高中物理 第13章 第5节 光的衍射同步练习 新人教版选修34.docx
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高中物理第13章第5节光的衍射同步练习新人教版选修34
2019-2020年高中物理第13章第5节光的衍射同步练习新人教版选修3-4
一、选择题(1~4题为单选题,5、6题为多选题)
1.观察单缝衍射现象时,把缝宽由0.2mm逐渐增大到0.8mm,看到的现象是( )
A.衍射条纹的间距逐渐变小,衍射现象逐渐不明显
B.衍射条纹的间距逐渐变大,衍射现象越来越明显
C.衍射条纹的间距不变,只是亮度增强
D.以上现象都不会发生
答案:
A
解析:
观察衍射图样发现:
狭缝的宽度逐渐变小,衍射现象越明显,衍射条纹间距变大。
本题是缝宽增大,所以选项A正确。
2.(福州八县一中xx~xx学年高二下学期期末联考)在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的亮暗相间的图样,下列四幅图片中属于光的单缝衍射图样的是( )
A.a、c B.b、c
C.a、d D.b、d
答案:
D
解析:
单缝衍射条纹的特点是中央亮条纹最宽、最亮,双缝干涉条纹是等间距的条纹,所以a是干涉条纹,b、d是单缝衍射条纹,c是水波的衍射图样。
3.
如图中单色光照射的不是一个狭缝,并且观察到如图所示的清晰的明暗相间的图样(黑线为暗纹),那么障碍物是( )
A.很小的不透明的圆板
B.很大的中间有大圆孔的不透明的圆板
C.很大的不透明圆板
D.很大的中间有小圆孔的不透明的圆板
答案:
D
解析:
由图可知中央是大且亮的圆形亮斑,周围分布着明暗相间的同心圆环,且越向外,圆形条纹宽度越小,可判断此图样为圆孔衍射图样,故D正确;有的同学误选A,要注意很小的不透明的圆板产生的图样中心也是亮点,但其周围有一个大的阴影区,在阴影区的边缘有明暗相间的圆环,它与圆孔衍射的图样是不同的。
4.在学习了光的衍射现象后,徐飞回家后自己设置了一个小实验。
在一个发光的小电珠和光屏之间放一个大小可以调节的圆形孔屏,在圆孔从较大调至完全闭合的过程中,他在屏上看到的现象是( )
A.先是圆形亮区,最后完全黑暗
B.先是圆形亮区,再是圆形亮环,最后完全黑暗
C.先是圆形亮环,最后完全黑暗
D.先是圆环亮环,然后圆形亮区,最后完全黑暗
答案:
B
解析:
在圆孔由大到小调节过程中,当孔较大时,光沿直线传播,在屏上得到圆形亮斑;当孔的直径减小到与光波的波长相近时,产生光的衍射现象,屏上将出现明、暗相间的亮环,当孔继续减小到完全闭合,没有光到达屏上时,屏上完全黑暗。
5.下列说法正确的是( )
A.增加光栅的狭缝的个数,亮条纹变窄
B.增加光栅的狭缝的个数,亮条纹变宽
C.增加光栅的狭缝的个数,条纹亮度变暗
D.增加光栅的狭缝的个数,条纹亮度变亮
答案:
AD
解析:
根据光栅的特点可知选项A、D正确。
6.关于衍射,下列说法正确的是( )
A.衍射现象中条纹的出现是光叠加后产生的结果
B.双缝干涉中也存在衍射现象
C.一切波都很容易发生明显的衍射现象
D.影的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实
答案:
AB
解析:
衍射图样是复杂的光波的叠加现象,双缝干涉中光通过二个狭缝时均发生衍射现象,一般现象中既有干涉又有衍射。
一切波都能发生衍射,但要发生明显的衍射,需要满足障碍物的尺寸小于或相当于波长的条件。
二、非选择题
7.(上海市xx~xx学年高二下学期检测)如图所示,在“观察光的衍射现象”实验中,保持缝到光屏的距离不变,增加缝宽,屏上衍射条纹间距将__________________(选填“增大”“减小”或“不变”);该现象表明,光沿直线传播只是一种近似规律,只有在__________________情况下,光才可以看成是沿直线传播的。
答案:
减小 光的波长比障碍物小得多
解析:
当缝宽d增大时,Δx减小,当光的波长比障碍物小得多时,光的衍射现象不明显,光将沿直线传播。
8.分析以下现象产生的原因:
(1)通过盛水的玻璃杯,在适当的角度,可看到彩色光;
(2)菜汤上的油花呈现彩色;
(3)隔着帐幔看远处的灯,见到灯周围辐射彩色的光芒;
(4)光线照在花布上,可以看见花布上的图样。
解析:
(1)白光通过盛水的玻璃杯发生折射,在适当的角度,各色光分离较大,可看到彩色光。
(2)光经过菜汤上油膜的前后两个表面发生反射,两列反射光波相互叠加,产生干涉条纹,因此菜汤上的油花呈现彩色。
(3)远处灯发出的光经过帐幔的缝隙,产生衍射,因此可见到灯周围辐射彩色的光芒。
(4)光线照在花布上看见花布的图样,是由于光的反射与吸收的结果。
花布是由各种颜色的花纹组成的,当白光照在花布上时红色花纹反射红光,吸收其他颜色的光,这样我们在该位置只看到红色。
同理可以看到各种花纹反射的颜色。
这样可以看到花布的图样。
能力提升
一、选择题(1、2题为单选题,3、4题为多选题)
1.在观察光的衍射现象的实验中,通过紧靠眼睛的卡尺测脚形成的狭缝,观看远处的线状白炽灯丝(灯管或灯丝都要平行于狭缝),可以看到( )
A.黑白相间的直条纹 B.黑白相间的弧形条纹
C.彩色的直条纹D.彩色弧形条纹
答案:
C
解析:
白炽灯发出的是复色光,其中各种色光的波长不同,产生的衍射条纹间距不同,各单色光相互叠加,成为彩色直条纹。
2.一束红光射向一块有双缝的不透光的薄板,在薄板后的光屏上呈现明暗相间的干涉条纹。
现将其中一条窄缝挡住,让这束红光只通过一条窄缝,则在光屏上可以看到( )
A.与原来相同的明暗相间的条纹,只是明条纹比原来暗些
B.与原来不相同的明暗相间的条纹,而中央明条纹变宽些
C.只有一条与缝宽对应的明条纹
D.无条纹,只存在一片红光
答案:
B
解析:
本题一开始告诉我们产生了干涉现象,说明两缝都很窄,能够满足使红光发生明显衍射的条件,挡住一缝后,在屏上得到的是单缝衍射图样。
衍射图样和干涉图样的异同点:
中央都出现明条纹,但衍射图样的中央明条纹较宽,两侧都出现明暗相间的条纹;干涉图样为等间隔的明暗相间的条纹,而衍射图样两侧为不等间隔的明暗相间的条纹且亮度迅速减弱。
所以本题正确选项为B。
3.关于光的衍射现象,下面说法正确的是( )
A.红光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹
B.白光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹
C.光照到不透光小圆盘上出现泊松亮斑,说明发生了衍射
D.光照到较大圆孔上出现大光斑,说明光沿直线传播,不存在光的衍射
答案:
AC
解析:
单色光照到狭缝上产生的衍射图样是亮暗相间的直条纹。
白光的衍射图样是彩色条纹。
光照到不透明圆盘上,在其阴影处出现亮点,是衍射现象。
光的衍射现象只有明显与不明显之分,D项中屏上大光斑的边缘模糊,正是光的衍射造成的,不能认为不存在衍射现象。
4.(物理与日常生活)沙尘暴是由于土地的沙化引起的一种恶劣的天气现象,发生沙尘暴时能见度只有十几米,天气变黄变暗,这是由于这种情况下( )
A.只有波长较短的一部分光才能到达地面
B.只有波长较长的一部分光才能到达地面
C.只有频率较大的一部分光才能到达地面
D.只有频率较小的一部分光才能到达地面
答案:
BD
解析:
据光明显衍射的条件,发生沙尘暴时,只有波长较长的一部分光线能到达地面,据λ=c/f知,到达地面的光是频率较小的部分。
二、非选择题
5.如图所示,甲、乙两图是单色光分别入射到两圆孔形成的图象,由图判断甲是光的__________________(选填“干涉”或“衍射”)图象。
图甲所对应的圆孔孔径__________________(选填“大于”、“小于”或“等于”)图乙所对应的圆孔孔径。
答案:
衍射 小于
解析:
图甲所示,单色光通过小孔出现明暗相间且宽度不等的条纹,这是光的衍射现象。
图乙是个圆亮斑,说明光沿直线传播,没有发生衍射,图乙所对应的圆孔孔径远大于单色光的波长,也大于发生衍射现象的图甲所对应的圆孔孔径。
6.某同学自己动手制作如图所示的装置观察光的干涉现象,其中A为单缝屏,B为双缝屏,整个装置位于一暗箱中,实验过程如下:
(1)该同学用一束太阳光照射A屏时,屏C上没有出现干涉条纹;移去B后,在屏上出现不等间距条纹,此条纹是由于__________________产生的。
(2)移去A后,遮住缝S1或缝S2中的任一个,C上均出现一窄亮斑。
出现以上实验结果的主要原因是__________________________。
答案:
(1)光的衍射
(2)双缝S1、S2太宽
解析:
(1)移去B后只剩下单缝,故发生单缝衍射形成条纹,故此条纹是由于光的衍射产生的。
(2)没有出现条纹而只出现一个窄亮斑,说明衍射现象不明显,故主要原因是双缝S1、S2太宽。
7.如图所示是通过游标卡尺两测量脚间的狭缝观察白炽灯线光源时所拍下的四张照片。
(1)试通过图样分析四张照片对应的两测量脚间的宽度
大小关系。
(2)试说明照片(4)中中央条纹的颜色及成因。
解析:
(1)从四张照片的单缝衍射图样可以看出,由图
(1)到图(4),衍射现象越来越明显,说明两测量脚间的狭缝越来越小,因此由图
(1)到图(4)四张照片对应的两测量脚间的宽度越来越小。
(2)图(4)中中央条纹的颜色为白色,因为各种色光在屏中央均为亮条纹,七色光叠加后,中央条纹即为白色。
8.将一个大的不透明障碍物上的正三角形孔从边长10cm逐渐减小到零,让阳光从孔中通过,在障碍物后暗箱中的屏上可看到什么现象?
解析:
开始阶段,孔比较大,在屏上得到一个正三角形亮斑,如图甲所示。
随着孔的减小,亮斑也变小;孔再小,在亮斑周围出现一个亮度比较弱的圆,这是小孔成像,如图乙所示。
继续减小小孔的尺寸,在光屏上出现彩色的衍射图样,这时是明显的衍射现象;孔再小,光线变弱,直到什么也看不见。
2019-2020年高中物理第13章第6节光的偏振同步练习新人教版选修3-4
一、选择题(1~3题为单选题,4、5题为多选题)
1.关于自然光和偏振光,下列观点正确的是( )
A.自然光能产生干涉和衍射现象,而偏振光却不能
B.只有自然光透过偏振片才能获得偏振光
C.自然光只能是白色光,而偏振光不能是白色光
D.自然光和偏振光都能使感光底片感光
答案:
D
解析:
光振动沿各个方向均匀分布的光就是自然光,而振动沿着特定方向的光就是偏振光,但自然光和偏振光都能发生干涉、衍射,所以A错。
光的偏振现象并不罕见,除了从光源直接发出的光以外,我们通常看到的绝大部分光,都是偏振光,所以B错。
光的颜色由光的频率决定,与光的振动方向无关,所以C错。
自然光和偏振光都具有能量,都能使感光片感光。
2.在拍摄日落时水面下的景物时,应在照相机镜头前装一个偏振片,其目的是( )
A.减弱反射光,从而使景物的像清晰
B.增强反射光,从而使景物的像清晰
C.增强透射光,从而使景物的像清晰
D.减弱透射光,从而使景物的像清晰
答案:
A
解析:
由于反射光的干扰,景物的像常常比较模糊,装上偏振片的目的是减弱反射光,且透振方向与反射光的振动方向垂直,但不能增强透射光。
3.如图所示,白炽灯的右侧依次平行放置偏振片P和Q,A点位于P、Q之间,B点位于Q右侧。
旋转偏振片P,A、B两点光的强度变化情况是( )
A.A、B均不变 B.A、B均有变化
C.A不变,B有变化D.A有变化,B不变
答案:
C
解析:
白炽灯发出的光为自然光,通过偏振片P后产生偏振光,旋转P,A处光的强度不变,当P与Q的偏振方向一致时B点光的强度最大。
当P与Q的偏振方向垂直时B点光的强度最小,所以选项C正确。
4.P是一偏振片,P的透振方向(用带箭头的实线表示)为竖直方向。
下列四种入射光束中哪几种照射P时能在P的另一侧观察到透射光?
( )
A.太阳光B.沿竖直方向振动的光
C.沿水平方向振动的光D.沿与竖直方向成45°角振动的光
答案:
ABD
解析:
只要光的振动方向不与偏振片的透振方向垂直,光都能通过偏振片。
太阳光、沿竖直方向振动的光、沿与竖直方向成45°角振动的光均能通过偏振片。
5.如图所示,电灯S发出的光先后经过偏振片A和B,人眼在P处迎着入
射光方向,看不到光亮,则( )
A.图中a光为偏振光
B.图中b光为偏振光
C.以SP为轴将B转过180°后,在P处将看到光亮
D.以SP为轴将B转过90°后,在P处将看到光亮
答案:
BD
解析:
自然光沿各个方向发散是均匀分布的,通过偏振片后,透射光是只有沿着某一特定方向振动的光。
从电灯直接发出的光为自然光,则A错;它通过A偏振片后,即变为偏振光,则B对;设通过A的光沿竖直方向振动,若B偏振片只能通过沿水平方向振动的偏振光,则P点无光亮,将B转过180°时,P处仍无光亮,即C错;若将B转过90°,则该偏振片将变为能通过竖直方向上振动的光,则偏振光能通过B,即在P处有光亮,D对。
二、非选择题
6.将手电筒射出的光照到平面镜上,发生反射后,再用偏振片观察反射光,发现旋转偏振片时有什么现象?
说明什么?
答案:
当旋转偏振片时,观察到旋转偏振片时亮度变化,说明反射光是偏振光。
7.如图所示,杨氏双缝实验中,下述情况能否看到干涉条纹?
简单说明理由。
(1)在单色自然光源S后加一偏振片P。
(2)在
(1)情况下,再加P1、P2,P1与P2透射光方向垂直。
答案:
(1)能。
到达S1、S2的光是从同一线偏振光分解出来的,它们满足相干条件,能看到干涉条纹,且由于线偏振片很薄,对路程差的影响可忽略,干涉条纹的位置与间距和没有P时基本一致,只是强度由于偏振片的吸收作用而减弱。
(2)不能。
由于从P1、P2射出的光方向相互垂直,不满足干涉条件,故光屏E被均匀照亮,但无干涉现象。
能力提升
一、选择题(1题为单选题,2~4题为多选题)
1.一束光由真空入射到平面玻璃上,当其折射角为30°时,反射光和折射光恰好是振动方向互相垂直的偏振光。
因此,可以推断出玻璃的折射率为( )
A.
B.
C.
D.
答案:
B
解析:
由题意推断此时的入射角为60°,根据公式n=
=
。
2.“假奶粉事件”曾经闹得沸沸扬扬,奶粉的碳水化合物(糖)的含量是一个重要指标,可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度,从而鉴定糖量。
偏振光通过糖水溶液后,偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度α,这一角度α称为“旋光度”,α的值只与糖溶液的浓度有关,将α的测量值与标度值相比较,就能确定被测样品的含糖量了,如图所示,S是自然光源,A、B是偏振片,转动B,使到达O处的光最强,最后将被测样品P置于A、B之间,则下列说法中正确的是( )
A.到达O处光的强度会明显减弱
B.到达O处光的强度不会明显减弱
C.将偏振片B转动一个角度,使得O处光强度最大,偏振片B转过的角度等于α
D.将偏振片A转动一个角度,使得O处光强度最大,偏振片A转过的角度等于α
答案:
ACD
解析:
A、B之间不放糖溶液时,自然光通过偏振片A后,变成偏振光,通过B后到O.当在A、B间放糖溶液时,由于溶液的旋光作用,使通过A的偏振光振动方向转动了一定角度,到达O处的光强会明显减弱;但当B转过一个角度,恰好使透振方向与经过糖溶液后的偏振光振动方向一致时,O处光强又为最强,故B的旋转角度即为糖溶液的旋光度;因为A、B的偏振方向一致,故转动偏振片A也可以。
3.如图所示,一玻璃柱体的横截面为半圆形,让太阳光或白炽灯光通过狭缝S形成细光束从空气射向柱体的O点(半圆的圆心),产生反射光束1和透射光束2。
现保持入射光不变,将半圆柱绕通过O点垂直于纸面的轴线转动,使反射光束1和透射光束2恰好垂直。
在入射光线的方向上加偏振片P,偏振片与入射光线垂直,其透振方向在纸面内,这时看到的现象是( )
A.反射光束1消失
B.透射光束2消失
C.反射光束1和透射光束2都消失
D.偏振片P以入射光线为轴旋转90°角,透射光束2消失
答案:
AD
解析:
自然光射到界面上,当反射光与折射光垂直时,反射光和折射光的偏振方向相互垂直,且反射光的偏振方向与纸面垂直,折射光的透振方向与纸面平行,因此当在入射光线方向垂直放上透振方向在纸面内的偏振片P时,因垂直于纸面无光;反射光束1消失,A正确,B,C均错误;偏振片转动90°,平行于纸面内的光消失,则透射光束2消失,D正确。
4.如图所示是一种利用温度敏感光纤测量物体温度的装置,一束偏振光射入光纤,由于温度的变化,光纤的长度、芯径、折射率发生变化,从而使偏振光的偏振方向发生变化,光接收器接收的光强度就会变化。
关于这种温度计的工作原理,正确的说法是( )
A.到达检偏器的光的偏振方向变化越大,光接收器所接收的光强度就会越小,表示温度变化越大
B.到达检偏器的光的偏振方向变化越小,光接收器所接收的光强度就会越小,表示温度变化越小
C.到达检偏器的光的偏振方向变化越小,光接收器所接收的光强度就会越大,表示温度变化越小
D.到达检偏器的光的偏振方向变化越大,光接收器所接收的光强度就会越大,表示温度变化越大
答案:
AC
解析:
温度变化越大,光纤的各个物理参量变化越大,光的偏振方向变化越大,光接收器接收的光强度会越小。
二、非选择题
5.一束光由真空入射到平面玻璃上,当其折射角为30°时,反射光恰好发生完全偏振(反射光线与折射光线垂直),由此可以计算出玻璃的折射率是多少?
此时的入射角称为起偏角,也叫布儒斯特角,试求折射率为n的介质的布儒斯特角的通用表达式。
答案:
θ1=arctann
解析:
光由空气进入玻璃,光路图如图所示,根据折射定律可得n=
,而θ1+θ2=90°
所以n=
=cotθ2
由题意知θ2=30°
n=cot30°=
所求的布儒斯特角为θ1,所以由n=
=tanθ1
可得表达式为θ1=arctann
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