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课时作业38 光的波动性
时间：45分钟 满分：100分
一、选择题(8×8′＝64′)
1．光通过各种不同的障碍物后会产生各种不同的衍射条纹，衍射条纹的图样与障碍物的形状相对应，这一现象说明( )
A．光是电磁波 B．光具有波动性
C．光可以携带信息 D．光具有波粒二象性
解析：衍射是波的特性之一，光通过障碍物产生衍射条纹，说明光具有波动性，故选B.
光通过不同障碍物产生不同的衍射条纹，说明衍射条纹反映了障碍物的形状，光可以携带信息，故选C.
答案：BC
2．有关偏振和偏振光的下列说法中不正确的有( )
A．只有电磁波才能发生偏振，机械波不能发生偏振
B．只有横波能发生偏振，纵波不能发生偏振
C．自然界不存在偏振光，自然光只有通过偏振片才能变为偏振光
D．除了光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光都是偏振光
解析：机械波中的横波能发生偏振．自然光不一定非要通过偏振片才能变为偏振光．本题应选AC.
答案：AC
3．“几度夕阳红”中的夕阳红是指( )
A．光的衍射现象 B．光的干涉现象
C．光的折射现象 D．光的全反射现象
解析：红光的波长比其余的可见光的波长长，易衍射，A正确．
答案：A
4．光的偏振现象说明光是横波．下列现象中不能反映光的偏振特性的是( )
A．一束自然光相继通过两个偏振片，以光束为轴旋转其中一个偏振片，透射光的强度发生变化
B．一束自然光入射到两种介质的分界面上，当反射光线与折射光线之间的夹角恰好是90°时，反射光是偏振光
C．日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使景像更清晰
D．通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹
解析：由光的偏振现象的知识可知A、B、C均反映了光的偏振特性，只有D选项是利用手指间的狭缝去观察光的衍射现象，故选D.
答案：D
5．如图1所示，甲、乙为单色光通过窄缝后形成的明暗相间的两种条纹图样，下列判断正确的是( )
图1
A．甲为单缝衍射的图样 B．乙为双缝干涉的图样
C．甲为双缝干涉的图样 D．乙为单缝衍射的图样
解析：双缝干涉图样的条纹间隔是均匀的，单缝衍射的条纹特点是中间宽，两侧逐渐变窄．由此可见选项A、B正确．
答案：AB
图2
6．如图2所示是用干涉法检查某块厚玻璃的上表面是否平整的装置．a为标准样板，b为待测厚玻璃板，所用单色光是用普通光源加滤光片产生的，检查中所观察到的干涉条纹是由下列哪两个表面反射的光线叠加而成的( )
A．a的上表面和b的下表面
B．a的上、下表面
C．a的下表面和b的上表面
D．b的上、下表面
解析：本题易错选项是D.本题是薄膜干涉的应用．错误的选项D是理解为检查的样品是b，故干涉是发生在b的上下表面．
答案：C
7．下列哪些现象是光衍射产生的( )
A．著名的泊松亮斑
B．阳光下茂密树荫中地面上的圆形亮斑
C．光照射到细金属丝上在其后面屏上得到的阴影中间出现亮线
D．阳光经凸透镜后形成的亮斑
解析：泊松亮斑和金属丝后的亮线都是衍射产生的，树荫中的亮斑属于小孔成像，阳光经凸透镜的亮斑是平行的太阳光经凸透镜会聚后形成的．
答案：AC
8．如图3所示，让太阳光或白炽灯光通过偏振片P和Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片P或Q可以看到透射光的强度会发生变化，这是光的偏振现象．这个实验表明( )
图3
A．光是电磁波 B．光是一种横波
C．光是一种纵波 D．光是概率波
解析：此题考查证明光的特性——偏振的重要实验，太阳光或白炽灯发出的光是自然光，当通过偏振片P后变为偏振光，旋转P或Q时，通过P的偏振光的偏振方向和Q的偏振方向不平行时，光屏上透射光的强度就会发生变化，该实验说明光是一种横波．
答案：B
二、计算题(3×12′＝36′)
9．如图4是研究激光相干性的双缝干涉示意图，挡板上有两条狭缝S1、S2，由S1、S2发出的两列波到达屏上时会产生干涉条纹，已知入射激光的波长是λ，屏上的P点到两狭缝S1、S2的距离相等，如果把P处的亮条纹记作0号条纹，由P向上数，与0号亮纹相邻的亮纹依次是1号亮纹、2号亮纹……则P1处的亮纹恰好是10号亮纹．设直线S1P1的长度为L1，S2P1的长度为L2，则L2－L1等于多少？
图4
解析：根据双缝干涉原理，产生亮条纹的条件是光程差为波长的整数倍，即Δs＝nλ(n＝0、1、2…)，当n＝0时产生0号亮纹，当n＝10时产生10号亮纹，所以L2－L1＝10λ.
答案：10λ
10．用氦氖激光器发出的红光进行双缝干涉实验，已知使用的双缝间距离d＝0.1 mm，双缝到屏的距离L＝6.0 m，测得屏上干涉条纹中亮纹的间距是3.8 cm，
(1)氦氖激光器发出的红光的波长λ是多少？
(2)如果把整个装置放入折射率是43的水中，这时屏上的条纹间距是多少？
解析：由条纹间距Δx、双缝间距d，双缝到屏的距离L及波长λ的关系，可测光波的波长，同理知道水的折射率，可知该波在水中的波长，然后由Δx、d、L、λ的关系，可计算条纹间距．
(1)由Δx＝Ldλ可以得出，红光的波长λ
λ＝dLΔx＝0.1×10－3×3.8×10－26.0 m＝6.3×10－7 m
激光器发出的红光的波长是6.3×10－7 m.
(2)如果整个装置放入水中，激光器发出的红光在水中的波长为λ′.
λ′＝λn＝6.3×10－7×34 m＝4.7×10－7 m.
这时屏上条纹间距是：
Δx′＝Ldλ′＝6.0×4.7×10－70.1×10－3 m＝2.8×10－2 m.
答案：(1)6.3×10－7 m (2)2.8×10－2 m
11．一般认为激光器发出的是频率为ν的“单色光”，实际上它的频率并不是真正单一的，激光频率ν是它的中心频率，它所包含的频率范围是Δν(也称频率宽度)．如图5所示，让单色光照射到薄膜表面a，一部分光从前表面反射回来(这部分称为甲光)，其余的光进入薄膜内部，其中的一小部分光从薄膜后表面b反射回来，再从前表面折射出(这部分称为乙光)，当甲、乙这两部分光相遇叠加而发生干涉，称为薄膜干涉．乙光与甲光相比，要在薄膜中多传播一小段时间Δt.理论和实践都证明，能观察到明显稳定的干涉现象的条件是：Δt的最大值Δtm与Δν的乘积近似等于1，即只有满足Δtm•Δν≈1才会观察到明显稳定的干涉现象．
已知某红宝石激光器发出的激光频率ν＝4.32×1014Hz，它的频率宽度Δν＝8.0×109 Hz.让这束激光由空气斜射到折射率n＝2的薄膜表面，入射时与薄膜表面成45°角，如图5所示．
图5
(1)求从O点射入薄膜中的光的传播速率．
(2)估算在如图5所示的情景下，能观察到明显稳定干涉现象的薄膜的最大宽度dm.
解析：(1)由折射率n＝cv①
得射入薄膜中的光的速率：v＝cn＝2.12×108 m/s.②
(2)由光的折射定律得：sin45°sinr＝2③
设乙光在薄膜中传播时间的最大值为Δtm，对应的最大厚度为dm，则2dmcosr＝vΔtm④
根据题中所给条件得：Δtm•Δν≈1⑤
由②③④⑤式得：dm＝1.15×10－2 m.
答案：(1)2.12×108 m/s (2)1.15×10－2 m