2025年高考物理復(fù)習(xí)四十：光的干涉、衍射和偏振（含解析）

PAGE四十光的干涉、衍射和偏振(40分鐘80分)【基礎(chǔ)鞏固練】1.(6分)(2023·北京等級考)陽光下的肥皂膜呈現(xiàn)彩色條紋,這種現(xiàn)象屬于光的()A.偏振現(xiàn)象 B.衍射現(xiàn)象C.干涉現(xiàn)象 D.全反射現(xiàn)象2.(6分)對下列現(xiàn)象解釋正確的是 ()A.圖甲的原理是光的全反射B.圖乙的原理是光的干涉C.圖丙的原理是光的衍射D.圖丁的原理是光的折射3.(6分)(2021·江蘇選擇考)鐵絲圈上附有肥皂膜,豎直放置時(shí),肥皂膜上的彩色條紋上疏下密,由此推測肥皂膜前后兩個(gè)面的側(cè)視形狀應(yīng)當(dāng)是 ()4.(6分)(2023·?？谀M)激光被譽(yù)為“神奇的光”,關(guān)于激光的應(yīng)用,下列說法中正確的是 ()A.由于激光的方向性好,所以不能發(fā)生衍射現(xiàn)象B.由于激光是相干光,所以它能像無線電波那樣被調(diào)制,用來傳遞信息C.用激光攔截導(dǎo)彈,摧毀衛(wèi)星,是因?yàn)榧す庠诖髿庵袀鞑ゲ皇艽髿獾挠绊慏.能利用激光測量地面到月球表面的距離,是因?yàn)榧す馔ㄟ^地球大氣不會發(fā)生折射5.(6分)戶外滑雪要注意防止紫外線的過度照射,尤其是眼睛,不能長時(shí)間被紫外線照射,否則將會嚴(yán)重地?fù)p傷視力。有人想利用薄膜干涉的原理設(shè)計(jì)一種能大大減小紫外線對眼睛傷害的眼鏡,他選用的薄膜材料的折射率為n=2.5,所要消除的紫外線的頻率為f=8.0×1014Hz,這種“增反膜”的最小厚度為 ()A.3.75×10-7m B.7.5×10-8mC.1.875×10-7m D.1.5×10-7m6.(6分)(多選)(2023·遼寧選擇考)“球鼻艏”是位于遠(yuǎn)洋輪船船頭水面下方的裝置,當(dāng)輪船以設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)速度航行時(shí),“球鼻艏”推起的波與船首推起的波如圖所示,兩列波的疊加可以大幅度減小水對輪船的阻力。下列現(xiàn)象的物理原理與之相同的是()A.插入水中的筷子,看起來折斷了B.陽光下的肥皂膜,呈現(xiàn)彩色條紋C.駛近站臺的火車,汽笛音調(diào)變高D.振動(dòng)音叉的周圍,聲音忽高忽低【綜合應(yīng)用練】7.(6分)(多選)(2022·山東等級考)某同學(xué)采用圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置研究光的干涉與衍射現(xiàn)象,狹縫S1、S2的寬度可調(diào),狹縫到屏的距離為L。同一單色光垂直照射狹縫,實(shí)驗(yàn)中分別在屏上得到了圖乙、圖丙所示圖樣。下列描述正確的是 ()A.圖乙是光的雙縫干涉圖樣,當(dāng)光通過狹縫時(shí),也發(fā)生了衍射B.遮住一條狹縫,另一狹縫寬度增大,其他條件不變,圖丙中亮條紋寬度增大C.照射兩條狹縫時(shí),增加L,其他條件不變,圖乙中相鄰暗條紋的中心間距增大D.照射兩條狹縫時(shí),若光從狹縫S1、S2到屏上P點(diǎn)的路程差為半波長的奇數(shù)倍,P點(diǎn)處一定是暗條紋8.(6分)(多選)在信息技術(shù)迅猛發(fā)展的今天,光盤是存儲信息的一種重要媒介。光盤上的信息通常是通過激光束來讀取的。若紅、藍(lán)激光束不是垂直投射到盤面上,則光線在通過透明介質(zhì)層時(shí)會發(fā)生偏折而改變行進(jìn)的方向,如圖所示。下列說法中正確的是 ()A.圖中光束①是紅光,光束②是藍(lán)光B.在光盤的透明介質(zhì)層中,光束①比光束②傳播速度慢C.若光束①、②先后通過同一雙縫干涉裝置,光束①的條紋寬度比光束②的窄D.光束①比②更容易發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象9.(6分)光的干涉現(xiàn)象在技術(shù)中有重要應(yīng)用。一頂角極大的圓錐形玻璃體,倒立在表面平整的標(biāo)準(zhǔn)板上,其截面如圖甲。單色光從上方垂直玻璃體的上表面射向玻璃體,沿光的入射方向看到明暗相間的干涉條紋。下列說法正確的是 ()A.條紋是以頂點(diǎn)為圓心的同心圓,且中間疏、邊緣密B.產(chǎn)生干涉的兩束光是來自玻璃體上表面和側(cè)面的反射光C.換用頻率更大的光照射,條紋間距變大D.若出現(xiàn)乙圖所示條紋,則說明玻璃體側(cè)面上有凸起10.(6分)(多選)(2023·普洱模擬)如圖所示,水平放置的單色線光源S發(fā)出的光有一部分直接入射到豎直光屏上,一部分通過水平放置的平面鏡反射后射到光屏上,這兩列光相遇時(shí)會發(fā)生干涉,形成水平的明暗相間的條紋。則 ()A.將光屏向右平移,相鄰亮條紋間距減小B.將光屏向右平移,相鄰亮條紋間距增大C.將線光源S向下平移,相鄰暗條紋間距減小D.將線光源S向下平移,相鄰暗條紋間距增大11.(14分)如圖所示,在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,S1和S2為雙縫,P是光屏上的一點(diǎn),已知P點(diǎn)與S1和S2距離之差為2.1×10-6m,今分別用A、B兩種單色光在空氣中做雙縫干涉實(shí)驗(yàn),問P點(diǎn)是亮條紋還是暗條紋?(1)已知A光在折射率為n=1.5的介質(zhì)中波長為4×10-7m;(2)已知B光在某種介質(zhì)中波長為3.15×10-7m,當(dāng)B光從這種介質(zhì)射向空氣時(shí),臨界角為37°(sin37°=0.6,cos37°=0.8);(3)若用A光照射時(shí),把其中一條縫遮住,試分析光屏上能觀察到的現(xiàn)象?！厩榫硠?chuàng)新練】12.(6分)(2023·保定模擬)夏季常出現(xiàn)如圖甲所示的日暈現(xiàn)象,日暈是太陽光通過卷層云時(shí),受到冰晶的折射或反射形成的。圖乙為一束太陽光射到正六邊形冰晶上時(shí)的光路圖,a、b為其折射出的光線中的兩種單色光,比較a、b兩種單色光,下列說法正確的是 ()A.a光的頻率比b光的大B.在冰晶中,b光的波長比a光的長C.在同種條件下,b光可能比a光的衍射現(xiàn)象更明顯D.a、b兩種光分別從水射入空氣發(fā)生全反射時(shí),a光的臨界角比b光的大解析版1.(6分)(2023·北京等級考)陽光下的肥皂膜呈現(xiàn)彩色條紋,這種現(xiàn)象屬于光的()A.偏振現(xiàn)象 B.衍射現(xiàn)象C.干涉現(xiàn)象 D.全反射現(xiàn)象【解析】選C。陽光下的肥皂膜呈現(xiàn)彩色條紋,是肥皂膜的前后表面反射的光疊加產(chǎn)生的干涉現(xiàn)象,故A、B、D錯(cuò)誤,C正確。2.(6分)對下列現(xiàn)象解釋正確的是 ()A.圖甲的原理是光的全反射B.圖乙的原理是光的干涉C.圖丙的原理是光的衍射D.圖丁的原理是光的折射【解析】選B。圖甲的原理是光的衍射,故A錯(cuò)誤;圖乙的原理是光的干涉,故B正確;圖丙的原理是光的折射,故C錯(cuò)誤;圖丁的原理是光的偏振,故D錯(cuò)誤。3.(6分)(2021·江蘇選擇考)鐵絲圈上附有肥皂膜,豎直放置時(shí),肥皂膜上的彩色條紋上疏下密,由此推測肥皂膜前后兩個(gè)面的側(cè)視形狀應(yīng)當(dāng)是 ()【解析】選C。薄膜干涉為前后兩個(gè)面反射回來的光發(fā)生干涉形成干涉條紋,在復(fù)色光時(shí),出現(xiàn)彩色條紋,由于重力作用,肥皂膜前后表面的厚度從上到下逐漸增大,從而使干涉條紋的間距上疏下密,由于表面張力的作用,使得肥皂膜向內(nèi)凹陷,故C正確。4.(6分)(2023·?？谀M)激光被譽(yù)為“神奇的光”,關(guān)于激光的應(yīng)用,下列說法中正確的是 ()A.由于激光的方向性好,所以不能發(fā)生衍射現(xiàn)象B.由于激光是相干光,所以它能像無線電波那樣被調(diào)制,用來傳遞信息C.用激光攔截導(dǎo)彈,摧毀衛(wèi)星,是因?yàn)榧す庠诖髿庵袀鞑ゲ皇艽髿獾挠绊慏.能利用激光測量地面到月球表面的距離,是因?yàn)榧す馔ㄟ^地球大氣不會發(fā)生折射【解析】選B。激光屬于電磁波,能發(fā)生衍射現(xiàn)象,故A錯(cuò)誤;由于激光是相干光,所以它能像無線電波那樣被調(diào)制,用來傳遞信息,故B正確;用激光攔截導(dǎo)彈,摧毀衛(wèi)星,是因?yàn)榧す夥较蛐院?、能量?故C錯(cuò)誤;能利用激光測量地面到月球表面的距離,是因?yàn)榧す馄叫卸群?激光能發(fā)生折射,故D錯(cuò)誤。5.(6分)戶外滑雪要注意防止紫外線的過度照射,尤其是眼睛,不能長時(shí)間被紫外線照射,否則將會嚴(yán)重地?fù)p傷視力。有人想利用薄膜干涉的原理設(shè)計(jì)一種能大大減小紫外線對眼睛傷害的眼鏡,他選用的薄膜材料的折射率為n=2.5,所要消除的紫外線的頻率為f=8.0×1014Hz,這種“增反膜”的最小厚度為 ()A.3.75×10-7m B.7.5×10-8mC.1.875×10-7m D.1.5×10-7m【解析】選B。為了減少進(jìn)入眼睛的紫外線,應(yīng)使入射光分別從該膜的前后兩個(gè)表面反射的光疊加后加強(qiáng),則光程差(大于等于薄膜厚度d的兩倍)應(yīng)等于光在薄膜中波長λ'的整數(shù)倍,即2d=nλ',n=1,2,3…,λ'=vf=cnf=1.5×10-7m,膜的厚度至少是紫外線在膜中波長的12,所以dmin=λ'26.(6分)(多選)(2023·遼寧選擇考)“球鼻艏”是位于遠(yuǎn)洋輪船船頭水面下方的裝置,當(dāng)輪船以設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)速度航行時(shí),“球鼻艏”推起的波與船首推起的波如圖所示,兩列波的疊加可以大幅度減小水對輪船的阻力。下列現(xiàn)象的物理原理與之相同的是()A.插入水中的筷子,看起來折斷了B.陽光下的肥皂膜,呈現(xiàn)彩色條紋C.駛近站臺的火車,汽笛音調(diào)變高D.振動(dòng)音叉的周圍,聲音忽高忽低【解析】選B、D。該現(xiàn)象屬于波的疊加原理;插入水中的筷子,看起來折斷了是光的折射造成的,與“球鼻艏”的物理原理不相符;陽光下的肥皂膜,呈現(xiàn)彩色條紋,是由光從薄膜上下表面的反射光疊加造成的干涉現(xiàn)象,與“球鼻艏”的物理原理相符;駛近站臺的火車,汽笛音調(diào)變高是多普勒現(xiàn)象造成的,與“球鼻艏”的物理原理不相符;振動(dòng)音叉的周圍聲音忽高忽低,是聲音的疊加造成的干涉現(xiàn)象,與“球鼻艏”的物理原理相符。故選B、D。【綜合應(yīng)用練】7.(6分)(多選)(2022·山東等級考)某同學(xué)采用圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置研究光的干涉與衍射現(xiàn)象,狹縫S1、S2的寬度可調(diào),狹縫到屏的距離為L。同一單色光垂直照射狹縫,實(shí)驗(yàn)中分別在屏上得到了圖乙、圖丙所示圖樣。下列描述正確的是 ()A.圖乙是光的雙縫干涉圖樣,當(dāng)光通過狹縫時(shí),也發(fā)生了衍射B.遮住一條狹縫,另一狹縫寬度增大,其他條件不變,圖丙中亮條紋寬度增大C.照射兩條狹縫時(shí),增加L,其他條件不變,圖乙中相鄰暗條紋的中心間距增大D.照射兩條狹縫時(shí),若光從狹縫S1、S2到屏上P點(diǎn)的路程差為半波長的奇數(shù)倍,P點(diǎn)處一定是暗條紋【解析】選A、C、D。由題圖可知,圖乙為等間距條紋,所以圖乙是光的雙縫干涉圖樣,當(dāng)光通過狹縫時(shí),同時(shí)也發(fā)生衍射,故A正確;狹縫越小,衍射范圍越大,衍射條紋越寬,遮住一條狹縫,另一狹縫寬度增大,則衍射現(xiàn)象減弱,圖丙中亮條紋寬度減小,故B錯(cuò)誤;根據(jù)條紋間距公式Δx=Ldλ可知照射兩條狹縫時(shí),增加L,其他條件不變,圖乙中相鄰暗條紋的中心間距增大,故C正確;照射兩條狹縫時(shí),若光從狹縫S1、S2到屏上P點(diǎn)的路程差為半波長的奇數(shù)倍,P8.(6分)(多選)在信息技術(shù)迅猛發(fā)展的今天,光盤是存儲信息的一種重要媒介。光盤上的信息通常是通過激光束來讀取的。若紅、藍(lán)激光束不是垂直投射到盤面上,則光線在通過透明介質(zhì)層時(shí)會發(fā)生偏折而改變行進(jìn)的方向,如圖所示。下列說法中正確的是 ()A.圖中光束①是紅光,光束②是藍(lán)光B.在光盤的透明介質(zhì)層中,光束①比光束②傳播速度慢C.若光束①、②先后通過同一雙縫干涉裝置,光束①的條紋寬度比光束②的窄D.光束①比②更容易發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象【解析】選B、C。由題圖可知介質(zhì)對①光的折射率比對②光的折射率大,所以①光的頻率高于②光的頻率,故圖中光束①是藍(lán)光,光束②是紅光,A錯(cuò)誤;由v=cn可知,折射率大,波速小,故在光盤的透明介質(zhì)層中,光束①比光束②傳播速度慢,B正確;由Δx=ldλ可知,通過同一雙縫干涉裝置,波長短,條紋間距窄。因?yàn)棰俟獾念l率高于②光的頻率,故①光的波長小于②光的波長,即光束①的條紋寬度比光束②的窄,C正確;因?yàn)棰俟獾牟ㄩL小于②光的波長,所以9.(6分)光的干涉現(xiàn)象在技術(shù)中有重要應(yīng)用。一頂角極大的圓錐形玻璃體,倒立在表面平整的標(biāo)準(zhǔn)板上,其截面如圖甲。單色光從上方垂直玻璃體的上表面射向玻璃體,沿光的入射方向看到明暗相間的干涉條紋。下列說法正確的是 ()A.條紋是以頂點(diǎn)為圓心的同心圓,且中間疏、邊緣密B.產(chǎn)生干涉的兩束光是來自玻璃體上表面和側(cè)面的反射光C.換用頻率更大的光照射,條紋間距變大D.若出現(xiàn)乙圖所示條紋,則說明玻璃體側(cè)面上有凸起【解析】選D。產(chǎn)生干涉的兩束光是來自玻璃體的下表面和平面標(biāo)準(zhǔn)板上表面的反射光,即空氣膜的上下兩個(gè)表面反射的兩列光波發(fā)生干涉,依據(jù)光程差是光的半個(gè)波長的偶數(shù)倍即為明條紋,而光程差是光的半個(gè)波長的奇數(shù)倍即為暗條紋,因圓錐形玻璃體壓在平面標(biāo)準(zhǔn)板上,以頂點(diǎn)為圓心的各點(diǎn)空氣薄膜間距相等且隨半徑的方向均勻變化,因此可以看到條紋是以頂點(diǎn)為圓心的同心圓,且疏密均勻,A、B錯(cuò)誤;換用頻率更大的光照射,波長變短,則條紋間距變小,C錯(cuò)誤;空氣薄膜干涉是等厚干涉,即明條紋處空氣膜的厚度相同,若出現(xiàn)乙圖所示條紋,說明該處光的路程差與內(nèi)側(cè)的路程差相等,即該處出現(xiàn)凸起,D正確。10.(6分)(多選)(2023·普洱模擬)如圖所示,水平放置的單色線光源S發(fā)出的光有一部分直接入射到豎直光屏上,一部分通過水平放置的平面鏡反射后射到光屏上,這兩列光相遇時(shí)會發(fā)生干涉,形成水平的明暗相間的條紋。則 ()A.將光屏向右平移,相鄰亮條紋間距減小B.將光屏向右平移,相鄰亮條紋間距增大C.將線光源S向下平移,相鄰暗條紋間距減小D.將線光源S向下平移,相鄰暗條紋間距增大【解析】選B、D。根據(jù)光的反射,可知通過水平放置的平面鏡反射的光可以等效為光源在平面鏡中所成虛像發(fā)出的光,即可以將光源與其虛像等效為雙縫干涉中的雙縫,令光源到平面鏡的間距為d,光源到光屏間距為l,則由Δx=l2dλ可知,若將光屏向右平移,L增大,則相鄰亮條紋間距增大,故A錯(cuò)誤,B正確;根據(jù)上述可知,若將線光源S向下平移,11.(14分)如圖所示,在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,S1和S2為雙縫,P是光屏上的一點(diǎn),已知P點(diǎn)與S1和S2距離之差為2.1×10-6m,今分別用A、B兩種單色光在空氣中做雙縫干涉實(shí)驗(yàn),問P點(diǎn)是亮條紋還是暗條紋?(1)已知A光在折射率為n=1.5的介質(zhì)中波長為4×10-7m;答案:(1)暗條紋【解析】(1)設(shè)A光在空氣中波長為λ1,在介質(zhì)中波長為λ2,由n=cv=λλ1=nλ2=1.5×4×10-7m=6×10-7m根據(jù)路程差Δr=2.1×10-6m所以N1=Δrλ1=2(2)已知B光在某種介質(zhì)中波長為3.15×10-7m,當(dāng)B光從這種介質(zhì)射向空氣時(shí),臨界角為37°(sin3