基础课4　光的干涉、衍射和偏振

　　　　　电磁波与相对论

一、选择题(以下每小题均为多项选择题)

1．(2016·广州模拟)如图1所示是观察水面波衍射的实验装置，AC和BD是两块挡板，AB是一个孔，O是波源，图中已画出波源所在区域波的传播情况，每两条相邻波纹(图中曲线)之间距离表示一个波长，则波经过孔之后的传播情况，下列描述正确的是   (　　)

图1

    A．此时能明显观察到波的衍射现象

    B．挡板前后波纹间距离相等

    C．如果将孔AB扩大，有可能观察不到明显的衍射现象

    D．如果孔的大小不变，使波源频率增大，能更明显地观察到衍射现象

    E．挡板前后波纹间距离不等

    解析　发生明显衍射的条件是孔或障碍物的尺寸小于或接近于波长，因此选项A正确；发生衍射后不改变机械波的性质，如波长、频率、周期等均不改变，故选项B正确，E错误；若孔AB扩大，可能会由于孔的直径大于波长而不能观察到明显的衍射现象，选项C正确；能否发生明显衍射，取决于孔的大小和波长之间关系，波源频率增大，波长变小，不能更明显地观察到衍射现象，选项D错误。

    答案　ABC

2．在五彩缤纷的大自然中，我们常常会见到一些彩色光的现象，下列现象中属于光的干涉的是(　　)

    A．洒水车喷出的水珠在阳光照耀下出现的彩色现象

    B．小孩儿吹出的肥皂泡在阳光照耀下出现的彩色现象

    C．雨后天晴马路上油膜在阳光照耀下出现的彩色现象

    D．用游标卡尺两测量爪的狭缝观察日光灯的灯光出现的彩色现象

    E．实验室用双缝实验得到的彩色条纹

    解析　A属于光的色散现象；B、C属于光的薄膜干涉现象；D属于光的单缝衍射现象；E属于光的双缝干涉现象。

    答案　BCE

3．(2017·沈阳质量监测)关于光现象及其应用，下列说法正确的有(　　)

    A．白光只有通过三棱镜的折射，才能产生光的色散现象

    B．光经过大头针尖儿时，大头针尖儿边缘轮廓会模糊不清，这是光的衍射现象

    C．光导纤维利用全反射的原理，其内芯的折射率大于外套的折射率

    D．拍摄玻璃橱窗中的物品时，为消除玻璃表面反射光的干扰，需要在照相机镜头前加装偏振片，该装置利用的是薄膜干涉原理

    E．利用光的干涉现象可以检查平面的平整度

    答案　BCE

4．下列说法正确的有(　　)

    A．某种光学介质对另一种光学介质的相对折射率可能小于1

    B．英国物理学家托马斯·杨发现了光的干涉现象

    C．激光和自然光都是偏振光

    D．麦克斯韦用实验证明了光是一种电磁波

    E．爱因斯坦认为真空中光速在不同惯性系中相同

    解析　激光的偏振方向一定，是偏振光，而自然光包含着垂直传播方向上沿一切方向振动的光，C错；麦克斯韦只是从理论上提出光是一种电磁波，D错。

    答案　ABE

5．(2016·江西六校模拟)下列说法中正确的是(　　)

    A．水面上的油膜在阳光照射下会呈现彩色，这是光的干涉造成的

    B．根据麦克斯韦的电磁场理论可知，变化的电场周围一定可以产生变化的磁场

    C．狭义相对论认为，物体运动时的质量会随着物体运动速度的增大而增加

    D．在“探究单摆周期与摆长的关系”的实验中，为减小实验误差，测量单摆周期应该从小球经过平衡位置处开始计时

    E．沙漠中的“蜃景”现象是光的衍射引起的

    解析　油膜在阳光照射下，膜的两表面反射，出现相同频率的光，从而进行叠加，导致呈现彩色，这是由光的干涉造成的，选项A正确；根据麦克斯韦的电磁场理论可知，变化的电场周围一定可以产生磁场，但不一定是变化的磁场，选项B错误；狭义相对论认为，物体运动时的质量会随着物体运动速度的增大而增加，选项C正确；测量单摆周期的实验中，小球经过平衡位置时的速度最大，所以测量单摆周期应该从小球经过平衡位置处开始计时，选项D正确；沙漠中的“蜃景”现象是光的折射引起的，选项E错误。  

    答案　ACD

6．下列有关光学现象的说法中正确的是(　　)

    A．用光导纤维束传送信息是光的衍射的应用

    B．太阳光通过三棱镜形成彩色光谱是光的干涉现象

    C．在照相机镜头前加装偏振滤光片拍摄日落时的景物，可使景象更清晰

    D．经过同一双缝所得干涉条纹，红光条纹宽度大于绿光条纹宽度

    E．激光测距是应用了激光平行性好的特点

    解析　用光导纤维束传送信息是光的全反射的应用，A错误；太阳光通过三棱镜形成彩色光谱是光的色散现象，是光的折射的结果，B错误；在照相机镜头前加装偏振滤光片拍摄日落时的景物，可减弱反射光，从而使景象更清晰，C正确；红光的波长比绿光的波长长，根据双缝干涉条纹间距公式Δx＝λ可知，经过同一双缝所得干涉条纹，红光条纹宽度大于绿光条纹宽度，D正确；激光的平行性好，常用来精确测距，E正确。

    答案　CDE

7．下列关于波的现象和规律的说法中正确的是(　　)

    A．机械波、电磁波均能产生干涉、衍射现象

    B．泊松亮斑是光的干涉现象  

    C．光的偏振现象说明光是横波

    D．波速公式v＝λf说明波速只与波长、频率有关，与介质无关

    E．“彩超”可以测血流速度，利用的是超声波的多普勒效应

    解析　   机械波、电磁波均能产生干涉、衍射现象，选项A正确；泊松亮斑是光的衍射现象，选项B错误；光的偏振现象说明光是横波，选项C正确；波速公式v＝λf是波速的计算式，但波速只与介质有关，与波长、频率无关，选项D错误；“彩超”可以测血流速度，利用的是超声波的多普勒效应，选项E正确。

    答案　ACE

8．(2017·湖北荆门调研)下列说法中正确的是(　　)

    A．做简谐运动的物体，其振动能量与振动的频率有关

    B．全息照相的拍摄利用了光的干涉原理

    C．真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，与光源和观察者的运动无关

    D．在同一种介质中，不同频率的机械波的传播速度不同

    E．医学上用激光做“光刀”来进行手术，主要是利用了激光的亮度高、能量大的特点

    解析　做简谐运动的物体，其振动能量与振幅有关，与振动的频率无关，选项A错误；机械波的传播速度由介质决定，在同一种介质中，不同频率的机械波的传播速度相同，选项D错误。

    答案　BCE

9．(2017·宁夏大学附属中学期中)下列说法正确的是(　　)

    A．摆钟偏快时可缩短摆长进行校准  

    B．火车鸣笛向我们驶来时，我们听到的笛声频率将比声源发声的频率高

    C．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以增加透射光的强度  

    D．地面附近有一高速水平飞过的火箭，地面上的人观察到的火箭长度要比火箭上的人观察到的短一些

    E．光从水中射入玻璃中，发现光线偏向法线，则光在玻璃中传播速度一定小于在水中的传播速度

    解析　摆钟偏快，说明周期偏小，要让周期变大，则可将摆长调长进行校准，选项A错误；根据多普勒效应，火车向我们驶来的时候，听到的频率高于声源发出的频率，选项B正确；加偏振片的目的是减弱橱窗玻璃的反射光，选项C错误；对一高速水平飞过的火箭，地面上的人观察到火箭沿着速度方向的长度比火箭上的人观察到的短一些，选项D正确；光从水中射入玻璃中，发现光线偏向法线，则玻璃的折射率大，根据公式v＝可知，光在玻璃中传播速度一定小于在水中的传播速度，选项E正确。

    答案　BDE

10．(2017·安阳模拟)下列五幅图分别对应五种说法，其中正确的是   (　　)

    A．图A中，若匀速拉动木板的速度较大，则由图象测得简谐运动的周期较大

    B．由图B可知，系统的固有频率为f₀

    C．图C中频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，这种现象叫作波的干涉

    D．图D中泊松亮斑是小孔衍射形成的图样

    E．图E中若简谐波的波速为200 m/s，从图示时刻开始，质点a经0.01 s通过的路程为0.4 m

    解析　演示简谐运动的图象实验中，若匀速拉动木板的速度较大，会导致图象的横坐标变大，但对应的时间仍不变，简谐运动的周期与单摆的固有周期相同，选项A错误；由图B可知当驱动力的频率f跟固有频率f₀相同时，才出现共振现象，振幅才最大，距固有频率f₀相差越大，振幅越小，选项B正确；频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，这种现象叫做波的干涉，选项C正确；泊松亮斑是光绕过圆形挡板后衍射形成的图样，选项D错误；由图E可知，该波的波长是4 m，则周期T＝＝ s＝0.02 s，从图示时刻开始，质点a经0.01 s，即半个周期，a恰好到达负的最大位移处，通过的路程为0.4 m，选项E正确。

    答案　BCE

二、非选择题

11．(2017·日照模拟)光传感器可用来测量光屏上的光强分布。如图2甲所示为某同学利用单缝做的一个光学实验，图乙为该同学使用光传感器对该实验所采集到的光屏上的光强分布图象，则该同学所做的实验是光的__________(选填“干涉’或“衍射”)实验；根据图乙可以看出，光屏上中央亮条纹的光强分布特点是______________________________________________________。

图2

    解析　由图乙可知，条纹中间亮、两边窄，是衍射条纹；根据光的衍射原理，则光屏上中央亮条纹的光强分布特点是中间强两边弱。

    答案　衍射 　中间强两边弱

12．某同学用图3甲所示的实验装置做“用双缝干涉测量光的波长”实验，他用带有游标尺的测量头(如图乙所示)测量相邻两条亮条纹间的距离Δx。转动测量头的手轮，使分划板的中心刻线对齐某一条亮条纹(将这一条纹确定为第一亮条纹)的中心，此时游标尺上的示数如图丙所示，再转动测量头的手轮，使分划板的中心刻线对齐第6条亮条纹的中心，此时游标尺上的示数情况如图丁所示，则图丁的示数x₂＝________mm。如果实验所用双缝之间的距离d＝0.20 mm，双缝到屏的距离l＝60 cm。根据以上数据可得出光的波长λ＝__________nm(保留1位小数)。

图3

    解析　由游标卡尺的读数规则以及干涉条纹与波长的关系分析求解。x₂＝8 mm＋19×0.05 mm＝8.95 mm。由Δx＝λ，Δx＝，x₁＝2×0.05 mm＝0.10 mm，代入数据解得λ＝590.0 nm。

    答案　8.95　590.0

13．(1)杨氏干涉实验证明光的确是一种波，一束单色光投射在两条相距很近的狭缝上，两狭缝就成了两个光源，它们发出的光波满足干涉的必要条件，则两列光的________相同。如图4所示，在这两列光波相遇的区域中，实线表示波峰，虚线表示波谷，如果放置光屏，在________(选填“A”、“B”或“C”)点会出现暗条纹。

图4

    (2)在上述杨氏干涉实验中，若单色光的波长λ＝5.89×10^－7 m，双缝间的距离d＝1 mm，双缝到屏的距离l＝2 m。求第1个亮条纹到第11个亮条纹的中心间距。

    解析　(1)要形成光的干涉，两列光的频率应该相同，在题图所示的干涉区域放置光屏，波峰与波谷相遇的C点会出现暗纹。

    (2)相邻的亮条纹的中心间距

    Δx＝λ

    由题意知，亮条纹的数目n＝10

    则第1个亮条纹到第11个亮条纹的中心间距L＝

    代入数据得L＝1.178×10^－2 m

    答案　(1)频率　C　(2)1.178×10^－2 m