第 5 章光的干涉、衍射和偏振章末练习

科学认知

1．用单色红光做杨氏双缝干涉实验，在光屏上会出现明暗相间的条纹。

（1）请画出光波通过狭缝后传播的示意图，并解释为什么屏上会出现明暗相间的条纹。

（2）若用蓝光代替红光，干涉条纹的间距会发生什么变化？为什么？

【参考解答】（1）在双缝后相遇，出现振动加强和减弱相间的区域，在屏上就出现了明暗相间的干涉条纹；

（2）间距减少，因为红光的波长大于蓝光的波长。

2．观察水面上的油膜，发现色彩会不断地运动变化，如图所示。请解释出现该现象的原因。

【参考解答】太阳光是由不同波长的光组成的复色光。不同波长的光经过肥皂泡膜后，在不同的位置形成亮条纹，因此复色光将会在不同的位置展开，形成彩色条纹。

3．在观察光的衍射现象的实验中，保持缝到光屏的距离不变，增加缝宽，屏上衍射条纹间距将如何变化？该现象表明，光沿直线传播只是一种近似规律。在什么情况下光才可视为沿直线传播？

【参考解答】间距减少；在光的波长比障碍物小得多的情况下光才可视为沿直线传播。

4．白光通过双缝后产生的干涉条纹是彩色的，原因是不同色光的

A．传播速度不同 B．强度不同

C．振动方向不同 D．频率不同

【参考解答】D

5．光的偏振现象说明光是横波。下列现象中，能反映光的偏振特性的是

A．一束自然光相继通过两个偏振片，以光束为轴旋转其中一个偏振片，透射光的强度发生变化

B．一束自然光在玻璃、水面、木质桌面等表面反射时，反射光和折射光都是偏振光

C．日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可使成像更清晰

D．通过手指间的缝隙观察日光灯，可看到彩色条纹

【参考解答】ABC

6．在双缝干涉实验中，钠灯发出波长为 589 nm 的光，在距双缝 1.00 m 的屏上形成干涉图样。图样上相邻两亮条纹中心间距为 0.350 cm，则双缝的间距是多少？

【参考解答】1.68×10⁻⁴ m。

科学探究

7．在“用双缝干涉实验测量光的波长”实验中，某同学对实验装置进行调节并观察实验现象。

（1）图（a）（b）是光的条纹形状示意图，其中干涉图样是_________。

（2）下述现象中，能观察到的是_________。

A．将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹间距变宽

B．将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽

C．换一个两缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变窄

D．去掉滤光片后，干涉现象消失

【参考解答】（1）（a）

（2）AC

科技交流

8．劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图（a）所示。将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜。当单色光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图（b）所示。干涉条纹有如下特点：①任意一条亮条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；②任意相邻亮条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定。

（1）请解释上述特点产生的原因；

（2）请查阅资料，了解劈尖干涉在生产生活中的应用，并与同学交流。

【参考解答】（1）根据薄膜干涉的道理，可以测定平面的平直度，测定的精度很高，甚至几分之一波长那么小的隆起或下陷都可以从条纹的弯曲上检测出来。若使两个很平的玻璃板间有一个很小的角度，就构成一个楔形空气薄膜，用已知波长的单色光入射产生的干涉条纹，可用来测很小的长度。

（2）用劈尖干涉测微小厚度（微小直径）或劈尖角度，用劈尖干涉检查物体表面平整度，等等。

9．了解英国物理学家托马斯·杨对物理学的贡献。根据你收集的信息，请评价他对光本性的研究的影响。

【参考解答】略

温故知新

10．两束平行单色光 a、b 垂直于 PQ 面射入截面为直角三角形的棱镜 PQM，从另一面 PM 射出时的光束为 a′、b′，如图所示。下列说法正确的是

A．b 光在棱镜中传播速度较大

B．b 光的频率大于 a 光的频率

C．在完全相同的条件下做双缝干涉实验，a 光对应的干涉条纹间距较宽

D．在其他条件不变的情况下，当顶角 P 增大时，b 光一定不会在 PM 面上发生全反射

【参考解答】BC

11．请根据第 4 章（光的折射和全反射）和第 5 章（光的干涉、衍射和偏振）的内容，结合你的理解，画出概念图。

【参考解答】略

单元自我检测

一、选择题（本题共 5 小题。在每小题给出的四个选项中，第 1 ～ 3 题只有一项符合题目要求，第 4、5 题有多项符合题目要求）

1．用手捏紧叠在一起的两块平板玻璃时，若板间存在薄空气层，从平板玻璃的上表面常会看到彩色条纹。产生这一现象的原因是

A．光的折射 B．光的衍射

C．光的干涉 D．光的偏振

【参考解答】D

2．虹和霓是太阳光在水珠内分别经过一次和两次反射后出射形成的，可用白光照射玻璃球来说明。两束平行白光照射到透明玻璃球后，在水平的白色桌面上会形成 MN 和 PQ 两条彩色光带，光路如图所示。点 M、N、P、Q 的颜色分别为

A．红、紫、红、紫 B．紫、红、红、紫

C．红、紫、紫、红 D．紫、红、紫、红

【参考解答】B

3．如图所示，口径较大、装满水的薄壁圆柱形玻璃缸底有一发光小球，则

A．小球必须位于缸底中心才能从缸壁被看到

B．小球所发的光能从水面任何区域射出

C．小球所发的光从水中进入空气后频率变大

D．小球所发的光从水中进入空气后波长变大

【参考解答】D

4．如图所示，P 是偏振片，透振方向为竖直方向。下列四种入射光束中，照射时能在 P 的另一侧观察到透射光的是

A．太阳光

B．沿竖直方向振动的光

C．沿水平方向振动的光

D．沿与竖直方向成 45° 角振动的光

【参考解答】ABD

5．关于杨氏双缝干涉实验，下列说法正确的是

A．若用白光作为光源，屏上将呈现黑白相间的条纹

B．若用红光作为光源，屏上将呈现红黑相间的条纹

C．若用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现干涉条纹

D．若用紫光作为光源，遮住其中一条狭缝，屏上将呈现间距不等的条纹

【参考解答】BD

二、非选择题

6．光学实验用的长方体玻璃砖如图（a）所示，它的______面不能用手直接接触。在用插针法测定玻璃折射率的实验中，两位同学绘出的玻璃砖和三个针孔 a、b、c 的位置相同，且插在 c 位置的针正好挡住插在 a、b 位置的针的像，但第四个针孔的位置不同，分别为 d、e 两点，如图（b）所示。计算折射率时，用点_________得到的值较小，用点________得到的值是合理的。（均选填“d ”或“e”）