增透膜中波长的，D正确。故选BCD。
10.在双缝干涉实验中，双缝到光屏上点P的距离之差为0.6 μm，若分别用频率为f1＝5.0×1014Hz和f2＝7.5×1014Hz的单色光垂直照射双缝，试分析判断点P应出现亮条纹还是暗条纹？分别为第几条亮条纹或暗条纹？
【答案】用频率为f1的单色光照射时，点P出现亮条纹，且为第一条亮条纹；用频率为f2的单色光照射时，点P出现暗条纹，且为第二条暗条纹
【解析】如图所示，双缝S1、S2到光屏上任一点P的路程差Δr＝S2S2′，当Δr等于单色光波长的整数倍时，S2和S1同时到达波峰或波谷，由S1和S2发出的光在点P互相加强，点P出现亮条纹；当Δr等于单色光半个波长的奇数倍时，若S2到达波峰(波谷)，则S1到达波谷(波峰)，这样由S1和S2发出的光在点P互相抵消，点P出现暗条纹．

频率为f1的单色光波长λ1＝＝＝0.6×10－6m＝0.6μm
频率为f2的单色光波长λ2＝＝＝0.4×10－6 m＝0.4μm
可见Δr＝λ1，Δr＝λ2
可见，用频率为f1的单色光照射时，点P出现亮条纹，且为第一条亮条纹；用频率为f2的单色光照射时点P出现暗条纹，且为第二条暗条纹．
二、拓展提升
1．如图甲所示为用干涉法检查某块厚玻璃板的上表面是否平的装置。若待验板的上表面平整，则当平行的单色光照射到标准板上时，可从标准板上方观察到平行的、明暗相间的干涉条纹。若观察到的条纹如图乙所示，则说明待验板的上表面（　　）

A．有一个凸起的圆台
B．有一凹陷的圆坑
C．有一个沿ab方向凸起的高台
D．有一个沿ab方向凹陷的长沟
【答案】B
【解析】薄膜干涉是等厚干涉，即明条纹处空气膜厚度相同。根据图中的弯曲条纹，可知检查平面左边的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相同，则该处有凹陷，凹陷的边缘为圆形状，所以待验板的上表面有一凹陷的圆坑，ACD错误，B正确。故选B。
2．登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射，尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射，否则将会严重地损伤视力．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伤害的眼镜，他选用的薄膜材料的折射率n＝1.5，所要消除的紫外线的频率ν＝8.1×1014 Hz，那么他设计的这种“增反膜”的厚度至少是(　　)
A．9.25×10－8 m B．1.85×10－7 m
C．1.23×10－7 m D．6.18×10－8 m
【答案】C
【解析】为了减小紫外线对眼睛的伤害，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，…）．因此，膜的厚度至少是紫外线在膜中波长的．紫外线在真空中的波长是λ==3.7×10-7 m，在膜中的波长是λ′==2.47×10-7 m，故膜的厚度至少是1.23×10-7 m，故C正确，ABD错误．故选C．

3．把一个平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上，一端用薄片垫起，构成空气劈尖，让单色光从上方射入（如图），这时可以看到亮暗相间的条纹。下面关于条纹的说法中正确的是（　　）

A．将薄片向着劈尖移动使劈角变大时，条纹变疏
B．将薄片远离劈尖移动使劈角变小时，条纹变疏
C．将上玻璃板平行上移，条纹向着劈尖移动
D．将上玻璃板平行上移，条纹远离劈尖移动
【答案】BC
【解析】从空气膜的上下表面分别反射的两列光是相干光，发生干涉现象，出现条纹，所以此条纹是由上方玻璃板的下表面和下方玻璃板的上表面反射光叠加后形成的。．当将薄片向着劈尖移动使劈角变大时，相邻亮条纹间距变小，所以干涉条纹会变密；若将薄片远离劈尖移动使劈角变小时，相邻亮条纹间距变大，所以干涉条纹会变疏；故A错误，B正确；将上玻璃板平行上移，导致满足亮条纹光程差的间距向劈尖移动，因此出现条纹向着劈尖移动，故C正确，D错误。故选BC。
4．如图所示，一束复色光斜射到置于空气中的厚平板玻璃（上、下表面平行）的上表面，穿过玻璃后从下表面射出，变为a、b两束平行单色光。关于这两束单色光，下列说法中正确的是（　　）

A．此玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率
B．在此玻璃中a光的传播速度大于b光的传播速度
C．在此玻璃中a光的全反射临界角小于b光的全反射临界角
D．用同一双缝干涉装置进行实验可看到a光的干涉条纹间距比b光的窄
【答案】CD
【解析】光从空气斜射到玻璃，因为玻璃上下表面平行，当第二次折射时折射光线与第一次折射入射光线平行。由于折射率不同，a光偏折较大，b光偏折较小。所以此玻璃对a光的折射率大于对b光的折射率。故A错误；光从空气斜射到玻璃，由于折射率不同，a光偏折较大，b光偏折较小。所以此玻璃对a光的折射率大于对b光的折射率。则a光的传播速度小于对b光，故B错误；因为 ，此玻璃对a光的折射率大于对b光的折射率。故在此玻璃中a光的全反射临界角小于b光的全反射临界角，故C正确； 光从空气斜射到玻璃，由于折射率不同，a光偏折较大，b光偏折较小。所以此玻璃对a光的折射率大于对b光的折射率。则a光的频率高波长短， ，用同一双缝干涉装置进行实验可看到a光的干涉条纹间距比b光的小。故D正确；故选CD。
5．如图所示，水下光源S向水面A点发射一束光线，折射光线分成a、b两束，则（　　）

A．a、b两束光相比较，a光的波动性较强
B．用同一双缝干涉实验装置分别以a、b光做实验，a光的干涉条纹间距小于b光的干涉条纹间距
C．若保持入射点A位置不变，将入射光线顺时针旋转，则从水面上方观察，b光先消失
D．在水中a光的速度比b光的速度大
【答案】ACD
【解析】由图知，b光的偏折程度大，所以b光的折射率大，则b光的频率大，波长小，则a光的波动性较强，故A正确；由公式可知，由于b光的波长小，用同一双缝干涉实验装置分别以a、b光做实验，a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距，故B错误；b光的折射率大，根据可知，b光的临界角小，若保持入射点A位置不变，将入射光线顺时针旋转，则从水面上方观察，b光先发生全反射，最先消失，故C正确；由图知，b光的偏折程度大，所以b光的折射率大，根据在水中a光的速度比b光的速度大，故D正确。故选ACD。
6．利用薄膜干涉可检查工件表面的平整度．如图（a）所示,现使透明标准板M和待检工件N间形成一楔形空气薄层,并用单色光照射,可观察到如图（b）所示的干涉条纹,条纹的弯曲处P和Q对应于A和B处,下列判断中正确的是（ ）

A．N的上表面A处向上凸起
B．N的上表面B处向上凸起
C．条纹的cd点对应处的薄膜厚度相同
D．条纹的d．e点对应处的薄膜厚度相同
【答案】BC
【解析】薄膜干涉是等厚干涉，即明条纹处空气膜的厚度相同．条纹的cd点在直条纹处，故cd点对应处的薄膜厚度相同，从弯曲的条纹可知，A处检查平面左边处的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相同，知A处凹陷， B处检查平面右边处的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相同，知B处凸起，故A错误，B正确；
由图可知，c．d在同一级条纹上，则条纹的c．d点对应处的薄膜厚度也相同，C正确；d．e点不在同一级条纹上所以对应的薄膜厚度不同，D错误；故选BC.
7．在双缝干涉实验中，光屏上某点到双缝和的路程差为，如果用频率为的光照射双缝，试问：
（1）该光的波长是多少？
（2）试通过计算分析点出现亮条纹还是暗条纹？
【答案】（1）（2）暗条纹
【解析】(1)由公式可得
(2)p到双缝S1和S2的路程差为
所以是暗条纹。