双缝衍射考核试题与正确答案

双缝衍射考核试题与正确答案考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、填空题（每空2分，共20分）1.光的衍射现象是指光在传播过程中遇到障碍物时，能够______直线传播而绕到障碍物阴影里去的现象。发生明显衍射的条件是障碍物的尺寸与光的______相当或更小。2.在杨氏双缝干涉和衍射实验中，若使屏幕上的条纹间距变大，可以采用______波长λ、______双缝间距d（或______缝宽a，或______屏到双缝距离L）的方法。3.对于单缝夫琅禾费衍射，当单缝宽度a变窄时，中央亮纹的宽度将______（选填“变宽”、“变窄”或“不变”），其衍射现象将______（选填“更明显”或“更不明显”）。4.在双缝衍射实验中，若用白光作为光源，屏上观察到的中央亮纹将是______色的，两侧的衍射条纹将是______（选填“彩色的”或“白色的”）。5.根据惠更斯-菲涅耳原理，波前上的每一点都可以看作是发射子波的新波源，在空间任意一点的光振动是所有子波相干的______。二、选择题（每题3分，共30分。在每小题给出的四个选项中，至少有一项是符合题目要求的。请将正确选项前的字母填写在答题纸上。若选项只有一项符合，多选不得分；若选项有多项符合，少选不得分，但全部选对得满分。）1.下列关于衍射现象的描述，正确的是（）。A.衍射是光特有的现象B.只有波长与障碍物尺寸可以比拟时，才能发生明显的衍射现象C.衍射现象是光波发生叠加的结果D.衍射总是使光束发散，无法聚焦2.在杨氏双缝干涉实验中，若用波长为λ的单色光照射，双缝间距为d，缝到屏的距离为L（L>>d），则屏上相邻两明纹（或暗纹）中心的距离Δx为（）。A.λL/dB.λd/LC.2λL/dD.λd/2L3.对于单缝夫琅禾费衍射，当入射光的波长λ减小时，中央亮纹的宽度将（）。A.变宽B.变窄C.不变D.先变宽后变窄4.在双缝衍射实验中，下列哪些因素会使中央亮纹的宽度变窄？（）A.增大双缝间距dB.增大缝宽aC.减小入射光波长λD.增大屏到双缝的距离L5.单缝夫琅禾费衍射实验中，当单缝宽度a等于光的波长λ时，下列说法正确的是（）。A.屏上只有中央亮纹B.中央亮纹的宽度等于λC.中央亮纹的宽度等于2λD.中央亮纹亮度最大，两侧无暗纹6.下列哪些现象属于光的衍射现象？（）A.阳光下树叶影子里出现的彩色光环B.光通过细丝或小孔后出现的模糊边缘C.薄膜表面的彩色条纹D.用单色光照射狭缝时，在屏上出现明暗相间的条纹7.在双缝衍射实验中，如果将双缝之一遮住，那么与双缝同时开放时相比，下列说法正确的是（）。A.屏上出现衍射条纹，但消失干涉现象B.屏上只出现单缝衍射条纹，没有双缝干涉条纹C.中央亮纹的位置不变，但亮度减弱D.条纹间距变大8.关于光的衍射和干涉，下列说法正确的是（）。A.干涉和衍射都是光波叠加的结果，本质相同B.只有干涉才能产生明暗相间的条纹，衍射只能使光散开C.在杨氏双缝实验中，屏幕上出现的是衍射条纹，而不是干涉条纹D.夫琅禾费衍射是远场衍射，其条纹间距较小9.下列哪些因素会影响双缝衍射条纹的亮度？（）A.入射光的强度B.双缝的宽度aC.双缝的间距dD.缝到屏的距离L10.当单色光通过一个狭缝做夫琅禾费衍射实验时，若要使衍射图样的中央亮纹区域变宽，可以采取的方法是（）。A.增大缝宽B.减小缝宽C.增大入射光波长D.减小入射光波长三、简答题（每题5分，共15分）1.简述夫琅禾费衍射与菲涅耳衍射的区别。2.为什么在日常生活中很难观察到光的衍射现象？3.在杨氏双缝实验中，如果用白光代替单色光，中央亮纹将呈现什么颜色？为什么？四、计算题（每题10分，共30分）1.在杨氏双缝干涉实验中，使用钠光灯（波长λ=589.3nm）作光源，双缝间距d=0.20mm，缝到屏的距离L=0.50m。求：（1）屏上相邻两明纹中心的距离；（2）第3级明纹中心离中央明纹中心的距离。2.用波长为500nm的单色光垂直照射到宽度为a=0.10mm的单缝上，缝后放置一个焦距为f=1.0m的透镜，求屏幕上中央亮纹的宽度。3.在双缝衍射实验中，双缝间距d=0.30mm，缝宽a=0.010mm，用波长λ=500nm的单色光垂直照射，求：（1）中央亮纹的角宽度；（2）第1级亮纹的角宽度。（提示：可近似认为第1级亮纹中心到中央亮纹中心的相位差为π）试卷结束试卷答案一、填空题（每空2分，共20分）1.绕射；波长2.增大；减小；增大；增大3.变宽；更明显4.白；彩色的5.叠加；振动二、选择题（每题3分，共30分。在每小题给出的四个选项中，至少有一项是符合题目要求的。请将正确选项前的字母填写在答题纸上。若选项只有一项符合，多选不得分；若选项有多项符合，少选不得分，但全部选对得满分。）1.B,C2.A3.A4.A,C5.A,C6.A,B,D7.A,C8.A,D9.A,B10.B,C三、简答题（每题5分，共15分）1.菲涅耳衍射是近场衍射，衍射图样与光源和观察屏到衍射屏的距离有关，通常光源到衍射屏和观察屏的距离有限且较短；夫琅禾费衍射是远场衍射，光源和观察屏到衍射屏的距离都足够大，光线可视为平行光。2.日常生活中，光的波长相对较短，而障碍物或孔的尺寸通常较大，不满足发生明显衍射的条件（障碍物尺寸与波长相当或更小），因此不易观察到光的衍射现象。3.中央亮纹将呈现白色。因为白光包含多种波长的光，不同波长的光经过双缝后产生干涉，各种波长的光在中央区域（零级明纹）相遇时，相位差为零，各种颜色的光相互加强，所以中央亮纹是白色的；而在中央亮纹两侧，不同波长的光由于路径差不同，相位差也不同，导致各种颜色的光相互干涉而错开，形成彩色的衍射条纹。四、计算题（每题10分，共30分）1.（1）Δx=λL/d=(589.3×10⁻⁹m)×(0.50m)/(0.20×10⁻³m)=1.47×10⁻³m=1.47mm（2）x_k=kΔx=3×1.47mm=4.41mm答案：（1）1.47mm；（2）4.41mm2.Δx=2fλ/a=2×(1.0m)×(500×10⁻⁹m)/(0.10×10⁻³m)=10⁻²m=1.0cm答案：1.0cm3.（1）中央亮纹的角宽度对应于第1级暗纹的位置，设角位置为θ₁。第1级暗纹对应的相位差为π，即路径差为λ/2。对于小角度，sinθ₁≈θ₁≈λ/(2a)。所以中央亮纹的角宽度Δθ=2θ₁=2λ/(2a)=λ/a=(500×10⁻⁹m)/(0.010×10⁻³m)=5×10⁻²rad。（2）第1级亮纹位于第1级和第2级暗纹之间。第1级暗纹相位差为π，第2级暗纹相位差为2π。第1级亮纹中心大致位于π和2π的中点，相位差约为3π/2。设其角位置为θ₂。相位差Δφ=(3π/2)-π=π/2，对应