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高中 | 光的干涉题目答案及解析如下,仅供参考!
选修3-4
第十三章 光
13.3 光的干涉
光的干涉
激光
激光具有单色性佳、相干性强、方向性好、能量集中等特点,广泛应用于多个领域。
利用激光和平面镜观察光的干涉现象,光路原理如图所示。用激光和单缝获得线光源$S$,$S$发出的光直接照射在竖直光屏上,与通过水平平面镜反射的光叠加产生干涉条纹。测得$S$到平面镜、光屏的垂直距离分别为$a$、$L$($a\ll L$),光屏上相邻明条纹的中心间距为$\Delta x$,则激光的波长$\lambda=$ ;将平面镜略微向下平移,其它条件不变,干涉条纹的间距将 (选涂:$\rm A$.变大 $\rm B$.变小 $\rm C$.不变)。
从$S$发出的光经过平面镜反射后射到屏上的光,相当于从$S$关于平面镜的像点$D$发出的光射到屏上,也就相当于一个间距 为$2a$的双缝,根据双缝干涉相邻条纹之间的距离公式$\Delta x=\dfrac{L}{d}\lambda= \dfrac{L}{2a}\lambda$
则波长$\lambda=\dfrac{2a\Delta x}{L}$
根据$\Delta x=\dfrac{L}{2a}\lambda$
可知将平面镜略微向下平移,$a$增大,干涉条纹的间距将变小,即选$\rm B$。
玻璃三棱柱的横截面如图中$\triangle PMN$所示。现有一束激光从$O$点以$\alpha$角入射,经$MN$面折射后,依次在$PM$、$PN$面发生反射,最终垂直于$MN$面射出。已知该三棱柱对该激光的折射率为$n=1.31$。
①补全三棱柱内的光路示意图 。
②(计算)求$\alpha$角的大小(结果保留$2$位有效数字) 。
③在三棱柱的$PM$、$PN$面上
$\rm A$.仅$PM$面有光线射出 $\rm B$.两个面均有光线射出
$\rm C$.仅$PN$面有光线射出 $\rm D$.两个面均无光线射出
玻璃临界角$\sin C=\dfrac{1}{n} =\dfrac{1}{1.31}=0.76 \gt \sin 45{^\circ}$
可知$C \gt 45^\circ $
由三棱柱内光路图中的几何关系可知激光射入$MN$面后的折射角$i=(180-30-30-90)^\circ =30^\circ $
由数学知识可得$PM$面入 射角为$60^\circ $,$PM$面入射角为$45^\circ $,光路如图所示
则折射率$n=\dfrac{\sin\alpha}{\sin i}$
解得$i=41^\circ $
由以上分析可知两个面均无光线射出。
故选:$\rm D$。
一种利用光电效应原理工作的电源,简化结构如图所示。$A$电极为有小缺口的无色透明导电球壳,$K$电极为放置在球壳中心的金属球,$K$电极的引线与球壳缺口之间不接触、不放电。现用频率为$\nu$的激光照射装置,仅$K$电极表面有电子逸出并向$A$电极运动。忽略光电子的重力及之间的相互作用。已知激光穿过$A$电极时光子频率不变,$K$电极金属材料的逸出功为$W$,电子电荷量为−$e$,光速为$c$,普朗克常量为$h$。
①入射激光的一个光子动量$p=$ 。
②两电极$K$、$A$之间的最大电压$U_{\rm kAm}=$ 。
根据$p=\dfrac{h}{\lambda}$,$\lambda =\dfrac{c}{v}$
可知一个光子动量$p=\dfrac{h\nu}{c}$
随着$K$电极逸出的光电子运动到$A$电极,$A$、$K$之间的电压逐渐增大,当$K$电极正指$A$电极逸出的动能最大的光电子恰好运动不到$A$电极时,两极之间的电压达到最大,对动能最大的光电子的运动过程由动能定理有$-eU_{\rm kAm}=0-E_{k}$
由爱因斯坦光电效应方程有$E_{k}=h\nu-W$
解得$U_{\text{kAm}}=\dfrac{h\nu-W}{e}$
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