2020高中物理 第十三章 光 第3节 光的干涉课时作业 新人教版选修3-4

2020高中物理 第十三章 光 第3节 光的干涉课时作业 新人教版选修3-4

- 1 - 第十三章　第三节 光的干涉 基础夯实 一、选择题(1～4 题为单选题，5、6 题为多选题) 1．用一束单色光做杨氏双缝干涉实验，经双缝后光照射到光屏上，可观察到的图象是图中 的(　D　) 解析：光的干涉图象是等间距、明暗相间的条纹，故选项 D 正确。 2．白光通过双缝后产生的干涉条纹是彩色的，其原因是不同色光的(　D　) A．传播速度不同　 B．强度不同 C．振动方向不同　 D．频率不同 解析：两侧条纹间距与各色光的波长成正比，不同色光的频率不同、波长不同。这样除中央 条纹以外的其他条纹不能完全重合，便形成了彩色条纹。 3．2015 年 2 月 24 日四川成都隧道发生瓦斯爆炸事故。瓦斯在隧道施工、煤矿采掘等危害极 大，某同学查资料得知含有瓦斯的气体的折射率大于干净空气的折射率，于是他根据双缝干涉现 象设计了一个监测仪，其原理如图所示：在双缝前面放置两个完全相同的透明容器 A、B，容器 A 与干净的空气相通，在容器 B 中通入矿井中的气体，观察屏上的干涉条纹，就能够监测瓦斯浓度。 如果屏的正中央 O 点变为暗纹，说明 B 中气体(　A　) A．一定含瓦斯　 B．一定不含瓦斯 C．不一定含瓦斯　 D．无法判断 解析：如果屏的正中央 O 变为暗纹，说明从两个子光源到屏的光程差发生变化，所以 B 中气 体一定含瓦斯。 4．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 点到双缝的距离之差 r2－r1 应为(　D　) - 2 - A． c 2f　 B． 3c 2f　　 C． 3c f 　 D． 5c 2f 解析：在某点产生暗条纹的条件是：光程差 r2－r1 为半波长的奇数倍。已知 P 点出现第 3 条 暗条纹，说明 r2－r1＝ 5 2λ， 由 c＝λf 得：λ＝ c f，则 r2－r1＝ 5c 2f。 5．(青州市实验中学 2016 年高二下学期检测)杨氏双缝干涉实验中，下列说法正确的是(n 为 自然数，λ 为光波波长)(　BD　) A．在距双缝的路程相等的点形成暗条纹 B．在距双缝的路程差为 nλ 的点形成亮条纹 C．在距双缝的路程差为 n λ 2 的点形成亮条纹 D．在距双缝的路程差为 (n＋ 1 2 )λ 的点形成暗条纹 解析：在双缝干涉实验中，当某处距双缝距离之差 Δx 为波长的整数倍时，即 Δx＝kλ，k＝ 0,1,2,3，…这些点为加强点，该处出现亮条纹；当某处距双缝距离之差 Δx 为半波长的奇数倍 时，即 Δx＝(2k＋1) λ 2 ，k＝0,1,2,3，…这些点为减弱点，该处出现暗条纹。 6．关于光的干涉，下列说法中正确的是(　BC　) A．在双缝干涉现象里，相邻两明条纹和相邻两暗条纹的间距是不等的 B．在双缝干涉现象里，入射光波长变大；相邻两个明条纹间距将变宽 C．只有频率相同的两列光波才能产生干涉 D．频率不同的两列光波也能产生干涉现象，只是不稳定 解析：在双缝干涉现象里，相邻两明条纹和相邻两暗条纹的间距是相等的，选项 A 错误；入 射光的波长越长，相邻两个明条纹间距越大，故选项 B 正确；两列波产生干涉时，频率必须相同， 故选项 C 正确，选项 D 错误。 二、非选择题 7．在双缝干涉实验中，光屏上某点 P 到双缝 S1 和 S2 的路程差为 7.5×10－7m，如果用频率为 6.0×1014Hz 的黄光照射双缝，试问： (1)该黄光的波长是多少？ (2)试通过计算分析 P 点出现亮条纹还是暗条纹？ 答案：(1)5×10－7m　(2)暗条纹 解析：(1)λ＝ c f＝ 3 × 108 6.0 × 1014m＝5×10－7m； (2)Δx＝7.5×10－7m＝ 3 2λ，所以是暗条纹。 - 3 - 能力提升 一、选择题(1～3 题为单选题，4 题为多选题) 1．如图所示是单色光双缝干涉实验某一时刻的波形图，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．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。本题中，A、B、C 三点总是振动加强的点，屏上对应出现的都是亮条纹。 另外，要特别注意波谷与波谷相遇的点(图中 B 点)振动也是加强的，不要以为 B 点是暗的。 2．如图所示是研究激光相干性的双缝干涉示意图，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 号亮纹，由 P 向上数与 0 号亮纹相邻的亮纹为 1 号亮纹， 与 1 号亮纹相邻的亮纹为 2 号亮纹，设 P1 处的亮纹恰好是 10 号亮纹，直线 S1P1 的长度为 r1，S2P1 的长度为 r2，则 r2－r1 等于(　B　) A．5λ B．10λ　 C．20λ D．40λ 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。 3．在杨氏双缝干涉实验中，如果不用激光光源而用一般的单色光源，为了完成实验可在双 - 4 - 缝前边加一单缝获得线光源，如图所示，在用单色光做双缝干涉实验时，若单缝 S 从双缝 S1、S2 的中央对称轴位置处稍微向上移动，则(　D　) A．不再产生干涉条纹 B．仍可产生干涉条纹，且中央亮纹 P 的位置不变 C．仍可产生干涉条纹，中央亮纹 P 的位置向上移 D．仍可产生干涉条纹，中央亮纹 P 的位置略向下移 解析：本实验中单缝S 的作用是形成频率一定的线光源，双缝 S1、S2 的作用是形成相干光源， 稍微移动 S 后，没有改变传到双缝的光的频率，由 S1、S2 射出的仍是相干光，由单缝 S 发出的光 到达屏幕上 P 点下方某点光程差为零，故中央亮纹下移。 4．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(　BD　) 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…)。 故 B、D 正确。 二、非选择题 5．(苏北教育联合体 2015 年高二下学期联考)如图所示，在杨氏双缝干涉实验中，激光的波 长为 5.30×10－7m，屏上 P 点距双缝 S1 和 S2 的路程差为 7.95×10－7m，则在这里出现的应是__暗 条纹___(选填“明条纹”或“暗条纹”)，现改用波长为 6.30×10 －7m 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__变宽___(选填“变宽”“变窄”或“不变”)。 解析：由于 7.95 × 10－7m 5.30 × 10－7m＝1.5，路程差是半波长的奇数倍，是暗条纹。若改用更大波长的 光做双缝干涉，由于相邻条纹间距与波长成正比，故条纹间距变宽。 6．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 - 5 - 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 0.85μm 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 1.06μm 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) 答案：(1)1.56μm　(2)见解析 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＝ c v，可以得出：λ0＝nλ＝1.47×1.06μm＝1.56μm。 (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。