第2讲 光的干涉衍射和偏振.docx

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第2讲光的干涉衍射和偏振

第2讲　光的干涉、衍射和偏振

A组　基础巩固

1.（2018朝阳一模）下面是四种与光有关的事实:

①白光通过棱镜在屏上呈现彩色;②雨后的天空出现彩虹;③肥皂泡的表面呈现彩色;④白光通过双缝在光屏上呈现彩色条纹。

其中,与光的干涉有关的是（　　）

A.①②B.①③C.②③D.③④

答案　D　白光通过棱镜在屏上呈现彩色,雨后的天空出现彩虹,都是光的色散现象,其本质为光的折射;肥皂泡的表面呈现彩色是肥皂膜前后表面的反射光叠加,发生干涉的结果;白光通过双缝在屏上呈现的彩色条纹是光的双缝干涉现象。

综上所述,只有③和④与光的干涉有关,故只有D正确。

2.（2018门头沟一模）下列说法中正确的是（　　）

A.光纤通信是利用了光的全反射现象

B.用标准平面检查工件表面的平整程度是利用了光的偏振现象

C.门镜可以扩大视野是利用了光的干涉现象

D.照相机镜头表面涂上增透膜,以增强透射光的强度,是利用了光的衍射现象

答案　A　选项B中利用的是薄膜干涉,选项C中利用的是光的折射现象,选项D中利用的是薄膜干涉。

3.（2011北京理综,14,6分）如图所示的双缝干涉实验,用绿光照射单缝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.减小双缝屏到光屏的距离

C.将绿光换为红光

D.将绿光换为紫光

答案　C　由双缝干涉条纹间距公式Δx=

λ可知:

增大S1与S2的间距d,Δx将减小,A项错误;减小双缝屏到光屏的距离L,Δx将减小,B项错误;红光波长大于绿光,λ变大,Δx将变大,C项正确;紫光波长小于绿光,λ变小,Δx将变小,D项错误。

4.下列几个光现象中,属于衍射现象的是（　　）

A.水中的气泡看起来特别明亮

B.白光通过三棱镜在屏上出现彩色光带

C.在阳光照射下肥皂泡上出现彩色花纹

D.通过两支铅笔夹成的狭缝看点亮的日光灯出现彩色条纹

答案　D　水中的气泡看起来特别明亮是因为光从水射向气泡表面时发生了全反射。

白光通过三棱镜后出现彩色光带为色散现象。

在阳光照射下的肥皂泡上出现彩色条纹是发生了干涉。

只有D项描述的现象属于衍射现象。

5.（2018西城二模）一束激光照在一个很小的圆盘上,在屏上观察到如图所示的图样,在影的中心有一个亮斑,这就是著名的“泊松亮斑”。

下列说法正确的是（　　）

A.圆盘中心有个小孔,这是光的衍射现象

B.圆盘中心是不透光的,这是光的衍射现象

C.圆盘中心有个小孔,这是光的干涉现象

D.圆盘中心是不透光的,这是光的干涉现象

答案　B　小孔衍射图样正中心为较大的亮斑,圆盘衍射图样的正中心为较小的亮点,是光照在不透光的圆盘上产生的衍射现象,B正确。

6.（多选）关于自然光和偏振光,以下说法正确的是（　　）

A.自然光包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光,但是沿各个方向振动的光波的强度可以不同

B.偏振光是垂直于传播方向上,只沿着某一特定方向振动的光

C.自然光透过一个偏振片后就成为偏振光,偏振光经过一个偏振片后又还原为自然光

D.太阳、电灯等普通光源发出的光都是自然光

答案　BD　自然光沿各振动方向的光波的强度相同,A错误;偏振光在垂直于传播方向上,只沿某一特定方向振动,B正确;自然光透过偏振片后成为偏振光,偏振光透过偏振片后不能还原为自然光,C错误;太阳、电灯等普通光源发出的是自然光,D正确。

7.（多选）如图所示,A、B为两偏振片,一束自然光沿OO'方向射向A,此时在光屏C上透射光的强度最大,则下列说法中正确的是（　　）

A.此时A、B的偏振方向平行

B.只有将B绕OO'轴顺时针旋转90°,屏上透射光的强度最弱,几乎为零

C.将A或B绕OO'轴旋转90°时,屏上透射光的强度最弱,几乎为零

D.将A沿顺时针方向旋转180°时,屏上透射光的强度最弱,几乎为零

答案　AC　当两偏振片平行时,透射光强度最强,当两偏振片垂直时,透射光强度最弱,几乎为零,故选项A、C正确。

8.（2017朝阳一模）关于红、紫两束单色光,下列说法正确的是（　　）

A.在空气中红光的波长较长

B.在同一玻璃中红光的速度较小

C.红光的光子能量较大

D.用同一装置做双缝干涉实验时,红光的干涉条纹间距较小

答案　A　红光的波长比紫光的长,故A正确;红光的频率比紫光的小,故红光的光子能量较小,故C错误;由n=

和n红

λ,可知用同一装置做双缝干涉实验时,红光的干涉条纹间距较大,故D错误。

9.如图所示,一束平行光经玻璃三棱镜折射后分解为互相分离的a、b、c三束单色光。

比较a、b、c三束光,可知（　　）

A.当它们在真空中传播时,c光的波长最长

B.当它们在玻璃中传播时,c光的速度最大

C.若它们都从玻璃射向空气,c光发生全反射的临界角最大

D.对同一双缝干涉装置,c光的相邻干涉条纹之间的距离最小

答案　D　由图可知na

由v=

知:

在玻璃中传播时,a光的速度最大,c光的速度最小。

由sinC=

知,从玻璃射向空气时,a光发生全反射的临界角最大,c光发生全反射的临界角最小。

双缝干涉条纹间距Δx=

c光波长最短,对同一双缝干涉装置,c光的相邻干涉条纹间距最小。

所以A、B、C选项错误,D选项正确。

10.用两种单色光束a、b分别照射同一套双缝干涉演示实验装置,得到的干涉图样如图（a）、（b）所示,则（　　）

A.a光的波长大于b光的波长

B.a光的光子能量大于b光的光子能量

C.a光在真空中的速度大于b光在真空中的速度

D.同一种介质对a光的折射率大于对b光的折射率

答案　A　由题图知,a光产生的干涉条纹间距大于b光产生的干涉条纹间距,根据双缝干涉相邻亮（暗）条纹的间距公式Δx=

λ知,a光的波长大于b光的波长,故A正确。

a光的波长大于b光的波长,由公式c=λν知,a光的频率小于b光的频率,而光子的能量与频率成正比,则a光的光子能量小于b光的光子能量,故B错误。

在真空中所有色光的速度都相等,都为c=3×108m/s,故C错误。

a光的频率小于b光的频率,所以同一种介质对a光的折射率小于对b光的折射率,故D错误。

11.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7.5×10-7m,如果用频率为6.0×1014Hz的黄光照射双缝,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）5×10-7m　

（2）暗条纹

解析　

（1）λ=

=

m=5×10-7m;

（2）Δx=7.5×10-7m=

λ,所以是暗条纹。

B组　综合提能

1.如图所示是双缝干涉实验,使用波长为600nm的橙色光照射时,在光屏上的P0点和P0点上方的P1点恰好形成两列相邻的亮条纹;若用波长为400nm的紫光重复上述实验,则P0点和P1点形成的明暗条纹情况是（　　）

A.P0点和P1点都是亮条纹

B.P0点是亮条纹,P1点是暗条纹

C.P0点是暗条纹,P1点是亮条纹

D.P0点和P1点都是暗条纹

答案　B　无论光的波长多大,P0点总是亮条纹。

对600nm的橙光,P1点与P0点为相邻的亮条纹,则S2P1-S1P1=λ1=600nm,该距离之差是400nm紫光半波长的奇数倍,因此用λ2=400nm的紫光做实验,P1处出现暗条纹,选项B正确。

2.光的偏振现象说明光是横波。

下列现象中不能反映光的偏振特性的是（　　）

A.一束自然光相继通过两个偏振片,以光束为轴旋转其中一个偏振片,透射光的强度发生变化

B.一束自然光入射到两种介质的分界面上,当反射光线与折射光线之间的夹角恰好是90°时,反射光是偏振光

C.日落时分,拍摄水面下的景物,在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使景象更清晰

D.通过手指间的缝隙观察日光灯,可以看到彩色条纹

答案　D　在垂直于传播方向的平面上,沿着某个特定方向振动的光是偏振光,A、B选项反映了光的偏振特性,C是偏振现象的应用,D是光的衍射现象,故选D。

3.（2018丰台一模）单缝衍射实验中所产生图样的中央亮条纹宽度的一半与单缝宽度、光的波长、缝屏距离的关系,和双缝干涉实验中所产生图样的相邻两亮条纹间距与双缝间距、光的波长、缝屏距离的关系相同。

利用单缝衍射实验可以测量金属的线膨胀系数,线膨胀系数是表征物体受热时长度增加程度的物理量。

如图是实验的示意图,挡光片A固定,挡光片B放置在待测金属棒上端,A、B间形成平直的狭缝,激光通过狭缝,在光屏上形成衍射图样,温度升高,金属棒膨胀使得狭缝宽度发生变化,衍射图样也随之发生变化。

在激光波长已知的情况下,通过测量缝屏距离和中央亮条纹宽度,可算出狭缝宽度及变化,进而计算出金属的线膨胀系数。

下列说法正确的是（　　）

A.其他实验条件不变,使用激光波长越短,中央亮条纹宽度越宽

B.相同实验条件下,金属的膨胀量越大,中央亮条纹宽度越窄

C.相同实验条件下,中央亮条纹宽度变化越大,说明金属膨胀量越大

D.其他实验条件相同,狭缝到光屏距离越大,测得金属的线膨胀系数越大

答案　C　根据题意,单缝衍射形成的中央亮条纹宽度x=

λ。

其他实验条件不变时,使用激光的波长越短,x越小,A项错误。

相同实验条件下,金属的膨胀量越大,造成单缝宽度d越小,x越大,B项错误。

相同实验条件下,中央亮条纹宽度变化越大,d变化越大,金属膨胀量越大,C项正确。

金属的线膨胀系数取决于金属的材料,与d、L、λ、x均无关,D项错误。

4.（2018西城一模）2017年诺贝尔物理学奖授予了三位美国科学家,以表彰他们为发现引力波所做的贡献。

引力波被认为是时空弯曲的一种效应,物体加速运动时会给宇宙时空带来扰动,这种扰动会以光速向外传播能量。

如图为科学家们探测引力波的装置示意图,发射器发出的激光S经半透光分束镜分为相互垂直的两束S1和S2,然后经过4km长的两臂,在两臂端点处经反射镜反射回来,S1'和S2'相遇形成干涉,被探测器接收。

精确调节两臂,使探测器在无引力波作用时,接收到的信号强度为0。

当有引力波作用时,两臂长度将因此而发生改变,则接收到的信号强度不为0。

下列说法正确的是（　　）

A.引力波可以超光速传播

B.引力波不能传播能量

C.探测器接收到的两束波的频率相同

D.无引力波作用时两束激光到探测器的路程差为0

答案　C　由题意知引力波会以光速向外传播能量,所以A、B错。

由题中信息,S1'和S2'相遇形成干涉,知两束波的频率相同,C对。

无引力波作用时,接收信号强度为0,说明两列波叠加减弱,路程差应为半波长的奇数倍,不可能为0,D错。

5.1924年,德布罗意提出了物质波理论,他假设实物粒子也具有波动性,大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子（如电子、质子等）,他认为粒子的动量p与波的波长λ之间遵从关系:

λ=

（h为普朗克常量）,这一假说后来在一系列实验中得到了证实。

如图甲所示,在电子双缝干涉实验中,将电子垂直射向两个紧靠的平行狭缝（电子发射端到两狭缝距离相等）,在缝后放上一个安装有电子侦测器的屏幕（屏幕上的O点位于两狭缝中心对称轴的正后方,图中未画出）,电子打到探测器上会在屏幕上出现亮点。

在实验中,以速率v0发射电子,开始时,屏幕上出现没有规律的亮点,但是当大量的电子到达屏幕之后,发现屏幕上不同位置出现亮点的概率并不相同,且沿垂直双缝方向呈现出间隔分布,如图乙所示。

这种间隔分布类似于光的干涉中出现的明暗相间的条纹。

则下列说法中正确的是　（　　）

　　　甲　　　　　　　　　　　　　乙

A.以速率2v0发射电子,重复实验,O点可能处在暗条纹上

B.以速率2v0发射电子,重复实验,所形成的条纹间距会变小

C.若将两个狭缝沿垂直缝的方向移动一段很小的距离（不改变狭缝和屏幕间的距离）,重复实验,如果屏幕上仍有间隔的条纹分布,则O点一定处在暗条纹上

D.若将两个狭缝沿垂直缝的方向移动一段很小的距离（不改变狭缝和屏幕间的距离）,重复实验,如果屏幕上仍有间隔的条纹分布,则O点一定处在明条纹上

答案　B　λ=

=

当以速率2v0发射电子时,λ减小,由Δx=

λ知B项正确。

改变发射电子的速率,但O点到两狭缝的距离差为0,则O点仍处在明条纹上,A错。

若将两个狭缝沿垂直缝的方向移动一小段距离,屏幕上仍有干涉条纹,但O点处于明条纹上还是暗条纹上取决于O点到两狭缝的距离差,C、D项错。

6.两个狭缝相距0.3mm,位于离屏50cm处,现用波长为6000

的光照射双缝,求:

（1）两条相邻暗条纹间的距离是多少;

（2）若将整个装置放于水中,那么两条相邻暗条纹间的距离是多大?

（水的折射率为

1

=10-10m）

答案　

（1）1mm　

（2）0.75mm

解析　

（1）Δx=

λ

=

m

=1×10-3m

=1mm

（2）λ'=

=

=4500

Δx'=

λ'=

m=0.75mm

7.在做双缝干涉实验时,用波长λ1=0.60μm的光和另一波长未知的光一起照射到两个间距未知的狭缝上,结果发现已知波长的光第4级明条纹和未知波长的光的第5级明条纹重合,则波长未知的光的波长是多少?

答案　0.48μm

解析　设波长未知的光的波长为λ2,出现明条纹的条件是:

x=

k=0,±1,±2,…

依题意有x4=

x5=

x4=x5,故λ2=

=

×0.60μm=0.48μm。