2017_2018学年高中物理第5章光的波动性阶段质量检测教科版选修3_42018013025

第5章光的波动性
阶段质量检测
(时间：60分钟满分：100分)
一、选择题(共8小题，每小题6分，共48分。

每小题至少有一个选项正确，全选对得6分，选不全得3分，错选不得分)
1．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1所示，则他在光屏上看到的条纹是( )
图1 解析：选B 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对。

2．在一次观察光衍射的实验中，观察到如图2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)( )
图2
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：选D 图样为清晰的衍射图样，故B错；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。

3．关于光的性质，下列说法正确的是( )
A．光在介质中的传播速度大于光在真空中的传播速度
B．双缝干涉说明光具有波动性
C．光在同种介质中沿直线传播
D．光的偏振现象说明光是纵波
解析：选B 光在介质中的传播速度总小于在真空中的传播速度，所以选项A是错误的；光在同一种均匀介质中沿直线传播，因此选项C也是错误的；偏振现象说明了光是横波，只有横波才具有偏振性，D项也不对；干涉和衍射都是波特有的性质，因此选项B是正确的。

4．如图3所示，让太阳光通过M上的小孔S后照射到M右方的一偏振片P上，P的右侧再放一光屏Q，现使P绕着平行于光传播方向的轴匀速转动一周，则关于光屏Q上光的亮度变化情况，下列说法中正确的是( )
图3
A．只有当偏振片转到某一适当位置时光屏被照亮，其他位置时光屏上无亮光
B．光屏上亮、暗交替变化
C．光屏上亮度不变
D．光屏上只有一条亮线随偏振片转动而转动
解析：选C 太阳光是自然光，向各个方向的振动情况都相同，因此，无论偏振片的偏振方向在哪个方向都会有相同强度的光通过偏振片，在光屏上的亮度不变。

因此，选项C是正确的。

5．抽制细丝时可用激光监控其粗细，如图4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，则下列描述正确的是 ( )
图4
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，表明抽制的丝变粗了④如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细了
A．①③ B．②④
C．①④ D．②③
解析：选B 由“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”，可知符合光的衍射产生的条件，故②正确；由衍射产生的条件可知：丝越细衍射现象越明显，故④正确。

6．如图5所示，用频率为ν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( )
图5
A.
c
2ν
B.3c 2ν
C.3c ν
D.5c 2ν
解析：选D 单色光的波长λ＝c ν，又P 点出现第3条暗条纹，即S 2P －S 1P ＝5λ2＝5c
2ν
，
D 正确。

7．下列有关光现象的说法正确的是( ) A ．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象 B ．泊松亮斑是光的衍射现象
C ．双缝干涉实验中，若仅将入射光由紫光改为红光，则条纹间距一定变大
D ．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以增加透射光的强度 解析：选ABC 光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，减弱反射光的强度，增加透射光的强度，选项A 正确。

泊松亮斑是光的衍射现象形成的，选项B 正确。

双缝干涉实验中条纹间距Δx ＝l
d
λ，紫光改为红光即λ增大，则Δx 增大，选项C 正确。

拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以减弱反射光的强度，使照片清晰，选项D 错误。

8．如图6所示，水下光源S 向水面A 点发射一束复色光线，折射光线分成a 、b 两束，则下列说法正确的是( )
图6
A ．在水中a 光的速度比b 光的速度小
B ．用同一双缝干涉实验装置做实验，a 光的干涉条纹间距大于b 光的间距
C ．若a 、b 两种单色光由玻璃射向空气时，a 光的临界角较小
D ．若保持入射点A 位置不变，将入射光线顺时针旋转，则从水面上方观察，a 光先消失 解析：选B 两光束的入射角i 相同，折射角r a ＜r b ，根据折射定律得到，折射率n a ＜n b 。

由公式v ＝c /n 分析得知，在水中a 光的速度比b 光的速度大，故A 错误；折射角r a ＜r b ，频率f a ＜f b ，波长 λa ＞λb ，则a 光的干涉条纹间距大于b 光的间距，故B 正确；由于频率f a ＜f b ，波长λa ＞λb 。

若保持入射点A 位置不变，将入射光线顺时针旋转，则从水面上方观察，
b 光的折射角先达到90°，b 光的临界角较小发生全反射，最先消失，故C 、D 错误。

二、实验题(共2小题，共22分，把答案填在题中横线上或按要求作答)
9．(10分)在利用双缝干涉测定光的波长实验中，取双缝间距d ＝0.5 mm ，双缝与光屏间距离l ＝0.5 m ，用某种单色光照射双缝得到干涉图像如图7b ，分划板在图中A 、B 位置时游标卡尺读数如图7a ，则图中A 位置的游标卡尺读数为__________，B 位置的游标卡尺读数为________，单色光的波长为________ m 。

图7
解析：该游标卡尺是10分度的游标卡尺，其精确度为0.1 mm ，则A 位置的游标卡尺读数为
11 mm ＋1×0.1 mm＝11.1 mm 同理，B 位置的游标卡尺读数为 15 mm ＋6×0.1 mm＝15.6 mm 根据关系式Δx ＝l
d λ得：λ＝d l
·Δx 又Δx ＝15.6 mm －11.1 mm 7＝4.57×10－3
m
那么，该单色光的波长为
λ＝0.5 mm 0.5 m ×4.57×10－3 m ＝6.4×10－7
m
答案：11.1 mm 15.6 mm 6.4×10－7
10．(12分)如图8所示，A 、B 、C 、D 代表双缝产生的四种干涉图样，回答下面问题：
图8
(1)如果A 图样是红光通过双缝产生的，那么换用紫光得到的图样最可能是________图样。

(2)如果将B 图样的双缝距离变小，那么得到的图样最可能是________图样。

(3)如果将A 图样的双缝到屏的距离变小，那么得到的图样最可能是________图样。

(4)如果将A 图样的装置从空气移入水中，那么得到的干涉图样最可能是________图样。

解析：利用公式Δx ＝l
d
λ，光源由红光换成紫光时，λ变小，相应Δx 也变小，(1)中应选C ；双缝距离d 减小时，Δx 变大，(2)中应选D ；双缝到屏的距离l 变小，得到的图样的Δx 变小，(3)中应选C ；将装置从空气移入水中时，波长λ减小，Δx 也减小，(4)中应选C 。

答案：(1)C (2)D (3)C (4)C
三、计算题(共2小题，共30分。

解答题应写出必要的文字说明、方程式和演算步骤，有数值计算的要注明单位)
11．(14分)用氦氖激光器进行双缝干涉实验，已知使用的双缝间距离d ＝0.1 mm ，双缝到屏的距离l ＝6.0 m ，测得屏上干涉条纹中相邻亮纹的间距是3.8 cm ，氦氖激光器发出的红光的波长λ是多少？假如把整个装置放入折射率是4
3
的水中，这时屏上的条纹间距是多少？
解析：由条纹间距Δx ，双缝间距离d ，双缝到屏的距离l 及波长λ的关系，可测波长。

同理，知道水的折射率，可知该光在水中的波长，然后由d 、Δx 、l 、λ的关系可求条纹间距。

由Δx ＝l d
·λ，可以得出红光的波长λ。

λ＝d l ·Δx ＝0.1×10－3×3.8×10－2
6.0
m
≈6.3×10－7
m
激光器发出的红光的波长是6.3×10－7
m 。

如果整个装置放入水中，激光器发出的红光在水中的波长设为λ′，由光的特点可知：光在传播过程中，介质发生变化，波长和波速发生改变，但频率不变。

由此可知λc ＝λ′v ，而c
v
＝n
则λ′＝λn ＝6.3×10－7
×34 m≈4.7×10－7 m 。

这时屏上条纹的间距是
Δx ′＝l d ·λ′＝6.0×4.7×10－70.1×10
－3
m≈2.8×10－2
m 。

答案：6.3×10－7 m 2.8×10－2
m
12．(16分)如图9所示，在双缝干涉实验中，S 1和S 2为双缝，P 是光屏上的一点，已知P 点与S 1和S 2的距离之差为2.1×10－6
m ，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？
图9
(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：已知P 点与S 1和S 2的距离之差，根据出现亮暗条纹的条件可判断P 点是亮条纹还是暗条纹。

(1)设A 光在空气中波长为λ1，在介质中波长为λ2，由n ＝c v ＝λ1f λ2f ＝λ1
λ2
得，
λ1＝n λ2＝1.5×4×10－7
m ＝6×10－7
m 根据路程差Δr ＝2.1×10－6 m ， 所以N 1＝Δr λ1＝2.1×10
－6
6×10
－7＝3.5。

由此可知，从S 1和S 2到P 点的路程差Δr 是波长λ1的3.5倍，所以P 点为暗条纹。

(2)根据临界角与折射率的关系sin C ＝1
n
，
得n ＝
1sin 37°＝5
3。

由此可知，B 光在空气中的波长为： λ2′＝n λ
介
＝53
×3.15×10－7 m ＝5.25×10－7
m 。

则路程差Δr 和波长λ2′的关系为： N 2＝Δr λ2′＝2.1×10－6
5.25×10
－7＝4。

可见，用B 光做光源，P 点为亮条纹。

答案：(1)A 单色光时在P 点为暗条纹 (2)B 单色光时在P 点为亮条纹。