高中人教物理选择性必修二专题15 物理光学-教师版

1、专题15 物理光学（教师版）一、目标要求目标要求重、难点光的双缝干涉重难点实验：光的双缝干涉实验重点光的薄膜干涉重点光的衍射重点光的偏振激光二、知识点解析1光的干涉现象(1)光的波动说：牛顿在研究光的传播时认为光是由粒子组成的，他利用碰撞的原理解释了光的反射等现象；而同时期的惠更斯则认为光是类似于声音的纵波但由于牛顿在当时学术界的地位，微粒说取得了当时的统治地位，直到英国物理学家托马斯杨发现了光的干涉现象，才将光的波动说推上历史舞台(2)双缝干涉实验：研究历程：如图1所示，若光是一种波，则会在S1和S2两个相隔很近的狭缝上形成两个频率、相位和振动方向相同的波源，这两个波源发出的光会在挡板后的空

2、间形成干涉现象，某些位置振动加强，某些位置振动减弱，在光屏上形成明暗相间的条纹事实上，托马斯杨确实观测到了这种现象图1亮条纹和暗条纹位置关系：如图2所示，若屏幕上的P点到两个波源的路程差|S1PS2P|等于半波长的偶数倍（包括0），则P点位置出现亮条纹，若|S1PS2P|是半波长的奇数倍，则P点位置出现暗条纹亮条纹位置：，n=0、1、2暗条纹位置：，n=0、1、2图2(3)干涉条纹间距与波长的关系：图3如图3所示，两狭缝之间的距离为d（非狭缝宽度），狭缝到光屏的距离为L，相邻亮条纹中心或相邻暗条纹中心为条纹间距x（如图4），则条纹间距与光的波长关系为：图4(4)应用薄膜干涉：图5图6图7肥皂泡

3、在阳光照射下呈现出彩色波纹，如图5所示，液膜前表面和后表面反射的光为相干光；将曲面镜放置于玻璃桌面上，白光垂直入射（如图6所示），在曲面镜的截面上看到不等间距的彩色圆环，如图7所示，这种现象称为牛顿环；利用薄膜干涉检测光学元件平面平整度，如图8所示图8图9其他：照相机镜头前的增透膜利用光的干涉现象减弱反射光；大楼的玻璃墙和汽车窗户采用反射膜，利用光的干涉现象增强反射光2光的衍射现象光是一种波，既能发生干涉现象，也能发生衍射现象(1)光的衍射：光在传播过程中，通过细小的小孔或障碍物时，绕过小孔或障碍物继续传播的过程称为光的衍射；当小孔或障碍物的尺寸小于或等于光的波长时，衍射现象最为明显(2)应用

4、：单缝衍射和单孔衍射：如图10是单色光分别通过单缝和单孔时的衍射图样，与光的干涉类似，光的波长越大，形成的中心条纹就越宽，用白光做衍射实验时，观测到中心亮条纹为白色，边缘呈现彩色；泊松亮斑：当光照射一个不透明的小圆板时，由于光的衍射，会在圆板阴影中心出现一个与边缘亮度相同的亮斑，称为泊松亮斑，如图11；图10图11不同形状的障碍物都会造成光的衍射，使得影像边缘模糊不清，如两支铅笔横向对叠，透过中间的缝隙观测灯光，会观测到缝隙边缘呈现模糊的红色和紫色3光的偏振现象(1)偏振现象：当狭缝的方向与波的振动方向相同时，波可以通过狭缝；当狭缝的方向与波的振动方向垂直时，波不能通过狭缝，如图12所示这种现

5、象称为波的偏振现象图12只有横波才能发生偏振现象，偏振现象可以检验一列波是横波还是纵波；光是横波，会发生偏振现象(2)偏振片：偏振片是由特定材料制成的，具有一个特殊的方向叫透光方向，只有光波的振动方向与透光方向平行时，光才能透过偏振片(3)偏振光与自然光：一束光的振动方向若限于某一平面内，则称该束光为偏振光；大量振动方向不相同且不相干的偏振光组成的光叫做自然光，如太阳光和白炽灯发出的光线都是自然光图13(4)应用：照相机偏振镜头：拍摄透明物体时能有效减小反射光的影响；液晶显示屏：手机或电脑屏幕加入液晶显示屏，强光照射下依然能显示屏幕内容；立体电影4激光激光的特点激光的应用相干性好传导信息、全息

6、照相等平行度高激光测距、刻录光盘、读取光盘信息等能量高激光加工硬质材料、激光手术等三、考查方向题型1：对光的双缝干涉的理解典例一：（2012上海）如图为红光或紫光通过双缝或单缝所呈现的图样，则A甲为紫光的干涉图样B乙为紫光的干涉图样C丙为红光的干涉图样D丁为红光的干涉图样题型2：生活中的干涉典例二：（2020北京）以下现象不属于干涉的是A白光经过杨氏双缝得到彩色图样B白光照射肥皂膜呈现彩色图样C白光经过三棱镜得到彩色图样D白光照射水面油膜呈现彩色图样题型3：实验：双缝干涉实验典例三：用双缝干涉测光的波长，已知双缝与屏的距离L=0.700 m，双缝间距d=0.200 mm用测量头来测量亮纹中心的

7、距离测量头由分划板、目镜、手轮等构成，转动手轮，使分划板左右移动，让分划板的中心刻线对准亮纹的中心(如图甲所示)，记下此时手轮上的读数，转动测量头，使分划板中心刻线对准另一条亮纹的中心，记下此时手轮上的读数(1)分划板的中心刻线分别对准第1条和第6条亮纹的中心时，手轮上的读数如图乙所示，则对准第1条时读数x1=_mm、对准第6条时读数x2=_mm(2)写出计算波长的表达式，=_m(3)在屏上观察到了干涉条纹如果将双缝到屏距离增大，则屏上的干涉条纹的间距将_(变大、不变或变小)题型4：光的薄膜干涉典例四：劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图甲所示，将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两

8、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现若在图甲装置中再增加一张纸片，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消失题型5：光的衍射典例五：单缝衍射实验中所产生图样的中央亮条纹宽度的一半与单缝宽度、光的波长、缝屏距离的关系，和双缝干涉实验中所产生图样的相邻两亮条纹间距与双缝间距、光的波长、缝屏距离的关系相同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下图是实验的示意图，挡光片A固定，挡光片B放置在待测金属捧上端，A、B间形成平直的狭缝，激光通过狭缝，

9、在光屏上形成衍射图样，温度升高，金属棒膨胀使得狭缝宽度发生变化，衍射图样也随之发生变化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下列说法正确的是( )A使用激光波长越短，其它实验条件不变，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，其它实验条件相同，测得金属的线膨胀系数越大四、模拟训练一、基础练习1.下列属于光的干涉现象的是( )A 沙漠蜃景B雨后彩虹C多彩肥皂泡D立体电影2.（多选）如图所示明暗相间的条纹是红色、蓝色单色

10、光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样，下列说法正确的是 ( )Aa光是红光B在同一种玻璃中a的速度小于b的速度Ca和b经相同单缝衍射装置后在光屏上产生衍射图样，则仍然是b光的中心条纹更宽D当a和b以相同入射角从玻璃射入空气时，若a刚好能发生全反射，则b也一定能发生全反射3.如图所示的现象中，属于光的干涉现象的是( )A红光通过很窄的单缝呈现明暗相间的条纹B阳光通过三棱镜形成彩色光带C肥皂泡在阳光照射下呈现彩色条纹D下雨过后天空出现的彩虹4.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

11、的是A干涉条纹的产生是由于光在空气薄膜上下两表面反射形成的两列光波叠加的结果，条纹间距都相等B干涉条纹中的暗纹是由于两列反射光的波谷与波谷叠加的结果C将薄片增厚，条纹变疏D观察薄膜干涉条纹时，眼睛应从入射光的另一侧5.把一个上为平面、下为球面的凸透镜平放在平行玻璃板上，如图，现用单色光垂直于平面照射，在装置的上方向下观察，可以看到一系列的同心圆，下列说法正确的是( )A这是光的干涉现象，同心圆间隔均匀B这是光的干涉现象，同心圆间隔不均匀，中间密，边缘稀疏C这是光的干涉现象，同心圆间隔不均匀，中间稀疏，边缘密D这是光的衍射现象，同心圆间隔不均匀，中间稀疏，边缘密6.如图所示的双缝干涉实验，用绿光

12、照射单缝时，在光屏上观察到干涉条纹。要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以A增大与的间距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7.在图示的双缝干涉实验中，光源到縫、距离相等，为、连线中垂线与光屏的交点。用波长为的光实验时，光屏中央处呈现中央亮条纹（记为第0条亮条纹），处呈现第3条亮条纹。当改用波长为的光实验时，处将呈现A第2条亮条纹B第3条亮条纹C第2条暗条纹D第3条暗条纹8.如图所示是双缝干涉的实验装置，使用波长为600 nm的橙色光照射单缝S，在光屏中央P处观察到亮条纹，在位于P的上方的P1处出现第一条亮纹中心，现换用波长为400 nm的紫色光照射单缝S，则()AP和P1

13、处都为亮条纹BP和P1处都为暗条纹CP处是亮条纹，P1处是暗条纹DP处是暗条纹，P1处是亮条纹9.如图给出4个明暗相间的图样，已知它们分别是红光、蓝光(红光波长比蓝光波长大)在相同干涉仪器中的双缝干涉图样以及黄光、紫光(黄光波长比紫光波长大)在相同的衍射仪器中的单缝衍射图样（黑色部分表示亮纹），则在下面的四个图中从左往右排列的亮条纹的颜色依次是( )A红紫蓝黄B红黄蓝紫C蓝黄红紫D蓝紫红黄10.下列现象中，属于光的衍射现象的是( )A雨后天空出现彩虹B通过一个狭缝观察日光灯可看到彩色条纹C一束白光通过三棱镜形成彩色光带D日光照射在肥皂泡上出现彩色条纹11.下列说法中正确的是( )A在照相机的光

14、学镜头上涂一层厚度适当的透明薄膜，利用了光的衍射原理B著名的泊松亮斑是由光的衍射造成的C阳光下，茂密树荫中地面上的圆形亮斑是由于衍射造成的D发生明显光的衍射现象时，光的波长比障碍物或孔的尺寸小的多12.(多选)光在科学技术和生产生活中有着广泛的应用，下列说法正确的有( )A为使拍摄的水面下景物更清晰，可利用偏振现象在照相机镜头前加一偏振片，减少反射光的影响B蚌壳内表面上有一薄层珍珠质，在阳光照射下常会呈现美丽的色彩，这是光的衍射C在光导纤维束内传送图象是利用光的色散现象D光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象13.在“用双缝干涉实验测光的波长”实验中，装置如图所示双缝间的距离d=3mm(1)若测

15、得双缝与屏之间的距离为0.70 m，通过测量头(与螺旋测微器原理相同，手轮转动一周划分板前进或后退0.5mm)观察第一条亮纹的位置如图甲所示，图甲中测量头的读数x1=0.020 mm，观察第五条亮纹的位置如图乙所示，图乙中测量头的读数x2=_mm(2)利用上述测量结果，经计算可得两个相邻明纹(或暗纹)间的距离x=_mm；则可求出光的波长=_m(保留两位有效数字)二、提升练习1.（2019北京）利用图1所示的装置（示意图），观察光的干涉、衍射现象，在光屏上得到如图2中甲和乙两种图样。下列关于处放置的光学元件说法正确的是A甲对应单缝，乙对应双缝B甲对应双缝，乙对应单缝C都是单缝，甲对应的缝宽较大D

16、都是双缝，甲对应的双缝间距较大2.（2018北京）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3.（2017全国II卷多选）在双缝干涉实验中，用绿色激光照射在双缝上，在缝后的屏幕上显示出干涉图样。若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距，可选用的方法是_A改用红色激光 B改用蓝色激光C减小双缝间距 D将屏幕向远离双缝的位置移动E将光源向远离双缝的位置移动4.（2016高考天津理综物理）右图是a、b两光分别经过同一双缝干涉装置后在屏上形成的干涉图样，则（ ）A、在同种均匀介质中，a光的传播速度比b

17、光的大B、从同种介质射入真空发生全反射时a光临界角大C、照射在同一金属板上发生光电效应时，a光的饱和电流大D、若两光均由氢原子能级跃迁产生，产生a光的能级能量差大5.（2016高考上海物理）在双缝干涉实验中，屏上出现了明暗相间的条纹，则（ ）A. 中间条纹间距较两侧更宽B. 不同色光形成的条纹完全重合C. 双缝间距离越大条纹间距离也越大D. 遮住一条缝后屏上仍有明暗相间的条纹6.(2016江苏高考物理)在上述杨氏干涉试验中，若单色光的波长=5.8910-7m，双缝间的距离d=1mm，双缝到屏的距离=2m.求第1个亮光条到第11个亮条纹的中心距离。典例一【答案】B【解析】由干涉图样条纹间距公式知

18、条纹是等间距的，错误；红光的波长长，条纹间距大，所以甲为红光的，乙为紫光的，错误正确。故选：。典例二【答案】C【解析】、用白光做光源，根据双缝干涉条纹的间距公式 知，不同波长的，条纹宽度不一，则得到彩色的干涉条纹，、肥皂液是无色的，吹出的肥皂泡却是彩色的，是由于光线在肥皂膜的表面发生干涉造成的，、阳光通过三棱镜形成彩色光带，是光的色散现象，不属于干涉现象，、水面上的油膜呈现彩色是光的干涉现象，属于薄膜干涉，本题选现象不属于干涉的，故选：。典例三【答案】(1)1.190，9.869；(2)；(3)变大【解析】(1)图甲中螺旋测微器的固定刻度读数为1mm，可动刻度读数为0.0119.0 mm=0.

19、190 mm，所以最终读数为1+0.190=1.190 mm图乙中螺旋测微器的固定刻度读数为9.5mm，可动刻度读数为0.0136.9 mm=0.369 mm，所以最终读数为9.869mm(2)根据双缝干涉条纹的间距公式x=得，=(3)间距公式x=，将双缝到屏距离增大，即L增大，则条纹间距变大典例四【答案】B【解析】从空气膜的上下表面分别反射的两列光是相干光，其光程差为x=2d，即光程差为空气层厚度的2倍，当光程差x=n时此处表现为亮条纹，故相邻亮条纹之间的空气层的厚度差为，显然增加一张纸片后空气层的倾角变大，故相邻亮条纹(或暗条纹)之间的距离变小故干涉条纹条纹变密，故B正确故选：B典例五【答

20、案】C【解析】单缝衍射的条纹间距可以用双缝干涉条纹宽度的公式定性讨论，其中L为屏与缝的距离、d为缝宽、为波长A、使用激光波长越短，其它实验条件不变，中央亮条纹宽度越窄，故A错误；B、相同实验条件下，金属的膨胀量越大，即波长越长，那么中央亮条纹宽度越宽，故B错误；C、相同实验条件下，中央亮条纹宽度变化越大，则波长越长，说明金属膨胀量越大，故C正确；D、狭缝到光屏距离越大，其它实验条件相同，中央亮条纹宽度越宽，无法确定波长的长短，则出不能得出金属的线膨胀系数大小，故D错误故选：C五、模拟训练一、基础练习1.【答案】C【解析】海市蜃楼、沙漠蜃景都是由于光的折射而产生的，A错误；雨后天边出现彩虹是光的

21、色散，B错误；多彩肥皂泡是光经过薄膜的上下表面之后产生的两列相干光形成光的干涉所产生的彩色条纹，C正确；立体电影眼镜是根据光的波动性制成的，更确切的说是由偏振光所致，D错误故选：C2.【答案】BC【解析】根据双缝干涉相邻条纹间距公式x=可得在其它条件不变的情况下，相干光的波长越大，条纹间距越大，由题图可知a光的波长小于b光的波长，那么a光是蓝色光，b是红色光由上分析可知，a光是蓝色光，且经相同单缝衍射装置后在光屏上产生衍射图样，则仍然是b光的中心条纹更宽，故A错误C正确；因a光的波长小于b光的波长，则a光的频率大于b光的频率，那么a光的折射率大于b光，根据v=，因此在玻璃中，a的速度小于b的速

22、度，故B正确；当a和b以相同入射角从玻璃射入空气时，若a刚好能发生全反射，因a光的临界角小，若a刚好能发生全反射，则b一定不能发生全反射，故D错误故选：BC3.【答案】C【解析】A、红光通过一个很窄的缝呈现的彩色条纹，这是光的衍射现象，故A错误；B、阳光通过三棱镜形成彩色光带，这是光的折射色散故B错误；C、肥皂泡在阳光照耀下呈现彩色条纹，太阳光肥皂泡经过内外膜的反射后叠加，从而出现彩色条纹，这是光的干涉，故C正确；D、雨后天空中的彩虹是光的色散现象，故D错误；故选：C4.【答案】A【解析】从空气膜的上下表面分别反射的两列光是相干光，发生干涉现象，出现条纹，所以此条纹是由上方玻璃板的下表面和下方

23、玻璃板的上表面反射光叠加后形成的。、是由于光在空气薄膜上下两表面反射形成的两列光波叠加的结果，条纹间距都相等；故正确；、条纹中的暗纹是由于两列反射光的波谷与波峰叠加的结果，故错误；、当将薄片向着劈尖移动使劈角变大时，相邻亮条纹间距变小，所以干涉条纹会变密；若将薄片远离劈尖移动使劈角变小时，相邻亮条纹间距变大，所以干涉条纹会变疏，故错误；、薄膜干涉条纹时，眼睛应从入射光的同一侧，故错误；故选：。5.【答案】C【解析】平面玻璃和凸透镜之间形成一个厚度随直径变化的空气薄膜，光在空气膜的前后表面发生反射，产生叠加，形成干涉条纹，当路程差等于半波长的偶数倍时，出现明条纹，当路程差等于半波长的奇数倍时，出

24、现暗条纹，空气薄膜的等厚干涉条纹是一组明暗相间的同心环空气薄层厚度不是均匀增加，而是越向外越厚，所以干涉条纹不是疏密均匀的同心圆，即为同心圆间隔不均匀，中间稀疏，边缘密故C正确，A、B、D错误故选：C6.【答案】C【解析】在波的干涉中，干涉条纹的间距，由公式可得，条纹间距与波长、屏之间的距离成正比，与双缝间的距离成反比，故要增大间距应减小，增大双缝屏到光屏的距离或增大光的波长，故只有正确；故选：。7.【答案】A【解析】双缝干涉实验中，出现亮条纹的条件为用波长为的光实验时处呈现第3条亮条纹，则当波长为的光实验时，解得点为波长的整数倍，故为亮条纹，且为第2条亮条纹，故正确，错误故选：。8.【答案】

25、C【解析】缝S1、S2到光屏中央P点的距离相等，无论什么色光，其相干光的路程差均为0，故P处都是亮条纹对于波长为600 nm的橙色光，S1、S2到P1点的路程差恰好为橙色光的1个波长，则换用波长为400 nm的紫色光时，S1、S2到P1点的路程差恰好为橙色光的1.5个波长，因此紫色光照射时在P1处是暗条纹故C正确，A、B、D错误故选：C9.【答案】D【解析】双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹，所有条纹宽度相同且等间距，故从左边两个是双缝干涉现象，根据双缝干涉条纹间距x=可知波长越大，x越大，故左边第一个是蓝光，第三个红是光；单缝衍射条纹是中间明亮且宽大，越向两侧宽度越小越暗，而波长越大，中央亮

26、条纹越粗，故最右端为黄光单缝衍射图样；故从左向右依次：是蓝光(双缝干涉)、紫光(单缝衍射)、红光(双缝干涉)和黄光(单缝衍射)故选：D10.【答案】B【解析】A、雨后天空出现彩虹属于光的折射现象，故A错误；B、通过一个狭缝观察日光灯可以看到彩色条纹，是光绕过障碍物传播的现象，故属于光的衍射现象，而之所以看到彩色条纹，是由于不同的色光波长不同发生叠加造成的，故B正确；C、一束白光通过三棱镜形成彩色光带属于光的折射现象，故C错误；D、日光照射在肥皂泡上出现彩色条纹是薄膜干涉现象，故D错误；故选：B11.【答案】B【解析】A、在照相机的光学镜头上涂一层厚度适当的透明薄膜，利用了薄膜的内外表面反射，从

27、而进行叠加而成的，光的干涉原理，故A错误；B、泊松亮斑是光偏离原来直线方向传播，由光的衍射造成的，故B正确；C、茂密树荫中地面上的圆形亮斑是小孔成像，由于折射造成的，故C错误；D、明显光的衍射现象时，光的波长比障碍物或孔的尺寸大的多，或相差不大，故D错误；故选：B12.【答案】AD【解析】A、使拍摄的水面下的景物更清晰，可利用偏振现象在照相机镜头前加一偏振片，减少反射光的影响故A正确B、因为珍珠质和蚌壳的内表面形成了两层膜，构成光的干涉的条件，所以薄层珍珠质相当于薄膜，在薄膜的前后表面反射的两列光发生干涉现象故B错误C、在光导纤维束内传送图象是利用光的全反射现象故C错误D、光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象故D正确故选：AD13.【答案】(1)0.650；(2)0.16，6.8107【解析】(1)乙图中，螺旋测微器的固定刻度读数为0.5mm，可动刻度读数为0.0115.0mm=0.150mm，则最终读数为0.650mm(2)相邻条纹间距：mm，根据得，m二、提升练习1.【答案】A【解析】干涉条纹在光屏上观察到的图案是间距相等的条纹图象，而衍射条纹中，中间