基礎(chǔ)課4光的干涉、衍射和偏振 電磁波與相對(duì)論一、選擇題(以下每小題均為多項(xiàng)選擇題)1(2016·廣州模擬)如圖1所示是觀察水面波衍射的實(shí)驗(yàn)裝置，AC和BD是兩塊擋板，AB是一個(gè)孔，O是波源，圖中已畫(huà)出波源所在區(qū)域波的傳播情況，每?jī)蓷l相鄰波紋(圖中曲線)之間距離表示一個(gè)波長(zhǎng)，則波經(jīng)過(guò)孔之后的傳播情況，下列描述正確的是 ()圖1A此時(shí)能明顯觀察到波的衍射現(xiàn)象B擋板前后波紋間距離相等C如果將孔AB擴(kuò)大，有可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象D如果孔的大小不變，使波源頻率增大，能更明顯地觀察到衍射現(xiàn)象E擋板前后波紋間距離不等 解析發(fā)生明顯衍射的條件是孔或障礙物的尺寸小于或接近于波長(zhǎng)，因此選項(xiàng)A正確；發(fā)生衍射后不改變機(jī)械波的性質(zhì)，如波長(zhǎng)、頻率、周期等均不改變，故選項(xiàng)B正確，E錯(cuò)誤；若孔AB擴(kuò)大，可能會(huì)由于孔的直徑大于波長(zhǎng)而不能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象，選項(xiàng)C正確；能否發(fā)生明顯衍射，取決于孔的大小和波長(zhǎng)之間關(guān)系，波源頻率增大，波長(zhǎng)變小，不能更明顯地觀察到衍射現(xiàn)象，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案ABC2在五彩繽紛的大自然中，我們常常會(huì)見(jiàn)到一些彩色光的現(xiàn)象，下列現(xiàn)象中屬于光的干涉的是()A灑水車(chē)噴出的水珠在陽(yáng)光照耀下出現(xiàn)的彩色現(xiàn)象B小孩兒吹出的肥皂泡在陽(yáng)光照耀下出現(xiàn)的彩色現(xiàn)象C雨后天晴馬路上油膜在陽(yáng)光照耀下出現(xiàn)的彩色現(xiàn)象D用游標(biāo)卡尺兩測(cè)量爪的狹縫觀察日光燈的燈光出現(xiàn)的彩色現(xiàn)象E實(shí)驗(yàn)室用雙縫實(shí)驗(yàn)得到的彩色條紋解析A屬于光的色散現(xiàn)象；B、C屬于光的薄膜干涉現(xiàn)象；D屬于光的單縫衍射現(xiàn)象；E屬于光的雙縫干涉現(xiàn)象。答案BCE3(2017·沈陽(yáng)質(zhì)量監(jiān)測(cè))關(guān)于光現(xiàn)象及其應(yīng)用，下列說(shuō)法正確的有()A白光只有通過(guò)三棱鏡的折射，才能產(chǎn)生光的色散現(xiàn)象B光經(jīng)過(guò)大頭針尖兒時(shí)，大頭針尖兒邊緣輪廓會(huì)模糊不清，這是光的衍射現(xiàn)象C光導(dǎo)纖維利用全反射的原理，其內(nèi)芯的折射率大于外套的折射率D拍攝玻璃櫥窗中的物品時(shí)，為消除玻璃表面反射光的干擾，需要在照相機(jī)鏡頭前加裝偏振片，該裝置利用的是薄膜干涉原理E利用光的干涉現(xiàn)象可以檢查平面的平整度答案BCE4下列說(shuō)法正確的有()A某種光學(xué)介質(zhì)對(duì)另一種光學(xué)介質(zhì)的相對(duì)折射率可能小于1B英國(guó)物理學(xué)家托馬斯·楊發(fā)現(xiàn)了光的干涉現(xiàn)象C激光和自然光都是偏振光D麥克斯韋用實(shí)驗(yàn)證明了光是一種電磁波E愛(ài)因斯坦認(rèn)為真空中光速在不同慣性系中相同解析激光的偏振方向一定，是偏振光，而自然光包含著垂直傳播方向上沿一切方向振動(dòng)的光，C錯(cuò)；麥克斯韋只是從理論上提出光是一種電磁波，D錯(cuò)。答案ABE5(2016·江西六校模擬)下列說(shuō)法中正確的是()A水面上的油膜在陽(yáng)光照射下會(huì)呈現(xiàn)彩色，這是光的干涉造成的B根據(jù)麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論可知，變化的電場(chǎng)周?chē)欢梢援a(chǎn)生變化的磁場(chǎng)C狹義相對(duì)論認(rèn)為，物體運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量會(huì)隨著物體運(yùn)動(dòng)速度的增大而增加D在“探究單擺周期與擺長(zhǎng)的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，為減小實(shí)驗(yàn)誤差，測(cè)量單擺周期應(yīng)該從小球經(jīng)過(guò)平衡位置處開(kāi)始計(jì)時(shí)E沙漠中的“蜃景”現(xiàn)象是光的衍射引起的解析油膜在陽(yáng)光照射下，膜的兩表面反射，出現(xiàn)相同頻率的光，從而進(jìn)行疊加，導(dǎo)致呈現(xiàn)彩色，這是由光的干涉造成的，選項(xiàng)A正確；根據(jù)麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論可知，變化的電場(chǎng)周?chē)欢梢援a(chǎn)生磁場(chǎng)，但不一定是變化的磁場(chǎng)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；狹義相對(duì)論認(rèn)為，物體運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量會(huì)隨著物體運(yùn)動(dòng)速度的增大而增加，選項(xiàng)C正確；測(cè)量單擺周期的實(shí)驗(yàn)中，小球經(jīng)過(guò)平衡位置時(shí)的速度最大，所以測(cè)量單擺周期應(yīng)該從小球經(jīng)過(guò)平衡位置處開(kāi)始計(jì)時(shí)，選項(xiàng)D正確；沙漠中的“蜃景”現(xiàn)象是光的折射引起的，選項(xiàng)E錯(cuò)誤。 答案ACD6下列有關(guān)光學(xué)現(xiàn)象的說(shuō)法中正確的是()A用光導(dǎo)纖維束傳送信息是光的衍射的應(yīng)用B太陽(yáng)光通過(guò)三棱鏡形成彩色光譜是光的干涉現(xiàn)象C在照相機(jī)鏡頭前加裝偏振濾光片拍攝日落時(shí)的景物，可使景象更清晰D經(jīng)過(guò)同一雙縫所得干涉條紋，紅光條紋寬度大于綠光條紋寬度E激光測(cè)距是應(yīng)用了激光平行性好的特點(diǎn)解析用光導(dǎo)纖維束傳送信息是光的全反射的應(yīng)用，A錯(cuò)誤；太陽(yáng)光通過(guò)三棱鏡形成彩色光譜是光的色散現(xiàn)象，是光的折射的結(jié)果，B錯(cuò)誤；在照相機(jī)鏡頭前加裝偏振濾光片拍攝日落時(shí)的景物，可減弱反射光，從而使景象更清晰，C正確；紅光的波長(zhǎng)比綠光的波長(zhǎng)長(zhǎng)，根據(jù)雙縫干涉條紋間距公式x可知，經(jīng)過(guò)同一雙縫所得干涉條紋，紅光條紋寬度大于綠光條紋寬度，D正確；激光的平行性好，常用來(lái)精確測(cè)距，E正確。答案CDE7下列關(guān)于波的現(xiàn)象和規(guī)律的說(shuō)法中正確的是()A機(jī)械波、電磁波均能產(chǎn)生干涉、衍射現(xiàn)象 B泊松亮斑是光的干涉現(xiàn)象 C光的偏振現(xiàn)象說(shuō)明光是橫波D波速公式vf說(shuō)明波速只與波長(zhǎng)、頻率有關(guān)，與介質(zhì)無(wú)關(guān)E“彩超”可以測(cè)血流速度，利用的是超聲波的多普勒效應(yīng)解析 機(jī)械波、電磁波均能產(chǎn)生干涉、衍射現(xiàn)象，選項(xiàng)A正確；泊松亮斑是光的衍射現(xiàn)象，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；光的偏振現(xiàn)象說(shuō)明光是橫波，選項(xiàng)C正確；波速公式vf是波速的計(jì)算式，但波速只與介質(zhì)有關(guān)，與波長(zhǎng)、頻率無(wú)關(guān)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；“彩超”可以測(cè)血流速度，利用的是超聲波的多普勒效應(yīng)，選項(xiàng)E正確。答案ACE8(2017·湖北荊門(mén)調(diào)研)下列說(shuō)法中正確的是()A做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體，其振動(dòng)能量與振動(dòng)的頻率有關(guān)B全息照相的拍攝利用了光的干涉原理C真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的，與光源和觀察者的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)D在同一種介質(zhì)中，不同頻率的機(jī)械波的傳播速度不同 E醫(yī)學(xué)上用激光做“光刀”來(lái)進(jìn)行手術(shù)，主要是利用了激光的亮度高、能量大的特點(diǎn)解析做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體，其振動(dòng)能量與振幅有關(guān)，與振動(dòng)的頻率無(wú)關(guān)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；機(jī)械波的傳播速度由介質(zhì)決定，在同一種介質(zhì)中，不同頻率的機(jī)械波的傳播速度相同，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案BCE9(2017·寧夏大學(xué)附屬中學(xué)期中)下列說(shuō)法正確的是()A擺鐘偏快時(shí)可縮短擺長(zhǎng)進(jìn)行校準(zhǔn) B火車(chē)?guó)Q笛向我們駛來(lái)時(shí)，我們聽(tīng)到的笛聲頻率將比聲源發(fā)聲的頻率高C拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時(shí)，往往在鏡頭前加一個(gè)偏振片以增加透射光的強(qiáng)度 D地面附近有一高速水平飛過(guò)的火箭，地面上的人觀察到的火箭長(zhǎng)度要比火箭上的人觀察到的短一些E光從水中射入玻璃中，發(fā)現(xiàn)光線偏向法線，則光在玻璃中傳播速度一定小于在水中的傳播速度解析擺鐘偏快，說(shuō)明周期偏小，要讓周期變大，則可將擺長(zhǎng)調(diào)長(zhǎng)進(jìn)行校準(zhǔn)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；根據(jù)多普勒效應(yīng)，火車(chē)向我們駛來(lái)的時(shí)候，聽(tīng)到的頻率高于聲源發(fā)出的頻率，選項(xiàng)B正確；加偏振片的目的是減弱櫥窗玻璃的反射光，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；對(duì)一高速水平飛過(guò)的火箭，地面上的人觀察到火箭沿著速度方向的長(zhǎng)度比火箭上的人觀察到的短一些，選項(xiàng)D正確；光從水中射入玻璃中，發(fā)現(xiàn)光線偏向法線，則玻璃的折射率大，根據(jù)公式v可知，光在玻璃中傳播速度一定小于在水中的傳播速度，選項(xiàng)E正確。答案BDE10(2017·安陽(yáng)模擬)下列五幅圖分別對(duì)應(yīng)五種說(shuō)法，其中正確的是 ()A圖A中，若勻速拉動(dòng)木板的速度較大，則由圖像測(cè)得簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的周期較大B由圖B可知，系統(tǒng)的固有頻率為f0C圖C中頻率相同的兩列波疊加，使某些區(qū)域的振動(dòng)加強(qiáng)，某些區(qū)域的振動(dòng)減弱，這種現(xiàn)象叫作波的干涉D圖D中泊松亮斑是小孔衍射形成的圖樣E圖E中若簡(jiǎn)諧波的波速為200 m/s，從圖示時(shí)刻開(kāi)始，質(zhì)點(diǎn)a經(jīng)0.01 s通過(guò)的路程為0.4 m解析演示簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖像實(shí)驗(yàn)中，若勻速拉動(dòng)木板的速度較大，會(huì)導(dǎo)致圖像的橫坐標(biāo)變大，但對(duì)應(yīng)的時(shí)間仍不變，簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的周期與單擺的固有周期相同，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由圖B可知當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率f跟固有頻率f0相同時(shí)，才出現(xiàn)共振現(xiàn)象，振幅才最大，距固有頻率f0相差越大，振幅越小，選項(xiàng)B正確；頻率相同的兩列波疊加，使某些區(qū)域的振動(dòng)加強(qiáng)，某些區(qū)域的振動(dòng)減弱，這種現(xiàn)象叫做波的干涉，選項(xiàng)C正確；泊松亮斑是光繞過(guò)圓形擋板后衍射形成的圖樣，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；由圖E可知，該波的波長(zhǎng)是4 m，則周期T s0.02 s，從圖示時(shí)刻開(kāi)始，質(zhì)點(diǎn)a經(jīng)0.01 s，即半個(gè)周期，a恰好到達(dá)負(fù)的最大位移處，通過(guò)的路程為0.4 m，選項(xiàng)E正確。答案BCE二、非選擇題11(2017·日照模擬)光傳感器可用來(lái)測(cè)量光屏上的光強(qiáng)分布。如圖2甲所示為某同學(xué)利用單縫做的一個(gè)光學(xué)實(shí)驗(yàn)，圖乙為該同學(xué)使用光傳感器對(duì)該實(shí)驗(yàn)所采集到的光屏上的光強(qiáng)分布圖像，則該同學(xué)所做的實(shí)驗(yàn)是光的_(選填“干涉或“衍射”)實(shí)驗(yàn)；根據(jù)圖乙可以看出，光屏上中央亮條紋的光強(qiáng)分布特點(diǎn)是_。圖2解析由圖乙可知，條紋中間亮、兩邊窄，是衍射條紋；根據(jù)光的衍射原理，則光屏上中央亮條紋的光強(qiáng)分布特點(diǎn)是中間強(qiáng)兩邊弱。答案衍射 中間強(qiáng)兩邊弱12某同學(xué)用圖3甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置做“用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)”實(shí)驗(yàn)，他用帶有游標(biāo)尺的測(cè)量頭(如圖乙所示)測(cè)量相鄰兩條亮條紋間的距離x。轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量頭的手輪，使分劃板的中心刻線對(duì)齊某一條亮條紋(將這一條紋確定為第一亮條紋)的中心，此時(shí)游標(biāo)尺上的示數(shù)如圖丙所示，再轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量頭的手輪，使分劃板的中心刻線對(duì)齊第6條亮條紋的中心，此時(shí)游標(biāo)尺上的示數(shù)情況如圖丁所示，則圖丁的示數(shù)x2_mm。如果實(shí)驗(yàn)所用雙縫之間的距離d0.20 mm，雙縫到屏的距離l60 cm。根據(jù)以上數(shù)據(jù)可得出光的波長(zhǎng)_nm(保留1位小數(shù))。圖3解析由游標(biāo)卡尺的讀數(shù)規(guī)則以及干涉條紋與波長(zhǎng)的關(guān)系分析求解。x28 mm19×0.05 mm8.95 mm。由x，x，x12×0.05 mm0.10 mm，代入數(shù)據(jù)解得590.0 nm。答案8.95590.013(1)楊氏干涉實(shí)驗(yàn)證明光的確是一種波，一束單色光投射在兩條相距很近的狹縫上，兩狹縫就成了兩個(gè)光源，它們發(fā)出的光波滿足干涉的必要條件，則兩列光的_相同。如圖4所示，在這兩列光波相遇的區(qū)域中，實(shí)線表示波峰，虛線表示波谷，如果放置光屏，在_(選填“A”、“B”或“C”)點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)暗條紋。圖4(2)在上述楊氏干涉實(shí)驗(yàn)中，若單色光的波長(zhǎng)5.89×107 m，雙縫間的距離d1 mm，雙縫到屏的距離l2 m。求第1個(gè)亮條紋到第11個(gè)亮條紋的中心間距。解析(1)要形成光的干涉，兩列光的頻率應(yīng)該相同，在題圖所示的干涉區(qū)域放置光屏，波峰與波谷相遇的C點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)暗紋。(2)相鄰的亮條紋的中心間距x由題意知，亮條紋的數(shù)目n10則第1個(gè)亮條紋到第11個(gè)亮條紋的中心間距L代入數(shù)據(jù)得L1.178×102 m答案(1)頻率C(2)1.178×102 m8