4.5 光的衍射 分层作业 -2025-2026学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

4.5 光的衍射 分层作业 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ A层 1．甲、乙两种单色光分别经同一单缝得到的衍射图样如图甲、乙所示。图丙中有一半圆玻璃砖，O是圆心，MN是法线，PQ是足够长的光屏。甲光以入射角i由玻璃砖内部射向O点，折射角为r。下列说法正确的是（　　） A．甲光在玻璃砖中的折射率为 B．乙光的频率小于甲光的频率 C．乙光以入射角i入射时，PQ上可能接收不到乙光 D．若绕O点逆时针旋转玻璃砖，PQ上一定能接收到甲光 2．某实验小组在激光的传播方向上分别放置单缝、双缝、小圆孔和小圆板后，得到如下四幅图样，下列说法正确的是（    ） A．图甲是小圆板“泊松亮斑”衍射图样 B．图乙是小圆孔衍射图样 C．图丙是双缝干涉图样 D．图丁是双缝干涉图样 3．（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．（多选）小牧同学是一个摄影爱好者，在摄影过程中，他学习到可以在镜片前加装偏振镜消除水面和玻璃反光，也可以通过给相机镜片镀上增透膜增加透射光的强度，还可以加装星光镜使点状光源拍出耀眼的星芒效果如图，下列说法中正确的是（　　） A．自然光是一种偏振光 B．光是一种横波 C．增透膜利用了薄膜干涉原理，对所有颜色的透射光增强效果都相同 D．星光镜上规则间隔的交叉刻痕使光发生衍射，产生星芒效果 5．下列在生活中常常看到的自然现象，分别属于什么光学现象？ （1）漂浮在水面上的油花呈现彩色； （2）透过尼龙纱巾看发光的电灯，可看到比纱巾方孔大的彩色网络； （3）夏天早晨草地上露水在阳光照射下出现彩色光点。 6．分析以下现象产生的原因： （1）通过盛水的玻璃杯，在适当的角度，可看到彩色光； （2）隔着帐幔看远处的灯，见到灯周围辐射彩色的光芒； （3）光线照在花布上，可以看见花布上的图样。 B层 7．在一定的气象条件下，空气中的小水滴会变成六棱柱状的小冰晶，太阳光穿过小冰晶时发生折射，看上去在太阳的周围出现一个彩色圆圈，这就是日晕，如图甲所示。图乙是两单色光穿过六棱柱状冰晶某横截面的示意图，下列说法正确的是（　　） A．若a光是黄光，则b光可能是红光 B．b光比a光更容易发生明显的衍射现象 C．a光在冰晶中的传播速度小于b光的传播速度 D．用同一双缝干涉装置做实验，a光条纹间距大于b光条纹间距 8．（多选）“不经历风雨怎么见彩虹”，彩虹的产生原因是光的色散，如图所示为太阳光射到空气中的小水珠发生色散形成彩虹的光路示意图，、为两种折射出的单色光．以下说法正确的是（    ） A．在水珠中光的传播速度大于光的传播速度 B．如果光能使某金属发生光电效应，则光也一定能使该金属发生光电效应 C．以相同角度斜射到同一玻璃板透过平行表面后，光侧移量大 D．光比光更容易发生明显衍射现象 9．如图所示，在“双缝干涉”实验中，双缝S1、S2到光屏上点P的距离之差为0.6μm.若分别用频率为f1=5.0×1014Hz和f2=7.5×1014Hz的单色光垂直照射双缝，则点P处应出现亮条纹还是暗条纹? C层 10．如图所示为光分别通过狭缝、圆孔后产生的衍射图样（缝和孔的形状标于各图的右下方）。当光通过正四边形小孔时，会在光屏上产生的衍射图样是下列四幅图中哪个（　　） A． B． C． D． 11．（多选）如图所示，一束由两种色光混合的复色光沿PO方向射向一上、下表面平行且足够大的厚玻璃平面镜的上表面，得到三束光I、II、III，则（　　） A．增大α角且α≤，光束II、III会靠近光束I B．玻璃对光束III的折射率大于对光束II的折射率 C．减小α角且α＞，光束III可能会由于全反射而从上表面消失 D．光束III比光束II更容易发生明显衍射 12．如图所示为某种测量液体折射率装置的俯视图，该实验装置外侧是边长为L的正方体，过正方体中心O、垂直上下两面放置—衍射光栅，激光束垂直光栅平面打到O点，未加入液体时，零级衍射光束打在后壁上的点，一级衍射光束打到a点；加入液体后，一级衍射光束打到b点．已知，，衍射光栅一级衍射光束满足，其中d为光栅常数，i为衍射角（衍射光束与原光束传播方向的夹角），为光的波长，光在真空中的速度为c，求： （1）液体对激光的折射率； （2）加入液体后，光从发出到打到b点所需的时间。 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 参考答案 题号 1 2 3 4 7 8 10 11 答案 C C AC BD D AC B AD 1．C 【详解】A．对于甲光发生折射，由折射定律有，选项A错误； BC．对题图甲、乙所示的单缝衍射图样进行对比可知，甲光衍射现象更明显，说明甲光的波长比乙光的长，甲光的频率比乙光的小，对同一种介质，甲光的折射率更小，根据全反射的临界角的正弦值可知甲光的临界角较大，乙光的临界角较小，则当乙光以入射角i入射时可能会发生全反射，PQ上有可能会接收不到乙光，选项B错误、C正确； D．若绕O点逆时针旋转玻璃砖，入射角增大，如果入射角达到甲光的临界角，则甲光发生全反射，即PQ上接收不到甲光，选项D错误。 故选C。 2．C 【详解】AB．单色光照射小圆孔做衍射的实验时，中央较大的区域内是亮的，周围是明暗相间的圆环，条纹间距也不等，亮度向外逐渐变暗；而泊松亮斑的中间是一个比较小的亮点，亮度向外逐渐变亮，可知图甲是小圆孔衍射图样，图乙是小圆板“泊松亮斑”衍射图样，故AB错误； CD．衍射与干涉图样的区别是：前者是中间亮条纹明且宽大，越向两侧宽度越小，后者明暗条纹宽度相等，则图丙是双缝干涉图样，图丁是单缝衍射图样，故C正确，D错误； 故选C。 3．AC 【详解】AB．根据 在屏上得到干涉条纹可知，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，故A正确，B错误； C．根据 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； D．两光分别照射同一单缝衍射装置，若只减小缝宽，中央亮纹宽度均变大，故D错误。 故选AC。 4．BD 【详解】A．自然光包含着在垂直于传播方向上沿一切方向转动的光，故自然光不是一种偏振光，A错误； B．光是一种横波，B正确； C．增透膜利用了薄膜干涉原理，使反射光相互抵消，从而增加透射光的强度，但增透膜的增强条件与光的波长直接相关，而不同颜色的光对应不同的波长，因此增透膜对不同颜色的透射光增强效果并不相同，C错误； D．刻痕相当于一个衍射光栅，当点光源的光通过时，光在刻痕处发生衍射，形成明暗相间的衍射图样，从而呈现出放射状的星芒，D正确。 故选BD。 5．(1)薄膜干涉；(2)衍射；(3)色散现象 【详解】（1）漂浮在水面上的油花呈现彩色是薄膜干涉现象； （2）透过尼龙纱巾看发光的电灯，可看到比纱巾方孔大的彩色网络是光的衍射现象； （3）夏天早晨草地上露水在阳光照射下出现彩色光点是光的折射形成的色散现象。 6．（1）见解析；（2）见解析；（3）见解析； 【详解】(1)白光通过盛水的玻璃杯发生折射，在适当的角度，各色光分离较大，可看到彩色光。 (2)远处灯发出的光经过帐幔的缝隙，产生衍射，因此可见到灯周围辐射彩色的光芒。 (3)光线照在花布上看见花布的图样，是由于光的反射与吸收的结果。花布是由各种颜色的花纹组成的，当白光照在花布上时，红色花纹反射红色光，吸收其他颜色的光，这样我们在该位置只看到红色，同理可以看到各种花纹反射的各种颜色的光，这样就可以看到花布的图样。 7．D 【详解】A．根据题图乙可知a、b两光的入射角相等，b光偏折的比a光大，则b光的折射率大于a光的折射率，即b光的频率大于a光的频率，若a光是黄光，则b光一定不是红光，故A错误； B．b光的频率大于a光的频率，则b光的波长小于a光的波长，a光比b光更容易发生明显的衍射现象，故B错误； C．b光的折射率大于a光的折射率，根据，可知在冰晶中a光的传播速度大于b光的传播速度，故C错误； D．用同一双缝干涉装置做实验，根据双缝干涉条纹间距公式，可知a光的相邻亮条纹中心间距大于b光的相邻亮条纹中心间距，故D正确。 故选D。 8．AC 【详解】A．根据光路图可知：太阳光进入水珠时b光的折射角小，b光的折射率大，根据可知折射率大的传播速度小，所以b光在水珠中的传播速度小于光在水珠中的传播速度，故A正确 B．b光的折射率大，b光频率大，所以b光能使某金属发生光电效应，b光频率大于截止频率，但a光的频率不一定大于截止频率，故B错误 C．因为b光的折射率大，b光的折射角小，所以以相同角度斜射到同一玻璃板透过平行表面后，b光侧移量大，故C正确 D．根据结合上述分析可知光波长大，则光比光更容易发生明显衍射现象，故D错误。 故选AC。 9．亮条纹；暗条纹 【详解】如图所示 双缝S1、S2到光屏上点P的距离差 Δr=S2S'2 当Δr等于单色光波长的整数倍时，由S1和S2发出的光在点P互相加强，点P处出现亮条纹；当Δr等于单色光半波长的奇数倍时，由S1和S2发出的光在点P互相抵消，点P处出现暗条纹。频率为f1的单色光的波长为 λ1==m=0.6×10-6m=0.6μm 频率为f2的单色光的波长为 λ2==m=0.4×10-6m=0.4μm 由于 Δr=λ1=λ2 所以用频率为f1的单色光照射时，点P处出现亮条纹，用频率为f2的单色光照射时，点P处出现暗条纹。 10．B 【详解】光的衍射是指光在传播过程中，遇到障碍物或小孔时，光将偏离直线传播的路径而绕到障碍物后面传播的现象，根据题目中光分别通过狭缝、圆孔后产生的衍射图样，可以看出，光通过狭缝（两个边缘）向两边衍射，通过圆孔时，向整个圆周围衍射，可推测光的衍射方向与缝或孔的边缘数有关，所以光通过正四边形小孔时，应向四边衍射，B正确，ACD错误。 故选B。 11．AD 【详解】A．根据光路的可逆性画出光路图 增大角，入射角减小，根据折射定律可知折射角减小，所以光束II、III会靠近光束I，A正确； B．根据光路图可知，入射角一定，II的折射角小于III的折射角，根据折射定律 可知III的折射率小于II的折射率，B错误； C．复色光沿PO方向射入玻璃砖，经过反射时，在上表面的入射角等于光束进入玻璃砖时的折射角。所以由光路可逆性原理可知，减小α角且，光束III不会在上表面发生全反射，一定能从上表面射出，C错误； D．III的折射率小于II的折射率，所以III的频率小于II的频率，根据 可知III的波长大于II的波长，所以光束III比光束II更容易发生明显衍射，D正确。 故选AD。 12．（1）；（2） 【详解】（1）未加入液体前，一级衍射光束衍射角正弦值为 加入液体后，一级衍射光束衍射角的正弦值为 解得液体对激光的折射率为 （2）加入液体后，光从发出到打到b点通过的路程为 光在液体中的传播速度 光从发出到打到b点所需时间 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $