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同步分层精练（五十七） 光的干涉、衍射和偏振
1.在如图所示的双缝干涉实验中,使用波长λ为600 nm的橙色光照射,在光屏中心P0点呈现亮条纹。若P0点上方的P点到S1、S2的路程差恰为λ,现改用波长为400 nm的紫光照射,则 (　 )
A.P0和P都呈现亮条纹
B.P0为亮条纹,P为暗条纹
C.P0为暗条纹,P为亮条纹
D.P0和P都呈现暗条纹
2.(多选)肥皂膜的干涉条纹如图所示,条纹间距上面宽、下面窄。下列说法正确的是 (　 )
A.过肥皂膜最高和最低点的截面一定不是梯形
B.肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹
C.肥皂膜从形成到破裂,条纹的宽度和间距不会发生变化
D.将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动90°,条纹也会跟着转动90°
3.(2024年1月·九省联考黑龙江、吉林卷)(多选)波长不同的a、b两束单色平行光,分别照射到同一双缝干涉装置上,在屏上得到干涉条纹如图所示。下列说法正确的是 (　 )
A.在真空中,a光的波长比b光的长
B.在真空中,a光的传播速度比b光的小
C.若只减小双缝到屏的距离,两光产生的条纹间距均变小
D.两光分别照射同一单缝衍射装置,若只减小缝宽,中央亮纹宽度均变小
4.用平行单色光垂直照射一层透明薄膜,观察到如图所示明暗相间的干涉条纹。下列关于该区域薄膜厚度d随坐标x的变化图像,可能正确的是 (　 )
5.如图甲所示,将两块平板玻璃M、N放在水平桌面上,并在两块玻璃之间右侧边缘垫上两个纸条,用平行单色光竖直向下照射玻璃板,就会在玻璃板上方看到如图乙所示的明暗相间的条纹。下列说法正确的是 (　 )
A.图乙中的条纹是M的上表面、N的下表面两列反射光发生干涉的结果
B.在任意一条明条纹的下方,空气薄膜的厚度都是均匀变化的
C.如果撤掉一个纸条,则条纹间距变小
D.若改用频率更高的单色光进行实验,则条纹间距会更小
6.双缝干涉实验装置的截面图如图所示。光源S到S1、S2的距离相等,O点为S1、S2连线的中垂线与光屏的交点。光源S发出的波长为λ的光,经S1出射后垂直穿过玻璃片传播到O点,经S2出射后直接传播到O点,由S1到O点与由S2到O点,光传播的时间差为Δt。玻璃片厚度为10λ,玻璃对该光的折射率为1.5,空气中光速为c,不计光在玻璃片内的反射。以下判断正确的是 (　 )
A.Δt= B.Δt=
C.Δt= D.Δt=
7.(2024·烟台一中月考)光刻机是制造芯片的核心装备,它采用类似照片冲印的技术,通过曝光去除晶圆表面保护膜的方式,将掩膜版上的精细图形印制到硅片上,后将晶圆浸泡在腐化剂中,失去保护膜的部分被腐蚀掉后便形成电路。某光刻机使用的是真空中波长为13.5 nm的极紫外线光源(EUV),如图所示,在光刻胶和投影物镜之间填充了折射率为1.5的液体,则该紫外线由真空进入液体后 (　 )
A.光子能量增加　　　 B.传播速度不变
C.波长为9 nm D.更容易发生明显衍射
8.(2025·湖南邵阳检测)“半波损失”是一种在波的反射过程中产生的现象,是指波从波疏介质射向波密介质时,反射波在离开反射点时的振动方向相对于入射波到达入射点时的振动方向相反,即反射波相对于入射波相位突变π的现象。现有一种防蓝光眼镜,从眼镜前面观察,可以发现镜片呈现蓝色,它是通过在镜片前表面镀膜增强蓝光的反射来实现的,膜的折射率为n1,镜片材质的折射率为n2,且n1>n2,膜的最小厚度为d,蓝光在镀膜中的波长为λ,则 (　 )
A.d= B.d=
C.d= D.d=
9.(2025·荆州模拟)如甲、乙两图所示是某同学在做光的单缝衍射和杨氏双缝干涉实验时,利用光照强度传感器测得的条纹相对光强I随水平距离x的分布图像。下列有关光的干涉和衍射现象说法正确的是 (　 )
A.甲发生的是干涉现象,乙发生的是衍射现象
B.无论发生甲、乙哪种现象,当只减小单缝宽度时,两现象条纹间距均变大
C.当所用光线由红光变成蓝光时,甲现象条纹间距变大,乙现象条纹间距减小
D.发生甲现象时,说明光没有沿直线传播
10.(2024·广西高考)(多选)如图,S为单色光源,S发出的光一部分直接照在光屏上,一部分通过平面镜反射到光屏上。从平面镜反射的光相当于S在平面镜中的虚像发出的,由此形成了两个相干光源。设光源S到平面镜和到光屏的距离分别为a和l,a l,镜面与光屏垂直,单色光波长为λ。下列说法正确的是 (　 )
A.光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为λ
B.光屏上相邻两条暗条纹的中心间距为λ
C.若将整套装置完全浸入折射率为n的蔗糖溶液中,此时单色光的波长变为nλ
D.若将整套装置完全浸入某种透明溶液中,光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为Δx,则该液体的折射率为λ
同步分层精练（五十七） 光的干涉、衍射和偏振
1.在如图所示的双缝干涉实验中,使用波长λ为600 nm的橙色光照射,在光屏中心P0点呈现亮条纹。若P0点上方的P点到S1、S2的路程差恰为λ,现改用波长为400 nm的紫光照射,则 (　 )
A.P0和P都呈现亮条纹
B.P0为亮条纹,P为暗条纹
C.P0为暗条纹,P为亮条纹
D.P0和P都呈现暗条纹
解析:选B　由题意可知,PS2-PS1=600 nm=×400 nm,故当改用紫光照射时,光到P点的路程差为半波长的奇数倍,P为暗条纹,P0仍为亮条纹,B正确。
2.(多选)肥皂膜的干涉条纹如图所示,条纹间距上面宽、下面窄。下列说法正确的是 (　 )
A.过肥皂膜最高和最低点的截面一定不是梯形
B.肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹
C.肥皂膜从形成到破裂,条纹的宽度和间距不会发生变化
D.将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动90°,条纹也会跟着转动90°
解析:选AB　肥皂膜因为自重会上面薄而下面厚,因表面张力的原因其截面应是一个圆滑的曲面而不是梯形,A正确;薄膜干涉是等厚干涉,其原因为肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹,B正确;形成条纹的原因是前后表面的反射光叠加出现了振动加强点和振动减弱点,肥皂膜从形成到破裂的过程上面越来越薄,下面越来越厚,因此出现加强点和减弱点的位置发生了变化,条纹宽度和间距发生变化,C错误;将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动90°,由于重力、表面张力和粘滞力等的作用,肥皂膜的形状和厚度会重新分布,因此并不会跟着旋转90°,D错误。
3.(2024年1月·九省联考黑龙江、吉林卷)(多选)波长不同的a、b两束单色平行光,分别照射到同一双缝干涉装置上,在屏上得到干涉条纹如图所示。下列说法正确的是 (　 )
A.在真空中,a光的波长比b光的长
B.在真空中,a光的传播速度比b光的小
C.若只减小双缝到屏的距离,两光产生的条纹间距均变小
D.两光分别照射同一单缝衍射装置,若只减小缝宽,中央亮纹宽度均变小
解析:选AC　根据Δx=λ,由屏上得到的干涉条纹可知,a光对应的条纹间距大于b光对应的条纹间距,则在真空中,a光的波长比b光的长,在真空中,a光的传播速度与b光的传播速度相等,均为光速c,故A正确,B错误;根据Δx=λ,若只减小双缝到屏的距离,两光产生的条纹间距均变小,故C正确;两光分别照射同一单缝衍射装置,若只减小缝宽,中央亮纹宽度均变大,故D错误。
4.用平行单色光垂直照射一层透明薄膜,观察到如图所示明暗相间的干涉条纹。下列关于该区域薄膜厚度d随坐标x的变化图像,可能正确的是 (　 )
解析:选D　根据薄膜干涉的形成规律,若薄膜厚度d均匀变化时,会产生等间距的明暗相间的条纹,题图条纹间距不等,说明薄膜厚度d不是线性变化的, 故A、B错误;由于条纹间距变大,说明薄膜的厚度d变化缓慢,反映到d x图像中即图像的斜率减小,故C错误,D正确。
5.如图甲所示,将两块平板玻璃M、N放在水平桌面上,并在两块玻璃之间右侧边缘垫上两个纸条,用平行单色光竖直向下照射玻璃板,就会在玻璃板上方看到如图乙所示的明暗相间的条纹。下列说法正确的是 (　 )
A.图乙中的条纹是M的上表面、N的下表面两列反射光发生干涉的结果
B.在任意一条明条纹的下方,空气薄膜的厚度都是均匀变化的
C.如果撤掉一个纸条,则条纹间距变小
D.若改用频率更高的单色光进行实验,则条纹间距会更小
解析:选D　这些明暗相间的条纹间距相等,是M的下表面、N的上表面两列反射光在M的下表面发生干涉的结果,故A错误;在任意一条明条纹的下方,两列反射光的光程差都相等,所以空气薄膜的厚度都相等,故B错误;光线在空气薄膜的上、下表面发生反射,并发生干涉,从而形成干涉条纹,设空气膜的顶角为θ,d1、d2处为相邻两条亮条纹,如图所示,则这两处的光程差分别为r1=2d1,r2=2d2,因为Δr=r2-r1=λ,所以d2-d1=,设相邻两条亮条纹中心的距离为Δx,则由几何关系得=tan θ,即Δx=,如果撤掉一个纸条,空气膜的倾角θ变小,故相邻两条亮条纹(或暗条纹)之间的距离增大,故C错误;由C项分析可得,单色光频率增大,波长减小,则条纹间距会更小,故D正确。
6.双缝干涉实验装置的截面图如图所示。光源S到S1、S2的距离相等,O点为S1、S2连线的中垂线与光屏的交点。光源S发出的波长为λ的光,经S1出射后垂直穿过玻璃片传播到O点,经S2出射后直接传播到O点,由S1到O点与由S2到O点,光传播的时间差为Δt。玻璃片厚度为10λ,玻璃对该光的折射率为1.5,空气中光速为c,不计光在玻璃片内的反射。以下判断正确的是 (　 )
A.Δt= B.Δt=
C.Δt= D.Δt=
解析:选A　波长为λ的光在玻璃片中的传播速度v=,通过玻璃片时产生时间差,光传播的时间差Δt=-=,选项A正确。
7.(2024·烟台一中月考)光刻机是制造芯片的核心装备,它采用类似照片冲印的技术,通过曝光去除晶圆表面保护膜的方式,将掩膜版上的精细图形印制到硅片上,后将晶圆浸泡在腐化剂中,失去保护膜的部分被腐蚀掉后便形成电路。某光刻机使用的是真空中波长为13.5 nm的极紫外线光源(EUV),如图所示,在光刻胶和投影物镜之间填充了折射率为1.5的液体,则该紫外线由真空进入液体后 (　 )
A.光子能量增加　　　 B.传播速度不变
C.波长为9 nm D.更容易发生明显衍射
解析:选C　极紫外线由真空进入液体后,频率不变,根据公式E=hν可知,光子能量不变,故A错误;液体对紫外线的折射率为1.5,根据公式n=,得v=,可知紫外线在液体中的传播速度减小,故B错误;由于频率不变,传播速度减小,则波长变短,根据公式可求得λ====λ0=×13.5 nm=9 nm,故C正确;由于波长变短,所以更不容易发生明显衍射,故D错误。
8.(2025·湖南邵阳检测)“半波损失”是一种在波的反射过程中产生的现象,是指波从波疏介质射向波密介质时,反射波在离开反射点时的振动方向相对于入射波到达入射点时的振动方向相反,即反射波相对于入射波相位突变π的现象。现有一种防蓝光眼镜,从眼镜前面观察,可以发现镜片呈现蓝色,它是通过在镜片前表面镀膜增强蓝光的反射来实现的,膜的折射率为n1,镜片材质的折射率为n2,且n1>n2,膜的最小厚度为d,蓝光在镀膜中的波长为λ,则 (　 )
A.d= B.d=
C.d= D.d=
解析:选A　蓝光在从空气到膜时,是由光疏介质到光密介质,反射时会发生半波损失;而从膜到镜片是由光密介质到光疏介质,反射时不会发生半波损失。由于镀膜增强了蓝光的反射,则膜的前后两个表面反射光的路程差等于半波长的奇数倍,则有2d=,解得d=。故选A。
9.(2025·荆州模拟)如甲、乙两图所示是某同学在做光的单缝衍射和杨氏双缝干涉实验时,利用光照强度传感器测得的条纹相对光强I随水平距离x的分布图像。下列有关光的干涉和衍射现象说法正确的是 (　 )
A.甲发生的是干涉现象,乙发生的是衍射现象
B.无论发生甲、乙哪种现象,当只减小单缝宽度时,两现象条纹间距均变大
C.当所用光线由红光变成蓝光时,甲现象条纹间距变大,乙现象条纹间距减小
D.发生甲现象时,说明光没有沿直线传播
解析:选D　单缝衍射实验中,中间条纹间距最大且最亮,可知中间光强最强,而在双缝干涉实验中,形成的明暗条纹间距相等,根据干涉的叠加原理可知,明条纹中心处光强最强,暗条纹中心处光强最弱,因此判断得知,题图甲发生的是衍射现象,题图乙发生的是干涉现象,故A错误;单缝衍射中,中央明纹宽度公式x=2f·,式中a为单缝宽度,则可知,当只减小单缝宽度时,甲现象条纹间距变大,根据双缝干涉相邻两条亮条纹(或暗条纹)中心间距公式Δx=λ,式中d为双缝中心间距,可知,单缝宽度与条纹间距无关,故B错误;由于红光波长大于蓝光波长,当所用光线由红光变成蓝光时,可知甲现象条纹间距变小,乙现象条纹间距减小,故C错误;甲现象为光的衍射,即光绕过障碍物继续传播,可知发生甲现象时,说明光没有沿直线传播,故D正确。
10.(2024·广西高考)(多选)如图,S为单色光源,S发出的光一部分直接照在光屏上,一部分通过平面镜反射到光屏上。从平面镜反射的光相当于S在平面镜中的虚像发出的,由此形成了两个相干光源。设光源S到平面镜和到光屏的距离分别为a和l,a l,镜面与光屏垂直,单色光波长为λ。下列说法正确的是 (　 )
A.光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为λ
B.光屏上相邻两条暗条纹的中心间距为λ
C.若将整套装置完全浸入折射率为n的蔗糖溶液中,此时单色光的波长变为nλ
D.若将整套装置完全浸入某种透明溶液中,光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为Δx,则该液体的折射率为λ
解析:选AD　根据光的反射的对称性可知,光源S与平面镜中的虚像距离为2a,根据干涉条纹间距公式可知Δx'=λ=λ,故A正确,B错误;若将整套装置完全浸入折射率为n的蔗糖溶液中,光的频率不变,根据λf=c,v=λ1f=,其中c为在真空中的光速,则λ1=,故C错误;若将整套装置完全浸入某种透明溶液中,光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为Δx,根据双缝干涉相邻两条亮条纹(或暗条纹)中心间距公式有Δx=λ2,可得λ2=,结合C选项的分析可知λ2==,所以n'=λ,故D正确。
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