高中物理基础训练43 光的波动性

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基础训练43 光的波动性

（时间60分钟，赋分100分）

训练指要

光的干涉和衍射实验成功地证明了光具有波动性，并推动了光的波动学说的发展.光的电磁说揭示了光现象的电磁本质.通过本训练点，可以了解光的干涉现象及其常见的应用，了解光的衍射现象；知道光谱及光谱分析；了解各种电磁波产生机理、特点及应用；理解光的电磁本性.第12题、第14题、第15题为创新题，提高我们处理信息题的能力.

一、选择题(每小题5分，共40分)

1.在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏幕上观察到了彩色干涉条纹.若在双缝中的一缝前放一红色滤光片(只能透过红光)，另一缝前放一绿色滤光片(只能透过绿光)，这时

A.只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其他颜色的双缝干涉条纹消失

B.红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其他颜色的双缝干涉条纹依然存在

C.任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮

D.屏上无任何光亮

2.关于薄膜干涉，下述说法中正确的是

A.干涉条纹的产生是由于光在膜的前后两表面反射，形成的两列光波叠加的结果

B.干涉条纹中的暗纹是由于上述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果

C.干涉条纹是平行等间距的平行线时，说明膜的厚度处处相等

D.观察薄膜干涉条纹时，应在入射光的同一侧

3.以下说法中正确的是

A.当光的波长比圆孔直径小时，可产生明显的衍射现象

B.衍射现象的研究表明，光沿直线传播只是一种近似规律

C.用平行单色光垂直照射不透明小圆板，在圆板后面的屏上发现圆板阴影中心处有一亮斑，这是光的干涉现象

D.用平行单色光垂直照射一把刀片，发现刀片的阴影边缘模糊不清，这是光的衍射现象

4.关于光谱，下面说法中正确的是

A.霓虹灯和煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气产生的光谱都是明线光谱

B.太阳光谱中的暗线说明太阳上缺少与这些暗线相应的元素

C.线状光谱和暗线光谱都可用于对物质成分进行分析

D.发射光谱一定是连续光谱

5.纳米科技是跨世纪新科技，将激光束的宽度聚光到纳米级范围内，可修复人体已损坏的器官，对DNA分子进行超微型基因修复，把至今尚令人类无奈的癌症、遗传疾病彻底根除.这是利用了激光的

A.单色性 B.方向性 C.高能量 D.粒子性

6.气象卫星发送回地面的红外云图是由设置在卫星上具有接收云层辐射的红外线感应器完成的，云图上的黑白程度由辐射红外线的云层的温度高低决定，这是利用了红外线的

A.不可见性 B.穿透性 C.热效应 D.化学效应

7.在光学仪器中，为了减小在光学元件（透镜、棱镜等）表面上的反射损失，可在光学元件表面镀上一层增透膜，利用薄膜的干涉相消来减少反射光.如果照相机镜头所镀膜对绿光的折射率为n，厚度为d，它使绿光在垂直入射时反射光完全抵消.那么绿光在真空中的波长λ为

A.d/4 B.nd/4 C.4d D.4nd

8.如图1—43—1所示，一细光束通过玻璃三棱镜折射后分成a、b、c三束单色光，则在这三种单色光中

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图1—43—1

A.光子的能量关系是Ea＞Eb＞Ec

B.在真空中传播速度的关系是va＜vb＜vc

C.通过同一双缝产生的干涉条纹的间距da＜db＜dc

D.通过同一双缝产生的干涉条纹的间距da＞db＞dc

二、填空题(每小题6分，共24分)

9.白光照射双缝，在屏幕中央将出现________色明纹，两旁为________色条纹，在同一级彩色条纹中，比较红光与紫光到中央亮条纹中心的距离，可以看到红光的距离________于紫光的距离.

10.波长为0.4 μm的紫光以60°的入射角从空气射入玻璃，折射角是30°，则这束光在玻璃中的频率为________，光速为________，波长为________.

11.某脉冲激光器的耗电功率为2×103W，每秒钟输出10个光脉冲，每个脉冲持续的时间为10-8s，携带的能量为0.2 J，则每个脉冲的功率为_______ W，该激光器将电能转化为激光能量的效率为_______.

12.有些动物在夜间几乎什么都看不到，而猫头鹰在夜间却有很好的视力.

（1）其原因是猫头鹰的眼睛_________.

A.不需要光线，也能看到目标

B.自身眼睛发光，照亮搜索目标

C.可对红外线产生视觉

D.可对紫外线产生视觉

（2）根据热辐射理论，物体发出光的最大波长λ与物体绝对温度T的关系满足维恩公式T·λ=2.9×10-3 m·K.若猫头鹰的猎物——蛇在夜间体温为27℃，则它发出光的最大波长为_______ m，属于_______波段.

三、计算题(共36分)

13.（10分）图1—43—2表示某双缝干涉装置，当用波长为0.40μm的紫光做实验时，由于像屏大小有限，屏上除中央亮条纹外，两侧刚好各有三条亮条纹，若换用波长为0.60μm的橙光做实验，那么像屏上除中央亮条纹外，两侧各有几条亮条纹？

图1—43—2

14.（12分）一般认为激光器发出的是频率为“v”的单色光，实际上它的频率并不是真正单一的，激光频率v是它的中心频率，它所包含的频率范围是Δv（也称频率宽度）.让单色光照射到薄膜表面，一部分光从前表面反射回来（这部分光称为甲光），其余的进入薄膜内部，其中的一部分从薄膜后表面反射回来，并从前表面射出（这部分光称为乙光），甲、乙两部分光叠加而发生干涉，称为薄膜干涉.乙光与甲光

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相比，要多在薄膜中传播一小段时间Δt，理论和实践都证明，能观察到明显的干涉现象的条件是：Δt的最大值Δtmax与Δv的乘积近似等于1，即满足：Δtmax·Δv≈1，才会观察到明显的稳定的干涉现象，已知某红宝石激光器发出激光频率v=4.32×1014Hz，它的频率宽度Δv=8.0×199Hz，让这束单色光由空气斜射到折射率为n=2的液膜表面，射入时与液膜表面成45°角，如图1—43—3所示.

图1—43—3

（1）求从O点射入薄膜中的光线的传播方向及传播速度.

（2）估算在图中的情景下，能观察到明显稳定干涉现象的液膜的最大厚度dm.

15.（14分）（2000年上海高考试题）阅读下列资料并回答问题：

自然界中的物体由于具有一定的温度，会不断向外辐射电磁波，这种辐射因与温度有关，称为热辐射.热辐射具有如下特点：（1）辐射的能量中包含各种波长的电磁波；（2）物体温度越高，单位时间从物体表面单位面积上辐射的能量越大；（3）在辐射的总能量中，各种波长所占的百分比不同.

处于一定温度的物体在向外辐射电磁能量的同时，也要吸收由其他物体辐射的电磁能量，如果它处在平衡状态，则能量保持不变.若不考虑物体表面性质对辐射与吸收的影响，我们定义一种理想的物体，它能100%地吸收入射到其表面的电磁辐射，这样的物体称为黑体，单位时间内从黑体表面单位面积辐射的电磁波的总能量与黑体绝对温度的四次方成正比，即P0=δT4,其中常量δ=5.67×10-8 W/(m2·K4）.

在下面的问题中，把研究对象都简单地看做黑体.

有关数据及数学公式：太阳半径Rs=696000 km，太阳表面温度T=5770 K，火星半径r=3395 km，球面积S=4πR2，其中R为球半径.

（1）太阳热辐射能量的绝大多数集中在波长为2×10-7 m~1×10-5 m范围，求相应的频率范围.

（2）每小时从太阳表面辐射的总能量为多少？

（3）火星受到来自太阳的辐射可认为垂直射到面积为πr2(r为火星半径)的圆盘上.已知太阳到火星的距离约为太阳半径的400倍，忽略其他天体及宇宙空间的辐射.试估算火星的平均温度.

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参考答案

一、1.C 运用相干条件分析.

2.AD 3.BD 4.AC 5.C 6.C

7.D λ0=nλ=n·(4d)=4nd

8.D 从图知，na＜nb＜nc,则可得介质中va′＞vb′＞vc′,真空中va=vb=vc=c,va＜vb＜vc,Ea＜Eb＜Ec,λa＞λb＞λc,因此在双缝干涉中条纹间距da＞db＞dc.

二、9.白，彩，大

10.7.5×1014 Hz,1.73×108 m/s;2.31×10-7 m11.2×107,0.1%

12.(1)C (2)9.7×10-4,红外线

三、13.2

14.(1)设从O点射入薄膜中的光线的折射角为r，根据折射定律，有sini=nsinr,，故得r=arcsin(sin45 sini1)=arcsin()=arcsin=30° 2n2

光在薄膜中传播的速率为v=c/n=2.12×108 m/s

2d cosr

s2d乙光通过薄膜所用的时间：Δt= vvcosr(2)乙光通过薄膜经过的路程s= ① ②

当Δt取最大值Δtm时，对应薄膜的厚度最大，又因为Δtm·Δv=1,

则由②式，得

2dm1  vcosr v

所以dm≈

15.（1）由v=vcosr=1.15×10-2 m 2 vc

得

3.0 108

v1=Hz=1.5×1015 Hz, 72 10

3.0 108

13v2=Hz=3×10 Hz, 51 10

所以，太阳的辐射频率范围是

3×1013 Hz~1.5×1015 Hz.

(2)每小时从太阳表面辐射的总能量为

E=4πδRs2T4t,

代入数据得E=1.38×1030 J

(3)设火星表面温度为T′，太阳到火星的距离为d,火星单位时间内吸收来自太阳的辐射能量为

r2

P入=4πRs2δT44 d2,d=400Rs,

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所以P入= T4r2

(400)2.

火星单位时间内向外辐射电磁波的能量为 P出=4πδr2T′4,

火星处于平衡状态，P入=P出，即 T4r2

(400)2=4πδr2T′4,

所以T′=

T K=204 K.

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/mk5i.html