周末作业8　光的干涉、实验用双缝干涉测量光的波长、光的衍射、光的偏振　激光

周末作业8光的干涉、实验:用双缝干涉测量光的波长、光的衍射、光的偏振激光(总分:50分)1.(5分)关于光的干涉、衍射、偏振等现象，下列说法正确的是(B)A.因为激光的方向性好，所以激光不能发生衍射现象B.光照射不透明圆盘，圆盘的阴影中心出现亮斑是光的衍射现象C.白光经过狭窄的单缝得到彩色图样是光的干涉现象D.利用偏振片可以观察到光的偏振现象，说明光是纵波解析：衍射是波的特有现象，激光的方向性好，激光仍然能发生衍射现象，故A错误;光照射不透明圆盘，圆盘的阴影中心出现亮斑，这是泊松亮斑，是光的衍射现象，故B正确;白光经过狭窄的单缝得到彩色图样是光的衍射现象，故C错误;利用偏振片可以观察到光的偏振现象，说明光是横波，故D错误。2.(5分)片片雪花洋洋洒洒从天而降，摄影师透过微距镜头，将雪花美丽而梦幻的瞬间留存下来。如图所示，利用微距相机可以拍摄到形状各异的雪花图像，图像中有一种彩色雪花，该雪花内部有一夹着空气的薄冰层，使其呈彩色花纹。下列情景中与雪花呈彩色花纹原理相同的是(B)A.雨后的彩虹B.阳光下的肥皂膜呈现彩色条纹C.通过两支铅笔夹成的一条狭缝观察日光灯，可以看到彩色条纹D.泊松亮斑解析：图像中有一种彩色雪花，该雪花内部有一夹着空气的薄冰层，使其呈彩色花纹，这属于光的干涉现象。雨后的彩虹是光的折射现象，原理与该现象不相同，故A错误;阳光下的肥皂泡呈现彩色条纹是光的干涉现象，原理与该现象相同，故B正确;通过两支铅笔夹成的一条狭缝观察日光灯，可以看到彩色条纹，属于光的衍射现象，原理与该现象不相同，故C错误;泊松亮斑是光的衍射，原理与该现象不相同，故D错误。3.(5分)关于光的现象及其应用，下列说法正确的是(C)A.图甲是白光的薄膜干涉现象，从图中可以看到，圆形肥皂膜从上向下一定是均匀变厚B.如图乙所示，照相机的镜头表面常常镀一层透光膜，膜的外表面和玻璃表面反射的光发生干涉使镜头看起来有颜色，膜的厚度为光在膜中波长的1C.如图丙所示，利用光的干涉检查平滑度，用单色光从上面照射，空气膜的上下两个表面反射的两列光波发生干涉，图中条纹弯曲说明此处是凹下的D.图丁中的M、N是偏振片，P是光屏。当M固定不动缓慢转动N时，光屏P上的光亮度将一明一暗交替变化，此现象表明光波是纵波解析：从题图甲中可以看到，从上向下干涉条纹越来越密，所以肥皂膜从上向下不断变厚，而且是变厚得越来越快，如果均匀变厚，则干涉条纹是等间距的，故A错误;如题图乙所示，照相机的镜头表面常常镀一层透光膜，从薄膜前后两表面反射的光发生干涉使镜头看起来有颜色，膜的厚度为光在膜中14波长的奇数倍，故B错误;如题图丙所示，利用光的干涉检查平滑度，用单色光从上面照射，空气膜的上下两个表面反射的两列光波发生干涉，如果某处凹下去，则对应亮纹(或暗纹)提前出现，所以图中条纹弯曲说明此处是凹下的，故C正确;在题图丁中，M、N是偏振片，P是光屏，当M固定不动缓慢转动N时，光屏P上的光亮度将一明一暗交替变化，这表明光波是横波，因为只有横波才有偏振现象，纵波没有偏振现象，故D4.(5分)1834年，洛埃利用单面镜同样得到了杨氏干涉的结果(称洛埃镜实验)。实验基本装置如图所示，单色光源S发出的光直接照在光屏上，同时S发出的光还通过平面镜反射在光屏上。从平面镜反射的光相当于S在平面镜中的虚像发出的，这样就形成了两个相干光源。设光源S到平面镜所在平面的距离和到光屏的距离分别为a和L，光的波长为λ。如果仅改变以下条件，关于光屏上相邻两条亮条纹间距Δx的描述正确的是(B)A.平面镜水平向左移动少许，Δx将变小B.平面镜竖直向下移动少许，Δx将变小C.光屏向左移动少许，Δx将变大D.点光源S由红色换成绿色，Δx将变大解析：如图所示，从光源直接发出的光和被平面镜反射的光实际上是同一列光，故是相干光，该干涉现象可以看作双缝干涉，所以SS'之间的距离为d，而光源S到光屏的距离可以看作双缝屏到光屏距离L，双缝干涉的相邻条纹之间的距离为Δx=Ldλ，因为d=2a，所以相邻两条亮条纹(或暗条纹)间距离为Δx=L2aλ，平面镜水平向左移动少许，Δx不变;平面镜竖直向下移动少许，a变大，Δx将变小;光屏向左移动少许，L变小，Δx将变小;点光源S由红色换成绿色，波长变小，Δx5.(5分)(多选)如图所示，a、b两种单色光沿不同方向射向玻璃三棱镜，经三棱镜折射后沿同一方向射出，下列关于a光和b光的说法正确的是(BC)A.在该三棱镜中，a光的折射率大于b光的折射率B.b光的频率大于a光的频率C.在同样的双缝干涉条件下，用b光得到的干涉条纹的相邻亮条纹间距较小D.在该三棱镜中，b光的传播速度较大解析：由题图可知，a光偏折程度较小，故a光的折射率较小，频率较低，由λ=cf可知a光波长较长，根据Δx=ldλ可知，在同样的双缝干涉条件下，用a光得到的干涉条纹的相邻亮条纹间距较大，故A错误，C正确;由题图可以看出b光偏折程度较大，则b光的折射率较大，频率较高，故B正确;在该三棱镜中，根据v=cn，b光的折射率大，其传播速度较小，6.(5分)(多选)水下固定一平行于水面的直线光源，同时发出a、b两种单色光。人在水面上向下看，如图所示Ⅰ区域只有a光射出，Ⅱ区域同时有a光和b光射出。下列判断不正确的是(AD)A.水对a光折射率比水对b光折射率大B.a光在水中的传播速度大于b光在水中的传播速度C.用同一双缝干涉实验装置在相同介质中进行光的干涉实验，b光干涉条纹相邻亮条纹的间距比a光小D.若直线光源到水面的距离增大，则Ⅱ区域宽度保持不变解析：在Ⅰ区域只有a光射出，说明b光发生全反射，可知b光的临界角小于a光的临界角，根据sinC=1n，可知b光的折射率大于a光的折射率，故A错误;根据光在介质中的传播速度v=cn，可知a光在水中的传播速度大于b光在水中的传播速度，故B正确;根据双缝干涉条纹间距Δx=ldλ，在同一介质中可知a光的波长大于b光的波长，所以利用同一双缝干涉实验装置在相同介质中进行光的干涉实验，b光干涉条纹相邻亮条纹间距比a光小，故C正确;若直线光源到水面的距离增大，临界角不变，根据几何知识可知Ⅱ区域宽度变大，7.(8分)在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，实验装置如图甲所示。(1)M、N、P三个光学元件依次为A。A.滤光片、单缝、双缝B.单缝、滤光片、双缝C.单缝、双缝、滤光片D.滤光片、双缝、单缝(2)(多选)关于该实验，下列说法中正确的是AC。A.单缝和双缝应当相互平行B.测量过程中，把5个条纹间距数成6个，会导致波长测量值偏大C.把毛玻璃屏向远离双缝的方向移动，相邻两亮条纹中心的距离变宽D.若通过双缝的两列光波到屏上某点的路程差为波长的奇数倍，该点处一定是暗条纹(3)某同学在用双缝干涉测量光的波长的实验中，已知两缝间的间距为d=0.3mm，以某种单色光照射双缝时，在离双缝L=1.2m远的屏上，用测量头测量条纹间的宽度:先将测量头的分划板中心刻线与某亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮条纹，此时手轮上的读数为x1=2.325mm;然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮条纹中心对齐，此时手轮上的示数如图乙所示，其读数为x6=13.700mm。(4)利用测量数据，此光波波长的计算表达式为λ=(x解析：(1)由题意，光线依次通过的M、N、P三个光学元件，分别为滤光片、单缝、双缝。故选A。(2)为了获得清晰的干涉条纹，单缝和双缝应当相互平行，故A正确;根据双缝干涉条纹公式得λ=dLΔx，测量过程中，把5个条纹间距数成6个，导致相邻亮条纹间距Δx变小，则会导致波长λ的测量值偏小，故B错误;据双缝干涉条纹公式Δx=Ldλ可知，把毛玻璃屏向远离双缝的方向移动，即L变大，则相邻两亮条纹中心的距离Δx变宽，故C正确;若通过双缝的两列光波到屏上某点的路程差为波长的奇数倍，由于频率和相位差完全相同，则该点处一定是亮条纹，故(3)题图乙读数为x6=13.5mm+20.0×0.01mm=13.700mm。(4)根据双缝干涉条纹间距公式Δx=Ldλ，并且有Δx=x6−x15，解得λ=8.(12分)我国航天员王亚平在进行太空授课时进行了一个小实验，在太空失重环境下，一水滴成为一形状规则的球体，当一束光照射到“水球”上时，会形成美丽的彩虹。如图为某均匀透明球形液滴截面图，半径为R=0.5m，O为球心。一束光从空中(看作真空)平行直径AOB射到圆上的C点，入射角i=60°，该光射入球形液滴经过一次反射后从D点再次平行AOB射向空中。C、D关于AOB对称。(1)画出光路图并求液滴对该光的折射率n;(