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-1-光的波动性电磁波(45分钟100分)一、选择题(本题共9小题,每小题6分,共54分,1～5题为单选题,6～9题为多选题)1.在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的亮暗相间的图样,图中属于光的单缝衍射图样的是()A.a、cB.b、cC.a、dD.b、d【解析】选D。a图中是等间距的光的干涉图样,b图是单色光的单缝衍射图样,c图是水波的衍射图样,d图是白光的单缝衍射图样,可见D正确。2.如图所示的双缝干涉实验,用绿光照射单缝S时,在光屏P上观察到干涉条纹。要得到相邻条纹间距更大的干涉图样,可以()A.增大S1与S2的间距B.减小双缝屏到光屏的距离C.将绿光换为红光D.将绿光换为紫光【解析】选C。据光的干涉产生的条纹间距满足的关系Δx=可知,增大S1与S2的间距,条纹间距减小,A选项错误;减小双缝屏到光屏的距离,条纹间距减小,B选项错误;将绿光换成红光,波长增大,条纹间距增大,C选项正确;绿光换成紫光,波长减小,条纹间距减小,D选项错误。3.如图所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置,P是附有肥皂膜的铁丝圈,S是一点燃的酒精灯。往火焰上洒些盐后,在肥皂膜上观察到的干涉图象应是图中的()-2-【解析】选D。往火焰上洒些盐后,酒精灯放出黄色的光线,当黄色的光线照射到肥皂膜上时从肥皂膜的前后两个表面分别反射两列光,这两列光的频率相同,故为相干光源,当光程差为波长的整数倍时呈现亮条纹,当光程差为半个波长的奇数倍时呈现暗条纹,由于重力的作用使下侧的肥皂膜厚度比较大,而上侧的比较薄,相同的高度肥皂膜的厚度相同,故出现水平的明暗相间的干涉条纹,故D正确。4.(2018·北京高考)用双缝干涉实验装置得到白光的干涉条纹,在光源与单缝之间加上红色滤光片后()A.干涉条纹消失B.彩色条纹中的红色条纹消失C.中央条纹变成暗条纹D.中央条纹变成红色【解析】选D。当用白光做干涉实验时,频率相同的色光,相互叠加干涉,在光屏上形成彩色条纹,中央形成白色的亮条纹;当在光源与单缝之间加上红色滤光片后,只有红光能通过单缝,然后通过双缝后相互叠加干涉,在光屏上形成红色干涉条纹,光屏中央为加强点,所以中央条纹变成红色亮条纹,故D正确,A、B、C错误。5.关于麦克斯韦电磁场理论,以下说法正确的是()A.在赫兹发现电磁波的实验基础上,麦克斯韦提出了完整的电磁场理论B.麦克斯韦第一个预言了电磁波的存在,赫兹第一个用实验证实了电磁波的存在C.变化的电场可以在周围的空间产生电磁波D.变化的磁场在周围的空间一定产生变化的电场-3-【解析】选B。麦克斯韦首先预言了电磁波的存在,而后赫兹第一个用实验证明了电磁波的存在,故A错误,B正确;根据麦克斯韦电磁场理论,均匀变化的磁场在周围空间产生稳定的电场,故C、D错误。6.如图甲,可以用来测定半圆柱形玻璃砖的折射率n,O是圆心,MN是法线。一束单色光线以入射角i=30°由玻璃砖内部射向O点,折射角为r,当入射角增大到也为r时,恰好无光线从玻璃砖的上表面射出。让该单色光分别通过宽度不同的单缝a、b后,得到图乙所示的衍射图样(光在真空中的传播速度为c)。则下列说法正确的是()A.此光在玻璃砖中的全反射临界角为60°B.玻璃砖的折射率n=C.此光在玻璃砖中的传播速度v=cD.单缝b宽度较大【解析】选B、C、D。根据折射定律有n=,由题知,玻璃砖的全反射临界角等于C,根据sinC=,结合i=30°,解得n=,C=45°,故A错误,B正确;光在玻璃砖中的传播速度为v==c,故C正确;由乙图知,单色光通过单缝a后衍射现象比较明显,所以单缝a宽度较小,单缝b宽度较大,故D正确。7.把一个上表面是平面下表面是凸面的凸透镜压在一块平面玻璃上,让单色光从上方垂直射入,从上往下看凸透镜,可以看到亮暗相间的圆环状条纹。()A.圆环状条纹是光经凸透镜上下两个玻璃表面之间反射引起的干涉造成的B.圆环状条纹是两个玻璃表面之间的空气膜引起的薄膜干涉造成的C.如果将凸透镜的凸面曲率半径增大而其他条件保持不变,观察到的圆环亮纹间距变大-4-D.如果改用波长更长的单色光照射而其他条件保持不变,观察到的圆环亮纹间距变小【解析】选B、C。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项错误,B项正确;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,所以观察到的圆环状条纹间距变大,故C项正确;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项错误。8.关于电磁波谱,下列说法正确的是()A.X射线对生命物质有较强的作用,过量的X射线辐射会引起生物体的病变B.γ射线是波长最短的电磁波,它比X射线的频率还要高C.紫外线比紫光更容易发生干涉和衍射D.在电磁波谱中,最容易发生衍射现象的是γ射线【解析】选A、B。紫外线比紫光的波长短,更不容易发生干涉和衍射,故C项错误;在电磁波谱中,最容易发生衍射现象的是无线电波,故D项错误。9.下列说法中正确的是()A.光的偏振现象说明光是一种横波,但并非所有的波都能发生偏振现象B.电磁波可以由电磁振荡产生,若波源的电磁振荡停止,空间的电磁波随即消失C.在光的双缝干涉实验中,若仅将入射光由红光改为绿光,则干涉条纹间距变窄D.一束白光从空气射入玻璃三棱镜后形成彩色条纹,是因为玻璃三棱镜吸收了白光中的一些色光【解析】选A、C。只有横波才能发生偏振现象,A正确;当发射电路的电磁振荡停止了,只是不能产生新的电磁波,但已发出的电磁波不会立即消失,还要继续传播一段时间,B错误;若由红光改为绿光,波长变短了,根据公式Δx=λ可知干涉条纹间距变窄,C正确;一束白光从空气射入玻璃三棱镜后形成彩色条纹是因为光的折射,不是因为三棱镜吸收了光,D错误。二、计算题(16分,需写出规范的解题步骤)10.在用红光做双缝干涉实验时,已知双缝间的距离为0.5mm,测得双缝到光屏的距离为1.0m,在光屏上第一条暗条纹到第六条暗条纹间的距离为7.5mm。则:(1)此红光的频率为多少?它在真空中的波长为多少?-5-(2)假如把整个装置放入折射率为的水中,这时屏上相邻明条纹的间距为多少?【解析】(1)相邻两条暗条纹间的距离Δx=m=1.5×10-3m根据λ=Δx得λ=×1.5×10-3m=7.5×10-7m由ν=得此光的频率ν==Hz=4.0×1014Hz。(2)在水中红光的波长λ′==×7.5×10-7m相邻两条明条纹间的距离为Δx=λ′=××7.5×10-7m=1.125×10-3m。答案:(1)4.0×1014Hz7.5×10-7m(2)1.125×10-3m11.(10分)(多选)在水面下同一深处有两个点光源P、Q,能发出不同颜色的光。当它们发光时,在水面上看到P光照亮的水面区域大于Q光,以下说法正确的是()A.P光的频率小于Q光B.P光在水中的传播速度小于Q光C.让P光和Q光通过同一单缝装置,P光的中心条纹宽度大于Q光的中心条纹宽度D.让P光和Q光通过同一双缝干涉装置,P光的条纹间距小于Q光-6-【解题指南】解答本题可按以下思路进行:(1)在同一深度两光源照亮的水面区域不同,则说明它们的临界角不同,从而确定它们的折射率。(2)由c=nv可得两种光在水中的速度与折射率成反比。(3)再由v=λf得波长与速度成正比。【解析】选A、C。由题意可知:P光照亮的水面区域大于Q光,则P光的临界角大于Q,由临界角公式sinC=知,P光的折射率小于Q光的折射率,那么P在水中的速度大于Q,P光的频率也小于Q光,故A正确,B错误;P光的折射率小于Q光的折射率,则P光的波长大于Q光的波长,P光的衍射现象比较显著,则P光的中心条纹宽度大于Q光的中心条纹宽度,故C正确;P光的折射率小于Q光的折射率,P光的波长大于Q光的波长,而干涉条纹的间距与波长成正比,则让P光和Q光通过同一双缝干涉装置,P光的相邻条纹间距大于Q光,故D错。12.(20分)用波长为0.51μm的绿光经双缝干涉装置在屏上得到干涉条纹,测得两明条纹间距为0.5mm,将该装置放到水中并改用红光做双缝干涉实验,测得干涉条纹中两相邻明条纹间距仍为0.5mm,若水的折射率为,求此红光的频率。【解析】已知绿光的波长λ1=0.51μm=5.1×10-7m,绿光两明条纹间距为Δx1=0.5mm=5×10-4m,红光两明条纹间距为Δx2=0.5mm=5×10-4m,设双缝间距为d,双缝到屏的间距为L,红光在水中的波长为λ2。水的折射率n=,相邻两明条纹间距为Δx=λ则在空气中对绿光有:-7-Δx1=λ1,在水中对红光有:Δx2=λ2由以上两式可得:λ2=λ1=5.1×10-7m由波速公式,在水中对红光有v=λ2f红,且n=,则红光的频率f红==4.41×1014Hz答案:4.41×1014Hz