4.5 光的衍射 同步练 -2026-2027学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

**基本信息** 本同步练通过“基础-能力-培优”三层设计，实现从光的衍射单一概念到综合应用的递进，强化物理观念与科学思维，适配新授课分层巩固需求。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |基础过关练|双缝干涉、单缝衍射、泊松亮斑等基本概念|以选择为主，聚焦现象判断与公式直接应用，如条纹间距比较、衍射条件分析| |能力提升练|干涉与衍射比较、薄膜干涉、物质波等综合应用|含多选与图像辨析，强化科学推理，如光栅衍射与单缝衍射图样区分| |培优拓展练|实验设计、定量计算（折射率、波长）|探究性问题（如羽毛光栅周期估算）与计算题结合，培养科学探究能力|

4.5 光的衍射 同步练 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 基础过关练 1．如图所示，某同学用激光笔做双缝干涉实验，他先后用发红光和发绿光的激光笔从左侧照射双缝，都能在右侧光屏上观察到干涉条纹。下列说法正确的是（　　） A．光屏上中央条纹宽度最大 B．光屏上中央条纹为暗条纹 C．用发红光的激光笔照射时相邻亮条纹中心间距更大 D．挡住一个缝照射，光屏上的条纹等间距分布 2．进行单缝衍射和双缝干涉实验时，下列说法符合实验事实的是（    ） A．用红光做双缝干涉实验，光屏上相邻两条亮条纹的距离比用蓝光做实验时，相邻两条亮条纹的距离窄 B．用红光做单缝衍射实验，若仅减小缝宽，产生的中央亮纹将变窄 C．用白光做双缝干涉实验，光屏上会产生彩色条纹 D．增大光源到双缝的距离，光屏上相邻两条亮条纹的距离将变大 3．如图所示的四个图样中哪个是著名的泊松亮斑（　　） A． B． C． D． 4．在一束单色光的传播方向上分别放置单缝、双缝、小圆孔和小圆板后，在光屏上得到如下四幅图样，关于光屏前传播方向上放置的装置，以下说法正确的是（　　） A．甲是单缝、乙是双缝 B．乙是双缝、丙是小圆孔 C．丙是小圆孔、丁是小圆板 D．甲是双缝、丁是小圆孔 5．若用衍射光栅准确测定一单色可见光的波长，在下列各种光栅常数的光栅中选用哪一种最好（　　） A． B． C． D． 6．我们经常可以看到，凡路边施工处总挂有红色的电灯，这除了红色光容易引起人的视觉注意以外，还有一个重要的原因，这一原因是红色光（    ）． A．比其他可见光更容易发生干涉 B．比其他可见光更容易发生衍射 C．比其他可见光的光子能量大 D．比其他可见光更容易发生光电效应 7．抽制高强度纤维细丝可用激光监控其粗细，如图所示，激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板的同样宽度的窄缝规律相同。观察光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可判断细丝粗细的变化，下列叙述中正确的是（　　） A．这里应用的是光的偏振现象 B．这里应用的是光的干涉现象 C．如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗 D．如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细 8．如图所示，是观察水面波衍射的实验装置，和是两块挡板，是一个孔，是波源，图中已画出波源所在区域波的传播情况，每两相邻波纹（图中曲线）之间距离表示一个波长，则关于波经过孔之后的传播情况，下列描述中错误的是（　　）    A．此时能明显观察到波的衍射现象 B．挡板前后波纹间距离相等 C．如果将孔扩大，有可能观察不到明显的衍射现象 D．如果孔的大小不变，使波源频率增大，能更明显观察到衍射现象 9．在进行双缝干涉实验时，用光传感器测量干涉区域不同位置的光照强度，可以方便地展示干涉条纹分布。a、b两束单色光分别经过同一双缝干涉装置后，其光照强度与位置的关系如图所示，图中光照强度极大值位置对应亮条纹中心，极小值位置对应暗条纹中心，上下两图中相同横坐标代表相同位置，则（　　） A．a、b的光子动量大小相同 B．a的光子能量小于b的光子能量 C．在真空中，a的波长大于b的波长 D．通过同一单缝衍射装置，a的中央亮条纹窄 10．以下四幅图片中：图甲是光在玻璃球中传播，图丙是检测工件表面平整程度时得到的图样，图丁影的中心存在一个亮斑。下列说法中正确的是（　　） A．图甲中，b光在玻璃球中的速度较小 B．图乙中，若只增大屏到挡板间距离，两相邻亮条纹间距离将减小 C．图丙中，是检测工件表面平整程度时得到的图样，利用了光的衍射原理 D．图丁中，影的中心存在一个亮斑，是光线通过一个圆孔得到的衍射图样 能力提升练 11．如图所示，用同一束激光分别照射三个宽度不同的狭缝，得到甲、乙、丙三种不同的图样，则（　　） A．甲图对应的狭缝最宽 B．乙图对应的狭缝最宽 C．丙图对应的狭缝最宽 D．甲、乙、丙图均为干涉图样 12．关于光的现象和应用，下列说法正确的是（　　） A．泊松亮斑属于光的干涉现象 B．光照射刮胡须的刀片产生的影子边缘模糊不清是由于光的衍射 C．照相机镜头的增透膜应用了光的衍射原理 D．雨后公路上的水洼表面的油膜在日光照射下有五颜六色的条纹，这是光的衍射 13．工厂技术人员用图1所示空气薄膜干涉装置来检查玻璃平面的平整程度。分别用、两种单色光从标准样板上方入射后，从上往下看到的部分明暗相间的条纹如图2中的甲、乙所示。下列判断正确的是（　　） A．图2中条纹弯曲处对应着被检查平面处凸起 B．光的频率大于光的频率 C．若将图1中的标准样板竖直向上平移，图2中条纹间距变宽 D．照射同一单缝时，光能够发生衍射现象，光不能发生衍射现象 14．下列所示的图片、示意图大都来源于课本，关于这些图的判断中，准确无误的是（　　） A．甲图为“泊松亮斑”，乙图是小孔衍射的图样 B．甲图是小孔衍射的图样，乙图为“泊松亮斑” C．丙图和丁图都是双缝干涉图样 D．丙图是单缝衍射图样，丁图是双缝干涉图样 15．（多选）1923年，31岁的路易·德布罗意在题为《光学——光量子、衍射和干涉》的论文中提出：在一定情形中，任一运动质点能够被衍射，后来被扩展为任意物质都具有波动性，即每一个运动的物质都与一个对应的波相联系，这种与物质相联系的波被称为德布罗意波。下列说法正确的是（　　） A．电子束通过双缝后可以形成干涉图样 B．物质波的波长越长，其动量一定越小 C．中子穿过晶体时，一定可以发生明显的衍射现象 D．电子显微镜可用于观测物质的微观结构，说明电子具有波动性 16．（多选）芯片制作关键在于光刻机的技术突破，光刻机利用光源发出的紫外线，将精细图投影在硅片上，再经技术处理制成芯片。为提高投影精细图的能力，在光刻胶和投影物镜之间填充液体提高分辨率。若浸没液体的折射率为1.6。当不加液体时光刻胶的曝光波长为，则加上液体后（　　） A．紫外线进入液体后波长变短 B．传播相等的距离，在液体中所需的时间变为原来的 C．紫外线在液体中比在空气中更容易发生衍射，能提高分辨率 D．在液体中的曝光波长为 17．（多选）如图1所示，等腰为一棱镜的横截面，；一平行于边的细光束从边射入棱镜，在边经过一次反射后从边射出，出射光分成了不同颜色的甲、乙两束光。图2是这两束光分别通过相同的双缝和单缝装置后形成的图样，下列说法正确的是（　　）    A．甲光的波长比乙光的长 B．甲光在棱镜中的传播速度比乙光的小 C．图2中是乙光的干涉图样 D．图2中是甲光的衍射图样 培优拓展练 18．某同学在实验室中用激光笔（波长）照射一片鸟类羽毛，观察到羽毛表面呈现彩色条纹。已知羽毛表面具有周期性微观结构，类似天然的光栅。请结合光的波动性知识回答以下问题： (1)从和两个问题中任选其一作答。 a.若改用白光照射，条纹会发生什么变化？为什么？ b.若该同学发现实际条纹间距比理论值小，可能是什么原因导致的？ (2)若仅提供激光笔、羽毛、屏幕和刻度尺，请设计一种方法估算羽毛微观结构的周期d，写出关键步骤。 19．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。 20．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? 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 《4.5 光的衍射 同步练》参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 C C B C D B D D D A 题号 11 12 13 14 15 16 17 答案 C B A B ABD AD AD 1．C 【知识点】更换光的颜色判断条纹间距的变化、单缝衍射和小孔衍射图样 【详解】AB．光屏上中央到双缝距离相等，所以光屏上中央条纹为亮条纹，干涉条纹是等间距等宽的条纹，故AB错误； C．由，可知发红光的激光笔照射时相邻亮条纹中心间距更大，故C正确； D．挡住一个缝照射，发生衍射，光屏上的条纹不再等间距分布，故D错误。 故选C。 2．C 【知识点】用双缝干涉实验测量光的波长、单缝衍射和小孔衍射图样 【详解】A．根据条纹间距公式，由于红光的波长大于蓝光的波长，所以用红光做双缝干涉实验，光屏上相邻两条亮条纹的距离比用蓝光做实验时，相邻两条亮条纹的距离宽，故A错误； B．单缝衍射中，缝宽减小时，中央亮纹会变宽（衍射更明显），故B错误； C．白光含多种波长的光，干涉后各色光条纹间距不同，所以光屏上会产生彩色条纹，故C正确； D．根据条纹间距公式，可知增大光源到双缝的距离，光屏上相邻两条亮条纹的距离不变，故D错误。 故选C。 3．B 【知识点】泊松亮斑 【详解】B．泊松亮斑为光绕过不透光的圆盘而在圆盘阴影中心形成的一个亮斑，其图样周围还有明暗相间的圆环，故B正确。 ACD．题图A小孔较大，没有发生明显的衍射。题图D小孔较小，发生了小孔衍射。题图C为干涉条纹，故ACD错误。 故选B。 4．C 【知识点】单色光与白光的双缝干涉图样、单缝衍射和小孔衍射图样、泊松亮斑 【详解】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，则甲是双缝干涉图样，乙是单缝衍射图样；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，可知丙是小圆孔衍射图样，丁是小圆板“泊松亮斑”衍射图样。 故选C。 5．D 【知识点】衍射光栅 【详解】由于可见光的波长在左右，如果用衍射光栅测量波长，光栅常数越接近波长，衍射现象越明显，测量波长越准确。 故选D。 6．B 【知识点】发生双缝干涉的条件、衍射光栅、光电效应的极限频率 【详解】AB．红色光的波长较长，而频率较小，所以比其他可见光更容易发生衍射，故A不符合题意，B符合题意。 C．红色光的波长较长，而频率较小，由E=hv知比其他可见光的光子能量更小。故C不符合题意。 D．发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，与光的颜色无关系。故D不符合题意。 故选B。 7．D 【知识点】衍射条件 【详解】AB．由于是激光束越过细丝即绕过障碍物，所以是光的衍射现象，AB错误； CD．当抽制的丝变细，相当于遮光板上的窄缝变窄，衍射现象更明显，故屏上条纹变宽，C错误，D正确。 故选D。 8．D 【知识点】衍射条件 【详解】A．因为波长与孔的尺寸差不多，所以能够观察到明显的衍射现象，故A正确，不符合题意； B．波通过孔后，波速、频率、波长不变，则挡板前后波纹间的距离相等，故B正确，不符合题意； C．如果将孔AB扩大，孔的尺寸大于波的波长，有可能观察不到明显的衍射现象，故C正确，不符合题意； D．如果孔的大小不变，使波源频率增大，因为波速不变，根据知，波长减小，可能观察不到明显的衍射现象，故D错误，符合题意。 故选D。 9．D 【知识点】Δx=Lλ /d公式简单计算、单缝衍射和小孔衍射图样、能量子、光子的动量及其公式 【详解】C．由图可知，光干涉条纹间距小于光干涉条纹间距，根据条纹间距公式可知光的波长小于光的波长，故C错误： A．根据光子动量公式可知光光子动量大于光光子动量，故A错误； B．根据可知a光光子能量大于b光光子能量，故B错误； D．波长越长，通过单缝衍射装置，中央亮条纹越宽，则通过同一单缝衍射装置，a的中央亮条纹窄，故D正确。 故选D。 10．A 【知识点】折射率的波长表达式和速度表达式、Δx=Lλ /d公式简单计算、薄膜干涉现象和原理、单缝衍射和小孔衍射图样 【详解】A．图甲中，b光的偏折程度较大，b光的折射率大于a的折射率，根据可得，b光在玻璃球中的传播速度较小，故A正确； B．图乙中，根据双缝干涉相邻条纹间距公式 可知若只增大屏到挡板间距离，两相邻亮条纹间距离将增大，故B错误； C．图丙是用干涉法检测工件表面平整程度时得到的干涉图样，故C错误； D．丁图中，影的中心存在一个亮斑，是光线通过一个不透光的小圆盘得到的衍射图样，故D错误。 故选A。 11．C 【知识点】单缝衍射和小孔衍射图样 【详解】D．干涉条纹是等间距的，衍射条纹中间宽、两边窄。甲图条纹中间宽、两边窄，是衍射图样；乙、丙图也符合衍射条纹特征，不是干涉（干涉条纹等间距），故D错误； ABC．狭缝越窄，衍射现象越明显（条纹越宽、越疏）；狭缝越宽，衍射现象越不明显（条纹越窄、越密）。丙图条纹最窄、最密，对应狭缝最宽；甲图条纹最宽、最疏，对应狭缝最窄，故AB错误，C正确。 故选C。 12．B 【知识点】薄膜干涉现象和原理、增透膜与增反膜、衍射条件、泊松亮斑 【详解】A．泊松亮斑是光绕过障碍物（如圆盘）时产生的衍射现象，而非干涉现象，故A错误； B．刀片边缘影子模糊是因光发生衍射，绕过刀片边缘形成明暗条纹，导致边界不清，故B正确； C．增透膜利用的是光的干涉原理（两反射光相消干涉减少反射），而非衍射，故C错误； D．油膜彩色条纹是薄膜干涉（上下表面反射光干涉）的结果，与光的衍射无关，故D错误； 故选B。 13．A 【知识点】检查工件的平整度、衍射条件 【详解】A．根据薄膜干涉的规律可知，同一条纹对应的空气薄膜的厚度相同，当条纹向薄片一侧弯曲，可知弯曲处对应着被检查平面处凸起，故A正确； B．图2中a的条纹间距宽，说明a的波长大于的波长，根据 可知a的频率小于的频率，故B错误； C．将图1中的标准样板竖直向上平移，没有改变光的波长和劈尖的角度，所以条纹间距不变，故C错误； D．衍射现象总是存在的，只有明显与不明显的差异，故照射同一单缝时、b光均能发生衍射现象，故D错误。 故选A。 14．B 【知识点】单缝衍射和小孔衍射图样、泊松亮斑 【详解】AB．“泊松亮斑”是“小圆盘”产生的衍射现象，形成的衍射图样是阴影中心有一个“亮斑”而小孔衍射的图样是中间有“亮斑”无阴影。所以甲图是小孔衍射的图样，乙图为“泊松亮斑”，故A错误，B正确； CD．干涉图样中的条纹间距是相等的，单缝衍射图样中的条纹间距是不相等的，中间最宽、最亮。所以丙图是双缝干涉图样，丁图是单缝衍射图样。故CD错误。 故选B。 15．ABD 【知识点】衍射条件 【详解】A．电子具有波动性，因此电子束通过双缝后可以形成干涉图样，故A正确； B．根据德布罗意波长理论可知，物质波的波长越长，其动量一定越小，故B正确； C．只有当中子形成的物质波的波长和晶体微粒的尺寸相差不多或物质波的波长比晶体微粒的尺寸更大时，才能发生明显的衍射现象，故C错误； D．人们利用电子显微镜观测物质的微观结构，利用了电子的干涉现象，说明电子具有波动性，故D正确。 故选ABD。 16．AD 【知识点】折射率的波长表达式和速度表达式、衍射条件 【详解】A．紫外线进入液体频率不变，传播速度变慢，则波长变短，故A正确； B．设传播距离为L，在真空中的时间 在液体中所需的时间 故B错误； C．因紫外线在液体中波长变短，由产生明显衍射现象的条件可知，波长变短更不容易发生衍射，故C错误； D．紫外线在液体中波长 故D正确。 故选AD。 17．AD 【知识点】折射率的波长表达式和速度表达式、Δx=Lλ /d公式简单计算、单缝衍射和小孔衍射图样 【详解】A．由折射定律可得，乙光的折射角小，折射率大，所以乙光的频率大，波长小，故A正确； B．由折射率得，甲光在棱镜中的传播速度比乙光的大，故B错误； C．干涉条纹间距与波长成正比，乙光的波长小，故是甲光的干涉图样，故C错误； D．衍射图样中央亮条纹宽度与波长成正比，故图2中是甲光的衍射图样，故D正确。 故选AD。 18．(1)见解析 (2)见解析 【知识点】衍射光栅 【详解】（1）a.改用白光时： 中央条纹为白色，因所有波长的光在该位置光程差为零；其他级次条纹会因不同波长光的衍射角差异而色散成彩虹状（如红光在外侧，紫光在内侧）；高级次条纹因不同颜色重叠而模糊甚至消失 b.条纹间距异常的可能原因：周期d的测量误差：若实际周期d小于理论值，条纹间距会变小；斜入射影响：若激光未垂直入射光栅，光程差公式需修正，导致条纹位置偏移；羽毛结构非理想：实际结构可能存在不均匀性或非严格周期性，导致衍射效率降低。 （2）实验设计步骤与公式： 1.固定激光笔与羽毛，使激光垂直照射羽毛，并在后方距离处放置屏幕； 2.测量屏幕上第级亮纹与中央亮纹的间距，由小角度近似 3.改变多次测量取平均值，提高精度。 19．（1）；（2） 【知识点】光的折射定律、折射率的波长表达式和速度表达式、衍射光栅 【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 20．亮条纹；暗条纹 【知识点】已知光程差和频率判断某点的明暗条纹 【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。 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 $