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章末綜合測(cè)評(píng)(五)　光的干涉、衍射和偏振
(滿分：100分)
一、單項(xiàng)選擇題(本題共4小題，每小題4分，共16分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)符合題目要求)
1．某同學(xué)使用激光器作光源，在不透光的擋板上開一條縫寬為0.05 mm的窄縫，進(jìn)行光的衍射實(shí)驗(yàn)，如圖所示，則他在光屏上看到的條紋是(　　)
A　　　 B　　　　C　 　　　D
2．如圖所示，讓太陽(yáng)光通過M上的小孔S后照射到M右方的一偏振片P上，P的右側(cè)再放一光屏Q，現(xiàn)使P繞著平行于光傳播方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)一周，則關(guān)于光屏Q上光的亮度變化情況，下列說法正確的是(　　)
A．只有當(dāng)偏振片轉(zhuǎn)到某一適當(dāng)位置時(shí)光屏被照亮，其他位置時(shí)光屏上無(wú)亮光
B．光屏上亮、暗交替變化
C．光屏上亮度不變
D．光屏上只有一條亮線隨偏振片轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)
3．如圖所示，把酒精燈放在肥皂液膜前，從液膜上可看到明暗相間的條紋，能解釋這一現(xiàn)象產(chǎn)生原因的示意圖是(圖中實(shí)線、虛線為光照射到液膜上時(shí)，從液膜的前后表面分別反射形成的兩列波)(　　)
A　　　　B　　　　C　　　　D
4．如圖所示為一種干涉熱膨脹儀原理圖。G為標(biāo)準(zhǔn)石英環(huán)，C為待測(cè)柱形樣品，C的上表面與上方標(biāo)準(zhǔn)平面石英板之間存在劈形空氣層。用單色平行光垂直照射上方石英板，會(huì)形成干涉條紋。已知C的膨脹系數(shù)小于G的膨脹系數(shù)，當(dāng)溫度升高時(shí)，下列說法正確的是(　　)
A．劈形空氣層的厚度變大，條紋向左移動(dòng)
B．劈形空氣層的厚度變小，條紋向左移動(dòng)
C．劈形空氣層的厚度變大，條紋向右移動(dòng)
D．劈形空氣層的厚度變小，條紋向右移動(dòng)
二、雙項(xiàng)選擇題(本題共4小題，每小題6分，共24分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，有兩項(xiàng)符合題目要求，全部選對(duì)的得6分，選對(duì)但不全的得3分，有選錯(cuò)的得0分)
5．有關(guān)光的應(yīng)用，下列說法正確的是(　　)
A．拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時(shí)，往往在鏡頭前加一個(gè)偏振片以增加反射光的強(qiáng)度
B．光學(xué)鏡頭上的增透膜是利用光的干涉現(xiàn)象
C．用三棱鏡觀察白光看到的彩色圖樣是光的干涉形成的色散現(xiàn)象
D．在光導(dǎo)纖維束內(nèi)傳輸信息是利用光的全反射原理
6．下列四幅圖為光的相關(guān)現(xiàn)象，關(guān)于它們說法正確的是(　　)
A．甲圖是單色光通過雙縫后得到的干涉條紋
B．乙圖是葉片上的水珠特別明亮，是由于水珠將光線匯聚而成
C．丙圖是薄膜干涉的應(yīng)用，用來檢測(cè)平面的平整程度
D．丁圖是立體電影原理，利用了光的偏振現(xiàn)象
7．小明同學(xué)在假期旅游期間學(xué)習(xí)攝影，他發(fā)現(xiàn)照相機(jī)鏡頭呈現(xiàn)淡紫色。如圖所示是他拍攝的兩張照片：甲圖的湖泊遠(yuǎn)景照中，能看到遠(yuǎn)處山峰的清晰倒影，看不到水面下景物：乙圖的湖水近景照中，能清楚看到魚、石頭等水下景物，則(　　)
甲　　　　　　乙
A．鏡頭呈現(xiàn)淡紫色是鏡頭表面所鍍膜使光發(fā)生干涉的結(jié)果
B．甲圖山峰倒影非常清晰是因?yàn)閬碜陨椒宓墓庠谒姘l(fā)生了全反射
C．乙圖水下景物的光射到水面時(shí)因入射角較小致反射光強(qiáng)而折射光弱
D．拍攝乙圖時(shí)若安裝透振方向與水面反射光偏振方向垂直的偏振片將更清晰
8．如圖所示的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，用綠光照射單縫S時(shí)，在光屏P上觀察到干涉條紋。要得到相鄰條紋間距更大的干涉圖樣，可以(　　)
A．減小S1與S2的間距
B．減小雙縫屏到光屏的距離
C．將綠光換為紅光
D．將整個(gè)裝置放在水中
三、非選擇題(共60分，其中9、10題為實(shí)驗(yàn)題，11、12、13題為計(jì)算題)
9．如圖所示，在“用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)”實(shí)驗(yàn)中，光具座上放置的光學(xué)元件依次為：①光源、②、③、④、⑤遮光筒、⑥毛玻璃。
(1)②、③、④三個(gè)光學(xué)元件依次為________(填正確答案的標(biāo)號(hào))；
A．濾光片、單縫、雙縫
B．單縫、濾光片、雙縫
C．單縫、雙縫、濾光片
D．濾光片、雙縫、單縫
(2)如果實(shí)驗(yàn)時(shí)將紅光濾光片換為綠光濾光片，則相鄰亮紋(暗紋)間的距離________；(選填“變大”或“變小”)
(3)某次測(cè)量時(shí)，選用的雙縫的間距為0.300 mm，測(cè)得屏與雙縫間的距離為1.20 m，第1條暗條紋到第4條暗條紋之間的距離為7.56 mm，則所測(cè)單色光的波長(zhǎng)λ為________nm(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。
10．(1)某同學(xué)用圖甲所示的裝置做“用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)”的實(shí)驗(yàn)，他采用了藍(lán)色燈作為光源，在測(cè)量頭目鏡中觀察到如圖乙所示的藍(lán)色條紋。在不改變其他實(shí)驗(yàn)條件的情況下，觀察到目鏡中的條紋如圖丙所示，則可能的原因是________。
甲
乙
丙
A．單縫寬度變小了
B．雙縫間距變小了
C．光源與單縫間的距離變大了
D．光源的發(fā)光強(qiáng)度變大了
(2)干涉條紋除了可以通過雙縫干涉觀察到，把一個(gè)凸透鏡壓在一塊平面玻璃上(圖甲)，讓單色光從上方射入(示意圖如圖乙，其中R為凸透鏡的半徑)，從上往下看凸透鏡，也可以觀察到由干涉造成圖丙所示的環(huán)狀條紋，這些條紋叫作牛頓環(huán)。如果改用波長(zhǎng)更長(zhǎng)的單色光照射，觀察到的圓環(huán)半徑將________(選填“變大”“變小”或“不變”)；如果換一個(gè)曲率半徑更大的凸透鏡，觀察到的圓環(huán)半徑將________(選填“變大”“變小”或“不變”)。
甲　　　　　　乙　　　　　　　丙
(3)采用波長(zhǎng)為690 nm的紅色激光作為單色入射光，牛頓環(huán)的兩條相鄰亮條紋位置所對(duì)應(yīng)的空氣膜的厚度差約為________。
A．345 nm　　　　　　 B．690 nm
C．幾微米 D．幾毫米
11．(12分)一種紅寶石激光器發(fā)射的激光是不連續(xù)的一道道閃光，每道閃光為一個(gè)(列)光脈沖，若這種激光器光脈沖的持續(xù)時(shí)間為1.0×10-11 s，波長(zhǎng)為694.3 nm，發(fā)射功率為1.0×1010 W：
(1)每列光脈沖的長(zhǎng)度是多少？
(2)用這種紅寶石激光器照射皮膚上的色斑，每平方厘米色斑吸收能量達(dá)到60 J以后，色斑便逐漸消失，一塊色斑的面積為，則它要吸收多少個(gè)(列)紅寶石激光脈沖才能逐漸消失？
12．(12分)劈尖干涉是一種薄膜干涉，其裝置如圖甲所示，將一塊平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夾入兩張紙片，從而在兩玻璃表面之間形成一個(gè)劈形空氣薄膜。當(dāng)光垂直入射后，從上往下看到的干涉條紋如圖乙所示，干涉條紋有如下特點(diǎn)：
(1)任意一條亮條紋或暗條紋所在位置下面的薄膜厚度相等。
(2)任意相鄰亮條紋或暗條紋所對(duì)應(yīng)的薄膜厚度差恒定。
現(xiàn)若在圖甲裝置中抽去一張紙片，則當(dāng)光垂直入射到新劈形空氣薄膜后，從上往下觀察到的干涉條紋會(huì)發(fā)生怎樣變化？
甲　　　　　　　　　乙
13．(15分)1801年，托馬斯·楊用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)研究了光波的性質(zhì)。1834年，洛埃利用單面鏡同樣得到了楊氏干涉的結(jié)果(稱洛埃鏡實(shí)驗(yàn))。
(1)洛埃鏡實(shí)驗(yàn)的基本裝置如圖所示，S為單色光源，M為一平面鏡。 試用平面鏡成像作圖法畫出S經(jīng)平面鏡反射后的光與直接發(fā)出的光在光屏上相交的區(qū)域。
(2)設(shè)光源S到平面鏡的垂直距離和到光屏的垂直距離分別為a和L，光的波長(zhǎng)為λ，在光屏上形成干涉條紋。寫出相鄰兩條亮紋(或暗紋)間距離Δx的表達(dá)式。
1 / 6章末綜合測(cè)評(píng)(五)
1．B　[單縫衍射條紋中間寬，兩側(cè)越來越窄，又由于單縫是水平的，衍射條紋也是水平的，故B對(duì)。]
2．C　[旋轉(zhuǎn)P，自然光通過偏振片P后，在垂直于傳播方向的平面上，只沿著某個(gè)特定的方向振動(dòng)，太陽(yáng)光是自然光，包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動(dòng)的光，而且沿著各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度都相同。所以光屏上總是有沿著某個(gè)特定的方向振動(dòng)的偏振光，光屏上亮度不變。]
3．C　[看到的亮暗條紋是從液膜前后表面分別反射形成的兩列相干波發(fā)生干涉形成的，而肥皂液膜在重力作用下導(dǎo)致從上至下的薄膜厚度不同，反射回來的兩列波的同步性不同，亮條紋是相干加強(qiáng)形成的，暗條紋是相干減弱形成的，故C項(xiàng)正確。]
4．A　[由題知，C的膨脹系數(shù)小于G的膨脹系數(shù)，當(dāng)溫度升高時(shí)，G增長(zhǎng)的高度大于C增長(zhǎng)的高度，則劈形空氣層的厚度變大，且同一厚度的空氣膜向劈尖移動(dòng)，則條紋向左移動(dòng)。故選A。]
5．BD　[拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時(shí)，在鏡頭前加一個(gè)偏振片減弱反射光的強(qiáng)度，故A錯(cuò)誤；增透膜是利用薄膜干涉，故B正確；用三棱鏡觀察白光，由于三棱鏡對(duì)不同色光的折射率不同，進(jìn)出三棱鏡的偏折角度不同，出現(xiàn)了不同色光的色散，故C錯(cuò)誤；光導(dǎo)纖維束內(nèi)傳送圖像是利用光的全反射原理，故D正確。]
6．CD　[干涉條紋是等寬、等亮度的，衍射條紋是中央條紋最亮、最寬，向兩側(cè)越來越暗，越來越窄，甲是單色光通過單縫后得到的衍射條紋，A錯(cuò)誤；乙是葉片上的水珠特別明亮，是由于光發(fā)生全反射形成的，B錯(cuò)誤；丙是薄膜干涉的應(yīng)用，用來檢測(cè)平面的平整程度，C正確；丁是立體電影原理，利用了光的偏振現(xiàn)象，D正確。故選CD。]
7．AD　[照相機(jī)鏡頭鍍了增透膜，增強(qiáng)了可見光的透過性，由于高頻的藍(lán)光和紫光等并不能完全地干涉抵消，因此鏡頭呈現(xiàn)淡紫色，故A正確；題圖甲中的倒影是因?yàn)閬碜陨椒宓墓馔ㄟ^水面反射進(jìn)入鏡頭而引起的，而全反射在光線由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí)才可能發(fā)生，故B錯(cuò)誤；當(dāng)光從光密介質(zhì)入射到光疏介質(zhì)時(shí)，只有當(dāng)入射角增大才會(huì)使反射光增強(qiáng)而折射光減弱，故C錯(cuò)誤；拍攝題圖乙時(shí)，來自水下魚的光通過水面的折射再進(jìn)入鏡頭，為了使照片更清晰，可以利用偏振片來減少在水面發(fā)生反射而進(jìn)入鏡頭的光，故D正確。]
8．AC　[根據(jù)雙縫干涉條紋的間距公式Δy＝λ知，減小雙縫間的距離，即d變小，則干涉條紋間距變大，故A正確；根據(jù)雙縫干涉條紋的間距公式Δy＝λ知，減小雙縫到屏的距離，即l減小，干涉條紋間距減小，故B錯(cuò)誤；根據(jù)雙縫干涉條紋的間距公式Δy＝λ知，將綠光換為紅光，波長(zhǎng)變長(zhǎng)，則干涉條紋間距變大，故C正確；因?yàn)関＝，λ＝，則光進(jìn)入水中的波長(zhǎng)λ′＝＝＝。光進(jìn)入水中波長(zhǎng)變短，根據(jù)雙縫干涉條紋的間距公式Δy＝λ知，波長(zhǎng)變短，則干涉條紋間距變小，故D錯(cuò)誤。]
9．解析：(1)為獲取單色線光源，白色光源后面要有濾光片、單縫、雙縫，故A正確。
(2)根據(jù)Δy＝λ知增大光屏到雙縫的距離L或者減小雙縫間距d，可以使條紋間距增大；當(dāng)將紅光濾光片換為綠光濾光片，即波長(zhǎng)減小，則相鄰亮紋(暗紋)間的距離變小。
(3)根據(jù)：Δy＝λ得：
λ＝＝ m＝0.63×10-6 m＝630 nm。
答案：(1)A　(2)變小　(3)630
10．解析： (1)根據(jù)條紋間距公式Δx＝λ可知，當(dāng)雙縫間距d減小時(shí)，條紋間距增大，故選項(xiàng)B正確，A、C、D錯(cuò)誤。
(2)當(dāng)光程差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)是亮條紋，當(dāng)光程差為半個(gè)波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)是暗條紋；用波長(zhǎng)變長(zhǎng)的光照射，則出現(xiàn)亮條紋的這一厚度遠(yuǎn)離中心，則圓環(huán)的半徑變大；換一個(gè)表面曲率半徑更大的凸透鏡，出現(xiàn)亮條紋的這一厚度偏移中心，知圓環(huán)的半徑變大。
(3)由題意知相鄰亮條紋對(duì)應(yīng)的空氣層的厚度差為半個(gè)波長(zhǎng)，故為345 nm，故選項(xiàng)A正確，B、C、D錯(cuò)誤。
答案：(1)B　(2)變大　變大　(3)A
11．解析：(1)光脈沖持續(xù)時(shí)間即為發(fā)射一個(gè)光脈沖所需的時(shí)間，所以一個(gè)光脈沖長(zhǎng)度Δl＝c·Δt＝3×108×1.0×10-11 m＝3.0×10-3 m。
(2)面積為1 cm2的色斑吸收的能量E＝60 J，色斑便逐漸消失。而1個(gè)光脈沖的能量為
ΔE＝P·Δt＝1.0×1010×1.0×10-11 J＝0.1 J
消除50 mm2的色斑需要光脈沖數(shù)為
n＝＝＝300(個(gè))。
答案：(1)3.0×10-3 m　(2)300 個(gè)
12．解析：光線在空氣膜的上、下表面發(fā)生反射，并發(fā)生干涉，從而形成干涉條紋。設(shè)空氣膜頂角為θ，d1、d2處為兩相鄰亮條紋，如圖所示，則此兩處的光程分別為δ1＝2d1，δ2＝2d2。
因?yàn)楣獬滩瞀?－δ1＝λ，所以d2－d1＝λ。
設(shè)此兩相鄰亮紋中心的距離為Δl，則由幾何關(guān)系得＝tan θ，即Δl＝，當(dāng)抽去一張紙片θ減小，Δl增大，條紋變疏。
答案：干涉條紋會(huì)變疏
13．解析：(1)①根據(jù)對(duì)稱性作出光源S在平面鏡中所成的像S′。②連接平面鏡的最左端和光源，即為最左端的入射光線，連接平面鏡的最左端和像點(diǎn)S′，并延長(zhǎng)交光屏于一點(diǎn)，該點(diǎn)即為反射光線到達(dá)的光屏的最上端；同理連接平面鏡的最右端和像點(diǎn)S′，即可找到反射光線所能到達(dá)的平面鏡的最下端。故經(jīng)平面鏡反射后的光與直接發(fā)出的光在光屏上相交的區(qū)域如圖所示。
(2)從光源直接發(fā)出的光和被平面鏡反射的光實(shí)際上是同一列光，故是相干光，該干涉現(xiàn)象可以看作雙縫干涉，所以SS′之間的距離為d，而光源S到光屏的距離可以看作雙孔屏到像屏距離L，根據(jù)雙縫干涉的相鄰條紋之間的距離公式Δx＝λ，因?yàn)閐＝2a，所以相鄰兩條亮紋(或暗紋)間距離Δx＝λ。
答案：(1)見解析圖　(2)Δx＝
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