2020学年高中物理 第13章 光 3 光的干涉课时作业 新人教版选修3-4

2020学年高中物理 第13章 光 3 光的干涉课时作业 新人教版选修3-4

‎3　光的干涉 ‎ A组(15分钟)‎ ‎1.下列关于双缝干涉实验的说法中正确的是(　　)‎ A.单缝的作用是获得频率保持不变的相干光源 B.双缝的作用是获得两个振动情况相同的相干光源 C.频率相同、相位差恒定的两列单色光能够产生干涉现象 D.照射单缝的单色光的频率越高,光屏上出现的条纹宽度越宽 解析:在杨氏双缝干涉实验中,单缝的作用是获得一个线光源,双缝的作用是获得两个振动情况完全相同的光源,故选项A错误,B正确;频率相同、相位差恒定的两列光可以发生干涉现象,选项C正确;由c=λf可得λ=,频率越高,波长越短,条纹间距越窄,选项D错误。‎ 答案:BC ‎2.关于光的干涉,下列说法中正确的是(　　)‎ A.只有频率相同的两列光波才能产生干涉 B.频率不同的两列光波也能产生干涉现象,只是不稳定 C.两个完全相同的相干光源做双缝干涉实验时,从两个狭缝到达屏上的路程差是光波长的整数倍时出现亮条纹 D.两个完全相同的相干光源做双缝干涉实验时,从两个狭缝到达屏上的路程差是光波长的奇数倍时出现暗条纹 解析:发生干涉现象时两列光的频率必须相同,选项A正确;频率不同不能产生干涉,而不是干涉不稳定,选项B错误;干涉发生时出现亮条纹的条件是路程差是波长的整数倍或者半波长的偶数倍,选项C正确;干涉发生时出现暗条纹的条件是路程差是半波长的奇数倍,选项D错误。‎ 答案:AC ‎3.‎ 如图所示,用频率为f的单色光垂直照射双缝,在光屏上的P点出现第3条暗条纹,已知光速为c,则P点到双缝距离之差S2P-S1P应为(　　)‎ ‎　　　　　　　　　　　　　　　　‎ A. B. C. D.‎ 解析:单色光的波长为λ=,又P点出现第3级暗条纹,即S2P-S1P=3×,选项B正确。‎ 答案:B ‎4.‎ 某同学自己动手利用如图所示的器材,观察光的干涉现象,其中,A为单缝屏,B为双缝屏,C为像屏。当他用一束阳光照射到A上时,屏C上并没有出现干涉条纹。他移走B后,C上出现一窄亮斑。分析实验失败的原因,最大的可能是(　　)‎ A.单缝S太窄 B.单缝S太宽 C.S到S1和S2距离不等 D.太阳光不能作光源 解析:本实验中,单缝S应非常窄,才可看作“理想线光源”,也才能成功地观察到干涉现象,移走B屏后,在C上出现一窄亮斑,说明单缝S太宽,故B正确,A错误;S到S1和S2距离不等时,也能出现干涉条纹,但中央不一定是亮纹,C错误;太阳光可以作光源,屏上将出现彩色条纹,D错误。‎ 答案:B ‎5.‎ 研究光的双缝干涉的示意图如图所示,挡板上有两条狭缝S1、S2,由S1和S2发出的两列波到达屏上时会产生干涉条纹。已知入射激光的波长为λ,屏上的P点到两缝S1和S2的距离相等,如果把P处的亮条纹记作第0号亮条纹,由P向上数,与0号亮条纹相邻的亮条纹为1号亮条纹,与1号亮条纹相邻的亮条纹为2号亮条纹,则P1‎ 处的亮条纹恰好是10号亮条纹。设直线S1P1的长度为r1,S2P1的长度为r2,则r2-r1等于(　　)‎ A.9λ B.10λ C.11λ D.10.5λ 解析:由题设可知,从中央亮条纹P算起,P1点处是第10号亮条纹的位置,表明缝S1、S2到P1处的距离差r2-r1为波长的整数倍,且刚好是10个波长,所以选项B正确。‎ 答案:B ‎6.‎ 用波长为λ的单色光照射单缝O,经过双缝M、N在屏上产生明暗相间的干涉条纹,如图所示,图中a、b、c、d、e为相邻亮纹的位置,c为中央亮条纹,则(　　)‎ A.O到达a、b的路程差为零 B.M、N到达b的路程差为λ C.O到达a、c的路程差为4λ D.M、N到达e的路程差为2λ 解析:振动一致的两光源在空间发生干涉,得到亮条纹的条件满足Δx=nλ(n=0,1,2,3,…)。‎ 答案:BD ‎7.‎ 如图所示,在杨氏双缝干涉实验中,激光的波长为5.30×10‎-7 m,屏上P点距双缝S1和S2的路程差为7.95×10‎-7 m。则在这里出现的应是　　　　　　(选填“明条纹”或“暗条纹”)。现改用波长为6.30×10‎-7 m的激光进行上述实验,保持其他条件不变,则屏上的条纹间距将　　　　(选填“变宽”“变窄”或“不变”)。‎ 解析:根据路程差Δx=S2P-S1P=7.95×10‎-7 m=·3,故路程差为半波长的奇数倍,故P处为暗条纹。改用波长为6.30×10‎-7 m的激光进行实验,则波长变长,条纹间距变宽。‎ 答案:暗条纹　变宽 ‎8.导学号38190089‎ 如图所示,在双缝干涉实验中,若用λ=5×10‎-7 m 的光照射,屏上O点是中央亮条纹,屏上A点为第二级亮条纹所在处。若换用λ2=4×10‎-7 m的光照射时,屏上O点处是什么情况?屏上A点处又是什么情况?‎ 解析:从双缝到屏上O点的距离之差,无论用何种频率的光入射,路程差总是零。所以O点仍然是亮条纹。‎ 从双缝到屏上A点的路程差d=S‎2A-S‎1A,用λ1光入射时为第二级亮条纹,即d=2λ1,‎ 代入数据d=10×10‎-7 m,这个路程差10×10‎-7 m对于λ2的光波来说=2.5,‎ 即为波长的奇数倍,A处为暗条纹 由于d=(2k+1)(k=0,±1,±2,…)‎ 故10×10‎-7 m=(2k+1) m,即k=2,‎ 当k=0时为第一级暗条纹,所以当k=2时应为第三级暗条纹。‎ 答案:亮条纹　第三级暗条纹 B组(15分钟)‎ ‎1.对两列光波在空中叠加,以下说法中正确的是(　　)‎ A.不同颜色的光有可能发生干涉现象 B.不同颜色的光不可能发生干涉现象 C.光的强度不同有可能发生干涉现象 D.光的强度不同不可能发生干涉现象 E.光的强度相同不一定会发生干涉 解析:‎ 两列光波叠加是否发生干涉现象关键看两列光波是否是相干光,即是否满足频率相同、相位差恒定的条件,不同颜色的光频率不同,所以不可能发生干涉现象,故选项B正确,A错误;光的强度不同,但仍有可能满足相干条件,也就是有可能发生干涉现象,故选项C正确,D错误;光的强度相同时频率不一定相同,相位差也不一定恒定,故选项E正确。‎ 答案:BCE ‎2.如图所示,单色光双缝干涉实验某一时刻的波形,实线表示波峰,虚线表示波谷。在此时刻,介质中A点为波峰相叠加点,B点为波谷相叠加点,A、B连线上的C点为某中间状态相叠加点。如果把屏分别放在A、B、C三个位置,那么(　　)‎ A.A、B、C三个位置都出现亮条纹 B.B位置处出现暗条纹 C.C位置出现亮条纹或暗条纹要由其他条件决定 D.以上结论都不对 解析:在干涉现象中,所谓“振动加强的点”是指两列波在该点引起的振动方向总是相同,该点的振幅是两列波的振幅之和,而不要理解为该点始终处于波峰或波谷,在某些时刻它也可以位于平衡位置(如题图中C点)。所谓“振动减弱的点”是指两列波在该点引起的振动方向总是相反的,该点的振幅是两列波的振幅之差,如果两列波的振幅相同,则该点始终在平衡位置。对光波而言,该点是完全暗的。‎ 答案:A ‎3.‎ 双缝干涉实验装置如图所示,绿光通过单缝S后,投射到具有双缝的挡板上,双缝S1和S2与单缝S的距离相等,光通过双缝后在与双缝平行的屏上形成干涉条纹。屏上O点到两缝的距离相等,P点是距O点最近的第一条亮条纹。已知红光、绿光和蓝光三种色光比较,红光的波长最长,蓝光的波长最短,那么如果将入射的单色光换成红光或蓝光,讨论屏上O点及其上方的干涉条纹情况,下列叙述正确的是(　　)‎ A.O点出现红光的亮条纹 B.红光的第一条亮条纹在P点的上方 C.O点不出现蓝光的亮条纹 D.蓝光的第一条亮条纹在P点的上方 解析:中央O点到S1、S2的路程差为零,所以换不同颜色的光时,O点始终为亮条纹,选项A正确,C错误;波长越长,条纹间距越宽,所以红光的第一条亮条纹在P点上方,蓝光的第一条亮条纹在P点下方,选项B正确,D错误。‎ 答案:AB ‎4.‎ 双缝干涉部分实验装置如图所示,调整实验装置使得像屏上可以看到清晰的干涉条纹。关于干涉条纹的情况,下列叙述正确的是(　　)‎ A.若将像屏向右平移一小段距离,屏上仍有清晰的干涉条纹 B.若将像屏向左平移一小段距离,屏上的干涉条纹将不会发生变化 C.若将像屏向上平移一小段距离,屏上仍有清晰的干涉条纹 D.若将像屏向上平移一小段距离,屏上的干涉条纹将不会发生变化 解析:双缝干涉发生后,并不只在有光屏处有干涉图样,而是在双缝右侧的空间,只要通过双缝后两列光在相遇的地方叠加都能发生光的干涉现象,并且在新的位置仍很清晰,A、C、D正确。‎ 答案:ACD ‎5.导学号38190090光纤通信是70年代以后发展起来的新兴技术,世界上许多国家都在积极研究和发展这种技术。发射导弹时,可在导弹后面连一根细如蛛丝的光纤,就像放风筝一样,这种纤细的光纤在导弹和发射装置之间,起着双向传输信号的作用。光纤制导的下行光信号是镓铝砷激光器发出的在纤芯中波长为0.85 μm的单色光。上行光信号是铟镓砷磷发光二极管发射的在纤芯中波长为1.06 μm的单色光。这种操纵系统通过这根光纤向导弹发出控制指令,导弹就如同长“眼睛”一样盯住目标。根据以上信息,回答下列问题:‎ ‎(1)在光纤制导中,上行光信号在真空中波长是多少?‎ ‎(2)为什么上行光信号和下行光信号要采用两种不同频率的光?(已知光纤纤芯的折射率为1.47)‎ 解析:(1)设信号频率为f,真空中的波长为λ0,c=λ‎0f,光在纤芯中的频率仍为f,波长为λ,则光在纤芯中的速度v=λf,又n=,可以得出λ0=nλ=1.47×1.06 μm=1.56 μm。‎ ‎(2)上行光信号和下行光信号的频率相同,将发生干涉现象而互相干扰。‎ 答案:(1)1.56 μm　(2)见解析 ‎6.导学号38190091‎ 如图所示,在双缝干涉实验中,S1和S2为双缝,P是光屏上的一点,已知P点与S1和S2的距离之差为2.1 μm。今分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验,问P点是亮条纹还是暗条纹。‎ ‎(1)已知A光在折射率为n=1.5的介质中波长为4×10‎-7 m。‎ ‎(2)已知B光在某种介质中波长为3.15×10‎-7 m,当B光从这种介质射向空气时临界角为37°。‎ 解析:(1)设光在空气中的波长为λ1,由于在介质中传播时频率不变,所以由n=得λ1=nλ2=1.5×4×10‎-7 m=6×10‎-7 m。由光的路程差Δs=2.1 μm=2.1×10‎-6 m 得N1==3.5。由此可知,从S1、S2到P点的光程差是半波长的奇数倍。故当A光作光源时,P点处为暗条纹。‎ ‎(2)根据临界角与折射率的关系,sin C=,所以n=,所以B光在空气中的波长为λ3=nλ2介=×3.15×10‎-7 m=5.25×10‎-7 m。由光的路程差和波长的关系为N2==4。由此可知,当B光作光源时,P点处为亮条纹。‎ 答案:(1)暗条纹　(2)亮条纹 ‎