2019-2020学年高中物理第十三章光5光的衍射课后检测含解析新人教版选修3-4

2019-2020学年高中物理第十三章光5光的衍射课后检测含解析新人教版选修3-4

‎ 5　光的衍射 记一记 光的衍射知识体系 ‎1个现象——光的衍射 ‎1个条件——发生明显衍射的条件 辨一辨 ‎1.衍射和干涉条纹都是明暗相间的，所以二者是一样的．(×)‎ ‎2．所有光都能发生衍射现象．(√)‎ ‎3．红光比紫光更容易发生明显衍射现象．(√)‎ ‎4．显微镜的镜头越小其分辨本领越低．(√)‎ ‎5．多缝干涉的结果使光栅衍射的宽度比单缝衍射时更宽．(×)‎ ‎6．光栅的衍射图样是单缝衍射和多缝干涉的共同结果．(√)‎ 想一想 ‎1.单缝的宽度会对衍射现象产生怎样的影响？‎ 提示：单缝宽度越小，衍射现象越明显，但衍射条纹的亮度越小．‎ ‎2．为什么通过光栅后得到的条纹与双缝干涉条纹不同？‎ 提示：双缝干涉是由于干涉光源通过双缝后叠加产生的，通过光栅后在光屏上叠加的光具有同频率及相位差恒定的干涉特点，产生多缝干涉，也有单缝衍射．因此，其条纹是多缝干涉和单缝衍射条纹共同的结果，不同于双缝干涉条纹．‎ ‎3．用单色光照射小孔，随着圆孔的逐渐减小，屏上先后有何变化？‎ 提示：圆形亮斑→光源倒立的像(小孔成像)→明暗相间的圆环(衍射图样)．‎ 思考感悟：　‎ ‎　‎ ‎　‎ ‎　练一练 ‎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(灯丝或灯管都要平行于狭缝)，可以看出(　　)‎ A．黑白相间的直条纹 B．黑白相间的弧状条纹 C．彩色的直条纹 D．彩色弧状条纹 解析：白炽灯(或日光灯管)发出的光是复色光，其中各种色光的波长不同，产生的单缝衍射的图样中条纹宽度和间距都不相同，因此各单色亮或暗纹不能完全重叠在一起，所以成为彩色条纹，因是狭缝，所以是彩色直条纹，故C项正确，A、B、D三项错误．‎ 答案：C ‎2．关于衍射，下列说法错误的是(　　)‎ 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．一切波都能发生衍射现象 D．影的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实 - 9 -‎ 解析：衍射图样是很复杂的光波叠加现象，双缝干涉中光通过三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．‎ 答案：D ‎3．用某种单色光源垂直照射带有圆孔的不透明障碍板，下列几种情况中，在障碍板后面暗箱中的屏上各看到什么现象？‎ ‎(1)小孔的直径为‎1 cm.‎ ‎(2)小孔的直径为‎1 mm.‎ ‎(3)小孔的直径为0.5 μm.‎ 解析：(1)当圆孔的直径为‎1 cm时，在光屏上只能看到与圆孔形状相似的亮斑，这是光沿直线传播的结果．‎ ‎(2)当圆孔的直径为‎1 mm时，在光屏上能看到单色光源倒立的像．这是小孔成像，也是光沿直线传播的结果．‎ ‎(3)当圆孔的直径为0.5 μm时，在光屏上能看到衍射图样，这是由于小孔的尺寸与光波的波长差不多，光发生明显衍射的结果．‎ 答案：见解析 要点一 光的衍射 ‎1.(多选)在单缝衍射实验中，下列说法中正确的是(　　)‎ A．将入射光由黄色换成绿色，衍射条纹间距变窄 B．使单缝宽度变小，衍射条纹间距变窄 C．换用波长较长的光照射，衍射条纹间距变宽 D．增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距变宽 解析：当单缝宽度一定时，波长越长，衍射现象越明显，即光偏离直线传播的路径越远，条纹间距也越大；当光的波长一定时，单缝宽度越小，衍射现象越明显，条纹间距越大；光的波长一定、单缝宽度也一定时，增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距也会变宽，如图．故A、C、D三项正确．‎ 答案：ACD ‎2．(多选)关于光的衍射现象，下列说法中正确的是(　　)‎ A．只有障碍物或孔的尺寸可以跟光波波长相比甚至比光的波长还要小的时候，才能产生明显的光的衍射现象 B．光的衍射现象是光波相互叠加的结果 C．光的衍射现象否定了光的直线传播的结论 D．光的衍射现象说明了光具有波动性 解析：光的干涉和衍射现象说明光具有波动性，而小孔成像说明光沿直线传播，而要出现小孔成像现象，孔不能太小，可见光的直线传播规律只是特殊情况，只有在光波波长比障碍物小得多的情况下，光才可以看做是直线前进的，所以光的衍射现象和直线传播并不矛盾，它们是在不同条件下出现的两种光现象．‎ 答案：ABD ‎3．如图所示是4幅明暗相间的条纹图样，分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮纹)．则下面的四幅图从左到右排列，亮条纹的颜色依次是(　　)‎ - 9 -‎ A．红　黄　蓝　紫　　　　B．红　紫　蓝　黄 C．蓝　紫　红　黄 D．蓝　黄　红　紫 解析：双缝干涉条纹是等间距的条纹，单缝衍射条纹是中间最宽、两边越来越窄的条纹，因此1、3是干涉条纹，2、4是衍射条纹．干涉条纹中，光的波长越长，条纹越宽，因此1是红光，3是蓝光．同一单缝衍射中，波长越长，条纹越宽，因此2是紫光，4是黄光．‎ 答案：B ‎4．分析以下现象产生的原因：‎ ‎(1)通过盛水的玻璃杯，在适当的角度可以看到彩色光．‎ ‎(2)菜汤上的油花呈现彩色．‎ ‎(3)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，产生色散，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，两列反射光相互叠加，产生干涉条纹，因此菜汤上的油花呈现彩色．‎ ‎(3)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．这样我们就可以看到花布的图样．‎ 答案：见解析 要点二 圆孔和不透光圆盘的衍射 ‎5.在一次观察光的衍射的实验中，观察到如图所示的清晰的明暗相间的图样，那么障碍物应是(黑线为暗线)(　　)‎ 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．很大的不透明的圆板 D．很大的中间有小圆孔的不透明的圆板 解析：图样为清晰的衍射图样，故B项错误；图样中心为亮斑，说明障碍物为D；若为A，则中央有一个小亮点，亮点外为大暗环；若为C，则图样为大暗斑，只是边缘稍模糊．‎ 答案：D ‎6．障碍物或孔的尺寸不同，光的一些行为有所不同，光的波长不同，发生的一些光行为也不同，下列说法中正确的是(　　)‎ A．波长越长的光，越容易发生衍射，因此要提高光学仪器的分辨率应尽量使用波长大的光或口径小的透镜 B．波长越短的光，衍射越不明显，越容易沿直线传播，因此遥感卫星应尽可能利用波长短的光 C．小孔成像的原理是光的直线传播，小孔衍射的原理也是光的直线传播 D．小孔成像遵守光路可逆原理，单缝衍射和双缝干涉不遵守光路可逆 解析：提高光学仪器的分辨本领应减少衍射影响，所以要利用波长短的光或口径大的透镜，故A项错误；卫星遥感要克服大气层对光的遮挡作用，因此应使用波长长的红外线，故B项错误；小孔衍射是一种衍射现象，不遵守光的直线传播规律，也不遵守光路可逆原理，故C项错误，D项正确．‎ 答案：D ‎7．用单色光分别通过小圆盘与小圆孔做衍射实验时，在光屏上得到衍射图样，它们的特点是(　　)‎ A．用前者做实验时中央是暗的，用后者做实验时中央是亮的 B．用前者做实验时中央是亮的，用后者做实验时中央是暗的 - 9 -‎ C．中央均为亮点的同心圆形条纹 D．中央均为暗点的同心圆形条纹 解析：小孔衍射和圆盘衍射，图样中央均为加强点，故中央均为亮点，周围是以亮点为圆心的圆形条纹，故C项正确，A、B、D三项错误．‎ 答案：C ‎8．如图中，甲、乙两幅图是由单色光分别入射到圆孔而形成的图象，其中图甲是光的________(选填“干涉”或“衍射”)图象．由此可以判断出图甲所对应的圆孔的孔径________(选填“大于”或“小于”)图乙所对应的圆孔的孔径．‎ 解析：甲中出现明暗相间的条纹，是衍射现象，乙中出现圆形亮斑．只有障碍物或孔的尺寸比光波波长小或跟波长相差不多时，才能发生明显的衍射现象．图甲是光的衍射图样，由于光波波长很短，约在10－‎7 m数量级，所以图甲对应的圆孔的孔径比图乙所对应的圆孔的孔径小，图乙的形成可以用光的直线传播解释．‎ 答案：衍射　小于 - 9 -‎ 基础达标 ‎1.(多选)关于光的衍射现象，下列说法正确的是(　　)‎ 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．光照到不透明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 解析：单色光照到狭缝上产生的衍射图样是明暗相间的直条纹．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会变得模糊，正是光的衍射造成的，不能认为不存在衍射现象．‎ 答案：AC ‎2．关于光的干涉和衍射现象，下列说法正确的是(　　)‎ A．光的干涉现象遵循波的叠加原理，衍射现象不遵循波的叠加原理 B．光的干涉条纹是彩色的，衍射条纹是黑白相间的 C．光的干涉现象说明光具有波动性，光的衍射现象不能说明这一点 D．光的干涉和衍射现象都是光波叠加的结果 解析：光的干涉现象和光的衍射现象都是波的特有现象，都是光波叠加的结果；光的干涉条纹是彩色的，光的衍射条纹也是彩色的，只是条纹间距特点及亮度特点不同而已．‎ 答案：D ‎3．如图为红光或紫光通过双缝或单缝所呈现的图样，则(　　)‎ A．甲为紫光的干涉图样 B．乙为紫光的干涉图样 C．丙为红光的干涉图样 D．丁为红光的干涉图样 解析：对于干涉条纹，明条纹和暗条纹在比较多的条数之内都保持宽度相等，且波长越大，条纹越宽；对于衍射条纹，条纹宽度中间大，两边逐渐减小．由于红光波长大于紫光波长，故红光条纹比紫光条纹宽，因此甲是红光干涉图样，乙是紫光干涉图样，丙是红光衍射图样，丁是紫光衍射图样，故B项正确，A、C、D三项错误．‎ 答案：B ‎4．下列说法不正确的是(　　)‎ A．当光的波长比圆孔的直径大时，可以产生明显的衍射现象 B．衍射现象的研究结果表明“光沿直线传播”只是一种近似规律 C．用平行的单色光垂直照射不透明的小圆板，在圆板的后面发现圆板阴影中心处有一亮斑，这是光的干涉现象 D．隔着帐幔看远处的灯，见到灯周围辐射彩色的光芒，这是光的衍射现象 解析：产生明显衍射现象的条件是光波的波长与障碍物的尺寸相近，而一般物体的尺寸比光波的波长大得多，故A、B两项正确；用平行的单色光垂直照射不透明的小圆板，在圆板的后面发现圆板阴影中心处有一亮斑，这是著名的泊松亮斑，是光的衍射现象，C项错误；远处灯发出的光经过帐幔的缝隙产生衍射，因此可见灯周围辐射彩色的光芒，D项正确．‎ 答案：C ‎5．孔雀开屏时羽毛上形成闪烁绚丽的色彩，瀑布在阳光下呈现的彩虹以及通过狭缝观察发光的日光灯时看到的彩色条纹，这些现象分别属于(　　)‎ A．光的干涉、色散和衍射现象 B．光的干涉、衍射和色散现象 C．光的衍射、色散和干涉现象 D．光的衍射、干涉和色散现象 - 9 -‎ 解析：孔雀细密的羽毛就像有规律地排列在一起的反射光栅，使多束反射光相互干涉．瀑布溅起的小水滴相当于棱镜，在阳光下呈现的彩虹是色散现象．通过狭缝观察发光的日光灯时看到的彩色条纹是光的衍射现象，故A项正确．‎ 答案：A ‎6．某同学使用激光器作光源，在不透光的挡板上开一条缝宽为‎0.05 mm的窄缝，进行光的衍射实验，如图所示，则他在光屏上看到的条纹是(　　)‎ 解析：单缝衍射条纹中间宽，两侧越来越窄，又由于单缝是水平的，衍射条纹也是水平的，故B项正确．‎ 答案：B ‎7．春季我国沙尘天气较多，沙尘暴是由于土地沙化引起的一种恶劣的气象现象．发生沙尘暴时能见度只有几十米，天空变黄发暗，这是由于在这种情况下(　　)‎ 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．没有光能够到达地面 解析：发生沙尘暴时，由于沙尘悬浮在空中，只有波长较长的一部分光通过衍射才能到达地面．故B项正确．‎ 答案：B ‎8．单色光源发出的光经一狭缝，照射到光屏上，在图中可观察到的图象是(　　)‎ 解析：光的双缝干涉条纹是等间距、等宽度的明暗相间的条纹，而在光的单缝衍射图样中，中间是宽度最大最亮的亮条纹，在中央条纹两边的亮条纹宽度越来越小，亮度也越来越低，故A项正确．‎ 答案：A ‎9．下列现象中，属于光的衍射的是(　　)‎ A．雨后天空出现彩虹 B．通过一个狭缝观察日光灯可看到彩色条纹 C．海市蜃楼现象 D．日光照射在肥皂膜上出现彩色条纹 解析：本题考查光的衍射现象，意在考查考生对衍射现象的基本理解．雨后的彩虹是光的色散，故A项错误；通过一个狭缝观察到的彩色条纹属于光的衍射，故B项正确；海市蜃楼是全反射和折射，故C项错误；日光下的肥皂膜出现的彩色条纹是薄膜干涉现象，故D项错误．‎ 答案：B ‎10．观察单缝衍射现象时，把缝宽由‎0.2 mm逐渐增大到‎0.8 mm，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 - 9 -‎ D．以上现象都不会发生 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，故A项正确．‎ 答案：A ‎11．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 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是小孔衍射图样．‎ 答案：D ‎12．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带孔的屏，在圆孔从较大调至完全闭合的过程中，在光屏上看到的现象是(　　)‎ 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．先是圆形亮环，然后圆形亮区，最后完全黑暗 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，在光屏上得到圆形亮斑；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，光屏上将出现明、暗相间的亮环，当孔继续减少到完全闭合，没有光到达光屏上时，光屏上完全黑暗．‎ 答案：B 能力达标 ‎13.抽制细丝时可以用激光监控其粗细，如图所示，激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板上的一条同样宽度的窄缝规律相同，则(　　)‎ ‎①这是利用光的干涉现象　②这是利用光的衍射现象 ‎③如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝粗了　④如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝细了 A．①③ B．②④‎ C．①④ D．②③‎ 解析：本题考查发生明显衍射现象的条件，上述现象符合光的明显衍射现象产生的条件，故②正确；由明显衍射现象产生的条件可知：丝越细衍射现象越明显，故④正确．‎ 答案：B ‎14．用点光源发出的光照射一个障碍物，在屏上形成的阴影的边缘部分模糊不清，产生的原因是(　　)‎ A．光的反射 B．光的折射 C．光的干涉 D．光的衍射 - 9 -‎ 解析：光发生衍射后会分散在一个区域内，这个区域都有部分光到达也就会出现不明不暗模糊不清的现象．‎ 答案：D ‎15．(多选)平行光通过小孔得到的衍射图样和泊松亮斑比较，下列说法中正确的有(　　)‎ A．在衍射图样的中心都是亮斑 B．泊松亮斑中心亮点周围的暗环较宽 C．小孔衍射的图样的中心是暗斑，泊松亮斑图样的中心是亮斑 D．小孔衍射图样中亮、暗条纹间的间距是均匀的，泊松亮斑图样中亮、暗条纹间的间距是不均匀的 解析：小孔衍射的图样是中心亮点，向外依次为明暗相间的环状条纹；泊松亮斑的图样是中心亮点，向外是圆板的黑影，再向外是明暗相间的环状条纹．‎ 答案：AB ‎16．让烛光照射到一块遮光板上，板上有一个可自由收缩的三角形孔，当此三角形孔缓慢地由大收缩变小直到闭合时，试分析在孔后的屏上将先后出现的现象(遮住侧面光)．‎ 解析：当三角形孔较大时，由于光的直线传播，屏上出现一个三角形光斑，如图甲所示；随着三角形缓慢地收缩，光斑逐渐变小，当三角形孔小到一定程度时，由于小孔成像，屏上会出现倒立的烛焰，如图乙所示；继续使三角形孔缓慢收缩，可以观察到小孔衍射图样；当孔闭合时，屏上就会一片黑暗．‎ 答案：见解析 - 9 -‎ - 9 -‎