物理课件（新教材粤教版）第十四章第2讲光的干涉衍射和偏振

第2讲目标要求1.知道什么是光的干涉、衍射和偏振.2.掌握双缝干涉中出现亮、暗条纹的条件.3.知道发生明显衍射的条件.光的干涉、衍射和偏振考点一光的干涉现象考点二光的衍射和偏振现象考点三几何光学与物理光学的综合应用课时精练

内容索引考点一光的干涉现象光的干涉(1)定义：在两列光波叠加的区域，某些区域相互加强，出现

条纹，某些区域相互减弱，出现

条纹，且加强区域和减弱区域相互间隔的现象.(2)条件：两束光的频率

、相位差恒定.(3)双缝干涉图样特点：单色光照射时，形成明暗相间的等间距的干涉条纹.梳理必备知识亮暗相同1.光的颜色由光的频率决定.(

)2.频率不同的两列光波不能发生干涉.(

)3.在“双缝干涉”实验中，双缝的作用是使白光变成单色光(

)4.在“双缝干涉”实验中，双缝的作用是用“分光”的方法使两列光的频率相同.(

)√√×√1.双缝干涉(1)条纹间距：Δx＝

对同一双缝干涉装置，光的波长越长，干涉条纹的间距越大.(2)明暗条纹的判断方法：如图所示，相干光源S1、S2发出的光到屏上P′点的路程差为Δr＝r2－r1.当Δr＝nλ(n＝0,1,2，…)时，光屏上P′处出现明条纹.当Δr＝(2n＋1)(n＝0,1,2，…)时，光屏上P′处出现暗条纹.提升关键能力2.薄膜干涉(1)形成原因：如图所示，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，从膜的前表面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)明暗条纹的判断方法：两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr等于薄膜厚度的2倍，光在薄膜中的波长为λ.在P1、P2处，Δr＝nλ(n＝1,2,3，…)，薄膜上出现明条纹.在Q处，Δr＝(2n＋1)(n＝0,1,2,3，…)，薄膜上出现暗条纹.(3)应用：增透膜、检查平面的平整度.例1

在图示的双缝干涉实验中，光源S到缝S1、S2距离相等，P0为S1、S2连线的中垂线与光屏的交点.用波长为400nm的光实验时，光屏中央P0处呈现中央亮条纹(记为第0条亮条纹)，P处呈现第3条亮条纹.当改用波长为600nm的光实验时，P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√考向1双缝干涉例2

(多选)图甲是用光的干涉法来检查物体平面平整程度的装置，其中A为标准平板，B为待检查的物体，C为入射光，图乙为观察到的干涉条纹，下列说法正确的是A.入射光C应采用单色光B.图乙条纹是由A的下表面反射光和B的上

表面反射光发生干涉形成的C.当A、B之间某处距离为入射光的半波长奇数倍时，对应条纹是暗条纹D.由图乙条纹可知，被检查表面上有洞状凹陷√考向2薄膜干涉√例3

(2021·江苏卷·6)铁丝圈上附有肥皂膜，竖直放置时，肥皂膜上的彩色条纹上疏下密，由此推测肥皂膜前后两个面的侧视形状应当是√薄膜干涉为前后两个面反射回来的光发生干涉形成干涉条纹，当入射光为复色光时，出现彩色条纹.由于重力作用，肥皂膜前后表面的厚度从上到下逐渐增大，从而使干涉条纹上疏下密，由于表面张力的作用，使得肥皂膜向内凹陷，故C正确，A、B、D错误.考点二光的衍射和偏振现象1.光的衍射发生明显衍射现象的条件：只有当障碍物或狭缝的尺寸足够

的时候，衍射现象才会明显.2.光的偏振(1)自然光：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

.(2)偏振光：在

于光的传播方向的平面上，只沿着某个

的方向振动的光.梳理必备知识小一切方向相同垂直特定(3)偏振光的形成①让自然光通过

形成偏振光.②让自然光在两种介质的界面发生反射和

，反射光和折射光可以成为部分偏振光或完全偏振光.(4)偏振光的应用：加偏振滤光片的照相机镜头、液晶显示器、立体电影、消除车灯眩光等.(5)光的偏振现象说明光是一种

波.偏振片折射横1.阳光下茂密的树林中，地面上的圆形亮斑是光的衍射形成的.(

)2.泊松亮斑是光的衍射形成的.(

)3.光遇到障碍物时都能产生衍射现象.(

)4.自然光是偏振光.(

)×√×√提升关键能力1.单缝衍射与双缝干涉的比较

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亮条纹间距不等各相邻亮(暗)条纹等间距亮度情况中央条纹最亮，两边变暗条纹清晰，亮度基本相同相同点干涉、衍射都是波特有的现象，都属于波的叠加；干涉、衍射都有明暗相间的条纹2.光的干涉和衍射的本质从本质上看，干涉条纹和衍射条纹的形成有相似的原理，光的干涉和衍射都属于光波的叠加，干涉是从单缝通过两列频率相同的光在屏上叠加形成的，衍射是由来自单缝上不同位置的光在屏上叠加形成的.例4

如图所示的4种明暗相间的条纹分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮条纹).在下面的4幅图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是A.红黄蓝紫 B.红紫蓝黄C.蓝紫红黄 D.蓝黄红紫√考向1单缝衍射与双缝干涉的比较双缝干涉条纹是等间距的，而单缝衍射条纹除中央亮条纹最宽、最亮之外，两侧条纹亮度、宽度都逐渐减小，因此1、3为双缝干涉条纹，2、4为单缝衍射条纹.相邻亮条纹间距Δx＝

红光波长比蓝光波长长，则红光干涉条纹间距大于蓝光干涉条纹间距，即1、3分别对应红光和蓝光.而在单缝衍射中，当单缝宽度一定时，波长越长，衍射越明显，即中央条纹越宽越亮，黄光波长比紫光波长长，即2、4分别对应紫光和黄光.综上所述，1、2、3、4四幅图中亮条纹的颜色依次是：红、紫、蓝、黄，B正确.例5

奶粉的碳水化合物(糖)的含量是一个重要指标，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，偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度α，这一角度α称为“旋光度”，α的值只与糖溶液的浓度有关，将α的测量值与标准值相比较，就能确定被测样品的含糖量了.如图所示，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.考向2光的偏振(1)偏振片A的作用是____________________.(2)偏振现象证明了光是一种_______.把自然光变成偏振光横波自然光通过偏振片后变为偏振光，故A的作用是把自然光变成偏振光.偏振现象证明光是一种横波.(3)以下说法中正确的是________.A.到达O处光的强度会减弱B.到达O处光的强度不会减弱C.将偏振片B转动一个角度，使得O处光

强度最强，偏振片B转过的角度等于αD.将偏振片A转动一个角度，使得O处光强度最强，偏振片A转过的角度

等于αACD偏振片只能让一定偏振方向的光通过，没有样品时，要使到达O处的光最强，偏振片A、B的透光方向应相同；当放入样品时，由于样品的“旋光度”是α，即偏振方向不再与B的透光方向平行，到达O处光的强度会减弱，A正确，B错误；偏振片B转过的角度等于α，并使偏振片B的透振方向与偏振光的偏振方向平行时，光到达O处的强度将再次最大，C正确；同理，D正确.考点三几何光学与物理光学的综合应用例6

如图所示，不同波长的两单色光a、b沿同一方向从空气射向半圆形玻璃砖，入射点O在直径的边缘，折射光线分别为OA、OB，则A.a单色光的频率比b单色光的频率小B.当a、b两束光由玻璃射向空气中，a光临界角比b光

临界角大C.在玻璃砖中a单色光从O到A的传播时间不等于b单

色光从O到B的传播时间D.用a、b两束光在相同条件下做双缝干涉实验，a光产生的干涉条纹间

距比b光小√因为a光的偏折程度大于b光，所以根据折射定律得知：玻璃对a光的折射率大于对b光的折射率，所以a单色光的频率比b单色光的频率大，故A错误；根据折射率大，频率高，波长短，可知a光的折射率大于b光的折射率，则a光在真空中的波长小于b光在真空中的波长，根据双缝干涉条纹间距公式，可知a光产生的干涉条纹间距比b光小，故D正确.例7

如图所示，截面为等腰直角三角形ABC的玻璃砖，∠B＝90°，一束频率为f＝6×1014Hz的光线从AB面中点处垂直射入棱镜，在AC面发生全反射，从BC面射出后，进入双缝干涉装置.已知AC长度L＝0.3m，双缝间距d＝0.2mm，光屏与双缝间距离l＝1.0m，光在真空中的传播速度为c＝×108m/s.求：(1)玻璃砖对该光线的折射率的最小值n；由几何关系知，光线在AC面发生全反射的入射角为45°，可知临界角C≤45°时，折射率有最小值，(2)光线在玻璃砖中传播的最短时间t；答案1×10－9s代入数据解得最短时间t＝1×10－9s答案2.5mm联立代入数据解得Δx＝2.5mm.(3)光屏上相邻亮条纹的间距Δx.四课时精练1.下列有关光学现象说法中正确的是A.甲中荷叶上的露珠显得特别“明亮”是由于水珠将光线会聚而形成的B.乙中将双缝干涉实验中的双缝间距调小，则干涉条纹间距变小C.丙中用加有偏振滤光片的相机拍照，可以拍摄清楚汽车内部的情景D.丁中肥皂膜在阳光下呈现彩色条纹是光的衍射现象123456789101112√基础落实练123456789101112题图甲中荷叶上的露珠显得特别“明亮”是由于水珠对光线的全反射形成的，故A错误；在照相机镜头前加装偏振滤光片拍摄汽车内部情景，滤去了汽车外玻璃的反射光，使景象清晰，故C正确；123456789101112肥皂膜表面可看到彩色条纹，是因为肥皂膜的前后两面反射回来的两列光发生干涉时形成的，故D错误.2.(2019·北京卷·14)利用图示的装置(示意图)，观察光的干涉、衍射现象，在光屏上得到如图中甲和乙两种图样.下列关于P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.都是双缝，甲对应的双缝间距较大√123456789101112123456789101112由题图中给出的甲、乙两种图样可知，甲是单缝衍射的图样，乙是双缝干涉的图样，A项正确，B、C、D项错误.3.(多选)(2023·河北张家口市模拟)通过如图甲所示的装置可研究光的干涉和衍射现象.从光源发出的光经过一缝板，在缝板后有一装有感光元件的光屏，通过信号转换，可在电脑上看到屏上的光强分布情况.图乙分别显示出A光和B光通过同一缝板得到的光强分布情况.下列有关A、B两种色光的说法正确的有A.光通过的可能是缝板上的单缝B.A光的波长比B光的波长长C.A光在玻璃中的传播速度大于B光在玻璃中

的传播速度D.A光比B光更容易发生明显的衍射现象√123456789101112√√123456789101112从光的强度分布可以看出，光屏上的光是等间距、等亮度的，所以是光通过双缝产生的干涉现象，A错误；A光的频率小于B光的频率，则玻璃对A光的折射率小于对B光的折射率，所以A光在玻璃中的传播速度大于B光在玻璃中的传播速度，C正确；由于A光的波长较长，所以更容易发生明显的衍射现象，D正确.4.(2023·广东佛山市检测)如图所示为一束太阳光射到截面为六角形的冰晶上时的光路图，a、b为其折射出的光线中的两种单色光，下列说法正确的是A.在冰晶中，b光的传播速度较大B.通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹

间距较大C.从同种玻璃中射入空气发生全反射时，a光的临界角较小D.用同一装置做单缝衍射实验，b光的中央亮条纹更宽123456789101112√123456789101112123456789101112b光的折射率大，波长短，用同一装置做单缝衍射实验，b光的中央亮条纹比a光的中央亮条窄，D错误.5.(2023·广东广州市模拟)如图甲，让激光束通过一个狭缝，观察到光屏上出现单色条纹图样.现保持激光器与狭缝的距离不变，将光屏向狭缝处适当移动，下面关于本实验说法正确的是A.将会观察到乙图样B.光屏上条纹更宽C.移动后，条纹变得模糊D.该现象说明光具有波动性123456789101112√让激光束通过一个狭缝，观察到光屏上出现单色条纹图样是光的衍射图样，衍射条纹的中央亮条纹最亮，宽度最大，将会观察到丙图样；当保持激光器与狭缝屏的距离不变，将光屏向狭缝处适当移动，光屏上条纹变窄，条纹变得清晰；123456789101112光的衍射现象说明光具有波动性，故选项D正确，A、B、C错误.6.(2021·湖北卷·5)如图所示，由波长为λ1和λ2的单色光组成的一束复色光，经半反半透镜后分成透射光和反射光.透射光经扩束器后垂直照射到双缝上并在屏上形成干涉条纹.O是两单色光中央亮条纹的中心位置，P1和P2分别是波长为λ1和λ2的光形成的距离O点最近的亮条纹中心位置.反射光入射到三棱镜一侧面上，从另一侧面M和N位置出射，则A.λ1<λ2，M是波长为λ1的光出射位置B.λ1<λ2，N是波长为λ1的光出射位置C.λ1>λ2，M是波长为λ1的光出射位置D.λ1>λ2，N是波长为λ1的光出射位置√123456789101112由双缝干涉条纹间距公式Δx＝

可知，当两种色光通过同一双缝干涉装置时，波长越长相邻两亮条纹间距越宽，由屏上亮条纹的位置可知λ1>λ2，反射光经过123456789101112三棱镜后分成两束色光，由题图可知从N位置出射的光的折射角大，又由折射定律可知，入射角相同时，折射率越小的色光折射角越大，由于λ1>λ2，则n1<n2，所以N是波长为λ1的光出射位置，故D正确，A、B、C错误.7.(多选)(2022·山东卷·10)某同学采用图甲所示的实验装置研究光的干涉与衍射现象，狭缝S1、S2的宽度可调，狭缝到屏的距离为L.同一单色光垂直照射狭缝，实验中分别在屏上得到了图乙、图丙所示图样.下列描述正确的是123456789101112能力综合练A.图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，也

发生了衍射B.遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，其他条件不

变，图丙中亮条纹宽度增大C.照射两条狭缝时，增加L，其他

条件不变，图乙中相邻暗条纹的

中心间距增大D.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√123456789101112√√123456789101112题图乙中间部分为等间距条纹，所以题图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，同时也发生衍射，故A正确；狭缝越小，衍射范围越大，衍射条纹越宽，遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，则衍射现象减弱，题图丙中亮条纹宽度减小，故B错误；根据条纹间距公式有Δx＝

，则照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，题图乙中相邻暗条纹的中心间距增大，故C正确；123456789101112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，故D正确.1234567891011128.(2023·辽宁省模拟)随着科技的发展，夜视技术越来越成熟.一切物体都可以产生红外线，即使在漆黑的夜里“红外监控”“红外摄影”也能将目标观察得清清楚楚.为了使图像清晰，通常在红外摄像头的镜头表面镀一层膜，下列说法正确的是A.镀膜的目的是尽可能让入射的红外线反射B.镀膜的目的是尽可能让入射的所有光均能透射C.镀膜的厚度应该是红外线在薄膜中波长的四分之一D.镀膜的厚度应该是红外线在薄膜中波长的二分之一√123456789101112镀膜的目的是尽可能让红外线能够透射，而让红外线之外的光反射，从而使红外线图像更加清晰，故A、B错误；当红外线在薄膜前、后表面的反射光恰好干涉减弱时，反射光最弱，透射光最强，根据干涉相消的规律可知，此时红外线在薄膜前、后表面反射光的光程差应为半波长的奇数倍，而为了尽可能增加光的透射程度，镀膜的厚度应该取最薄的值，即红外线在薄膜中波长的四分之一，故C正确，D错误.9.(2023·福建龙岩市质检)如图所示，把一矩形均匀薄玻璃板ABCD压在另一个矩形平行玻璃板上，一端用薄片垫起，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.条纹方向与AB边平行B.条纹间距不是均匀的，越靠近BC边条纹间距越大C.减小薄片的厚度，条纹间距变小D.将红单色光换为蓝单色光照射，则条纹间距变小1234