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- 2021-05-26 发布
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100考点最新模拟题千题精练15- 11
第十五部分 选修3-4
十一、光的干涉和衍射、偏振
1.(2018北京高考)用双缝干涉实验装置得到白光的干涉条纹,在光源与单缝之间加上红色滤光片后
A.干涉条纹消失
B.彩色条纹中的红色条纹消失
C.中央条纹变成暗条纹
D.中央条纹变成红色
【参考答案】D
点睛:本题考查了光的干涉现象,注意只有频率相同、振动相同的两列波才能形成稳定的干涉图像,同时要掌握哪些点是振动加强点,哪些点是振动减弱点。
2.(2018考前冲刺)煤矿中瓦斯爆炸危害极大。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,他设计了一种利用光的干涉监测矿井瓦斯的仪器,原理如图6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。以下说法正确的是( )
A.如果屏的正中央仍是亮纹,
说明B中的气体与A中的空气成分相同,不含瓦斯
B.如果屏的正中央是暗纹,
说明B中的气体与A中的空气成分不相同,可能含有瓦斯
C.如果屏上干涉条纹不停地移动,
说明B中的气体瓦斯含量不稳定
D.只有用单色光照射单缝时,才可能在屏上出现干涉条纹
【参考答案】BC
3.(2016·北京顺义统考)两束不同频率的单色光a、b以相同的入射角从空气射入水中,发生了如图所示的折射现象(α>β)。下列说法中正确的是( )
A.光束b的频率比光束a的频率低
B.相同条件下b光的双缝干涉条纹间距比a光的大
C.光束b在水中的传播速度比光束a在水中的传播速度大
D.若让a、b光分别从同种玻璃射向空气,a光发生全反射时的临界角较大
【参考答案】D
【名师解析】由折射定律=n知,b光的折射角小,折射率大,频率高,波长小,选项A错误;由Δx=λ知,相同条件下b光的双缝干涉条纹间距小,选项B错误;由v=知,b光在水中的传播速度小,选项C错误;由sin C=知,a光发生全反射时的临界角较大,选项D正确。
4.(2016·嘉兴高三测试)如图是一段拉伸速度不均匀而形成的不合格光纤产品,呈圆台形。一单色光射到上边界O点并射出光纤,进入真空中时,入射角为30°,折射角为53°(sin 53°=0.8),则( )
A.此光纤的折射率为0.625
B.该单色光在光纤中的传播速度为1.875×108 m/s
C.减小单色光在O点的入射角可以提高光能传输效率
D.同一单色光在此光纤内的全反射临界角比在圆柱形光纤中大
【参考答案】B
5.一个透明均匀玻璃圆柱的横截面如图3所示,一束由a、b两种单色光组成的复色光从A点射入,分成两束分别从B、C射出,则下列说法正确的是( )
A.a光的折射率小于b光的折射率
B.在玻璃中,a光的传播速度小于b光的传播速度
C.a、b两种单色光分别从B、C射出时折射角相等
D.a、b两种单色光分别通过同一个双缝干涉装置,b光的干涉条纹间距较大
【参考答案】AC
【名师解析】由题图可看出,在A点的入射角相等,a光的折射角大于b光的折射角,由折射定律可知,a光的折射率小于b光的折射率,故选项A正确;由v=可知,在玻璃中,a光的传播速度大于b光的传播速度,所以选项B错误;由题图可看出,两光束在B、C两点的入射角分别等于在A点的折射角,根据光路可逆原理可知,两光束在B、C两点的折射角等于在A点的入射角,即相等,所以选项C正确;a光的折射率小于b光的折射率,故a光的波长大于b光的波长,而两种单色光通过同一双缝干涉装置时,双缝干涉条纹的间距与波长成正比,a光的干涉条纹间距较大,故选项D错误。
6.(2016·福州质检) ABCDE为单反照相机取景器中五棱镜的一个截面示意图,AB⊥BC。由a、b两种单色光组成的细光束从空气垂直于AB射入棱镜,经两次反射后光线垂直于BC射出,且在CD、AE边只有a光射出,光路图如图所示。则a、b两束光( )
A.在真空中,a光的传播速度比b光的大
B.在棱镜内,a光的传播速度比b光的小
C.以相同的入射角从空气斜射入水中,b光的折射角较小
D.分别通过同一双缝干涉装置,a光的相邻亮条纹间距小
【参考答案】C
7.(2016·陕西五校一模)如图所示为半圆形的玻璃砖,C为AB的中点,OO′为过C点的AB面的垂线。a、b两束不同频率的单色可见细光束垂直AB边从空气射入玻璃砖,且两束光在AB面上入射点到C点的距离相等,两束光折射后相交于图中的P点,以下判断正确的是( )
A.在半圆形的玻璃砖中,a光的传播速度大于b光的传播速度
B.a光的频率大于b光的频率
C.两种色光分别通过同一双缝干涉装置形成的干涉条纹,相邻明条纹的间距a光的较大
D.若a、b两束光从同一介质射入真空过程中,a光发生全反射的临界角大于b光发生全反射的临界角
E.b光比a光更容易发生衍射现象
【参考答案】ACD
8.(2016·温州十校期中)光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用,下列说法正确的是( )
A.太阳光通过三棱镜形成彩色图样,这是光的衍射现象
B.“3D电影”是应用了光的干涉原理
C.用标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象
D.光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象
【参考答案】D
【名师解析】太阳光非单色光,其中含有7种色光,经过三棱镜时,不同的色光折射率不同,导致形成彩色图样这是光的色散现象,A错误;3D电影是利用了人的两只眼睛所看到物体有所不同,经过大脑处理后所成的立体图象,B错误;用标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的干涉现象,当较平整时,产生的条纹较均匀,否则不平整的地方条纹就不均匀,C错误;增透膜利用光的干涉现象增大光的穿透率,减小光的反射率,所以D正确,本题正确选项为D。
9.(多选)2013年9月12日国务院办公厅下发文件《大气污染防治行动计划》,以改善人们的生活环境。其中雾霾天气严重影响人们的身体健康,发生雾霾天气时能见度只有几米,天气变黄变暗,这是由于这种情况下( )
A.只有波长较短的一部分光才能到达地面
B.只有波长较长的一部分光才能到达地面
C.只有频率较大的一部分光才能到达地面
D.只有频率较小的一部分光才能到达地面
【参考答案】BD
10.(多选)如图所示,电灯S发生的光先后经过偏振片A和B,人眼在P处迎着入射光方向,看不到光亮,则( )
A.图中a光为偏振光
B.图中b光为偏振光
C.以SP为轴将B转过180°后,在P处将看到光亮
D.以SP为轴将B转过90°后,在P处将看到光亮
【参考答案】BD
【名师解析】从电灯直接发出的光为自然光,则A错;它通过A偏振片后,即变为偏振光,则B对;设通过A的光沿竖直方向振动,若B偏振片只能通过沿水平方向振动的偏振片,则P点无光亮,将B转过90°时,偏振光的振动方向与B偏振片的透振方向平行,偏振光就能通过偏振片,在P处就可看到光亮,D项正确。
11.(多选)下列说法正确的是( )
A.激光可用于测距
B.激光能量十分集中,只可用于加工金属材料
C.外科研制的“激光刀”可以有效地减少细菌的感染
D.激光可用于全息照相,有独特的特点
【参考答案】ACD
12.关于薄膜干涉,下列说法中正确的是( )
A.只有厚度均匀的薄膜,才会发生干涉现象
B.只有厚度不均匀的楔形薄膜,才会发生干涉现象
C.厚度均匀的薄膜会形成干涉条纹
D.观察肥皂液膜的干涉现象时,观察者应和光源在液膜的同一侧
【参考答案】D
【名师解析】当光从薄膜的一侧照射到薄膜上时,只要前后两个面反射回来的光波的路程差满足振动加强的条件,就会出现明条纹,满足振动减弱的条件就会出现暗条纹。这种情况在薄膜厚度不均匀时才会出现;当薄膜厚度均匀时,不会出现干涉条纹,但也发生干涉现象,如果是单色光照射,若满足振动加强的条件,整个薄膜前方都是亮的,否则整个薄膜的前方都是暗的;如果是复色光照射,某些颜色的光因干涉而减弱,另一些颜色的光会因干涉而加强,减弱的光透过薄膜,加强的光被反射回来,这时会看到薄膜的颜色呈某种单色光的颜色,但不形成干涉条纹。
13.某同学用单色光进行双缝干涉实验,在屏上观察到如图甲所示的条纹,仅改变一个实验条件后,观察到的条纹如乙 图所示。他改变的实验条件可能是( )
A.减小光源到单缝的距离
B.减小双缝之间的距离
C.减小双缝到光屏之间的距离
D.换用频率更高的单色光源
【参考答案】B
二.计算题
1.(2016·河北正定模拟)如图所示,△ABC为一直角三棱镜的截面,其一个底角为30°,一束单色平行光束斜射向AB面,经三棱镜折射后在AC面平行于BC射出.
(1)以图中三条光线代表光束,画出三条光线经棱镜折射的光路示意图.
(2)若棱镜的折射率为,求入射光线与AB面的夹角θ.
【名师解析】(1)光路图如图甲所示.
由图中几何关系可知β=30°
解得α=60°
则θ=30°
答案:(1)图见解析 (2)30°
2.(2016东北四市模拟)如图,上、下表面平行的厚玻璃砖置于水平面上,在其上方水平放置一光屏。一单色细光束从玻璃砖上表面入射,入射角为i,经过玻璃砖上表面和下表面各一次反射后,在光屏上形成两个光斑。已知玻璃砖的厚度为h,玻璃对该单色光的折射率为n,光在真空中的速度为c。求
(i)两个光斑的间距d;
(ii)两个光斑出现的时间差Δt。
【名师解析】
(i)作出如图光路,根据折射定律有
①(2分)
②(2分)
由①②式得 ③(1分)
(ii)两光斑形成的时间差即折射光束在玻璃砖内运动的时间
下表面反射光束多走的路程 ④(2分)
光在玻璃中速度 ⑤(1分)
⑥(1分)
由①④⑤⑥式得 ⑦(1分)
3.(2016郑州二模)如图所示,横截面为正方形ABCD的玻璃砖边长为20 cm,玻璃砖的AD面为镀银后形成的平面镜。现让一束单色光从玻璃砖AB边的中点O处入射,入射方向与AB边成α=30°角,光线经平面镜反射后从CD边的P点射出,出射方向与CD边的夹角恰好也为α=30°,且PD=5cm。求:
①该玻璃砖的折射率n;
②该单色光在玻璃砖中的传播时间t。
(光在真空中传播的速度为c=3.0×108m/s)
②OO’ =AO’/ sinr (1分)O’ P=PD/ sinr (1分)
光在该玻璃砖中的传播速度为:v=c/n (1分)
可知光在玻璃砖中的传播时间为 t==1. 2×10-9s (2分)
4.(2016石家庄二模)如图所示为一顶角θ=90°的三棱镜截面,一束单色光从三棱镜AB边上的D点入射,若入射角由0逐渐增大,发现光线均能射到AC边,但当入射角大于45°时,在AC边左侧无光线射出(不考虑光线在BC、AC边的反射)。求三棱镜的折射率。
【名师解析】入射光线经AB边D点折射进入三棱镜,折射角为,当入射角时,折射光线射到AC边恰好发生全反射,在AC边一侧无法接受到光线,
则由折射定律可得:
由临界角定义可得:
由几何关系得
解得: 。
5. (2016江西南昌市一模)如图是内径为R,外径为2R空心玻璃圆柱体横截面图,玻璃的折射率为n=,圆柱体空心部分为空气,在横截面内,两束单色平行光a、b射向圆柱体,a光的折射光线在圆柱体内表面恰好没有折射进空心部分,b光的折射光线恰好与圆柱体内表面相切,求:
①b光射向圆柱体外表面的入射角;
②a、b两束光的间距。
②设a光在圆柱体外表面的入射角为i’折射角为r’;折射光线在内表面的入射角为i’’.
(1)
i’’=C (2)
sin C= (3)
由正弦定理:(4)
联解(1)(3)(4)得:sin i’= i’=300
y=2R·sin600+2R·sin300=R………………(1分)
a、b两束光的间距为R