1、步步高一轮物理第十二章 第4课时第4课时光的干涉、衍射和偏振考纲解读 1.理解光的干涉现象，掌握双缝干涉中出现亮暗条纹的条件.2.理解光的衍射现象，知道发生明显衍射的条件.3.知道光的偏振现象，了解偏振在日常生活中的应用考点一光的双缝干涉现象1产生条件两列光的频率相同，振动方向相同，且具有恒定的相位差，才能产生稳定的干涉图样2杨氏双缝干涉(1)原理图如图1所示图1(2)亮、暗条纹的条件单色光：形成明暗相间的条纹，中央为亮条纹a光的路程差rr2r1k(k0,1,2)，光屏上出现亮条纹b光的路程差rr2r1(2k1) (k0,1,2)，光屏上出现暗条纹白光：光屏上出现彩色条纹，且中央亮条纹是白色(
2、填写颜色)条纹间距公式：x.例1如图2所示，在双缝干涉实验中，S1和S2为双缝，P是光屏上的一点，已知P点与S1、S2距离之差为2.1106 m，分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验，问P点是亮条纹还是暗条纹？图2(1)已知A光在折射率为1.5的介质中波长为4107 m；(2)已知B光在某种介质中波长为3.15107 m，当B光从这种介质射向空气时，临界角为37；(3)若让A光照射S1，B光照射S2，试分析光屏上能观察到的现象解析(1)设A光在空气中波长为1，在介质中波长为2，由n，得1n21.54107 m6107 m根据路程差r2.1106 m，可知N13.5由此可知，从S1和S2
3、到P点的路程差是波长1的3.5倍，所以P点为暗条纹(2)根据临界角与折射率的关系sin C得n由此可知，B光在空气中波长3为：3n介3.15107 m5.25107 m路程差r和波长3的关系为：N24可见，用B光做光源，P点为亮条纹(3)若让A光和B光分别照射S1和S2，这时既不能发生干涉，也不发生衍射，此时在光屏上只能观察到亮光答案(1)暗条纹(2)亮条纹(3)见解析变式题组1杨氏双缝干涉实验的理解关于杨氏双缝干涉实验，下列说法正确的是()A单缝的作用是获得频率相同的两相干光源B双缝的作用是获得两个振动情况相同的相干光源C光屏上距两缝的路程差等于半个波长的整数倍处出现暗条纹D照射到单缝的单色
4、光的频率越高，光屏上出现的条纹越宽答案B解析单缝的作用是获得一束细光，故A错误；双缝的作用是将一束光分成两束完全相同的光，B正确；屏上出现暗条纹处距两狭缝的路程差等于半个波长的奇数倍，故C错误；单色光的频率越高，波长越短，根据xl/d，相邻条纹的间距越小，条纹越窄，故D错误2双缝干涉条件的应用在双缝干涉实验中，双缝到光屏上点P的距离之差为0.6 m，若分别用频率为f15.01014Hz和f27.51014Hz的单色光垂直照射双缝，试分析判断点P应出现亮条纹还是暗条纹？分别为第几条亮条纹或暗条纹？答案见解析解析如图所示，双缝S1、S2到光屏上任一点P的路程差rS2S2，当r等于单色光波长的整数倍
5、时，S2和S1同时到达波峰或波谷，由S1和S2发出的光在点P互相加强，点P出现亮条纹；当r等于单色光半个波长的奇数倍时，若S2到达波峰(波谷)，则S1到达波谷(波峰)，这样由S1和S2发出的光在点P互相抵消，点P出现暗条纹频率为f1的单色光波长1m0.6106 m0.6 m频率为f2的单色光波长2m0.4106 m0.4 m可见r11，r22可见，用单色光频率为f1照射时，点P出现亮条纹，且为第一条亮条纹；用单色光频率为f2照射时，点P处出现暗条纹，且为第二条暗条纹考点二薄膜干涉现象1薄膜干涉现象如图3所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形图32薄膜干涉原理分析(1)相干光：
6、光照射到透明薄膜上，从薄膜的两个表面反射的两列光波(2)图样特点：同双缝干涉，同一条亮(或暗)条纹对应的薄膜的厚度相等单色光照射薄膜时形成明暗相间的条纹，白光照射薄膜时形成彩色条纹3薄膜干涉的应用干涉法检查平面的平整程度如图4所示，两板之间形成一楔形空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检查平面是平整光滑的，我们会观察到平行且等间距的明暗相间的条纹；若被检查平面不平整，则干涉条纹发生弯曲图4例2把一平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上，一端用薄片垫起，构成空气劈尖，让单色光从上方射入，如图5所示这时可以看到明暗相间的条纹下面关于条纹的说法中正确的是()图5A干涉条纹是光在空气尖劈膜的前后两表面反射形
7、成的两列光波叠加的结果B干涉条纹中的暗条纹是上述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果C将上玻璃板平行上移，条纹向着劈尖移动D观察薄膜干涉条纹时，应在入射光的另一侧解析根据薄膜干涉的产生原理，上述现象是由空气劈尖膜前后表面反射的两列光叠加而成，当波峰与波峰、波谷与波谷相遇叠加时，振动加强，形成亮条纹，所以A项对，B项错因相干光是反射光，故观察薄膜干涉时，应在入射光的同一侧，故D项错误条纹的位置与空气劈尖膜的厚度是对应的，当上玻璃板平行上移时，同一厚度的空气劈尖膜向劈尖移动，故条纹向着劈尖移动，故C项正确答案AC变式题组3薄膜干涉的应用光热转换是将太阳能转换为其他物质内能的过程，太阳能热水器如图6所示
8、，就是一种光热转换装置，它的主要转化器件是真空玻璃管，这些玻璃管将太阳能转化成水的内能真空玻璃管上采用镀膜技术增加透射光，使尽可能多的太阳能转换成热能，这种镀膜技术的物理依据是()图6A光的直线传播 B光的粒子性C光的干涉 D光的衍射答案C解析真空玻璃管上的镀膜是一层增透膜，利用了光的干涉的原理，故选项C正确4薄膜干涉的应用劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图7甲所示，将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图乙所示，干涉条纹有如下特点：图7(1)任意一条亮条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；(2
9、)任意相邻亮条纹和暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定现若在图甲的装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹()A变疏 B变密 C不变 D消失答案A解析如图所示，若抽去一张纸片，则三角截面空气层的倾角变小，则干涉条纹变疏，A正确5. 薄膜干涉原理的应用用如图8所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象图(a)是点燃的酒精灯(在灯芯上撒些食盐)，图(b)是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属丝圈将金属丝圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是()图8A当金属丝圈旋转30时，干涉条纹同方向旋转30B当金属丝圈旋转45时，干涉条纹同方向旋转90C当金属丝圈旋转60时，干涉条纹同
10、方向旋转30D干涉条纹保持原来状态不变答案D解析在转动金属丝圈的过程中，由于肥皂液薄膜的厚度不变，故反射形成的光的路程差不会发生变化，故产生的干涉条纹仍保持原来状态不变考点三光的干涉和衍射的比较1衍射与干涉的比较 两种现象比较项目单缝衍射双缝干涉不同点条纹宽度条纹宽度不等，中央最宽条纹宽度相等条纹间距各相邻条纹间距不等各相邻条纹等间距亮度情况中央条纹最亮，两边变暗条纹清晰，亮度基本相等相同点干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；干涉、衍射都有明暗相间的条纹注意1.白光发生光的干涉、衍射和光的色散都可出现彩色条纹，但光学本质不同2区分干涉和衍射，关键是理解其本质，实际应用中可从条纹宽度、条纹
11、间距、亮度等方面加以区分2干涉与衍射的本质光的干涉条纹和衍射条纹都是光波叠加的结果，从本质上讲，衍射条纹的形成与干涉条纹的形成具有相似的原理在衍射现象中，可以认为从单缝通过两列或多列频率相同的光波，它们在屏上叠加形成单缝衍射条纹例3如图9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选项中说法正确的是()图9A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干涉图样是等间距的，衍射图象是中间宽两边窄的答案AB变式题组6衍射条件的应用让太阳光垂直照射一块遮光板，板上有一个可以自由收缩的三角形孔，当此三角形孔缓慢缩小直至完全闭合时，在孔后的屏上
12、将先后出现()A由大变小的三角形光斑，直至光斑消失B由大变小的三角形光斑、明暗相间的彩色条纹，直至条纹消失C由大变小的三角形光斑，明暗相间的条纹，直至黑白色条纹消失D由大变小的三角形光斑，小圆形光斑，明暗相间的彩色条纹，直至条纹消失答案D解析当孔足够大时，由于光的直线传播，所以屏上首先出现的是三角形光斑，之后随着孔的继续缩小，出现小孔成像，成的是太阳的像，故为小圆形光斑，随着孔的进一步缩小，当尺寸与光波波长相当时，出现明暗相间的衍射条纹，最后随孔的闭合而全部消失，所以只有D正确7衍射条件的应用抽制高强度纤维细丝可用激光监控其粗细，如图10所示，激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板的同样宽度
13、的窄缝规律相同观察光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可判断细丝粗细的变化，下列叙述中正确的是()图10A这里应用的是光的衍射现象B这里应用的是光的干涉现象C如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗D如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细答案AD解析由于是激光束越过细丝即绕过障碍物，所以是光的衍射现象，当抽制的丝变细的时候，丝的直径较接近激光的波长，条纹间距就大，A、D对8干涉条件的应用在杨氏双缝干涉实验中，如果()A用白光作为光源，屏上将呈现黑白相间的条纹B用红光作为光源，屏上将呈现红黑相间的条纹C用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色条纹D用紫光作为光源，遮住其中一条狭缝，屏上将呈
14、现间距相等的条纹答案B解析白光作为光源，屏上将呈现彩色条纹，A错；红光的双缝干涉图样为红黑相间，故B正确；红光和紫光频率不同，不能产生干涉图样，C错；遮住一条狭缝时，紫光将发生单缝衍射，形成衍射图样，各相邻条纹间距不等，D错考点四光的偏振现象1偏振：光波只沿某一特定的方向的振动2自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫做自然光3偏振光：在垂直于传播方向的平面上，只沿某个特定方向振动的光光的偏振证明光是横波自然光通过偏振片后，就得到了偏振光4偏振光的理论意义及应用(1)理论意义：光的干涉和衍射现象充分说明了
15、光是波，但不能确定光波是横波还是纵波光的偏振现象说明了光波是横波(2)应用：照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等例4如图11所示，电灯S发出的光先后经过偏振片A和B，人眼在P处迎着入射光方向，看不到光亮，则()图11A图中a光为偏振光B图中b光为偏振光C以SP为轴将B转过180后，在P处将看到光亮D以SP为轴将B转过90后，在P处将看到光亮解析自然光沿各个方向发散是均匀分布的，通过偏振片后，透射光是只沿着某一特定方向振动的光从电灯直接发出的光为自然光，则A错；它通过A偏振片后，即变为偏振光，则B对；设通过A的光沿竖直方向振动，P点无光亮，则B偏振片只能通过沿水平方向振动的偏振光，将B转过180
16、后，P处仍无光亮，C错；若将B转过90，则该偏振片将变为能通过竖直方向上振动的光的偏振片，则偏振光能通过B，即在P处有光亮，D对答案BD变式题组9光的偏振现象的理解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，可以看到彩色条纹答案D解析在垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定方向振动的光是偏振光，A、B
17、选项反映了光的偏振特性，C是偏振现象的应用，D是光的衍射现象10光的偏振现象的理解如图12所示，偏振片P的透振方向(用带有箭头的实线表示)为竖直方向下列四种入射光束中，能在P的另一侧观察到透射光的是()图12A太阳光B沿竖直方向振动的光C沿水平方向振动的光D沿与竖直方向成45角方向振动的光答案ABD解析偏振片只让沿某一方向振动的光通过，当偏振片的透振方向与光的振动方向不同时透射光的强度不同，它们平行时最强，而垂直时最弱太阳光是自然光，光波可沿任何方向振动，所以在P的另一侧能观察到透射光；沿竖直方向振动的光，振动方向与偏振片的透振方向相同，当然可以看到透射光；沿水平方向振动的光，其振动方向与透振
18、方向垂直，所以看不到透射光；沿与竖直方向成45角方向振动的光，其振动方向与透振方向不垂直，仍可看到透射光高考模拟明确考向1(2014浙江18)关于下列光学现象，说法正确的是()A水中蓝光的传播速度比红光快B光从空气射入玻璃时可能发生全反射C在岸边观察前方水中的一条鱼，鱼的实际深度比看到的要深D分别用蓝光和红光在同一装置上做双缝干涉实验，用红光时得到的条纹间距更宽答案CD解析本题考查光速、光的全反射、折射、双缝干涉等知识在同一种介质中，波长越短，波速越慢，故红光的传播速度比蓝光大，选项A错误；光从空气射向玻璃是从光疏介质射向光密介质，不能发生全反射，选项B错误；在岸边观察水中的鱼，由于光的折射，
19、鱼的实际深度比看到的深度要深，选项C正确；在空气中红光的波长比蓝光要长，根据x可知红光的双缝干涉条纹间距大，选项D正确2下列说法正确的是()A用光导纤维束传输图像和信息，这是利用了光的全反射原理B紫外线比红外线更容易发生衍射现象C经过同一双缝所得干涉条纹，红光比绿光的条纹宽度大D光的色散现象都是由于光的干涉现象引起的E光的偏振现象说明光是一种横波答案ACE解析用光导纤维束传输图像和信息，这是利用了光的全反射原理，所以A正确；紫外线的频率比红外线大，故波长比红外线小，所以二者相比红外线更容易发生衍射，B错误；根据条纹间距公式x知，波长越长，条纹间距越大，因为红光的波长大于绿光的波长，所以经过同一
20、双缝所得干涉条纹，红光比绿光的条纹宽度大，故C正确；光的折射、衍射都能引起光的色散，所以D错误；偏振是横波特有的，光的偏振现象说明光是横波，所以E正确3下列哪些属于光的干涉现象()A雨后美丽的彩虹B对着日光灯，从两铅笔的缝中看到的彩色条纹C阳光下肥皂泡上的彩色条纹D光通过三棱镜产生的彩色条纹答案C解析雨后的彩虹、光通过三棱镜产生的彩色条纹都是光的折射现象，两铅笔的缝中看到的彩色条纹是光的单缝衍射现象，阳光下肥皂泡上的彩色条纹是肥皂泡的前后表面反射光干涉造成的，C正确4. 如图13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()图13A增
21、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将绿光换为紫光答案C解析据光的干涉产生的条纹间距满足的关系x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5利用薄膜干涉可检查工件表面的平整度，如图14(a)所示，现使透明标准板M和待检工件N间形成一楔形空气薄层，并用单色光照射，可观察到如图(b)所示的干涉条纹，条纹的弯曲处P和Q对应于A和B处，下列判断中正确的是()图14AN的上表面A处向上凸起BN的上表面B处向上凸起C条纹的
22、c、d点对应处的薄膜厚度相同D条纹的d、e点对应处的薄膜厚度相同答案AC6所图15所示，一玻璃柱体的横截面为半圆形，让太阳光或白炽灯光通过狭缝S形成细光束从空气射向柱体的O点(半圆的圆心)，产生反射光束1和透射光束2.现保持入射光不变，将半圆柱绕通过O点垂直于纸面的轴线转动，使反射光束1和透射光束2恰好垂直，在入射光线的方向上加偏振片P，偏振片与入射光线垂直，其透振方向在纸面内，这时看到的现象是()图15A反射光束1消失B透射光束2消失C反射光束1和透射光束2都消失D偏振片P以入射光线为轴旋转90角，透射光束2消失答案AD解析自然光射到界面上，当反射光与折射光垂直时，反射光和折射光的偏振方向相
23、互垂直，且反射光的偏振方向与纸面垂直，折射光的偏振方向与纸面平行因此当在入射光线方向垂直放上透振方向在纸面内的偏振片P时，因反射光垂直于纸面，则反射光束1消失，透射光束2不消失，A正确，B、C均错误偏振片P转动90，平行于纸面内的光消失，则透射光束2消失，D正确练出高分一、单项选择题1在光的双缝干涉现象中，下列描述中正确的是()A用白光做光的干涉实验时，偏离中央亮条纹较远的是波长较长的红光B用白光做光的干涉实验时，偏离中央亮条纹较远的是波长较短的紫光C相邻两亮条纹和相邻两暗条纹的间距是不等的D在双缝干涉现象中，把入射光由红光换成紫光，相邻两个亮条纹间距将变宽答案A解析条纹间距与光的波长成正比，
24、在可见光中，红光波长最长，紫光波长最短，故偏离中央亮条纹最远的是红光，A正确，B错双缝干涉现象中，相邻亮条纹或暗条纹是等间距的，故C错红光的波长比紫光的波长大，所以换成紫光后，相邻两亮条纹间距将变窄，故D错2假设所有的汽车前窗玻璃和车灯玻璃均按同一要求设置，使司机不仅可以防止对方汽车强光的刺激，也能看清自己车灯发出的光所照亮的物体以下措施中可行的是()A前窗玻璃的透振方向是竖直的，车灯玻璃的透振方向是水平的B前窗玻璃的透振方向是竖直的，车灯玻璃的透振方向也是竖直的C前窗玻璃的透振方向是斜向右上45，车灯玻璃的透振方向是斜向左上45D前窗玻璃的透振方向是斜向右上45，车灯玻璃的透振方向也是斜向右
25、上45答案D解析首先，司机要能够看清楚自己车灯发出的经对面物体反射回来的光线，所以他自己车灯的偏振片的透振方向和前窗玻璃的透振方向一定要平行；其次，他不能看到对面车灯发出的强光，所以对面车灯玻璃的透振方向与他自己车窗玻璃的透振方向一定要垂直满足上述要求的只有D.3如图1所示，白炽灯的右侧依次平行放置偏振片P和Q，A点位于P、Q之间，B点位于Q右侧旋转偏振片P，A、B两点光的强度变化情况是()图1AA、B均不变 BA、B均有变化CA不变，B有变化 DA有变化，B不变答案C解析白炽灯光包含向各方向振动的光，且各个方向振动的光的强度相等，所以旋转偏振片P时各方向透射光强度相同，故A点光的强度不变；白
26、炽灯光经偏振片P后变为偏振光，当Q旋转时，只有与P的偏振方向一致时才有光透过Q，因此B点的光强有变化，选项C正确二、双项选择题4甲、乙两单色光分别通过同一双缝干涉装置得到各自的干涉图样，设相邻两个亮条纹的中心距离为x，若x甲x乙，则下列说法正确的是()A甲光能发生偏振现象，而乙光不能B真空中甲光的波长一定大于乙光的波长C甲光的频率一定大于乙光的频率D在同一种均匀介质中甲光的传播速度大于乙光答案BD解析偏振现象是横波特有的现象，甲、乙都可以有偏振现象发生，A错误；由x甲x乙、x可知甲光的波长大于乙光的波长，B正确；光的频率与波长成反比，C错误；甲光的频率小，对同一介质的折射率也小，光在其间传播的
27、速度大，D正确5如图2甲所示，在一块平板玻璃上放置一平凸薄透镜，在两者之间形成厚度不均匀的空气膜，让一束单一波长的光垂直入射到该装置上，结果在上方观察到如图乙所示的同心内疏外密的圆环状干涉条纹，称为牛顿环，以下说法正确的是()图2A干涉现象是由凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的B干涉现象是由凸透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的C干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度不是均匀变化的D干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度是均匀变化的答案AC解析由于在凸透镜和平板玻璃之间的空气形成薄膜，所以形成相干光的反射面是凸透镜的下表面和平板玻璃的上表面，故A正确，B错由于凸透镜的下表面是圆弧面，所
28、以形成的薄膜厚度不是均匀变化的，形成不等间距的干涉条纹，故C正确，D错6一段时间以来，“假奶粉事件”闹得沸沸扬扬，奶粉的碳水化合物(糖)的含量是一个重要的指标，可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度，从而鉴定含糖量偏振光通过糖的水溶液后，偏振方向会相对传播方向向左或向右旋转一个角度，这一角度称为“旋光度”，的值只与糖溶液的浓度有关，将的测量与标准值进行比较，就能确定被测样品的含糖量如图3所示，S是自然光源，A、B是偏振片，转动B，使到达O处的光最强，然后将被测样品P置于A、B之间，则下列说法正确的是()图3A到达O处光的强度会明显减弱B到达O处光的强度不会明显减弱C将偏振片B转动一个角度，使得O处
29、光强度最大，偏振片B转过的角度等于D将偏振片A转动一个角度，使得O处光强度最大，偏振片A转过的角度等于答案ACD解析没有被测样品时，A、B透振方向平行，O处光最强，当加上被测样品时，由于旋光作用，偏振光的振动方向会旋转一个角度，即振动方向与B的透振方向不平行，所以O处光的强度会明显减弱；要想使O处的光仍最强，可以旋转B一个角度或反方向旋转A相同角度正确答案为A、C、D.三、非选择题7如图4所示，当用激光照射直径小于激光束的不透明圆盘时，在圆盘后屏上的阴影中心出现了一个亮斑这是光的_(填“干涉”“衍射”或“直线传播”)现象，这一实验支持了光的_(填“波动说”“微粒说”或“光子说”)图4答案衍射波动说解析圆盘后屏上的阴影中心出现了一个亮斑，一定不是光的直线传播现象造成的，是光在传播过程中绕过障碍物形成的现象，属于光的衍射，衍射是波的特性，所以这一实验支持了光的波动说8如图5所示，在杨氏双缝干涉实验中，激光的波长为5.
