2020高中物理 第五章 光的波动性 光的衍射、偏振、色散、激光习题（提高篇）教科版选修3-4

2020高中物理 第五章 光的波动性 光的衍射、偏振、色散、激光习题（提高篇）教科版选修3-4

光的衍射、偏振、色散、激光 一、选择题 ‎1．如图所示，a、b两束光以不同的入射角由介质射向空气，结果有相同的折射角，下列说法正确的是( )．‎ A．b在介质中的折射率比a大 B．若用b光做单缝衍射实验，要比用a时中央条纹更宽 C．用a更易观察到泊松亮斑 D．做双缝干涉实验时，用a光比用b光条纹间距更大 ‎2．如图所示的四个图形中哪个是著名的泊松亮斑的衍射图样( )．‎ ‎3．如图所示的四种明暗相间的条纹，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)．则在下面的四个图中从左往右排列，亮条纹的颜 色依次是( )．‎ A．红黄蓝紫 B．红紫蓝黄 C．蓝紫红黄 D．蓝黄红紫 ‎4．关于自然光和偏振光以下说法正确的是( )．‎ ‎ A．自然光包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，但是沿各个方向振动的光波的强度可以不相同 ‎ B．偏振光是在垂直于传播方向上，只沿着某一特定方向振动的光 ‎ C．自然光透过一块偏振片后就成为偏振光，偏振光透过一块偏振片后又还原为自然光 ‎ D．太阳、电灯等普通光源发出的光都是自然光 ‎5．如图所示，让自然光照射到P、Q两偏振片上，当P、Q两偏振片的透振方向夹角为以下哪些度数时，透射光的强度最弱？( )．‎ ‎ A．0° B．30° C．60° D．90°‎ 6‎ ‎6．水中同一深度排列着四个不同颜色的球．如果从水面上方垂直俯视各球，感觉最浅的是( )．‎ ‎ A．红球 B．黄球 C．绿球 D．紫球 ‎7．如图所示，一束红光和一束蓝光平行入射到三棱镜上，经三棱镜折射后会聚于光屏M上的一点N，这两束单色光分别用a、b表示．对于这两束光的颜色以及在玻璃中的传播速度，下列说法中正确的是( )．‎ ‎ A．a为红光，在玻璃中的传播速度小于b光 ‎ B．a为蓝光，在玻璃中的传播速度小于b光 ‎ C．b为红光，在玻璃中的传播速度小于a光 ‎ D．b为蓝光，在玻璃中的传播整小于于a光 ‎8．如图所示，在水中有一厚度不计的薄玻璃片制成的中空三棱镜，里面是空气，一束白光A从棱镜的左边射入，从棱镜的右边射出了发生了色散，射出的可见光分布在a点和b点之间，则( )．‎ ‎ A．从a点射出的是红光，从b点射出的是紫光 ‎ B．从a点射出的是紫光，从b点射出的是红光 ‎ C．从a点和b点射出的都是红光，从ab中点射出的是紫光 ‎ D．从a点和b点射出的都是紫光，从ab中点射出的是红光 ‎9．如图所示，一细束复色光从空气中射到半球形玻璃体球心O点，经折射分为a、b两束光，分别由P、Q两点射出玻璃体．PP′、QQ′均与过O点的界面法线垂直．设光线a、b在玻璃体内穿行所用的时间分别为、，则等于( )．‎ ‎ A．QQ′: PP′ B．PP′: QQ′ C．OP′: OQ′ D．OQ′: OP′‎ ‎16．如图所示，a和b都是厚度均匀的平玻璃板，它们之间的夹角为，一细光束以入射角α从P0点射入，．已知此光束由红光和蓝光组成，则当光束透过b板后( )．‎ 6‎ ‎ A．传播方向相对于入射光方向向左偏转p角 ‎ B．传播方向相对于入射光方向向右偏转p角 ‎ C．红光在蓝光的左边 ‎ D．红光在蓝光的右边 ‎11．如图所示，一束白色光通过玻璃棱镜发生色散现象，下列说法正确的是( )．‎ ‎ A．红光的偏折最大，紫光的偏折最小 ‎ B．红光的偏折最小，紫光的偏折最大 ‎ C．玻璃对红光的折射率比紫光大 ‎ D．玻璃中紫光的传播速度比红光大 ‎12．如图所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置，P是附有肥皂膜的铁丝圈，S是一点燃的酒精灯，往火焰上撒些盐后，在肥皂膜上观察到的干涉图像应是图中的( )．‎ ‎13．激光发光功率为P，发出的激光在折射率为n的介质中波长为λ，c表示光在真空中的速度，下列说法中正确的是( )．‎ ‎ A．该光在真空中的波长为nλ ‎ B．该光在真空中的波长为天λ/n C．该光的频率为c/λ ‎ D．该光的频率为c/(从nλ)‎ ‎14．关于激光的应用问题，下列说法中正确的是( )．‎ ‎ A．光纤通信是应用激光平行度非常好的特点对信号进行调制，使其在光导纤维中进行传递信息 6‎ ‎ B．计算机内“磁头”读出光盘上记录的信息是应用了激光有相干性的特点来进行的 ‎ C．医学中用激光作“光刀”来切除肿瘤是应用了激光亮度高的特点 ‎ D．“激光测距雷达”利用激光测量很远目标的距离是应用了激光亮度高的特点 二、填空题 ‎15．霓虹是由空中的小水滴对日光的折射、色散、全反射的综合效应所形成的．通常可看到两道弓形彩带，里面一道叫虹，比较明亮；外面一道叫霓，较为暗淡，如图(a)所示．‎ ‎ (1)虹是阳光在水滴内经二次折射、一次全反射形成的，如图(b)所示，从内到外色序的排列是_______；‎ ‎ (2)霓是阳光在水滴内经二次折射、二次全反射形成的，如图(c)所示，从内到外色序的排列是_______．‎ ‎16．某脉冲激光器耗电功率2×103 W，每秒输出10个光脉冲，每个光脉冲输出的时间为10－8 s，携带的能量为0.2 J，每个光脉冲的功率为________W，该激光器将电能转化为激光能量的效率为________．‎ 三、解答题 ‎17．一般认为激光器发出的是频率为v的“单色光”，实际上它的频率并不是真正单一的，激光频率v是它的中心频率，它所包含的频率范围是△v(也称频率宽度)，让单色光照射到薄膜表面，一部分从前表面反射回来(这部分称为甲光)，其余的进入薄膜内部，其中的一小部分从薄膜后表面反射回来，并从前表面射出(这部分称为乙光)。甲、乙这两部分光叠加而发生干涉，称为薄膜干涉．乙光比甲光相比，要多在薄膜中传播一小段时间△t．理论和实践都证明，能观察到明显的干涉现象的条件是：△t的最大值△tm与△v的乘积近似等于1，即只有满足，才会观察到明显的稳定的干涉现象．‎ 已知某红宝石激光器发出的激光v＝4.32×1014 Hz，它的频率宽度△v＝8.0×109Hz．让这束单色光由空气斜射到折射率n＝的薄膜表面，射入时与薄膜表面成45°角，如图所示．‎ ‎ (1)求从O点射入薄膜中的光线的传播方向及传播速率．‎ ‎ (2)估算在上图所示的情景下，能观察到明显稳定的干涉现象的薄膜的最大厚度dm．‎ ‎【答案与解析】‎ 一、选择题 ‎1．【答案】B 6‎ ‎【解析】由题可知，a光的折射率大，故A项错误；a、b两光a光的频率高，即a光波长小于b光波长，故B项正确，C、D两项错误．‎ ‎2．【答案】B ‎3．【答案】B ‎【解析】从题中图样可以看出从左数1、3为干涉图样，由可知，左数第一个为红光的干涉图样，第3个为蓝光的干涉图样，2、4为衍射图样，第4图衍射明显，故4应为黄光的衍射图样，故应选B项．‎ ‎4．【答案】B、D ‎【解析】太阳光、灯光是自然光．‎ ‎5．【答案】D ‎【提示】两偏振片透振方向相同时透过的偏振光最强，两偏振片透振方向垂直时几乎没有偏振光透过．‎ ‎6．【答案】D ‎【解析】设球的实际深度为h，人感觉的深度为h′，根据视深公式可知，由于水对紫光的折射率最大，故紫球看起来最浅，故选D．‎ ‎7．【答案】B ‎8．【答案】B ‎【解析】光从左边界面入射后，发生折射现象，此时光从光密介质射向光疏介质，由于水对紫光的折射率比对红光的大，所以在入射角相同的情况下，折射角不同，紫光的折射角大于红光，故a为紫光，b为红光．‎ ‎9．【答案】A ‎10．【答案】D ‎【解析】光线通过玻璃板后，方向不变但发生侧向位移，光频率越高，折射率越大，侧向位移越大．红光频率小于蓝光，所以蓝光侧向位移大，第一次透过玻璃板a后红光位于蓝光右边(如图所示)，当光线射到b上时，由于，由几何关系知光线从法线左侧入射．侧移情况与a相似，红光仍在蓝光右边，且两者间距加大，故选D．‎ ‎11．【答案】B ‎12．【答案】D ‎【解析】酒精灯发出的光在肥皂膜前后两个表面上反射后叠加，形成干涉图样，两列反射光叠加时的光程差与肥皂膜的厚度有关，相同厚度处光程差相同，而同一条明条纹(或暗条纹)上光程差也相同，肥皂膜竖起时同一水平线的膜厚度相同．故肥皂膜上的明(暗)条纹是一些水平的平行直线，即正确答案为D．‎ ‎13．【答案】A、D 6‎ ‎【解析】注意光从一种介质进入另一种介质时，频率不会发生变化，对激光也是一样．由于速度变化的原因，波长会相应变化，对同一频率的光它在真空中的波长应大于在介质中的波长．‎ ‎14．【答案】C ‎【解析】由激光的特点及应用可知光纤通信主要利用激光的相干性，A项错误．计算机内的“磁头”读出光盘上的信息主要应用了激光的平行性好，B项错误．医疗中的激光“光刀”利用了激光的高亮度的特点，C项正确．激光测距利用激光的平行性好，D项错误．‎ 二、填空题 ‎15．【答案】(1)紫到红 (2)红到紫 ‎【解析】根据光的折射现象和色散知，太阳光经过水滴的光路图如图所示．所以(1)问正确答案是紫到红．‎ ‎ 同理可分析(2)的正确答案是红到紫．‎ ‎16．【答案】2×107 0.1%‎ ‎【解析】．‎ ‎ ，，‎ ‎ ，故η＝0.1%．‎ 三、解答题 ‎17．【答案】见解析 ‎【解析】（1）设从O点射入薄膜中的光线的折射角为r，根据折射定律有，‎ 所以折射角为．光在薄膜中的传播速率．‎ ‎ （2）光在薄膜中经过的路程，光通过薄膜所用时间，当△t取最大值△tm时，对应的薄膜厚度最大．又因为，所以，解出．‎ 6‎