2023年高考物理一轮复习讲义-光的干涉、衍射和偏振 电磁波

第2讲光的干涉、衍射和偏振电磁波

r目标要求11.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4.理解麦克斯韦电磁场理论，了解电磁波的产生、发射、传播和接

收过程.

考点一光的干涉现象

・基础梳理

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，出现亮条纹，某些区域相互减弱，出

现喧条纹，且加强区域和减弱区域相互间隔的现象.

(2)条件：两束光的频率相同、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.

■判断正误

I.光的颜色由光的频率决定.(V)

2.频率不同的两列光波不能发生干涉.(V)

3.在“双缝干涉”实验中，双缝的作用是使白光变成单色光.(X)

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.(V)

・方法技巧整蹬霜珈

1.双缝干涉

(1)条纹间距：以=夕，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.、$2发出的光到屏上尸’点的路程差为加二々一人

当△/•=〃，〃=(),1,2…)时，光屏上P'处出现明条纹.

当Ar=(2〃+惊〃=0』,2…)时,光屏上P'处出现暗条纹.

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44'和后表面88,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A/•等于薄膜厚度的2倍，光在薄膜中的波长为九

在4、P2处，△r=〃2(〃=l,2,3“・)，薄膜上出现明条纹.

在。处，加=(2"+1谕?=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.

考向1光的干涉的理解和明暗条纹的判断

【例1】如图所示，用频率为了的单色光(激光)垂直照射双缝，在光屏的P点出现第3条暗条

纹，已知光速为。，则p到双缝s「邑的距离之差％—q应为()

答案D

解析出现第3条暗条纹，说明5,到P点距离之差为融"-1)=夕2X3-1)=|"而2=

»所以匕-3等=多故口正确•

考向2薄膜干涉

【例21(多选)(2021•浙江6月选考•16)肥皂膜的干涉条纹如图所示，条纹间距上面宽、下面

窄.下列说法正确的是()

A.过肥皂膜最高和最低点的截面一定不是梯形

B.肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹

C.肥皂膜从形成到破裂，条纹的宽度和间距不会发生变化

D.将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动90。，条纹也会跟着转动90。

答案AB

解析肥皂膜因为自重会上面薄而下面厚，因表面张力的原因其截面应是一个圆滑的曲面而

不是梯形，A正确；薄膜干涉是等厚干涉，干涉条纹是前后表面反射光形成的，B正确；形

成条纹的原因是前后表面的反射光叠加出现了振动加强点和振动减弱点,从形成到破裂的过

程中上面越来越薄，下面越来越厚，因此会出现加强点和减弱点的位置发生变化，条纹宽度

和间距发生变化，C错误；将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动90。，由于重力、表面张

力和粘滞力的作用，肥皂膜的形状和厚度会重新分布，因此条纹并不会跟着旋转90°,D错

误.

［例3］（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（）

mile.......

条纹111圉

甲乙

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

答案AB

考点二光的衍射和偏振现象

■基础梳理夯实必备知识

1.光的衍射

发生明显衍射的条件：只有当障碍物或狭缝的尺寸足够小的时候，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.

(2)偏振光：在垂直于光的传播方向的平面上,只沿着某个特定的方向振动的光.

(3)偏振光的形成

①让自然光通过偏振片形成偏振光.

②让自然光在两种介质的界面发生反射和典，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橙波.

■判断正误

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.(X)

2.泊松亮斑是光的衍射形成的.(V)

3.光遇到障碍物时都能产生衍射现象.(V)

4.自然光是偏振光.(X)

■方法技巧提升关键能力

1.单缝衍射与双缝干涉的比较

单缝衍射双缝干涉

条纹宽度条纹宽度不等，中央最宽条纹宽度相等

不同点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，亮度基本相同

干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；干涉、衍射都

相同点

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波在屏上叠加形成的，衍射是由来自单缝上不同位置的

光在屏上叠加形成的.

考向1单缝衍射与双缝干涉的比较

1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（）

IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII

1234

A.红黄蓝紫B.红紫蓝黄

C.蓝紫红黄D.蓝黄红紫

答案B

解析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-=夕，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、4四个图中亮条纹的颜色依次是：红、紫、蓝、黄，B正确.

「考向2光的偏振

工例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a,这一角度a称为“旋光度”，a的值只与糖溶液的浓度有关，将a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、8是偏振片，

转动8,使到达。处的光最强，然后将被测样品P置于A、8之间.

SAPB

自然光源偏振片被测样品偏振片

（1）偏振片A的作用是.

⑵偏振现象证明了光是一种.

（3）以下说法中正确的是.

A.到达。处光的强度会减弱

B.到达。处光的强度不会减弱

C.将偏振片B转动一个角度，使得。处光强度最强，偏振片B转过的角度等于a

D.将偏振片A转动一个角度，使得。处光强度最强，偏振片A转过的角度等于a

答案（1）把自然光变成偏振光（2）横波（3）ACD

解析⑴自然光通过偏振片后变为偏振光.

(2)偏振现象证明光是一种横波.

⑶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。处的光最强，偏振片4

B的透光方向应相同；当放入样品时，由于样品的“旋光度”是a,即偏振方向不再与B的

透光方向平行，到达。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a,

并与偏振光的方向平行时，光到达。处的强度将再次最大，C正确；同理，D正确.

考点三电磁振荡电磁波

■基础梳理

1.电磁振荡(以LC振荡电路为例)

(1)产生：在LC振荡电路中，电容器不断地充电和放电，就会使电容器极板上的电荷量外

电路中的电流人电容器内的电场强度E、线圈内的磁感应强度8发生周期性的变化，这种现

象就是电磁振荡.

⑵周期和频率

周期：7=2兀啊

频率：/=丁/(其中乙指自感系数，C指电容).

2.电磁波

⑴麦克斯韦电磁场理论

变化的磁场能够在周围空间产生电场，变化的电场能够在周围空间产生磁场.

(2)电磁波

①电磁场在空间由近及远地向周围传播，形成电磁波.

②电磁波的传播不需要介质,可在真空中传播，在真空中不同频率的电磁波传播速度相同(都

等于光速).

③不同频率的电磁波，在同一介质中传播，其速度是不同的，频率越高，波速越小.

@V=Af,/是电磁波的频率.

(3)电磁波的发射与接收

①发射电磁波需要开放的高频振荡电路，并对电磁波根据信号的强弱进行典(两种方式：调

幅、调频).

②接收电磁波需要能够产生电谐振的调谐电路，再把信号从高频电流中解调出来,调幅波的

解调也叫检波.

（4）电磁波谱

按照电磁波的夔签或波长的大小顺序把它们排列成谱.按波长由长到短排列的电磁波谱为:

无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、了射线.

-判断正误

1.LC振荡电路中，电容器放电完毕时，回路中电流最小.（义）

2.电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场.（X）

3.电磁波既可以传递能量，也可以用来传递信息.（V）

■方法技巧

1.对麦克斯韦电磁场理论的理解

均匀变化的磁场产生恒定电场

变化的非均勺变化的磁场产生变化的

--

-磁场产电场

麦克生电场

周期性振荡的磁场产生同预率

斯韦

振荡的电场

电磁一

场理均匀变化的电场产生恒定磁场

论变化的

电场产--非均匀变化的电场产生变化的

生磁场磁场

周期性振荡的电场产生同频率

振荡的磁场

2.电磁波与机械波的比较

电磁波机械波

项

产生由周期性变化的电场、磁场产生由质点（波源）的振动产生

传播介质不需要介质（在真空中仍可传播）必须有介质（真空中不能传播）

波的种类横波既有横波也有纵波

由介质和频率决定，在真空中等于光速（C

速度特点仅由介质决定

=3X108m/s）

能量都能携带能量并传播能量

速度公式

遵循规律都能发生反射、折射、干涉、衍射等现象

[例6]（2020•浙江1月选考⑻如图所示，单刀双掷开关S先打至IJa端让电容器充满电.r=0

时开关S打到匕端，f=0.02s时LC回路中电容器下极板带正电荷且电荷量第一次达到最大

值.贝11()

A.LC回路的周期为0.02s

B.AC回路的电流最大时电容器中电场能最大

C.1=1.01s时线圈中磁场能最大

D.f=1.01s时回路中电流沿顺时针方向

答案C

【例7】（多选）关于电磁波，下列说法正确的是（）

A.电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关

B.周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波

C.电磁波在真空中自由传播时，其传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直

D.利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输

答案ABC

解析电磁波在真空中的传播速度等于光速，与频率无关，A正确；电磁波是周期性变化的

电场和磁场互相激发得到的，B正确；电磁波传播方向与电场方向、磁场方向均垂直，C正

确；光是一种电磁波，光可在光导纤维中传播，D错误.

【例8】（多选）关于物理知识在生活中的应用，下列说法正确的是（）

A.机场、车站所用的测量人体温度的测温仪应用的是紫外线

B.雷达是利用无线电波中的微波来测定物体位置的无线电设备

C.丫射线可以用来治疗某些癌症

D.医院给病人做的脑部CT应用的是X射线的穿透本领较强

答案BCD

解析一切物体均发出红外线，温度不同，辐射强度不同，测量人体温度的测温仪应用的是

红外线，A错误；雷达是利用无线电波中的微波来测定物体位置的，B正确；丫射线可以摧

毁病变的细胞，用来治疗某些癌症，C正确；给病人做的脑部CT应用的是X射线的穿透本

领较强，D正确.

课时精练

E必备基础练

1.（2020・北京卷・1）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

答案C

解析选项A是双缝干涉，选项B是薄膜干涉，选项C是光的色散,选项D是薄膜干涉.故

选C.

2.（多选）（2020•江苏卷13B⑴）电磁波广泛应用在现代医疗中.下列属于电磁波应用的医用器

械有（）

A.杀菌用的紫外灯

B.拍胸片的X光机

C.治疗咽喉炎的超声波雾化器

D.检查血流情况的“彩超”机

答案AB

3.（2020.浙江7月选考4）在抗击新冠病毒的过程中，广泛使用了红外体温计测量体温，如图

所示.下列说法正确的是（）

A.当体温超过37.3°C时人体才辐射红外线

B.当体温超过周围空气温度时人体才辐射红外线

C.红外体温计是依据体温计发射红外线来测体温的

D.红外体温计是依据人体温度越高，辐射的红外线强度越大来测体温的

答案D

解析所有物体都会辐射出红外线，故A、B错误；红外体温计是依据人体发射红外线来测

体温的，且人体温度越高，辐射的红外线强度越大，故C错误，D正确.

4.下列说法中正确的是（）

A.拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以增加透射光的强度

B.偏振光的传播方向与振动方向不一定垂直

C.透过转动的偏振片观察玻璃表面、光滑桌面反射来的阳光，能感觉到明暗的变化

D.透过转动的偏振片观察阳光能感觉到明暗的变化

答案C

解析拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以消除反射光，故A错误；偏

振光的传播方向与振动方向一定垂直，故B错误；偏振片只允许某一方向振动的光通过，故

透过转动的偏振片观察玻璃表面、光滑桌面反射来的阳光，能感觉到明暗的变化，故C正确；

透过转动的偏振片观察阳光不能感觉到明暗的变化，因为阳光为自然光，故D错误.

5.“4G改变生活，5G改变社会”.5G网络使用的无线电通信频率是在3.0GHz以上的超高

频段和极高频段，比4G网络（无线电通信频率在1.8〜2.7GHz之间）通信拥有更大的带宽，

相同时间传递的信息量更大.下列说法正确的是（）

A.5G信号和4G信号都是横波

B.5G信号比4G信号波长更长

C.在真空中，5G信号比4G信号传播速度更快

D.5G信号比4G信号更容易绕过障碍物，便于远距离传播

答案A

解析4G和5G信号均为电磁波，电磁波传播过程中，电场强度和磁感应强度的方向始终与

传播方向垂直，故电磁波为横波，故A正确；5G信号比4G信号频率高，波长要比4G信号

短，故4G信号更容易发生明显的衍射现象，便于远距离传播，故B、D错误；任何电磁波

在真空中的传播速度均为光速，故传播速度相同，故C错误.

6.用如图甲所示装置做圆孔衍射实验，在屏上得到的衍射图样如图乙所示，实验发现，光绕

过孔的边缘，传播到了相当大的范围.下列说法正确的是（）

甲乙

A.此实验说明了光沿直线传播

B.圆孔变小，衍射图样的范围反而变大

C.圆孔变小，中央亮斑和亮纹的亮度反而变大

D.用不同波长的光做实验，衍射图样完全相同

答案B

解析此实验说明了光的衍射现象，故A错误；圆孔变小，衍射现象更明显，透光强度变小,

中央亮斑和亮纹的亮度变弱，衍射图样的范围反而变大，故B正确，C错误；用不同波长的

光做实验，衍射图样并不相同，因为波长越长，对同一圆孔而言，衍射现象越明显，故D错

误.

7.雪深雷达是2020珠峰高程测量主力设备之一，该系统主要利用天线发射和接收高频电磁

波来探测珠峰峰顶冰雪层厚度，如图所示.下列说法正确的是（）

A.雷达利用电磁波的干涉特性工作

B.电磁波发射时需要进行调谐和解调

C.电磁波从空气进入雪地，频率减小，波长增大

D.在电磁波中，电场和磁场随时间和空间做周期性变化

答案D

解析电磁波同声波一样，遇到障碍物反射，雷达利用电磁波的反射特性工作,故A错误；

电磁波发射时需要调制，接收时需要调谐和解调，故B错误；电磁波的频率由波源决定，与

介质无关，故C错误；电磁波电场和磁场随时间和空间做周期性变化，故D正确.

8.（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（）

屏

p

-

原n

o

IllIIIlllllll

甲乙

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

答案A

解析由题图中给出的甲、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.

。能力综合练

9.（2021・山东卷7）用平行单色光垂直照射一层透明薄膜，观察到如图所示明暗相间的干涉条

纹.下列关于该区域薄膜厚度d随坐标x的变化图像，可能正确的是（）

min।

0X

答案D

解析从薄膜的上下表面分别反射的两列光是相干光，其光程差为醺=2d,即光程差为薄膜

厚度的2倍，当光程差AA=加时此处为亮条纹，故相邻亮条纹之间的薄膜的厚度差为少,在

题图中相邻亮条纹（或暗条纹）之间的距离变大，则薄膜的厚度逐渐变小，因条纹宽度逐渐变

宽，则厚度不是均匀变小，故选D.

10.（多选汝口图所示，图甲是LC振荡回路中电流随时间的变化关系，若以图乙回路中顺时针

方向的电流为正，仄c、d均为电场能或磁场能最大的时刻，下列说法正确的是（）

乙

对应图甲中的羊时刻

A.图乙中的。是电场能最大的时刻,

此后的《内电流方向为正

B.图乙中的b是电场能最大的时刻,

对应图甲中的为寸刻

C.图乙中的c是磁场能最大的时刻,

D.图乙中的"是磁场能最大的时刻,此后电容C的下极板将充上正电荷

答案BC

解析题图乙中的。是电场能最大的时刻，由上极板带正电，即充电时电流沿顺时针方向，

对应题图甲中的T时刻，A错误；题图乙中的人是电场能最大的时刻，由下极板带正电，此

后的工内电容器放电，电流沿顺时针方向，B正确；题图乙中的c是磁场能最大的时刻，此后

磁场能转化为电场能，由楞次定律判断，电流方向为逆时针方向，题图甲中的I时刻电流为

逆时针方向，C正确；题图乙中的d