考点60光的干涉衍射和偏振核心考点精讲分层精练原卷版

考点60光的干涉衍射和偏振1.3年真题考点分布题型选择题、填空题、解答题高考考点双缝干涉现象的理解与现象分析；薄膜干涉现象的理解与分析；光的衍射现象分析；光的偏振现象分析新高考2023重庆卷2题、北京卷2题、山东卷5题、江苏卷6题、浙江卷15题2022天津卷7题、北京卷2题、浙江卷4题、山东卷10题2021福建卷5题、江苏卷6题、湖北卷5题、山东卷7题、浙江卷16题2.命题规律及备考策略【命题规律】近3年新高考卷对于本节内容考查共计14次，主要考查：（1）双缝干涉、薄膜干涉现象的理解与分析；（2）光的衍射现象分析；（3）光的偏振现象分析；【备考策略】熟练记忆并区分干涉现象图样与衍射现象图样的差别，掌握双缝干涉条纹间距的计算方法；掌握薄膜干涉现象在生活中的应用；【命题预测】本节内容较为简单，一些简单的物理现象的理解与分析，在高考题中往往以简单题的形式出现，2024年的高考卷中出现，考生是必须要掌握的，不能丢分，需要考生牢记。考法1光的干涉1．双缝干涉(1)光能够发生干涉的条件：两光的频率相同，振动步调相同．(2)双缝干涉形成的条纹是等间距的，两相邻亮条纹或相邻暗条纹间距离与波长成正比，即Δx＝eq\f(l,d)λ.(3)用白光照射双缝时，形成的干涉条纹的特点：中央为白条纹，两侧为彩色条纹．2．亮暗条纹的判断方法(1)如图1所示，光源S1、S2发出的光到屏上某点的路程差r2－r1＝kλ(k＝0,1,2…)时，光屏上出现亮条纹．(2)光的路程差r2－r1＝(2k＋1)eq\f(λ,2)(k＝0,1,2…)时，光屏上出现暗条纹．3．条纹间距：Δx＝eq\f(l,d)λ，其中l是双缝到光屏的距离，d是双缝间的距离，λ是光波的波长．4．薄膜干涉(1)形成：如图2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．光照射到薄膜上时，在膜的前表面AA′和后表面BB′分别反射回来，形成两列频率相同的光波，并且叠加．(2)亮、暗条纹的判断①在P1、P2处，两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr等于波长的整数倍，即Δr＝nλ(n＝1,2,3…)，薄膜上出现亮条纹．②在Q处，两列反射回来的光波的路程差Δr等于半波长的奇数倍，即Δr＝(2n＋1)eq\f(λ,2)(n＝0,1,2,3…)，薄膜上出现暗条纹．(3)薄膜干涉的应用①增透膜：增透膜的厚度为透射光在薄膜中波长的四分之一，使薄膜前后两面的反射光的路程差为薄膜中波长的一半，故反射光叠加后减弱，透射光的强度增强。②干涉法检查平面如图所示，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．角度1：双缝干涉现象分析【典例1】（2023·重庆·统考高考真题）某实验小组利用双缝干涉实验装置分别观察a、b两单色光的干涉条纹，发现在相同的条件下光屏上a光相邻两亮条纹的间距比b光的小。他们又将a、b光以相同的入射角由水斜射入空气，发现a光的折射角比b光的大，则（）A．在空气中传播时，a光的波长比b光的大B．在水中传播时，a光的速度比b光的大C．在水中传播时，a光的频率比b光的小D．由水射向空气时，a光的全反射临界角比b光的小【变式1】（2024·云南大理·云南省下关第一中学校联考模拟预测）歼20是我国自主研制的第五代战斗机，其优秀的性能受到全世界的关注。歼20光学着陆系统中用到了双缝干涉的知识，如图甲所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝S时，在屏上观察到如图乙所示的条纹；仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如图丙所示。改变的实验条件可能是（）A．增大单缝和双缝间的距离 B．减小双缝之间的距离C．减小双缝到光屏的距离 D．将绿光换为紫光【变式2】（2023·河北沧州·河北省吴桥中学校考模拟预测）某同学用如图甲所示的实验装置研究光的干涉与衍射现象，狭缝、的宽度可调，狭缝到屏的距离为。用同一种单色光垂直照射狭缝，实验中在屏上得到了如图乙所示的图样。下列说法正确的是（）A．当光通过狭缝时，只发生干涉现象不发生衍射现象B．把光屏前移或后移，屏上将不能看到如图乙所示的明暗相间的条纹C．遮住一条狭缝，使另一条狭缝的宽度减小，其他条件不变，屏上中央亮条纹的宽度将增大D．实验中仅将红光换成蓝光，实验得到的条纹间距增大角度2：薄膜干涉现象分析【典例2】（2023·山东·统考高考真题）如图所示为一种干涉热膨胀仪原理图。G为标准石英环，C为待测柱形样品，C的上表面与上方标准平面石英板之间存在劈形空气层。用单色平行光垂直照射上方石英板，会形成干涉条纹。已知C的膨胀系数小于G的膨胀系数，当温度升高时，下列说法正确的是（

）A．劈形空气层的厚度变大，条纹向左移动 B．劈形空气层的厚度变小，条纹向左移动C．劈形空气层的厚度变大，条纹向右移动 D．劈形空气层的厚度变小，条纹向右移动【变式1】（2024·河南信阳·信阳高中校考一模）如图所示，把一矩形均匀薄玻璃板压在另一个矩形平行玻璃板上，一侧用薄片垫起，将红单色光从上方射入，这时可以看到明暗相间的条纹，下列关于这些条纹的说法中正确的是（

）A．条纹与边平行B．乙图弯曲条纹表示下方待测板在该处有凹陷C．如果用手用力捏右侧三层，会发现条纹保持间距不变，整体向侧移动D．看到的条纹越多，说明薄片的厚度越厚【变式2】（2022·浙江湖州·统考一模）将铁丝圈在肥皂水中蘸一下，让它挂上一层薄薄的液膜，竖直放置能观察到彩色条纹，如图所示，则（）A．这是光的衍射现象 B．这是光的偏振现象C．这层肥皂膜上薄下厚，侧截面为梯形 D．若用黄光照射将看到上疏下密的黄色横条纹考法2光的衍射和偏振现象一、光的衍射几种典型衍射条纹的特点(1)单缝衍射：①单色光的衍射图样中间为(填特点)的单色条纹，两侧是的条纹，条纹宽度比中央窄且暗；单色光的波长越长，单缝越窄，中央亮纹越宽。如图7所示。②白光的衍射图样中间为宽且亮的白条纹，两侧是渐窄且暗的彩色条纹。其中最靠近中央的色光是紫光，离中央最远的是红光，如图8所示，这是光在衍射时的色散。(2)圆孔衍射：如图9所示，中央是大且亮的，周围分布着明暗相间的圆环，且越靠外，亮圆环越窄越暗。(3)圆盘衍射(泊松亮斑)：如图10所示，当光照到不透明的半径很小的小圆盘上时，对于一定的波长，在适当的距离上，圆盘的阴影中心出现，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环。2．发生明显衍射的条件在障碍物或狭缝的尺寸与光的波长，甚至比光的波长的时候，衍射现象才会十分明显。在任何情况下都可以发生衍射现象，只是明显与不明显的差别。3．单缝衍射与双缝干涉的比较两种现象单缝衍射双缝干涉不同点图样特点条纹宽度条纹宽度不等，中央最宽条纹宽度相等条纹中心间距两相邻亮条纹中心间距不等两相邻亮条纹中心间距相等亮度情况中央条纹最亮，两侧条纹逐渐变暗条纹清晰，亮度基本相等发生条件产生明显衍射的条件：障碍物或孔、缝的尺寸与光的波长差不多或比光的波长更小两束光频率相同、相位差恒定、振动方向相同相同点干涉、衍射都是波特有的现象，波长越长越明显；干涉、衍射都形成明暗相间的条纹4．白光干涉和衍射形成彩色条纹的原因(1)双缝干涉时，根据亮条纹中心位置的公式x＝neq\f(l,d)λ(n＝0，±1，±2，…)，各种单色光的波长不同，在屏上的亮纹位置(间距)就不同，所以各色光亮纹不重合呈现彩色条纹，中央位置对各单色光路程差都为0，所以叠加出白色条纹。(2)单缝衍射时，缝宽一定，光的波长越长，中央亮纹越宽，且各单色光衍射时的其他条纹位置不同，所以白光的单缝衍射中央亮纹叠加出白色，两侧呈彩色。5．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。光的干涉是两列波的叠加，光的单缝衍射是来自单缝不同位置的无限列光波通过缝之后叠加时加强或削弱的结果。二、光的偏振1．偏振在横波中，各点的振动方向总与波的传播方向垂直。不同的横波，即使传播方向相同，振动方向也可能是，这个现象称为“偏振现象”。横波的振动方向称为“偏振方向”。太阳以及日光灯、发光二极管等普通光源发出的光，包含着在垂直于传播方向上沿振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫作自然光。如图11所示。3．偏振光在于传播方向的平面上，沿着某个特定方向振动的光，叫作偏振光。光的偏振证明光是。自然光通过偏振片后，就得到了偏振光。偏振光并不罕见。除了从太阳、白炽灯等光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光，都是不同程度的偏振光。自然光在玻璃、水面、木质桌面等表面反射时，反射光和折射光都是偏振光(如图12所示)，入射角变化时偏振的程度也有变化。4、偏振光的产生方式(1)自然光通过起偏器时产生偏振光。通过两个共轴的偏振片观察自然光，第一个偏振片的作用是把自然光变成偏振光，叫起偏器。第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光，叫检偏器。(2)自然光射到两种介质的界面上时，反射光和折射光都是偏振光。5．自然光和偏振光的比较自然光(非偏振光)偏振光光的来源直接从光源发出的光自然光通过起偏器后的光光的振动方向在垂直于光的传播方向的平面内，光的振动沿任意方向，且沿各个方向振动的光的强度相同在垂直于光的传播方向的平面内，光的振动沿特定方向6.光的偏振的理论意义及应用(1)理论意义：光的干涉和衍射现象说明了光是波，但不能确定光是横波还是纵波，光的偏振现象说明了光是横波。(2)应用：照相机镜头前装偏振片减弱反射光，放映和观看立体电影，电子表的液晶显示器等。角度1：光的衍射现象分析【典例3】（多选）（2022·天津·高考真题）不同波长的电磁波具有不同的特性，在科研、生产和生活中有广泛的应用。a、b两单色光在电磁波谱中的位置如图所示。下列说法正确的是（）A．若a、b光均由氢原子能级跃迁产生，产生a光的能级能量差大B．若a、b光分别照射同一小孔发生衍射，a光的衍射现象更明显C．若a、b光分别照射同一光电管发生光电效应，a光的遏止电压高D．若a、b光分别作为同一双缝干涉装置光源时，a光的干涉条纹间距大【变式1】（2023·重庆万州·重庆市万州第二高级中学校联考模拟预测）某研究性学习小组用激光束照射圆孔和不透明圆板后，分别得到如图甲、乙所示的图样，则下列说法错误的是（

）A．甲图属于圆孔衍射B．乙图的亮斑是“泊松亮斑”，最早由泊松先推算出这个亮斑，后来泊松发现圆板中心的确有这个亮斑C．不管是圆孔衍射还是圆盘衍射，影像的边缘轮廓都是模糊不清的D．发生圆孔衍射时，圆形光环的图样半径远大于圆孔的半径，即光绕到障碍物的影子里【变式2】（多选）（2023·广东梅州·统考三模）以下四幅图中，图甲为“共振曲线”，图乙为“双缝干涉”实验，图丙为“用干涉法检测工件表面平整度”实验，图丁为“研究光的偏振现象”实验，针对这四幅图，下列说法中正确的是（）A．由图甲可知，驱动力频率越大，能量越大，受迫振动的振动幅度越大B．图乙实验中，若只将光源由蓝色光改为绿色光，则两相邻亮条纹间距离增大C．图丙中，若将薄片向右移动，条纹间距将变小D．图丁中，当M固定不动，将N从图示位置开始绕水平轴在竖直面内缓慢转动的过程中，光屏P上光的亮度保持不变角度2：光的偏振现象分析【典例3】（江苏·高考真题）如图所示，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：（

）A．A、B均不变 B．A、B均有变化C．A不变，B有变化 D．A有变化，B不变【变式1】（2023·山东济南·山东师范大学附中校考模拟预测）关于以下四个示意图，下列说法正确的是（）A．甲图为双缝干涉示意图，可以用白炽灯直接照射双缝，在屏上可以得到等宽、等亮的干涉条纹B．图乙所示用平行单色光垂直照射一层透明薄膜，观察到的明暗相间的干涉条纹，该区域薄膜厚度一定沿x轴正方向逐渐变厚C．丙图为肥皂泡薄膜干涉示意图，将框架顺时针旋转90°，条纹不会跟着顺时针旋转90°D．图丁所示泊松亮斑是由于光的衍射形成的【变式2】（2024·浙江·校联考模拟预测）关于以下四幅图片，说法正确的是（

）A．甲图是电子的干涉图样，如果电子是一个一个发射的，仍能得到干涉图样B．乙图是粒子散射的实验装置，当带荧光屏的显微镜放在D位置时，荧光屏上观察到大量闪光C．丙图是花粉微粒在液体中运动位置的连线，说明花粉中的分子在做无规则热运动D．丁图是观察自然光的偏振现象实验，将偏振片以光线为轴旋转任意角度，屏亮度不变【基础过关】一、单选题1．（2023·广东揭阳·惠来县第一中学校考三模）下列说法正确的是（）A．图甲表示声源远离观察者时，观察者接收到的声音频率增大B．图乙光导纤维利用光的全反射现象传递信息时外套的折射率比内芯的大C．图丙检验工件平整度的操作中，通过干涉条纹可推断出P为凸处、Q为凹处D．图丁为光照射到不透明圆盘上，在圆盘后得到的衍射图样2．（2023·江苏镇江·统考三模）如图所示，某种光盘利用“凹槽”、“平面”记录信息，激光照射到“凹槽”会产生极小反射光强，下列说法正确的是（）A．“凹槽”产生极小光强是由于衍射现象形成 B．“凹槽”入射光与“平面”反射光传播速度相同C．激光在介质中的波长可能为“凹槽”深度的3倍 D．“凹槽”反射光与“平面”反射光的频率相同3．（2023·江苏徐州·校考模拟预测）下列说法错误的是（）A．利用电容传感器可制成麦克风 B．物体受合外力越大，则动量变化越快C．利用红外传感器可制成商场的自动门 D．牛顿运动定律不适用，则动量守恒定律也不适用4．（2023·山东·统考二模）在一块平板玻璃上放置一如图所示的薄透镜，在两者之间形成空气膜，现让单色光竖直射向薄透镜，在薄透镜上方向下观察，观察到的现象是（）A．只能看到同颜色的平行反射光B．平行、等间距的明暗相间的直干涉条纹C．同心、内密外疏的明暗相间的圆环状干涉条纹D．若薄透镜的高度h不变仅增大半径R，则相邻条纹的间距变大5．（2023·江苏南京·南京师大附中校考模拟预测）如图，观看3D电影时需要佩戴特殊的眼镜才能看见清晰、立体的画面，该现象属于（）A．光的偏振 B．光的衍射 C．光的干涉 D．光的全反射6．（2023·湖北·模拟预测）如图所示，以下关于光学知识的叙述中，错误的是（）A．甲图是著名的泊松亮斑图案，这是光波的衍射现象B．乙图可用激光监控抽制高强度纤维细丝的粗细，应用的是光的干涉原理C．丙图的照相机镜头上涂有一层增透膜，增透膜利用了光的干涉原理D．丁图是医学上的内窥镜，其核心部件光导纤维能传输光像信号，是利用了光的全反射7．（2023·江苏苏州·统考三模）自然光照射下肥皂膜的前后表面反射光可形成干涉条纹，而窗户玻璃的前后表面反射光则不能形成干涉条纹，这是由于经窗户玻璃前后表面反射的同种色光叠加时（）A．频率差不恒定 B．波长差不恒定 C．相位差不恒定 D．光速差不恒定8．（2023·山东潍坊·统考三模）关于下列图片所示的现象或解释，说法正确的是（）A．甲图中光学镜头上的增透膜利用的是光的衍射现象B．乙图为单缝衍射，若仅减弱单色光的强度，中央亮纹变窄C．丙图中的“泊松亮斑”，是小圆孔衍射形成的图样D．丁图是利用偏振眼镜观看立体电影，说明光是横波9．（多选）（2024·福建宁德·福建省宁德第一中学校考一模）许多光学现象在科学技术上得到了应用，以下对一些应用的解释，正确的是（）A．紫外验钞机利用的是紫外线的化学作用B．X光透视利用的是光的穿透作用C．工业上的金属探伤利用的是γ射线具有极强的穿透能力D．红外遥感技术利用了一切物体都在不停地辐射红外线的特点10．（多选）（2023·浙江·校联考模拟预测）下列说法正确的是（）A．图甲浸在水中的筷子产生了侧移，而且变粗了，是因为光发生了全反射B．图乙为泊松亮斑，这个现象证明了光具有波动性C．对比图丙和图丁两张照片，可知拍摄图丁时相机前可能安装了偏振滤光片D．物体在以接近光速运动时所遵从的规律，有些是与牛顿力学的结论不相同的【能力提升】1．（2023·浙江金华·模拟预测）义乌某中学学生用图甲装置进行趣味实验，其原理如图乙所示，在一块平板玻璃上放置一平薄凸透镜，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丙所示的同心、内疏外密的圆环状干涉条纹，称为牛顿环，现将a、b两束单色光分别进行实验，结果发现同等条件下a光的圆环状干涉条纹平均间距大于b光的间距。下列说法错误的一项是（）A．分别用a、b两束光照射同一光电管阴极时，如果都能发生光电效应，则a光的遏止电压更大B．如果a、b两束光是由处在同一激发态的原子跃迁到i态和ii态时产生的，则i态能级能量更大C．将a、b两束光入射同一单缝衍射装置上，a光对应的中央亮纹的间距更大D．a光光子动量小于b光光子动量2．（2023·江苏苏州·江苏省木渎高级中学校联考三模）单缝衍射图样的中央亮条纹宽度的一半与单缝宽度、光的波长、缝到屏的距离的关系和双缝干涉的条纹宽度关系类似；利用单缝衍射实验可以测量金属的线膨胀系数，线膨胀系数是表征物体受热时长度增加程度的物理量。如图所示，挡光片A固定，挡光片B放置在待测金属棒上端，A、B间形成平直狭缝，激光通过狭缝在光屏上形成衍射图样，在激光波长已知的情况下，通过测量缝屏距离和中央亮条纹宽度，可算出狭缝宽度及变化，进而计算出金属的线膨胀系数。（）A．激光波长越短，其他实验条件不变，中央亮条纹宽度越宽B．相同实验条件下，金属的膨胀量越大，中央亮条纹宽度越窄C．相同实验条件下，中央亮条纹宽度变化越大，说明金属膨胀量越大D．狭缝到光屏距离越大，其他实验条件相同，测得的线膨胀系数越大3．（2023·福建福州·校考模拟预测）在物理学发展的进程中，人们通过对某些重要物理实验的深入观察和研究，获得正确的理论认识。下列说法中正确的是（）A．A图中干涉条纹宽度与单缝到双缝的距离有关B．B图的实验证明了光具有波动性C．C图发射电路中可以用恒定的电场产生电磁波D．卢瑟福利用D图的实验发现原子具有核式结构4．（2023·山东青岛·统考二模）某同学在研究光的衍射现象时，用a、b两种单色光照射同一单缝，在光屏上分别观察到如图甲、乙所示的衍射图样。关于a、b两种单色光，下列说法正确的是（）A．在水中传播时，b光波长较大B．在水中传播时，b光的传播速度较大C．经同一双缝干涉装置发生干涉，a光的干涉条纹间距较小D．若用a光照射钾金属能发生光电效应，则用b光照射也能发生光电效应5．（2023·山东济南·统考三模）用a、b两束单色可见光分别照射同一单缝衍射装置，在同一屏幕上得到如图甲（a光）和图乙（b光）所示的图样，下列说法正确的是（）A．在同一介质中，a光的波长大于b光的波长B．在同一介质中，a光的光速小于b光的光速C．以相同的人射角从空气斜射入水中，a光的折射角小D．若用b光照射某金属有光电子逸出，则用a光照射该金属也一定有光电子逸出6．（2023·天津南开·南开中学校考模拟预测）关于甲、乙、丙、丁四个实验，以下说法正确的是（）A．四个实验产生的条纹均为干涉条纹B．甲、乙两实验产生的条纹均为等距条纹C．丙实验中，产生的条纹间距越大，该光的频率越大D．丁实验中，适当减小单缝的宽度，中央条纹会变宽7．（多选）（2023·湖北·模拟预测）在光的特性研究中，下列实验现象和原理的说法正确的是（）A．图甲是一束复色光进入水珠后传播的示意图，其中a束光在水珠中传播的速度一定大于b束光在水珠中传播的速度B．图乙是一束单色光进入平行玻璃砖后传播的示意图，当入射角i逐渐增大到某一值（入射角i<90°）后不会再有光线从bb′面射出C．图丙是双缝干涉示意图，照射两条狭缝时，若光从狭缝S1、S2到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是暗条纹D．图丁是用干涉法检测工件表面平滑程度时得到的干涉图样，弯曲的干涉条纹说明被检测的平面在此处是向下凹的8．（多选）（2023·福建厦门·厦门一中校考一模）关于下列四幅图的说法正确的是（）A．图甲中，使摆球A先摆动，摆球B、C接着摆动起来，B摆的振动周期最大B．图乙为某金属在光的照射下，光电子最大初动能与入射光频率的关系图像。若用频率分别为和的两种单色光同时照射该金属，能使该金属发生光电效应C．图丙是一束复色光进入水珠后传播的示意图，其中a光束在水珠中传播的速度一定大于b光束在水珠中传播的速度D．图丁所示为双缝干涉示意图，挡板到屏的间距越大，相邻亮条纹间距越大9．（2023·天津西青·天津市西青区杨柳青第一中学校考模拟预测）图甲是用光的干涉法检测物体表面平整程度的装置，其中M为标准板，N为水平放置的待检测物体，入射光竖直向下照射，图乙为观察到的干涉条纹，下列说法正确的是（）A．入射光的波长越长，干涉条纹的条数越少B．MN之间垫块的高度越高，干涉条纹的条数越少C．P点所对应待检测物的表面相对Q点所对应待检测物的表面是凸起的D．P点所对应待检测物的表面