专题79 光的干涉、衍射、偏振和散射(解析版)

2023届高三物理一轮复习重点热点难点专题特训专题79 光的干涉、衍射、偏振和散射特训目标特训内容目标1 光的干涉（1T—5T）目标2光的衍射（6T—10T）目标3光的偏振（11T—15T）目标4光的散射（16T—20T）一、光的干涉1．利用光的干涉原理可以检测甲烷、二氧化碳、瓦斯等气体的浓度，具有精度高、操作简便的特点。

如图为一甲烷检测仪的工作原理图，其中P点为双缝中垂线与光屏的交点。

则（）A．空气室和甲烷室内的介质不同，不能在光屏上观察到干涉条纹B．P点出现亮条纹，可知此时甲烷室中没有甲烷C．随着甲烷室中甲烷浓度的变化，光屏上相邻两干涉条纹的间距也相应变化D．通过测量干涉条纹在光屏上的位移量，可以知道甲烷在空气中的含量【答案】D【详解】A．通过空气和甲烷，光的频率不变，能在光屏上观察到干涉条纹，故A错误；B ．只有满足光程差是波长的整数倍，就可以在P 点出现亮条纹，故B 错误；C ．由于光的频率未变，相邻两干涉条纹间距不变，故C 错误；D ．光通过的介质浓度改变，干涉条纹相对原位置会在光屏上有位移，通过测量位移量，可以知道甲烷在空气中的含量，故D 正确。

故选D 。

2．用平行单色光垂直照射一层透明薄膜，观察到如图所示的明暗相间的干涉条纹。

下列关于该区域薄膜厚度d 随坐标x 的变化图像，可能正确的是（ ）A ．B ．C ．D ．【答案】D【详解】由题意可知，从薄膜的上下表面分别反射的两列光是相干光，其光程差为∆x =2d 即光程差为薄膜厚度的2倍，当光程差x n λ∆=（n =1，2，3，⋯）时，此处表现为亮条纹，即当薄膜的厚度为2d n λ=（n =1，2，3，⋯）时，对应的条纹为亮条纹，相邻亮条纹之间的薄膜厚度差为12λ，从题图中可知，从左向右相邻亮条纹（或暗条纹）之间的距离逐渐变小，则薄膜层的厚度逐渐减小，由斜率知厚度减小越来越快，ABC 错误，D 可能正确。

故选D 。

3．如图所示，凸透镜的弯曲表面是个球面，球面的半径叫作这个曲面的曲率半径。

把一个凸透镜压在一块平面玻璃上，让单色光从上方射入，从上往下看凸透镜，可以看到亮暗相间的圆环状条纹。

这个现象是牛顿首先发现的，这些环状条纹叫作牛顿环。

下列说法正确的是（）A．圆环状条纹是由于凸透镜上、下表面的反射光发生干涉形成的B．圆环状条纹的间距不相等，从圆心向外条纹越来越稀疏C．如果改用一个表面曲率半径更大的凸透镜，观察到的圆环状条纹间距将变小D．如果改用波长更长的单色光照射，观察到的圆环状条纹间距将变大【答案】D【详解】A．当光垂直照射到凸透镜上时，光的传播方向不变，而当光从玻璃射入空气时一部分光发生反射，另一部分光透射进入空气，当该部分光从空气进入下面的平面玻璃时又有一部分光发生反射，这样两列反射光是相干光，它们在凸透镜的下表面相遇，当光程差为波长的整数倍时是亮条纹，当光程差为半个波长的奇数倍时是暗条纹，故出现亮暗相间的圆环状干涉条纹，故A错误；B．圆环状条纹的间距不相等，从圆心向外条纹越来越密集，故B错误；C．若换一个曲率半径更大的凸透镜，仍然相同的水平距离但空气层的厚度变小，所观察到的圆环状条纹间距变大，故C错误；D．如果改用波长更长的单色光照射而其他条件保持不变，则观察到的圆环状条纹间距变大，故D正确。

故选D。

4．G1、G2为放在水平面上的高度略有差别的两个长方体，为了检查这两个长方体的上表面是否相互平行，检测员用一块标准的平行透明平板T压在G1、G2的上方，T与G1、G2支架分别形成尖劈形空气层，如图所示。

G1、G2的上表面与平板的夹角分别为α和β，P为平板T上表面上的一点。

用单色光从上方照射平板T，G1、G2的上方都能观察到明显的干涉条纹可以推知（ ）A ．若α=β，则G 1上方的干涉条纹间距小于G 2上方的干涉条纹间距B ．若α>β，则G 1上方的干涉条纹间距大于G 2上方的干涉条纹间距C ．若将G 1、G 2的间距缩短些，则G 1上方的干涉条纹分布变得更密D ．若在P 处用较小的力下压平板T ，则G 1上方的干涉条纹分布变密【答案】C【详解】AB ．设物体上表面与平板的夹角为θ，相邻亮条纹的间距为L ，由空气薄膜干涉条件，则有 2tan L θλ∆=解得2tan L λθ∆=若α=β，则G 1上方的干涉条纹间距等于G 2上方的干涉条纹间距，若α>β，则G 1上方的干涉条纹间距小于G 2上方的干涉条纹间距，故AB 错误； C ．若将G 1、G 2的间距缩短些，则α增大，可知G 1上方的干涉条纹分布变得更密，故C 正确；D ．若P 在两长方体间，在P 处用较小的力下压平板T ，则α减小，可知G 1上方的干涉条纹分布变疏，故D 错误。

故选C 。

5．两束单色光a 、b 的波长分别为λa 、λb ，分别通过同一双缝干涉装置得到的干涉图样如图（a ）、（b ）所示。

一束a 、b 组成的复色光从空气射向平行玻璃砖的上表面，玻璃砖下表面有反射层，经两次折射和一次反射后，从玻璃砖上表面分为两束单色光射出，出射点为①、②，如图（c ）所示。

下列说法正确的是（ ）A ．a 光的频率比b 光的频率大B ．光电效应实验中，单色光b 照射某金属板时，刚好有光电子从金属表面逸出，那么当单色光a 照射该金属板时，光电子的最大初动能为a hcλ－b hc λC ．光的干涉现象说明光是一种横波D ．从①、②出射的两束光一定相互平行E ．从①位置出射的为单色光b【答案】ABD【详解】A ．由题图（a ）、图（b ）可知b 光的相邻条纹间距较大，根据双缝干涉条纹的间距公式Δx ＝l dλ 可知λa <λb 则频率νa >νb 故A 正确；B ．由光电效应方程可得E k ＝h ν－W 0＝hc λ－W 0若b 光照射某金属板时，刚好有光电子从金属表面逸出，则有0＝b hc λ－W 0解得W 0＝b hc λ当a 光照射该金属板时，光电子的最大初动能为E ka ＝a hc λ－W 0＝a hc λ－bhc λ 故B 正确；C ．光的干涉现象说明光具有波动性，但不能说明光是横波，光的偏振现象说明光是横波，故C 错误；D ．作出光路图如图所示因为两束光在玻璃砖上表面的折射角与反射后在上表面的入射角分别相等，根据几何知识可知两束光出射时，在上表面的折射角一定等于入射时在上表面的入射角，所以一定相互平行，故D正确；E．频率νb<νa可知对同一种介质，a光的折射率大，从空气射入玻璃砖时的折射角小，即从①位置出射的为单色光a，故E错误。

故选ABD。

二、光的衍射6．如图1是用光传感器研究激光通过单缝或双缝后光强分布的装置图，铁架台上从上到下依次为激光光源、偏振片、缝、光传感器。

实验中所用的单缝缝距为0.08mm，双缝间距为0.25mm。

光源到缝的距离为17cm，缝到传感器的距离为40cm，实验得到的图像如图2、图3所示，则（）A．题图2所用的缝为双缝，题图3所用的缝为单缝B．旋转偏振片，题2、题3两幅图像不会发生明显变化C．仅减小缝到传感器的距离，题2、题3两幅图像不会发生明显变化D．实验中所用的激光波长约为620nm【答案】D【详解】A．由干涉、衍射图样特点可知题图2所用的缝为单缝，题图3所用的缝为双缝，A错误；B．激光是偏振光，故旋转偏振片，题2、题3两幅图像会发生明显变化，B错误；C．由lxdλ∆=可知，仅减小缝到传感器的距离，题2、题3两幅图像会发生明显变化，C错误；D．由lxdλ∆=可知，实验中所用的激光波长约为620nmd xlλ∆==，D正确；故选D。

7．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亮斑的情况（如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．这是利用光的衍射现象C．如果屏上条纹变宽，表明细丝粗了D．如果屏上条纹变宽，表明细丝细了【答案】BD【详解】A．由题意知条纹的形成属单缝衍射，并非运用光的直线传播规律，而是利用光的衍射现象，A错误；B．单缝衍射现象，其原理是利用光的衍射现象，B正确；C．由单缝衍射知缝变窄而条纹宽度变宽，故如果屏上条纹变宽，表明细丝变细了，C错误；D．屏上条纹变宽，表明细丝细了，D正确。

故选BD。

8．如图甲，让激光束通过一个狭缝，观察到光屏上出现单色条纹图样。

现将狭缝略微加宽。

下面关于本实验说法正确的是（）A．将会观察到乙图样B．光屏上条纹更宽C．光屏上条纹更窄D．该现象说明光具有波动性【答案】CD【详解】A．让激光束通过一个狭缝，观察到光屏上出现的单色条纹图样是光的衍射图样，衍射图样中，中央亮条纹最亮，宽度最大，从中央向两侧，亮条纹逐渐变窄、变暗，故将会观察到丙图样，故A错误；BC．将狭缝略微加宽，光的衍射将变得不明显些，故条纹变得更窄，故B错误C正确；D．光的衍射现象说明光具有波动性，故D正确。

故选CD。

9．在信息技术迅猛发展的今天，光盘是存储信息的一种重要媒介。

光盘上的信息通常是通过激光束来读取的。

若红、蓝激光束不是垂直投射到盘面上，则光线在通过透明介质层时会发生偏折而改变行进的方向，如图所示。

下列说法中正确的是（）A．图中光束①是红光，光束②是蓝光B．在光盘的透明介质层中，光束①比光束②传播速度慢C．若光束①、②先后通过同一双缝干涉装置，光束①的条纹宽度比光束②的窄D．光束①比②更容易发生明显衍射现象【答案】BC【详解】A．由图可知介质对①光的折射率比对②光的折射率大，所以①光的频率高于②光的频率，故图中光束①是蓝光，光束②是红光，A错误；B．由cvn=可知，折射率大，波速小，故在光盘的透明介质层中，光束①比光束②传播速度慢，B正确；C．由lxdλ∆=可知，通过同一双缝干射装置，波长短，条纹间距窄。

因为①光的频率高于②光的频率，故①光的波长小于②光的波长，即光束①的条纹宽度比光束②的窄，C正确；D．因为①光的波长小于②光的波长，所以②光更容易发生衍射现象，D错误。

故选BC。

10．如图所示，一束宽度为d的平行光沿水平方向传播，经过不透光的挡板后照射到竖直墙面上，过挡板上边缘的水平延长线与竖直墙面相交于O点，下列说法正确的是（）A．由于光的衍射，可能会进入到O点下方的墙上B．光只会沿直线前进，一定不会进入到O点下方的墙上C．光的波长越长，光线进入到O点下方墙上的区域越大D．光的能量越大，光线进入到O点下方墙上的区域越大【答案】AC【详解】AB．由于光的衍射，可能会进入到O点下方的墙上，选项A正确，B错误；C．光的波长越长，则衍射现象越明显，则光线进入到O点下方墙上的区域越大，选项C正确；D．光的能量越大，则光子的频率越大，波长越小，则衍射现象越不明显，则光线进入到O 点下方墙上的区域越小，选项D错误。