第十四章 微專題97　光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象-2025年高中物理《加練半小時(shí)》新教材版

第十四章光微專題97光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象1．光的雙縫干涉條紋間距Δx＝eq\f(l,d)λ，能從光的干涉角度解釋薄膜干涉及增透膜、增反膜的原因。2.圓孔衍射和圓盤衍射圖樣的最明顯區(qū)別在于中心的亮斑，前者的較大，后者的很小且有陰影包圍。3.雙縫干涉條紋等寬等距，單縫衍射條紋從中間向兩邊變窄變暗。1．(2023·河南省統(tǒng)考階段練習(xí))在判斷工件表面的幾何形狀與設(shè)計(jì)需求是否存有微小差異時(shí)，檢測(cè)人員可用一個(gè)精度很高的平面玻璃板(樣板)，放在被檢查工件上面，在樣板的一端墊一個(gè)薄片，使樣板的平面與工件平面之間形成一個(gè)楔形空氣薄膜，如圖甲所示?，F(xiàn)用兩種顏色不同的平行單色光a、b分別從上向下正面照射，結(jié)果看到如圖乙所示的兩種明暗相間的條紋，下列說(shuō)法正確的是()A．該測(cè)量原理是光的衍射現(xiàn)象，出現(xiàn)了等單色光間距且平行的明暗相間的條紋，則證明工件的表面是平整的B．通過(guò)對(duì)圖乙條紋進(jìn)行分析可知單色光a、b在空氣薄膜中的波長(zhǎng)之比約為3∶4C．若用單色光a照射某金屬不發(fā)生光電效應(yīng)，換用單色光b照射該金屬可能會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)D．單色光a、b分別通過(guò)同一裝置進(jìn)行雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，單色光a形成的相鄰亮條紋間距比單色光b小答案C解析該測(cè)量原理是光的干涉現(xiàn)象，出現(xiàn)了等間距且平行的明暗相間的條紋可以證明工件的表面平整，故A錯(cuò)誤；由題圖乙可知，在空氣薄膜中相同的長(zhǎng)度下，單色光a、b相鄰亮條紋的關(guān)系滿足6Δxa＝8Δxb，解得Δxa∶Δxb＝4∶3，相鄰亮條紋之間空氣薄膜的厚度差等于eq\f(λ,2)，由幾何關(guān)系知Δx·tanθ＝eq\f(λ,2)，故單色光a、b的波長(zhǎng)之比約為4∶3；單色光a、b分別通過(guò)同一裝置進(jìn)行雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，由雙縫干涉條紋間距公式Δx＝eq\f(l,d)λ可知，單色光a形成的相鄰亮條紋間距比單色光b大一些，故B、D錯(cuò)誤；根據(jù)單色光a、b的波長(zhǎng)關(guān)系，由公式c＝λf可知，單色光a的頻率小于單色光b的頻率，根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0可知，用單色光a、b照射同種金屬時(shí)，用單色光a照射不發(fā)生光電效應(yīng)，換用單色光b照射可能會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)，故C正確。2．(2023·重慶卷·5)某實(shí)驗(yàn)小組利用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置分別觀察a、b兩單色光的干涉條紋，發(fā)現(xiàn)在相同的條件下光屏上a光相鄰兩亮條紋的間距比b光的小。他們又將a、b光以相同的入射角由水斜射入空氣，發(fā)現(xiàn)a光的折射角比b光的大，則()A．在空氣中傳播時(shí)，a光的波長(zhǎng)比b光的大B．在水中傳播時(shí)，a光的速度比b光的大C．在水中傳播時(shí)，a光的頻率比b光的小D．由水射向空氣時(shí)，a光的全反射臨界角比b光的小答案D解析根據(jù)相鄰兩條亮條紋的間距計(jì)算公式Δx＝eq\f(l,d)λ，可知λa<λb，故A錯(cuò)誤；根據(jù)折射定律n＝eq\f(sini,sinr)，a、b光以相同的入射角由水斜射入空氣，a光的折射角比b光的大，則na>nb，根據(jù)光在介質(zhì)中的傳播速度與折射率的關(guān)系n＝eq\f(c,v)，可得在水中傳播時(shí)，a光的速度比b光的小，故B錯(cuò)誤；在水中傳播時(shí)，a光的頻率比b光的大，故C錯(cuò)誤；根據(jù)臨界角與折射率的關(guān)系n＝eq\f(1,sinC)，可得在水中傳播時(shí)，a光的全反射臨界角比b光的小，故D正確。3．(多選)(2023·浙江省校聯(lián)考期中)以下光學(xué)現(xiàn)象正確的是()A．如圖甲，光導(dǎo)纖維中內(nèi)芯的折射率大于外套B．如圖乙，抽去一張紙片，劈尖干涉的條紋間距變小C．如圖丙，太陽(yáng)的反射光中振動(dòng)方向垂直入射面的光較強(qiáng)D．如圖丁，用兩根鉛筆之間的縫隙觀察衍射條紋，縫隙越窄，觀察到的中央衍射條紋越寬答案ACD解析題圖甲，光導(dǎo)纖維利用全反射原理，所以內(nèi)芯的折射率大于外套，故A正確；題圖乙，抽去一張紙片，即空氣膜的夾角減小，根據(jù)薄膜干涉的原理可知，劈尖干涉的條紋間距變大，故B錯(cuò)誤；題圖丙，太陽(yáng)的反射光中振動(dòng)方向垂直紙面的光較強(qiáng)，故C正確；根據(jù)單縫衍射原理可知，用兩根鉛筆之間的縫隙觀察衍射條紋，縫隙越窄，觀察到的中央衍射條紋越寬，故D正確。4．(多選)(2024·河南省校聯(lián)考開(kāi)學(xué)考試)登山運(yùn)動(dòng)員在登雪山時(shí)要注意防止紫外線的過(guò)度照射，尤其是眼睛更不能長(zhǎng)時(shí)間被紫外線照射，否則將會(huì)嚴(yán)重地?fù)p傷視力。設(shè)計(jì)師利用薄膜干涉的原理在眼鏡的表面涂上“增反膜”，設(shè)計(jì)出了一種能大大減小紫外線對(duì)眼睛傷害的眼鏡。已知選用的“增反膜”材料的折射率為eq\f(3,2)，真空中的光速為c，紫外線在真空中的頻率為f，下列說(shuō)法正確的是()A．紫外線進(jìn)入“增反膜”后的頻率為eq\f(2f,3)B．紫外線進(jìn)入“增反膜”后的波長(zhǎng)為eq\f(2c,3f)C．從“增反膜”前后兩個(gè)表面反射的光的光程差應(yīng)等于紫外線在“增反膜”中波長(zhǎng)的eq\f(1,2)D．“增反膜”的厚度最好為紫外線在“增反膜”中波長(zhǎng)的eq\f(1,2)答案BD解析紫外線進(jìn)入“增反膜”后頻率不變，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；紫外線進(jìn)入“增反膜”后的速度v＝eq\f(c,n)，結(jié)合波長(zhǎng)、波速和頻率的關(guān)系可知，紫外線進(jìn)入“增反膜”后的波長(zhǎng)λ＝eq\f(v,f)＝eq\f(2c,3f)，選項(xiàng)B正確；為使從“增反膜”前后兩個(gè)表面反射的光疊加后加強(qiáng)，兩束反射光的光程差應(yīng)等于紫外線在“增反膜”中波長(zhǎng)的整數(shù)倍，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；兩束反射光的光程差又等于“增反膜”厚度的兩倍，同時(shí)為了節(jié)省材料，故“增反膜”的厚度最好為紫外線在“增反膜”中波長(zhǎng)的eq\f(1,2)，選項(xiàng)D正確。5.如圖所示，將兩塊平面鏡邊緣對(duì)齊，之后分別傾斜微小的角度θ，在右側(cè)有一豎直光屏，單色光源S剛好位于兩平面鏡夾角的角平分線上，D為半圓形遮光板，使光源S發(fā)出的光不能直接照射到光屏上。用光源S照射平面鏡，在光屏上會(huì)出現(xiàn)明暗相間的條紋，則下列說(shuō)法正確的是()A．光屏上出現(xiàn)的條紋是光線衍射的結(jié)果B．若增大入射光的頻率，屏上條紋間距減小C．把光屏向右移，屏上條紋間距減小D．把光源S向右移，屏上條紋間距增大答案B解析光線衍射是光線繞開(kāi)障礙物的現(xiàn)象，而本題并非如此，A錯(cuò)誤；該題圖中兩平面鏡相當(dāng)于兩個(gè)完全相同的波源，反射后在光屏上發(fā)生干涉，其應(yīng)滿足公式Δx＝eq\f(l,d)λ增大頻率，波長(zhǎng)減小，則屏上條紋間距將減小，B正確；過(guò)S點(diǎn)分別做兩個(gè)兩個(gè)平面鏡的像，如圖所示可知S1S2相當(dāng)于雙縫干涉的雙縫間距，設(shè)SA＝x，則有d＝S1S2＝2xcosθ·sinθ·2，l＝BC＝2xcos2θ－x＋AC由雙縫干涉公式有Δx＝eq\f(l,d)λ＝eq\f(2xcos2θ－x＋AC,4xcosθ·sinθ)＝eq\f(2cos2θ－1,4cosθsinθ)＋eq\f(AC,4xcosθsinθ)，光屏向右移動(dòng)則AC變大，則屏上間距變大，光源向右移動(dòng)則屏上間距減小，C、D錯(cuò)誤。6．(多選)平凸透鏡其中一個(gè)表面是個(gè)球面，球面的半徑叫作這個(gè)曲面的曲率半徑，另一個(gè)表面是平面。如圖甲所示，把一塊平凸透鏡壓在一塊平面玻璃上，讓紅光從上方射入，從上方觀察平凸透鏡，可以觀察到圖乙所示明暗相間的圓環(huán)狀條紋，這就是牛頓環(huán)。以下說(shuō)法正確的是()A．圓環(huán)狀條紋是由凸透鏡的上、下表面反射光干涉形成的B．若僅改用綠光照射，則各處條紋間距將變窄C．若僅換用曲率半徑更大的平凸透鏡，則各處條紋間距將變寬D．若僅改用白光照射，則看到的是黑白相間的圓環(huán)狀條紋答案BC解析環(huán)狀條紋是由凸透鏡與平面玻璃所夾空氣膜的上、下表面的反射光干涉形成的，故A錯(cuò)誤；綠光波長(zhǎng)比紅光波長(zhǎng)短，若僅將紅光改用綠光來(lái)照射，則條紋間距將變窄，故B正確；若僅換用曲率半徑更大的凸透鏡，則空氣膜從內(nèi)到外厚度的變化變緩，條紋間距變寬，故C正確；白光是復(fù)色光，若僅用白光照射，看到的是彩色的環(huán)狀條紋，故D錯(cuò)誤。7．(2023·江蘇南京市第二十九中學(xué)月考)下列關(guān)于光學(xué)現(xiàn)象的說(shuō)法正確的是()A．圖甲是雙縫干涉示意圖，若只增大兩個(gè)狹縫S1、S2間的距離d，相鄰亮條紋間距離Δx將減小B．圖乙是單色光單縫衍射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，若在狹縫寬度相同情況下，上圖對(duì)應(yīng)光的波長(zhǎng)較短C．圖丙是用干涉法檢測(cè)工件表面平整程度時(shí)得到的干涉圖樣，彎曲的干涉條紋說(shuō)明被檢測(cè)的平面在此處是凹下的D．圖丁中的P、Q是偏振片，當(dāng)P固定不動(dòng)，緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)Q時(shí)，光屏上的光亮度將一明一暗交替變化，此現(xiàn)象表明光波是縱波答案A解析根據(jù)Δx＝eq\f(l,d)λ可知只增大兩個(gè)狹縫間的距離d，相鄰亮條紋間距離Δx將減小，A正確；由題圖乙可知，上圖的衍射現(xiàn)象比下圖更明顯，可知在狹縫寬度相同情況下，下圖對(duì)應(yīng)的光波長(zhǎng)較短，B錯(cuò)誤；由題圖丙可知，條紋向空氣薄膜較厚處發(fā)生彎曲，說(shuō)明彎曲處的光程差變短，空氣薄膜間距變小，則被檢測(cè)的平面在此處是凸起的，C錯(cuò)誤；只有橫波才能產(chǎn)生偏振現(xiàn)象，因此偏振現(xiàn)象表明光波是橫波，D錯(cuò)誤。8．下列說(shuō)法中正確的是()A．圖甲是由于海面下層空氣的折射率比上層空氣的折射率小形成的，其中A是蜃樓B．圖乙中平行光a、b經(jīng)過(guò)三棱鏡后交于M點(diǎn)，則在棱鏡中a光的速度比b光的速度大C．圖丙中僅將紅光換成綠光，則O點(diǎn)上方第一條亮條紋的位置P點(diǎn)將下移D．圖丁中P是偏振片，Q是光屏，白熾燈照射P時(shí)，緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)P，光屏Q上亮度發(fā)生變化，說(shuō)明光波是橫波答案C解析海市蜃樓是因?yàn)楹Ｃ嫔蠈涌?/p>