4.5 光的衍射（举一反三·讲义）物理人教版选择性必修第一册

4.5光的衍射 【新教材人教版】 【知识框架+知识精讲（2个知识归纳+4个题型）+课后作业】 情景导入 通过上一章的学习，我们知道，波能够绕过障碍物发生衍射。例如，声音能够绕过障碍物传播。既然光也是一种波，为什么在日常生活中我们观察不到光的衍射，而且常常说“光沿直线传播”呢？ 知识归纳 【知识点1 光的衍射】 1．光的衍射： （1）观察现象： ①让一束红光照射在游标卡尺两个卡脚之间的缝上，逐渐减小两个卡脚之间的距离，使缝越来越小。可以发现，当缝宽大约0.8mm时，光斑变成了条纹。当缝宽进一步减小时，屏幕上条纹的间距逐渐变__________，但亮度逐渐__________。 ②用针尖在一张厚纸上扎一个很小的小孔，用眼睛通过小孔观察太阳光，会观察到中央为__________，周围为__________色的__________。 （2）光的衍射：光离开直线传播路径，绕到障碍物__________的现象。 （3）发生明显衍射现象的条件：障碍物的尺寸与光的波长____________________，或__________光的波长。 （4）衍射图样：光的衍射产生的____________________。 2．三种衍射图样的特点： （1）单缝衍射： ①单色光通过狭缝时，在屏幕上出现____________________的条纹，中央条纹最__________最__________，两侧的亮条纹逐渐变__________变__________，条纹__________间距；白光通过狭缝时，在屏上出现条纹的中央为__________条纹，两侧为__________条纹，且外侧为__________色，内侧为__________色。 ②波长一定时，单缝窄的中央条纹__________，条纹间距__________；单缝不变时，光波波长长的中央条纹__________，条纹间距__________。 （2）圆孔衍射：光通过小孔（孔很小）时，在光屏上出现____________________的圆环。 ①中央是__________且__________的圆形亮斑，周围分布着____________________的同心圆环，且越靠外，圆形亮条纹的亮度越__________，宽度越__________。 ②圆孔越小，中央亮斑的直径越__________，同时亮度越__________。 （3）圆板衍射（__________亮斑）： ①在单色光传播途中放一个较小的圆形障碍物，则在影的__________有一个亮斑，称为__________亮斑。 ②中央是__________，圆板阴影的边缘是__________的，在阴影外还有____________________的____________________的圆环。 3．单缝衍射与双缝干涉的比较： （1）不同点： ①产生条件： 单缝衍射：狭缝__________（发生明显衍射）。 双缝干涉：__________相同的两列__________光相遇叠加。 ②图样： 单缝衍射的图样是中央为最__________最__________的亮条纹，两侧亮条纹变__________变__________。 双缝干涉的图样是亮度__________的__________的条纹。 （2）相同点： ①都有____________________的条纹，条纹都是光波叠加时__________或__________的结果。 ②都是__________特有的现象，表明光是一种__________。 【例1】让太阳光垂直照射一块遮光板，板上有一个可以自由收缩的三角形孔，当此三角形孔缓慢缩小直至完全闭合时，在孔后的屏上将先后出现（　　） A．由大变小的三角形光斑，直至光斑消失 B．由大变小的三角形光斑，明暗相间的彩色条纹，直至条纹消失 C．由大变小的三角形光斑，明暗相间的黑白色条纹，直至条纹消失 D．由大变小的三角形光斑，小圆形光斑，明暗相间的彩色条纹，直至条纹消失 【变式1-1】关于衍射，下列说法正确的是（　　） A．衍射现象中条纹的出现是光叠加的结果，所以衍射条纹与干涉条纹一样 B．双缝干涉中也存在衍射现象 C．一切波都很容易发生明显的衍射现象 D．影的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实 【变式1-2】在单缝衍射实验中，下列说法错误的是（　　） A．将入射光由黄光换成绿光，衍射条纹间距变窄 B．使单缝宽度变小，衍射条纹间距变窄 C．换用波长较长的光照射，衍射条纹间距变宽 D．增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距变宽 【变式1-3】“浸没式”光刻机的原理是一种通过在光刻胶和投影物镜之间加入浸没液体，从而减小曝光波长，提高分辨率的技术，如图所示。若浸没液体的折射率为1. 5，当不加液体时（可视为真空）光刻胶的曝光波长为199nm，则加上液体后与不加液体相比，关于该曝光光波下列说法正确的是（　　） A．该光波在液体中的频率变为原来的 B．该光波在液体中的曝光波长约为133nm C．同种条件下，该光波在液体中比在真空中更容易发生明显衍射现象 D．该光波在液体中的传播速度变为原来的1. 5倍 【例2】如图所示，a、b、c、d四个图是不同的单色光形成的双缝干涉或单缝衍射图样，分析各图样的特点可以得出的正确结论是（　　） A．a、b是光的干涉图样 B．c、d是光的干涉图样 C．形成a图样的光的波长比形成b图样的光的波长短 D．形成c图样的光的波长比形成d图样的光的波长短 【变式2-1】如图所示的四种明暗相间的条纹，是红光、紫光分别通过同一个双缝干涉仪形成的干涉图样和通过同一个单缝形成的衍射图样，图中黑色部分代表亮条纹，对下列四幅图分析正确的是（　　） A．A图是红光的衍射条纹 B．B图是紫光的干涉条纹 C．C图是红光的干涉条纹 D．D图对应的色光波长大于C图对应的色光波长 【变式2-2】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，是圆心，是法线，是足够长的光屏。甲光以入射角由玻璃砖内部射向点，折射角为。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．乙光以入射角入射时，上可能接收不到乙光 D．若绕点逆时针旋转玻璃砖，上一定能接收到甲光 【变式2-3】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． 【例3】某研究性学习小组用激光束照射圆孔和不透明圆板后，分别得到如图甲、乙所示的图样，则下列说法错误的是（　　） A．图甲属于圆孔衍射 B．图乙的亮斑是“泊松亮斑”，最早由泊松先推算出这个亮斑，后来泊松发现圆板中心的确有这个亮斑 C．不管是圆孔衍射还是圆盘衍射，影像的边缘轮廓都是模糊不清的 D．发生圆孔衍射时，圆形光环的图样半径远大于圆孔的半径，即光绕到了障碍物的影子里 【变式3-1】下列说法正确的是（　　） A．图①中的泊松亮斑是由于光的偏振引起的 B．图②S为在水面上振动的波源，M、N为在水面上的两块挡板，要使A处水也能发生振动，则波源S的频率应该变大 C．图③是一个单摆做受迫振动，其共振曲线（振幅A与驱动力的频率f的关系）图，由此判断出该单摆摆长约为1m D．图④救护车向右运动的过程中，A、B两人听到警笛声的频率为 【变式3-2】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 【变式3-3】平行光通过小孔得到的衍射图样和泊松亮斑比较，下列说法中正确的有（　　） A．在衍射图样的中心都是亮斑 B．泊松亮斑中心亮点，周围的暗环较宽 C．如图是小孔衍射的衍射图样 D．小孔衍射的衍射图样的中心是暗斑，泊松亮斑图样的中心是亮斑 【知识点2 衍射光栅】 （1）构成：由许多__________的狭缝__________地排列起来形成的光学元件。 （2）增加狭缝的个数，衍射条纹的宽度变__________，亮度__________。 （3）种类：____________________和____________________。 【例4】下列说法正确的是（　　） A．图甲森林里浓厚的雾气在阳光的照射下形成一道道光路，该现象发生的主因是光的干涉 B．图乙为了拍出更清晰的汽车内景照片，可在相机镜头上加一层薄膜 C．图丙为透射光栅，狭缝个数越多，衍射条纹宽度越窄，亮度越大 D．图丁为劈尖干涉检查平整度示意图，由条纹可以推断出处凸起，处凹陷 【变式4-1】波长=550nm（1nm=10−9m）的单色光垂直入射于光栅常数d=2×10-4cm的平面衍射光栅上，可能观察到的光谱线的最大级次为（　　） A．2 B．3 C．4 D．5 【变式4-2】下列说法正确的是（　　） A．轮船航行时通过改变航向，使波浪冲击力的方向与轮船摇摆的方向不一致，同时改变航速，使波浪冲击的频率远离轮船摇摆的固有频率，这是应用共振规律防止共振 B．平静的水面上任意位置放一片纸屑，用笔尖轻点水面，纸屑会随着水波向外传播而向外运动 C．制作透射光栅要在一块很平的玻璃上用金刚石刻出一系列等间距的平行刻痕，这些刻痕就相当于透光的狭缝 D．可见光的波长在400-760 nm之间，太阳辐射的能量集中在可见光这一个区域 【变式4-3】某同学在学习光学时，对神奇的光现象产生了兴趣，但对光现象的理解有一项是错误的，请帮他指出（　　） A．可以利用X射线衍射探测晶体的结构 B．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加增透膜 C．光纤通信及医用纤维式内窥镜都利用了光的全反射原理 D．在太阳光照射下，水面上油膜出现彩色花纹是光的干涉现象 一、单选题（共18道） 1．一束单色光在不同条件下会形成很多有趣的图样，下列四幅图中哪一幅不是由衍射产生的？（　　） A． B． C． D． 2．关于光的现象，下列说法正确的是（　　） A．如果某单色光发生全反射，反射光的能量几乎等于入射光的能量 B．光线从空气射入普通玻璃，光线传播速度不变 C．光导纤维传输信号和全息照相利用的都是光的全反射现象 D．刮胡须的刀片的影子边缘模糊不清是光的干涉现象 3．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． 4．如图甲，让激光束通过一个单缝，观察到光屏上出现如图乙的单色条纹。若要出现如图丙的图样，应（　　） A．将单缝换为双缝 B．减小单缝的宽度 C．增大激光器到单缝的距离 D．换波长更长的激光 5．某实验小组分别用a、b两种单色平行光照射同一挡板上一定宽度的狭缝，在离狭缝相同距离的光屏上形成如下图所示的甲、乙两幅图样。下列说法正确的是（　　） A．单色光b比单色光a更容易发生明显衍射 B．单色光a的频率比单色光b的频率大 C．如果仅调小狭缝的宽度，所看到的中央条纹将变宽 D．若将该挡板换成某一带三角形孔的挡板，用白光照射，光屏上一定会形成三角形光斑 6．教材中的四幅图片分别对应四种说法，其中正确的是（　　） A．图1，旋转长竹竿，人感觉竹竿上的蜂鸣器音调变化是由多普勒效应引起的 B．图2，竖直的肥皂膜，膜上有水平横纹，是由光的衍射产生的 C．图3，泊松亮斑是由光的干涉引起的 D．图4，水中的气泡看上去特别明亮，是由光的偏振引起的 7．如图甲是一个透明均匀玻璃圆柱体，其横截面如图乙所示，一束由红光和绿光组成的复色光从A点射入，在圆柱体内分成了a、b两束光，分别从F、E射出，则下列说法正确的是（　　） A．a光更容易发生明显衍射现象 B．a、b两种单色光分别从F、E射出时折射角不相等 C．a光是绿光 D．a、b两种单色光分别通过同一个双缝干涉装置，b光的干涉条纹间距较小 8．如图所示，一束复合光垂直玻璃砖界面进入球形气泡后分为a、b两种色光，下列说法正确的是（　　） A．a光的频率比b光的频率小 B．a光更容易观察到衍射现象 C．a光发生干涉现象条纹间距较窄 D．若保持复合光的方向不变仅将入射点上移，则b光先消失 9．如图所示，一束光射向一块半球形玻璃砖底面中心O点，经折射后分成a、b两束光。则下面结论正确的是（　　） A．若a为蓝光，那么b有可能黄光 B．在玻璃中a光的传播速度小于b光的传播速度 C．在玻璃中，a光的临界角大于b光的临界角 D．b光相对于a光更容易发生明显衍射现象 10．蓝光光盘是利用波长较短的蓝色激光读取和写入数据的光盘，而传统DVD光盘需要光盘发出红色激光来读取或写入数据。对于光存储产品来说，蓝光光盘比传统DVD光盘的存储容量大很多。如图由红、蓝两种单色光组成的复合光束射入一玻璃球体，当入射角θ等于60°时，其折射光束和出射光束如图所示。已知a光束第一次射出此玻璃球体后的出射光束相对复合光束的偏折角也为60°，则下列说法正确的是（　　） A．用a光可在光盘上记录更多的数据信息 B．该玻璃球体对a光的折射率为 C．a光在玻璃中的传播时间长 D．通过同一单缝分别进行衍射实验时，a光中央亮条纹更窄 11．一束平行光垂直入射到某个光栅上，该光束有两种波长的光，，。两种波长的谱线第二次重合于衍射角的方向上，则光栅常数为（　　） A．3.05μm B．0.95μm C．1.27μm D．0.19μm 12．蓝闪蝶的翅膀呈现亮眼的蓝色，这种蓝色并非色素造成，而是由于其翅膀有特殊结构。如图所示，蓝闪蝶翅膀上的微小鳞片表面排列着平行的脊状突起，类似“百叶窗”或“圣诞树”形状。脊状结构由交替堆叠的薄层组成，薄层间充满空气。已知阳光直射时，翅膀呈现颜色对应光的波长为，则（　　） A．脊状结构中薄层的最小间距可能为 B．将蓝闪蝶翅膀浸入酒精中时，其呈现颜色对应光的波长变长 C．若光线斜射到翅膀上，则呈现颜色对应光的波长变短 D．蓝闪蝶的显色原理与泊松亮斑的成因一致 13．下列关于光的波动性四个实验图，下列说法正确的是（　　） A．甲图中条纹是内密外疏的圆形条纹 B．乙图中产生的条纹是上面玻璃的上下表面反射光干涉形成的 C．丙图中增大单色光频率，条纹间距会变大 D．丁图中减小缝的宽度，中央条纹会变宽，亮度会减弱 14．宝石切工决定价值，优秀的切割工艺可以让宝石璀璨夺目。某宝石的剖面简化如图，一束复合光斜射到宝石的AB面上，经折射后分成a、b两束单色光从CO面上射出，则下列说法正确的是（　　） A．可能a是红光，b是黄光 B．宝石中a光的传播速度比b光的大 C．b光从空气进入宝石，频率变低 D．使用相同的实验器材和步骤获取单缝衍射条纹，a光比b光窄 15．在抽制很细的金属丝的过程中，可以用激光随时监测抽丝的粗细情况。其装置如图甲所示，在抽丝机的细丝出口附近，用一束激光沿与细丝垂直的方向照射细丝，在细丝的另一侧用光屏接收激光。工作人员通过观察光屏上明暗相间光斑的情况（图乙所示为沿激光传播方向看到的光屏情况），便可知道抽制出的细丝是否合格。对于这种监控抽丝机的装置，下列说法中正确的是（　　） A．这是利用光的直线传播规律 B．这是利用光的干涉现象 C．如果屏上光斑变宽，表明细丝粗了 D．如果屏上光斑变宽，表明细丝细了 16．通过如图甲所示的装置可研究光的干涉和衍射现象。从光源发出的光经过一缝板，在缝板后有一装有感光元件的光屏，通过信号转换，可在电脑上看到屏上的光强分布情况。图乙分别显示出A光和B光通过同一缝板得到的光强分布情况。下列有关A、B两种色光的说法正确的有（　　） A．光通过的可能是缝板上的单缝 B．A光的波长比B光的波长小 C．A光在玻璃中的传播速度小于B光在玻璃中的传播速度 D．A光比B光更容易发生明显的衍射现象 17．为半圆柱体玻璃砖的横截面，直径，一束由光和光组成的复色光，沿方向从上表面射入玻璃砖，入射角为。光和光折射后分别射到、点，如图所示，光在点恰好发生全反射。已知光在真空中的传播速度为，下列说法正确的是（　　） A．对玻璃的折射率光小于光 B．光由到所需时间为 C．通过同一单缝装置光的衍射现象更加明显 D．通过同一双缝干涉装置光的相邻亮条纹间距大于光 18．如图所示，半径为R的特殊圆柱形透光材料圆柱体部分高度为，顶部恰好是一半球体，底部中心有一光源向顶部发射一束由a、b两种不同频率的光组成的复色光，当光线与竖直方向夹角θ变大时，出射点P的高度也随之降低，只考虑第一次折射，发现当点高度h降低为时只剩下a光从顶部射出，（光速为c）下列判断正确的是（　　） A．在此透光材料中a光的传播速度小于b光的传播速度 B．此透光材料对b光的折射率为 C．a光从P点射出时，a光经过SP路程所需的时间为 D．同一装置用a、b光做单缝衍射实验，b光的衍射现象更加明显 二、多选题（共6道） 19．用激光做单缝衍射实验和双缝干涉实验比用普通光源效果更好，图像更清晰。如图甲所示，若将感光元件置于光屏上，不仅能在光屏上看到条纹，还能通过感光元件中的信号转换，在电脑上看到光强的分布情况。下列说法正确的是（　　） A．当做单缝实验时，光强分布图如乙图所示 B．当做单缝实验时，光强分布图如丙图所示 C．当做双缝实验时，光强分布图如乙图所示 D．换用太阳光做单缝实验，光屏上会出现彩色的不等宽的条纹 20．用激光做单缝衍射实验和双缝干涉实验，比普通光源效果更好，图样更清晰。如果将感光元件置于光屏上，则不仅能在光屏上看到彩色条纹，还能通过感光元件中的信号转换，在电脑上看到光强的分布情况（如图所示）。下列说法正确的是（　　） A．光通过的是缝板上的单缝 B．a光的波长比b光的波长长 C．a光在玻璃中的传播速度小于b光在玻璃中的传播速度 D．a光比b光更容易发生明显的衍射现象 21．某同学采用图甲所示的实验装置研究光的干涉与衍射现象，狭缝S1、S2的宽度可调，狭缝到屏的距离为L。同一单色光垂直照射狭缝，实验中分别在屏上得到了图乙、图丙所示图样。下列描述正确的是（　　） A．图乙是光的双缝干涉图样 B．遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，其他条件不变，图丙中亮条纹宽度增大 C．增加L，其他条件不变，图乙中亮条纹宽度减小 D．照射两条狭缝时，O点处一定是亮条纹 22．不同波长的电磁波具有不同的特性，在科研、生产和生活中有广泛的应用。两单色光在电磁波谱中的位置如图所示。下列说法正确的是（　　） A．若、光分别照射同一玻璃，光的折射率大 B．若、光分别照射同一玻璃，光在玻璃中的传播速度小 C．若、光分别照射同一小孔发生衍射，光的衍射现象更明显 D．若、光分别作为同一双缝干涉装置的光源时，光的干涉条纹间距大 23．如图所示是双缝干涉的实验原理图，双缝、连线的中垂线与屏幕交于点，单色光源也放置在该中垂线上，此时在屏幕上形成明暗相间的条纹。下列说法正确的是（　　） A．若将该装置双缝右侧部分全部浸入水中，则相邻两条亮条纹间距变小 B．若将该装置双缝右侧部分全部浸入水中，则相邻两条亮条纹间距不变 C．若用黑色不透光胶带遮住缝，屏幕上仍能看到明暗相间的条纹 D．若用黑色不透光胶带遮住缝，屏幕上不能看到明暗相间的条纹 24．如图甲所示，在平静的水面下深处有一个点光源，它发出的两种不同颜色的光和光在水面上形成了一个有光线射出的圆形区域，该区域的中间为由两种单色光所构成的复色光圆形区域，周围为环状区域，且为光的颜色（见图乙）。以下说法正确的是（　　） A．在真空中，光的波长比光大 B．若分别用两种光在同一双缝干涉实验装置上做实验，光产生的干涉条纹间距大于光产生的干涉条纹间距 C．若光源匀速向下运动，水面上看到的两个圆形边界的半径变大的速度相同 D．分别用两种光照射同一狭缝，若都能发生衍射，则的中央亮纹比的中央亮纹宽 6 / 16 学科网（北京）股份有限公司 $ 4.5光的衍射 【新教材人教版】 【知识框架+知识精讲（2个知识归纳+4个题型）+课后作业】 情景导入 通过上一章的学习，我们知道，波能够绕过障碍物发生衍射。例如，声音能够绕过障碍物传播。既然光也是一种波，为什么在日常生活中我们观察不到光的衍射，而且常常说“光沿直线传播”呢？ 知识归纳 【知识点1 光的衍射】 1．光的衍射： （1）观察现象： ①让一束红光照射在游标卡尺两个卡脚之间的缝上，逐渐减小两个卡脚之间的距离，使缝越来越小。可以发现，当缝宽大约0.8mm时，光斑变成了条纹。当缝宽进一步减小时，屏幕上条纹的间距逐渐变宽，但亮度逐渐减弱。 ②用针尖在一张厚纸上扎一个很小的小孔，用眼睛通过小孔观察太阳光，会观察到中央为亮圆，周围为彩色的圆环。 （2）光的衍射：光离开直线传播路径，绕到障碍物后面的现象。 （3）发生明显衍射现象的条件：障碍物的尺寸与光的波长相差不多，或小于光的波长。 （4）衍射图样：光的衍射产生的明暗条纹。 2．三种衍射图样的特点： （1）单缝衍射： ①单色光通过狭缝时，在屏幕上出现明暗相间的条纹，中央条纹最宽最亮，两侧的亮条纹逐渐变暗变窄，条纹不等间距；白光通过狭缝时，在屏上出现条纹的中央为白色条纹，两侧为彩色条纹，且外侧为红色，内侧为紫色。 ②波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，条纹间距大；单缝不变时，光波波长长的中央条纹宽，条纹间距大。 （2）圆孔衍射：光通过小孔（孔很小）时，在光屏上出现明暗相间的圆环。 ①中央是大且亮的圆形亮斑，周围分布着明暗相间的同心圆环，且越靠外，圆形亮条纹的亮度越弱，宽度越小。 ②圆孔越小，中央亮斑的直径越大，同时亮度越弱。 （3）圆板衍射（泊松亮斑）： ①在单色光传播途中放一个较小的圆形障碍物，则在影的中心有一个亮斑，称为泊松亮斑。 ②中央是亮斑，圆板阴影的边缘是模糊的，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环。 3．单缝衍射与双缝干涉的比较： （1）不同点： ①产生条件： 单缝衍射：狭缝足够小（发生明显衍射）。 双缝干涉：频率相同的两列相干光相遇叠加。 ②图样： 单缝衍射的图样是中央为最宽最亮的亮条纹，两侧亮条纹变暗变窄。 双缝干涉的图样是亮度相同的等间距的条纹。 （2）相同点： ①都有明暗相间的条纹，条纹都是光波叠加时加强或减弱的结果。 ②都是波特有的现象，表明光是一种波。 【例1】让太阳光垂直照射一块遮光板，板上有一个可以自由收缩的三角形孔，当此三角形孔缓慢缩小直至完全闭合时，在孔后的屏上将先后出现（　　） A．由大变小的三角形光斑，直至光斑消失 B．由大变小的三角形光斑，明暗相间的彩色条纹，直至条纹消失 C．由大变小的三角形光斑，明暗相间的黑白色条纹，直至条纹消失 D．由大变小的三角形光斑，小圆形光斑，明暗相间的彩色条纹，直至条纹消失 【答案】D 【详解】当孔足够大时，由于光的直线传播，所以屏上首先出现的是三角形光斑；之后随着小孔的继续缩小，出现小孔成像现象，成的是太阳的像，故为小圆形光斑；随着小孔的进一步缩小，当尺寸与光的波长相当时，出现了明暗相间的衍射条纹；最后随小孔的闭合而全部消失。 故选D。 【变式1-1】关于衍射，下列说法正确的是（　　） A．衍射现象中条纹的出现是光叠加的结果，所以衍射条纹与干涉条纹一样 B．双缝干涉中也存在衍射现象 C．一切波都很容易发生明显的衍射现象 D．影的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实 【答案】B 【详解】A．衍射条纹和干涉条纹本质上都是光波叠加的结果，衍射是同一波阵面上无数子波叠加的相干，而干涉通常是有限个相干光源的叠加。衍射条纹的特征是中央明纹宽且明亮，两侧明纹宽度和亮度逐渐减小；而双缝干涉条纹是等宽等亮的。因此不能说它们完全一样，故A错误； B．在双缝干涉实验中，光通过两条狭缝时，每条缝本身都会发生单缝衍射，使得从每条缝射出的光能覆盖更广的区域，从而让两束光能够相遇并叠加。实际的干涉条纹实际上是单缝衍射调制下的双缝干涉图样。因此，双缝干涉中确实包含了衍射的因素，故B正确； C．衍射是波绕过障碍物或通过小孔继续传播的现象。发生明显衍射的条件是障碍物或孔的尺寸与波长相近或更小，故C错误； D．影是光沿直线传播遇到不透明物体时，在物体后方形成的黑暗区域。衍射是光遇到障碍物时偏离直线传播的现象。两者都是波在特定条件下的表现，并不矛盾，故D错误。 故选B。 【变式1-2】在单缝衍射实验中，下列说法错误的是（　　） A．将入射光由黄光换成绿光，衍射条纹间距变窄 B．使单缝宽度变小，衍射条纹间距变窄 C．换用波长较长的光照射，衍射条纹间距变宽 D．增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距变宽 【答案】B 【详解】A．在单缝衍射实验中，衍射条纹的间距与波长、缝到屏的距离成正比，与单缝宽度成反比，即 黄光波长大于绿光，换成绿光后波长变小，条纹间距变窄，故A正确； B．单缝宽度变小（减小），条纹间距应变宽，而不是变窄，故B错误； C．波长变长，条纹间距变宽，故C正确； D．缝到屏的距离增大，条纹间距变宽，故D正确。 本题选错误的，故选B。 【变式1-3】“浸没式”光刻机的原理是一种通过在光刻胶和投影物镜之间加入浸没液体，从而减小曝光波长，提高分辨率的技术，如图所示。若浸没液体的折射率为1. 5，当不加液体时（可视为真空）光刻胶的曝光波长为199nm，则加上液体后与不加液体相比，关于该曝光光波下列说法正确的是（　　） A．该光波在液体中的频率变为原来的 B．该光波在液体中的曝光波长约为133nm C．同种条件下，该光波在液体中比在真空中更容易发生明显衍射现象 D．该光波在液体中的传播速度变为原来的1. 5倍 【答案】B 【详解】A．加液体后，该光波在液体中的频率不变，选项A错误； B．根据 可得该光波在液体中的曝光波长约为 选项B正确； C．同种条件下，该光波在液体中波长比在真空中波长较短，则与在真空中相比更不容易发生明显衍射现象，选项C错误； D．根据 该光波在液体中的传播速度变为原来的倍，选项D错误。 故选B。 【例2】如图所示，a、b、c、d四个图是不同的单色光形成的双缝干涉或单缝衍射图样，分析各图样的特点可以得出的正确结论是（　　） A．a、b是光的干涉图样 B．c、d是光的干涉图样 C．形成a图样的光的波长比形成b图样的光的波长短 D．形成c图样的光的波长比形成d图样的光的波长短 【答案】A 【详解】AB．干涉条纹是等间距的条纹，因此a、b是干涉图样，c、d是衍射图样，故A正确，B错误； C．由公式可知，条纹宽的入射光的波长长，所以a图样的光的波长比b图样的光的波长长，故C错误； D．单缝衍射图样中，相同实验条件下波长越长，衍射条纹越宽，因此c图样对应光的波长比d图样对应光的波长长，故D错误。 故选A。 【变式2-1】如图所示的四种明暗相间的条纹，是红光、紫光分别通过同一个双缝干涉仪形成的干涉图样和通过同一个单缝形成的衍射图样，图中黑色部分代表亮条纹，对下列四幅图分析正确的是（　　） A．A图是红光的衍射条纹 B．B图是紫光的干涉条纹 C．C图是红光的干涉条纹 D．D图对应的色光波长大于C图对应的色光波长 【答案】D 【详解】AC．由图可知图A和C为等间距干涉条纹，由可知，红光的波长大于紫光波长，则A图是红光的干涉条纹，C图是紫光的干涉条纹，故AC错误； BD．由图可知图B和D为单缝形成的衍射图样，红光的波长大于紫光波长，则B图是紫光的衍射条纹，D图是红光的衍射条纹，可知，D图对应的色光波长大于C图对应的色光波长，故B错误，D正确。 故选D。 【变式2-2】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，是圆心，是法线，是足够长的光屏。甲光以入射角由玻璃砖内部射向点，折射角为。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．乙光以入射角入射时，上可能接收不到乙光 D．若绕点逆时针旋转玻璃砖，上一定能接收到甲光 【答案】C 【详解】A．对于甲光发生折射，由折射定律有 故错误； 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，则当乙光以入射角入射时可能会发生全反射，上有可能会接收不到乙光，选项B错误、C正确； D．若绕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，即上接收不到甲光，选项D错误。 【变式2-3】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． 【答案】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。 【例3】某研究性学习小组用激光束照射圆孔和不透明圆板后，分别得到如图甲、乙所示的图样，则下列说法错误的是（　　） A．图甲属于圆孔衍射 B．图乙的亮斑是“泊松亮斑”，最早由泊松先推算出这个亮斑，后来泊松发现圆板中心的确有这个亮斑 C．不管是圆孔衍射还是圆盘衍射，影像的边缘轮廓都是模糊不清的 D．发生圆孔衍射时，圆形光环的图样半径远大于圆孔的半径，即光绕到了障碍物的影子里 【答案】B 【详解】A．根据衍射条纹的特点可知甲图属于圆孔衍射，乙图是光线照射到圆板后的衍射图样，即图乙为著名的“泊松亮斑，故A正确； B．乙图的亮斑是“泊松亮斑”，最早由泊松先推算出这个亮斑，但泊松认为这是非常荒谬的，后来菲涅耳与阿拉果发现圆板中心有这个亮斑，故B错误； C．不管是圆孔衍射还是圆盘衍射，影像的边缘轮廓都是模糊不清的，故C正确； D．发生圆孔衍射时，圆形光环的图样半径远大于圆孔的半径，即光绕到障碍物的影子里，故D正确。 本题选择错误的，故选B。 【变式3-1】下列说法正确的是（　　） A．图①中的泊松亮斑是由于光的偏振引起的 B．图②S为在水面上振动的波源，M、N为在水面上的两块挡板，要使A处水也能发生振动，则波源S的频率应该变大 C．图③是一个单摆做受迫振动，其共振曲线（振幅A与驱动力的频率f的关系）图，由此判断出该单摆摆长约为1m D．图④救护车向右运动的过程中，A、B两人听到警笛声的频率为 【答案】C 【详解】A．图①中的泊松亮斑是光的衍射现象，故A错误； B．要使A处水也能发生振动，要求波要发生衍射，由波长越长，越容易衍射，根据可知，v相同，频率f越大，波长越短，波越不容易发生衍射，因此要使A处水也能发生振动，则波源S频率应该变小，故B错误； C．由图可知，单摆的振动周期 结合 解得，故C正确； D．图④救护车向右运动的过程中，根据多普勒效应可知，A听到警笛声的频率变高，B听到警笛声的频率变低，即，故D错误。 故选C。 【变式3-2】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 【答案】B 【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。 【变式3-3】平行光通过小孔得到的衍射图样和泊松亮斑比较，下列说法中正确的有（　　） A．在衍射图样的中心都是亮斑 B．泊松亮斑中心亮点，周围的暗环较宽 C．如图是小孔衍射的衍射图样 D．小孔衍射的衍射图样的中心是暗斑，泊松亮斑图样的中心是亮斑 【答案】A 【详解】乙图用光照射很小的不透明圆板时后面出现一亮点，即为泊松亮斑的衍射图样，而甲图用光照射很大的中间有小圆孔的不透明挡板时是明暗相间的衍射图样，即为圆孔衍射图样 AD．由图可知，小孔衍射图样和泊松亮斑的中心处都是亮斑，D错误A正确； B．由图乙可知，泊松亮斑中心亮点，周围的暗环较窄，B错误； C．如图是泊松亮斑的衍射图样，C错误。 故选A。 【知识点2 衍射光栅】 （1）构成：由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件。 （2）增加狭缝的个数，衍射条纹的宽度变窄，亮度增加。 （3）种类：透射光栅和反射光栅。 【例4】下列说法正确的是（　　） A．图甲森林里浓厚的雾气在阳光的照射下形成一道道光路，该现象发生的主因是光的干涉 B．图乙为了拍出更清晰的汽车内景照片，可在相机镜头上加一层薄膜 C．图丙为透射光栅，狭缝个数越多，衍射条纹宽度越窄，亮度越大 D．图丁为劈尖干涉检查平整度示意图，由条纹可以推断出处凸起，处凹陷 【答案】C 【详解】A．图甲森林里浓厚的雾气在阳光的照射下形成一道道光路，这是丁达尔效应，属于光的散射现象，不是光的干涉，故A错误； B．图乙为了拍出更清晰的汽车内景照片，需要消除汽车玻璃表面的反射光，反射光是偏振光，应在相机镜头前加一层偏振片（偏振滤光镜），利用光的偏振原理减弱反射光，而不是加薄膜（薄膜通常指增透膜，利用干涉原理增加透射，不能消除玻璃反光），故B错误； C．图丙为透射光栅，根据光栅衍射理论，光栅狭缝个数 N 越多，衍射条纹宽度越窄，亮度越大，故C正确； D．丙图为劈尖干涉检查平整度示意图，由干涉原理可知，若某处凹陷，则对应条纹提前出现，若某处凸起，则对应的条纹延后出现，因此由条纹可以推断出P处凹陷，Q处凸起，故D错误。 故选C。 【变式4-1】波长=550nm（1nm=10−9m）的单色光垂直入射于光栅常数d=2×10-4cm的平面衍射光栅上，可能观察到的光谱线的最大级次为（　　） A．2 B．3 C．4 D．5 【答案】B 【详解】根据光栅公式 由题可得，当时，k有最大值为 则可能观察到的光谱线的最大级次为3。 故选B。 【变式4-2】下列说法正确的是（　　） A．轮船航行时通过改变航向，使波浪冲击力的方向与轮船摇摆的方向不一致，同时改变航速，使波浪冲击的频率远离轮船摇摆的固有频率，这是应用共振规律防止共振 B．平静的水面上任意位置放一片纸屑，用笔尖轻点水面，纸屑会随着水波向外传播而向外运动 C．制作透射光栅要在一块很平的玻璃上用金刚石刻出一系列等间距的平行刻痕，这些刻痕就相当于透光的狭缝 D．可见光的波长在400-760 nm之间，太阳辐射的能量集中在可见光这一个区域 【答案】A 【详解】A．当驱动力的频率等于固有频率时，振动的幅度最大，达到共振。轮船航行时通过改变航向，使波浪冲击力的方向与轮船摇摆的方向不一致，同时改变航速，使波浪冲击的频率远离轮船摇摆的固有频率，这是应用共振规律防止共振，A正确； B．平静的水面上任意位置放一片纸屑，用笔尖轻点水面，纸屑只会在平衡位置附近往复运动，不会随着水波向外传播而向外运动，B错误； C．制作透射光栅要在一块很平的玻璃上用金刚石刻出一系列等间距的平行刻痕，那些没有刻痕地方相当于透光的狭缝，C错误； D．可见光的波长在400-760 nm之间，太阳辐射的能量除了可见光之外还有红外线，紫外线等区域，D错误。 故选A。 【变式4-3】某同学在学习光学时，对神奇的光现象产生了兴趣，但对光现象的理解有一项是错误的，请帮他指出（　　） A．可以利用X射线衍射探测晶体的结构 B．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加增透膜 C．光纤通信及医用纤维式内窥镜都利用了光的全反射原理 D．在太阳光照射下，水面上油膜出现彩色花纹是光的干涉现象 【答案】B 【详解】A．构成晶体的粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列，晶体的这一结构特征可以通过X射线衍射图谱反映出来，故可以利用X射线衍射探测晶体的结构，故A正确，不符题意； B．拍摄玻璃橱窗内的物品时，玻璃有反光，所以往往在镜头前加一个偏振片以削弱反射光的干扰，使照片清晰，即在镜头前加偏振片，故B错误，符合题意； C．光纤通信及医用纤维式内窥镜都利用了光的全反射原理，故C正确，不符题意； D．在太阳光照射下，水面上油膜出现彩色花纹是光的薄膜干涉现象，故D正确，不符题意。 故选B。 一、单选题（共18道） 1．一束单色光在不同条件下会形成很多有趣的图样，下列四幅图中哪一幅不是由衍射产生的？（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】A．使用X射线拍摄DNA晶体利用了光的衍射，故A错误； B．图示是泊松亮斑，利用了光的衍射，故B错误； C．图示是双缝干涉图样，不是光的衍射，故C正确； D．图示是单缝衍射图样，利用了光的衍射，故D错误。 故选C。 2．关于光的现象，下列说法正确的是（　　） A．如果某单色光发生全反射，反射光的能量几乎等于入射光的能量 B．光线从空气射入普通玻璃，光线传播速度不变 C．光导纤维传输信号和全息照相利用的都是光的全反射现象 D．刮胡须的刀片的影子边缘模糊不清是光的干涉现象 【答案】A 【详解】A．如果某单色光发生全反射，折射光线完全消失，反射光的能量几乎等于入射光的能量，选项A正确； B．光线从空气射入普通玻璃，光从光疏介质进入光密介质，则光线传播速度减小，选项B错误； C．光导纤维传输信号利用的是光的全反射现象，全息照相利用的都是激光的相干性好的特点，故C错误； D．刮胡须的刀片的影子边缘模糊不清是光的衍射现象，选项D错误。 故选A。 3．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． 【答案】D 【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。 4．如图甲，让激光束通过一个单缝，观察到光屏上出现如图乙的单色条纹。若要出现如图丙的图样，应（　　） A．将单缝换为双缝 B．减小单缝的宽度 C．增大激光器到单缝的距离 D．换波长更长的激光 【答案】A 【详解】A．图丙中亮暗条纹等间距分布，是单色光的双缝干涉图样。将单缝换为双缝可以得到图丙所示图样，故A正确； BCD．保持单缝时，减小单缝宽度或换用波长更长的激光，都会使单缝衍射条纹变宽；增大激光器到单缝的距离不改变衍射条纹的分布特征。三种操作得到的仍是中央亮条纹比两侧亮条纹宽的不等间距衍射条纹，均不能得到图丙所示的等间距条纹，故BCD错误。 故选A。 5．某实验小组分别用a、b两种单色平行光照射同一挡板上一定宽度的狭缝，在离狭缝相同距离的光屏上形成如下图所示的甲、乙两幅图样。下列说法正确的是（　　） A．单色光b比单色光a更容易发生明显衍射 B．单色光a的频率比单色光b的频率大 C．如果仅调小狭缝的宽度，所看到的中央条纹将变宽 D．若将该挡板换成某一带三角形孔的挡板，用白光照射，光屏上一定会形成三角形光斑 【答案】C 【详解】A．波长越长的光，单缝衍射的中央亮纹越宽，衍射现象越明显。由图可知光中央亮纹更宽，因此，说明光更易发生明显衍射，故A错误； B．由光速关系，波长越长频率越小，因此，故B错误； C．单缝衍射中，仅调小狭缝宽度时，衍射现象更明显，中央衍射条纹会变宽，故C正确； D．只有三角形孔的尺寸远大于光的波长时，光屏才会形成三角形光斑；若孔的尺寸很小，会发生明显衍射，不会形成三角形光斑，因此“一定会形成三角形光斑”的结论错误，故D错误。 故选C。 6．教材中的四幅图片分别对应四种说法，其中正确的是（　　） A．图1，旋转长竹竿，人感觉竹竿上的蜂鸣器音调变化是由多普勒效应引起的 B．图2，竖直的肥皂膜，膜上有水平横纹，是由光的衍射产生的 C．图3，泊松亮斑是由光的干涉引起的 D．图4，水中的气泡看上去特别明亮，是由光的偏振引起的 【答案】A 【详解】A．旋转竹竿时，蜂鸣器作为声源相对观察者不断做靠近、远离的运动，使观察者接收到的声音频率发生变化，音调变化是多普勒效应引起的，故A正确； B．竖直肥皂膜受重力影响，呈下厚上薄的形状，膜前后表面反射的光发生干涉，相同厚度的位置水平分布，形成水平干涉条纹，这是薄膜干涉现象，不是光的衍射，故B错误； C．泊松亮斑是光绕过不透光圆盘的边缘发生衍射形成的现象，属于光的衍射，不是光的干涉，故C错误； D．水中气泡看起来特别明亮，是因为光从水（光密介质）射向气泡内的空气（光疏介质）时，发生了全反射，不是光的偏振引起的，故D错误。 故选A。 7．如图甲是一个透明均匀玻璃圆柱体，其横截面如图乙所示，一束由红光和绿光组成的复色光从A点射入，在圆柱体内分成了a、b两束光，分别从F、E射出，则下列说法正确的是（　　） A．a光更容易发生明显衍射现象 B．a、b两种单色光分别从F、E射出时折射角不相等 C．a光是绿光 D．a、b两种单色光分别通过同一个双缝干涉装置，b光的干涉条纹间距较小 【答案】C 【详解】A．光和光在点的入射角相同，光的折射角较小，由 知，因此为绿光、为红光，有。波长越长越容易发生明显衍射，故A错误； B．设复色光在点的入射角为，光、光在玻璃中的折射角分别为、。由于、，、均为等腰三角形，所以光、光在点、点的入射角分别为、由折射定律，入射时有 出射时有、 因此，故B错误； C．绿光在玻璃中的折射率大于红光，折射后更靠近法线，图中光更靠近法线，因此光是绿光，故C正确； D．双缝干涉条纹间距 由于，所以光的干涉条纹间距较大，故D错误。 故选C。 8．如图所示，一束复合光垂直玻璃砖界面进入球形气泡后分为a、b两种色光，下列说法正确的是（　　） A．a光的频率比b光的频率小 B．a光更容易观察到衍射现象 C．a光发生干涉现象条纹间距较窄 D．若保持复合光的方向不变仅将入射点上移，则b光先消失 【答案】C 【详解】A．光线从玻璃射入气泡时入射角r相同，a光的折射角i较大，根据 可知a光的折射率n较大，a光在玻璃中的传播速度较小，a光的频率较大，故A错误； B．根据 b光频率比a光频率小，可知b光的波长比a光的波长大，更容易观察到明显衍射现象，故B错误； C．根据干涉条纹间距的公式 可知a光的波长更短，产生的条纹更窄，故C正确； D．由 可知a光的临界角较小，故保持复合光的方向不变仅将入射点上移，会使入射角增大，a光先发生全反射而消失，故D错误。 故选C。 9．如图所示，一束光射向一块半球形玻璃砖底面中心O点，经折射后分成a、b两束光。则下面结论正确的是（　　） A．若a为蓝光，那么b有可能黄光 B．在玻璃中a光的传播速度小于b光的传播速度 C．在玻璃中，a光的临界角大于b光的临界角 D．b光相对于a光更容易发生明显衍射现象 【答案】C 【详解】A．根据折射定律得 其中α为入射角，β为折射角，由图知a光和b光从空气射入玻璃，入射角相同，a光的折射角大于b光的折射角，则a光的折射率比b光的折射率小，则a光的频率比b光的频率小，蓝光的频率大于黄光的频率，若a为蓝光，那么b不可能黄光，故A错误； B．设光在玻璃中传播速度为v，有 va光的折射率比b光的折射率小，则a光在玻璃中传播速度更大，故B错误； C．设临界角为C，则 sinCa光的折射率比b光的折射率小，则a光的临界角比b光的临界角大，故C正确； D．频率越小，波长越长，越容易发生明显衍射现象，a光的频率比b光的频率小，则a光比b光更容易发生明显衍射现象，故D错误。 故选C。 10．蓝光光盘是利用波长较短的蓝色激光读取和写入数据的光盘，而传统DVD光盘需要光盘发出红色激光来读取或写入数据。对于光存储产品来说，蓝光光盘比传统DVD光盘的存储容量大很多。如图由红、蓝两种单色光组成的复合光束射入一玻璃球体，当入射角θ等于60°时，其折射光束和出射光束如图所示。已知a光束第一次射出此玻璃球体后的出射光束相对复合光束的偏折角也为60°，则下列说法正确的是（　　） A．用a光可在光盘上记录更多的数据信息 B．该玻璃球体对a光的折射率为 C．a光在玻璃中的传播时间长 D．通过同一单缝分别进行衍射实验时，a光中央亮条纹更窄 【答案】B 【详解】A．因频率越大的光记录的数据量越大，因b光频率较大，可知用b光可在光盘上记录更多的数据信息，故A错误； B．光路图如下 光线a射到玻璃球上的入射角θ=60°，由几何关系可知折射角为r=30°，则折射率为 故B正确； C．因a光的偏折程度较小，折射率较小，根据 可知，a光在玻璃球内的传播速度较大，因a光在玻璃球内的传播距离较短，所以a光在玻璃中的传播时间短，故C错误； D．因为a光的频率较小，波长较长，则通过同一单缝分别进行衍射实验时，衍射现象更明显，即a光中央亮条纹更宽，故D错误。 故选B。 11．一束平行光垂直入射到某个光栅上，该光束有两种波长的光，，。两种波长的谱线第二次重合于衍射角的方向上，则光栅常数为（　　） A．3.05μm B．0.95μm C．1.27μm D．0.19μm 【答案】A 【详解】根据光栅方程有 代入，，有 因为是第二次重合，所以能使k1取整数的最小的k2的值为 代入光栅方程有 解得 故BCD错误，A正确。 故选A。 12．蓝闪蝶的翅膀呈现亮眼的蓝色，这种蓝色并非色素造成，而是由于其翅膀有特殊结构。如图所示，蓝闪蝶翅膀上的微小鳞片表面排列着平行的脊状突起，类似“百叶窗”或“圣诞树”形状。脊状结构由交替堆叠的薄层组成，薄层间充满空气。已知阳光直射时，翅膀呈现颜色对应光的波长为，则（　　） A．脊状结构中薄层的最小间距可能为 B．将蓝闪蝶翅膀浸入酒精中时，其呈现颜色对应光的波长变长 C．若光线斜射到翅膀上，则呈现颜色对应光的波长变短 D．蓝闪蝶的显色原理与泊松亮斑的成因一致 【答案】B 【详解】A．光线在脊状结构上的薄层表面发生反射，相邻薄层表面的反射光线发生干涉，蓝光被加强，则有 当时最小，解得 故A错误； B．将蓝闪蝶翅膀浸入酒精中，薄层间介质由空气变为酒精，酒精的折射率大于空气的折射率，光程差变大，则干涉加强的光的波长往长波方向变化，B正确； C．光线斜射到翅膀上时，光在薄层中的光程差为 其中为折射角，斜射时，入射角增大，故减小，光程差变大，干涉加强波长变长，C错误； D．蓝闪蝶的显色原理是光的干涉，泊松亮斑的成因是光的衍射，D错误； 故选B。 【点睛】 13．下列关于光的波动性四个实验图，下列说法正确的是（　　） A．甲图中条纹是内密外疏的圆形条纹 B．乙图中产生的条纹是上面玻璃的上下表面反射光干涉形成的 C．丙图中增大单色光频率，条纹间距会变大 D．丁图中减小缝的宽度，中央条纹会变宽，亮度会减弱 【答案】D 【详解】A．甲图是牛顿环实验装置，平凸透镜的曲面和下方平板玻璃间形成厚度随半径变化的空气薄膜，干涉形成的牛顿环是内疏外密的同心圆形条纹（越向外，相同厚度差对应的水平径向距离越小，条纹越密集），故A错误； B．乙图是空气劈尖干涉，干涉条纹是上方玻璃的下表面、下方玻璃的上表面的两束反射光发生干涉形成的，并非上面玻璃的上下表面反射光干涉，故B错误； C．增大单色光频率时，由可知光的波长会减小，根据双缝干涉条纹间距公式，条纹间距变小，故C错误； D．单缝衍射的规律是：减小缝的宽度，衍射现象更明显，中央亮条纹会变宽；同时透过缝的光能量减少，条纹亮度会减弱，故D正确。 故选D。 14．宝石切工决定价值，优秀的切割工艺可以让宝石璀璨夺目。某宝石的剖面简化如图，一束复合光斜射到宝石的AB面上，经折射后分成a、b两束单色光从CO面上射出，则下列说法正确的是（　　） A．可能a是红光，b是黄光 B．宝石中a光的传播速度比b光的大 C．b光从空气进入宝石，频率变低 D．使用相同的实验器材和步骤获取单缝衍射条纹，a光比b光窄 【答案】D 【详解】A．光从空气进入宝石时，图中光比光更靠近法线，说明宝石对光的折射率较大。在正常色散中，折射率越大的色光波长越短，故光的波长小于光的波长，不可能是红光而是黄光，故A错误； B．光在介质中的传播速度 由于，所以，故B错误； C．光从空气进入宝石时频率保持不变，故C错误； D．在实验器材和步骤相同的情况下，单缝衍射条纹宽度随波长增大而增大。由于光的波长小于光的波长，所以光的衍射条纹更窄，故D正确。 故选D。 15．在抽制很细的金属丝的过程中，可以用激光随时监测抽丝的粗细情况。其装置如图甲所示，在抽丝机的细丝出口附近，用一束激光沿与细丝垂直的方向照射细丝，在细丝的另一侧用光屏接收激光。工作人员通过观察光屏上明暗相间光斑的情况（图乙所示为沿激光传播方向看到的光屏情况），便可知道抽制出的细丝是否合格。对于这种监控抽丝机的装置，下列说法中正确的是（　　） A．这是利用光的直线传播规律 B．这是利用光的干涉现象 C．如果屏上光斑变宽，表明细丝粗了 D．如果屏上光斑变宽，表明细丝细了 【答案】D 【详解】AB．激光照射细丝，在光屏上出现明暗相间的光斑，这是光绕过障碍物传播的现象，属于光的衍射，不是光的直线传播，也不是干涉现象，故AB错误； CD．根据光的衍射理论，障碍物（细丝）的尺寸越小，衍射现象越明显，衍射条纹（光斑）的宽度越宽。若屏上光斑变宽，说明衍射现象更明显，即细丝变细了，故C错误，D正确。 故选 D。 16．通过如图甲所示的装置可研究光的干涉和衍射现象。从光源发出的光经过一缝板，在缝板后有一装有感光元件的光屏，通过信号转换，可在电脑上看到屏上的光强分布情况。图乙分别显示出A光和B光通过同一缝板得到的光强分布情况。下列有关A、B两种色光的说法正确的有（　　） A．光通过的可能是缝板上的单缝 B．A光的波长比B光的波长小 C．A光在玻璃中的传播速度小于B光在玻璃中的传播速度 D．A光比B光更容易发生明显的衍射现象 【答案】D 【详解】A．从光的强度分布可以看出，光屏上的光是等间距、等亮度的，所以是光通过双缝产生的干涉现象，即光通过的可能是缝板上的双缝，故A错误； B．由题图乙可看出，A光相邻条纹间距大于B光相邻条纹间距，根据 可知，A光的波长大于B光的波长，故B错误； C．结合上述可知，A光的波长大于B光的波长，根据 可知，A光的频率小于B光的频率，频率越小，同一种介质对光的折射率越小，则玻璃对A光的折射率小于对B光的折射率，根据 可知，A光在玻璃中的传播速度大于B光在玻璃中的传播速度，故C错误； D．由于A光的波长大于B光的波长，则A光比B光更容易发生明显的衍射现象，故D正确。 故选D。 17．为半圆柱体玻璃砖的横截面，直径，一束由光和光组成的复色光，沿方向从上表面射入玻璃砖，入射角为。光和光折射后分别射到、点，如图所示，光在点恰好发生全反射。已知光在真空中的传播速度为，下列说法正确的是（　　） A．对玻璃的折射率光小于光 B．光由到所需时间为 C．通过同一单缝装置光的衍射现象更加明显 D．通过同一双缝干涉装置光的相邻亮条纹间距大于光 【答案】B 【详解】A．a光的偏转角度比b光大，所以对玻璃的折射率a光大于b光，故A错误； B．如图所示 在O点根据折射定律得 在B点发生全反射 根据几何知识 解得 a光由O到B所需时间为 解得 故B正确； C．a光的折射率大于b光，则a光频率大于b光频率，由 a光波长小于b光波长。通过同一单缝装置b光的衍射现象更加明显，故C错误； D．由双缝干涉条纹间距 a光波长小于b光波长，通过同一双缝干涉装置光的相邻亮条纹间距小于光，故D错误。 故选B。 18．如图所示，半径为R的特殊圆柱形透光材料圆柱体部分高度为，顶部恰好是一半球体，底部中心有一光源向顶部发射一束由a、b两种不同频率的光组成的复色光，当光线与竖直方向夹角θ变大时，出射点P的高度也随之降低，只考虑第一次折射，发现当点高度h降低为时只剩下a光从顶部射出，（光速为c）下列判断正确的是（　　） A．在此透光材料中a光的传播速度小于b光的传播速度 B．此透光材料对b光的折射率为 C．a光从P点射出时，a光经过SP路程所需的时间为 D．同一装置用a、b光做单缝衍射实验，b光的衍射现象更加明显 【答案】B 【详解】A．由题意可知，只剩下a光从顶部射出时，b光发生全反射，而a光没发生全反射，可知b光临界角比a光小，根据 可知b光的折射率比a光的大，根据 可知在此透光材料中b光的传播速度小于a光的传播速度，故A错误； B．只剩下a光从顶部射出时，如图所示，由题意可知 可得 则 在中，由正弦定理得 b光发生全反射有 此透光材料对b光的折射率为 故B正确； C．a光从P点射出时，a光经过SP路程所需的时间为 故C错误； D．b光的折射率比a光的大，b光的频率比a光的大，则b光的波长比a光的小，波长越长，越容易发生明显的衍射现象，则同一装置用a、b光做单缝衍射实验，a光的衍射现象更加明显，故D错误。 故选B。 二、多选题（共6道） 19．用激光做单缝衍射实验和双缝干涉实验比用普通光源效果更好，图像更清晰。如图甲所示，若将感光元件置于光屏上，不仅能在光屏上看到条纹，还能通过感光元件中的信号转换，在电脑上看到光强的分布情况。下列说法正确的是（　　） A．当做单缝实验时，光强分布图如乙图所示 B．当做单缝实验时，光强分布图如丙图所示 C．当做双缝实验时，光强分布图如乙图所示 D．换用太阳光做单缝实验，光屏上会出现彩色的不等宽的条纹 【答案】AD 【详解】ABC．单缝衍射图样的中央亮条纹最宽、最亮，两侧亮条纹对称分布且强度迅速减弱，因此图乙是单缝衍射的光强分布；双缝干涉的亮条纹等间距，光强随位置呈周期性变化，因此图丙是双缝干涉的光强分布，故A正确，BC错误。 D．太阳光由多种波长的可见光组成，不同波长的光通过单缝后衍射程度不同，除中央白色亮条纹外，两侧会出现彩色且宽度不同的条纹，故D正确。 故选AD。 20．用激光做单缝衍射实验和双缝干涉实验，比普通光源效果更好，图样更清晰。如果将感光元件置于光屏上，则不仅能在光屏上看到彩色条纹，还能通过感光元件中的信号转换，在电脑上看到光强的分布情况（如图所示）。下列说法正确的是（　　） A．光通过的是缝板上的单缝 B．a光的波长比b光的波长长 C．a光在玻璃中的传播速度小于b光在玻璃中的传播速度 D．a光比b光更容易发生明显的衍射现象 【答案】AC 【详解】A．做单缝实验时，中间是亮条纹，往两侧条纹亮度逐渐降低，且亮条纹的宽度不等；做双缝实验时，在屏上呈现的是宽度相等的亮条纹。图乙的光强分布符合单缝实验的特征，说明光通过的是单缝，故A正确； B．做单缝实验时，在缝宽、缝到光屏的距离相同的条件下，入射光波长越长，中央亮条纹越宽，故b光的波长比a光的波长长，故B错误； C．光的波长越长，在同一种介质中的折射率n越小；根据，可知折射率n越小，介质中传播速度v越大，因此a光在玻璃中的传播速度小于b光，故C正确； D．发生明显衍射现象的条件是障碍物尺寸与波长相近或更小，波长越长越容易满足该条件。由于b光波长更长，因此b光比a光更容易发生明显衍射，故D错误。 故选AC。 21．某同学采用图甲所示的实验装置研究光的干涉与衍射现象，狭缝S1、S2的宽度可调，狭缝到屏的距离为L。同一单色光垂直照射狭缝，实验中分别在屏上得到了图乙、图丙所示图样。下列描述正确的是（　　） A．图乙是光的双缝干涉图样 B．遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，其他条件不变，图丙中亮条纹宽度增大 C．增加L，其他条件不变，图乙中亮条纹宽度减小 D．照射两条狭缝时，O点处一定是亮条纹 【答案】AD 【详解】A．图乙中条纹间距相等，是光的双缝干涉图样，图丙中中间亮条纹最宽最亮，两边条纹变窄变暗，是光的单缝衍射图样，故A正确； B．图丙为光的单缝衍射图样，遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，其他条件不变，由于狭缝变宽衍射现象变不明显，图丙中亮条纹宽度减小，故B错误； C．图乙为光的双缝干涉图样，根据双缝干涉条纹间距公式有 可知增加，其他条件不变，图乙中亮条纹宽度增大，故C错误； D．照射两条狭缝时，两狭缝发出的相干光到达点的路程差为零，该处光的振动互相加强，因此点处一定是亮条纹，故D正确。 故选AD。 22．不同波长的电磁波具有不同的特性，在科研、生产和生活中有广泛的应用。两单色光在电磁波谱中的位置如图所示。下列说法正确的是（　　） A．若、光分别照射同一玻璃，光的折射率大 B．若、光分别照射同一玻璃，光在玻璃中的传播速度小 C．若、光分别照射同一小孔发生衍射，光的衍射现象更明显 D．若、光分别作为同一双缝干涉装置的光源时，光的干涉条纹间距大 【答案】AB 【详解】A．由电磁波谱可知，光、光均在可见光区，光的频率小于光的频率，光的波长大于光的波长。同种介质对频率越高的光折射率越大，光的频率高，光的折射率大，A正确； B．由知，折射率越大，光在介质中的传播速度越小，光在玻璃中的传播速度小，B正确； C．波长越长的光越容易发生明显的衍射现象，光的波长长，光的衍射现象更明显，C错误； D．双缝干涉相邻亮条纹的间距为，光的波长长，光的干涉条纹间距大，D错误。 故选AB。 23．如图所示是双缝干涉的实验原理图，双缝、连线的中垂线与屏幕交于点，单色光源也放置在该中垂线上，此时在屏幕上形成明暗相间的条纹。下列说法正确的是（　　） A．若将该装置双缝右侧部分全部浸入水中，则相邻两条亮条纹间距变小 B．若将该装置双缝右侧部分全部浸入水中，则相邻两条亮条纹间距不变 C．若用黑色不透光胶带遮住缝，屏幕上仍能看到明暗相间的条纹 D．若用黑色不透光胶带遮住缝，屏幕上不能看到明暗相间的条纹 【答案】AC 【详解】AB． 双缝干涉相邻亮条纹间距公式为 若将双缝右侧全部浸入水中，光在水中的波长变为 其中为光在真空中的波长，水的折射率，因此光的波长减小；公式中（双缝到屏的距离）、（双缝间距）不变，减小后相邻亮纹间距变小，故A正确，B错误； CD．遮住缝后，原双缝装置变为单缝，此时会发生单缝衍射现象，单缝衍射也能在屏幕上形成明暗相间的衍射条纹，因此仍能看到明暗相间的条纹，故C正确，D错误。 故选AC。 24．如图甲所示，在平静的水面下深处有一个点光源，它发出的两种不同颜色的光和光在水面上形成了一个有光线射出的圆形区域，该区域的中间为由两种单色光所构成的复色光圆形区域，周围为环状区域，且为光的颜色（见图乙）。以下说法正确的是（　　） A．在真空中，光的波长比光大 B．若分别用两种光在同一双缝干涉实验装置上做实验，光产生的干涉条纹间距大于光产生的干涉条纹间距 C．若光源匀速向下运动，水面上看到的两个圆形边界的半径变大的速度相同 D．分别用两种光照射同一狭缝，若都能发生衍射，则的中央亮纹比的中央亮纹宽 【答案】ABD 【详解】A．光的发光圆形半径更大，说明光的全反射临界角 根据全反射临界角公式 可得折射率关系 光的折射率越小，频率越小，真空中波长，因此，故A正确； B．双缝干涉条纹间距公式为，间距与波长成正比，光波长大，因此干涉条纹间距更大，故B正确； C．由几何关系，出射圆半径 光源匀速向下运动时 得 半径增大速度 由于、临界角不同，不同，因此半径增大速度不同，故C错误； D．单缝衍射中，波长越长，衍射效应越明显，中央亮纹越宽。光波长更长，因此光的中央亮纹更宽，故D正确。 故选ABD。 31 / 31 学科网（北京）股份有限公司 $