第十四章 第2讲　光的干涉、衍射和偏振-2025届高中物理

第十四章光学第2讲光的干涉、衍射和偏振课标要求核心考点五年考情核心素养对接1.观察光的干涉、衍射和偏振现象，了解这些现象产生的条件，知道其在生产生活中的应用.知道光是横波，会用双缝干涉实验测量光的波长.2.通过实验，了解激光的特性.能举例说明激光技术在生产生活中的应用.光的干涉现象2023：山东T5，北京T2，上海T15，浙江6月T15，浙江1月T15，辽宁T8；2022：山东T10，浙江6月T4；2021：山东T7，湖北T5，江苏T6，浙江6月T16；2020：北京T11.物理观念：理解光的干涉、衍射和偏振现象；进一步增强物质观念，认识光的物质性和波动性.2.科学思维：通过光的干涉、衍射等论证光具有波动性，增强证据意识及科学论证能力.3.科学探究：通过实验，观察光的干涉、衍射和偏振等现象，了解激光的性质，认识波动性.4.科学态度与责任：光的干涉、衍射、偏振和激光在生产生活中的应用.光的衍射和偏振现象2023：天津T4；2020：上海T9；2019：北京T14，江苏T13B（2），上海T4命题分析预测高考主要考查光的干涉、衍射与偏振现象的理解和应用.题型多为选择题，难度较小.预计2025年高考可能会联系生产生活实际，考查光的干涉、衍射和偏振等现象的理解与结论的应用.考点1光的干涉现象1.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[1]亮条纹，某些区域相互减弱，出现[2]暗条纹，且加强区域和减弱区域相互[3]间隔的现象.（2）条件：两束光的频率[4]相同、相位差[5]恒定.2.双缝干涉（1）双缝干涉图样的特点：单色光照射时，形成明暗相间的[6]等间距的干涉条纹；白光照射时，中央为[7]白色亮条纹，其余为[8]彩色条纹.（2）条纹间距：Δx＝ldλ，其中l是双缝到[9]屏的距离，d是[10]双缝间的距离，λ是入射光的[11]波长3.薄膜干涉（1）利用薄膜（如肥皂液薄膜）[12]前后表面反射的光叠加而形成的.图样中同一条亮（或暗）条纹上所对应薄膜厚度[13]相同.（2）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[14]相同的光波，并且叠加.（3）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[15]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[16]明条纹.在Q处，Δr＝（2n＋1）λ2（n＝0，1，2，3，…），薄膜上出现[17]暗条纹（4）应用：增透膜、检查平面的平整度.判断下列说法的正误.（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.（√）（5）薄膜干涉中，观察干涉条纹时，眼睛与光源在膜的同一侧.（√）命题点1光的干涉的理解和明暗条纹的判断1.[2024安徽芜湖模拟]如图，利用平面镜也可以实现杨氏双缝干涉实验的结果，下列说法正确的是（C）A.光屏上的条纹关于平面镜M上下对称B.相邻亮条纹的间距为Δx＝b＋C.若将平面镜向右移动一些，相邻亮条纹间距不变D.若将平面镜向右移动一些，亮条纹数量保持不变解析根据双缝干涉原理，单色光源和单色光源在平面镜中的像相当于双缝，在光屏上的条纹与平面镜平行，由于明暗条纹是由光源的光和平面镜的反射光叠加而成，在平面镜所在平面的上方，并非关于平面镜M上下对称，故A错误；根据双缝干涉的相邻亮条纹之间的距离公式Δx＝L/dλ，类比双缝干涉实验，其中d＝2a，L＝b＋c，所以相邻两条亮条纹之间的距离为Δx＝b＋c/2aλ，故B错误；若将平面镜向右移动一些，不影响光源的像的位置和L的大小，相邻亮条纹间距不变，故C正确；若将平面镜向右移动一些，射到平面镜边缘的两条光线射到屏上的位置向下移动，宽度减小，而条纹间距不变，亮条纹数量减少，故D错误.易错提醒研究干涉现象时的三点注意1.只有相干光才能形成稳定的干涉图样，光的干涉是有条件的.2.单色光形成明暗相间的干涉条纹，白光形成彩色条纹.3.双缝干涉条纹间距：Δx＝ldλ，其中l是双缝到光屏的距离，d是双缝间的距离，λ是入射光波的波长命题点2薄膜干涉2.[2023山东]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）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，条纹向右移动解析由于C的膨胀系数小于G的膨胀系数，所以当温度升高时，G增长的高度大于C增长的高度，则劈形空气层的厚度变大，且同一厚度的空气膜向劈尖移动，则条纹向左移动，A正确，BCD错误.考点2光的衍射和偏振现象1.光的衍射（1）定义：光绕过障碍物偏离直线传播的现象称为光的衍射.（2）产生明显衍射的条件：只有当障碍物或孔的尺寸[18]接近光的波长或比光的波长还要小时能产生明显的衍射.对同样的障碍物，波长越[19]长的光，衍射现象越明显；相对某种波长的光，障碍物越[20]小，衍射现象越明显.任何情况下都可以发生衍射现象，只是明显与不明显的区别.2.光的偏振（1）自然光：包含着在垂直于传播方向上沿[21]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[22]相同.（2）偏振光：在[23]垂直于光的传播方向的平面上，只沿着某个[24]特定的方向振动的光.（3）偏振光的形成：①让自然光通过[25]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[26]折射，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[27]横波.我们经常看到交通信号灯、安全指示灯、雾灯、施工警示灯等都是红色的信号灯，这除了红色光容易引起人们的视觉反应外，还有一个重要原因，这个原因是红光波长较长，比其他可见光更容易发生衍射现象.当阳光照射较厚的云层时，日光射透云层后，会受到云层深处水滴或冰晶的反射，这种反射在穿过云雾表面时，在微小的水滴边缘产生衍射现象.试判断下列现象的成因与上面描述是（√）否（×）相同.（1）雨后的彩虹.（✕）（2）孔雀羽毛在阳光下色彩斑斓.（√）（3）路面上的油膜阳光下呈现彩色.（✕）（4）阳光照射下，树影中呈现一个个小圆形光斑.（✕）命题点1干涉、衍射图样的比较3.[2023天津南开中学校考]关于甲、乙、丙、丁四个实验，以下说法正确的是（D）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，中央条纹会变宽解析甲、乙、丙实验产生的条纹均为干涉条纹，而丁实验是光的衍射条纹，故A错误；甲实验产生的条纹为等距条纹，而乙是牛顿环，空气薄层不均匀变化，则干涉条纹间距不相等，故B错误；根据干涉条纹间距公式Δx＝Ldλ，丙实验中，产生的条纹间距越大，则波长越长，频率越小，故C错误；丁实验中，产生的明暗条纹间距不相等，若减小单缝的宽度，中央条纹会变宽，故D正确易错提醒1.光的干涉与衍射的比较2.图样不同点3.图样相同点干涉、衍射都属于光的叠加，都是波特有的现象，都有明暗相间的条纹。命题点2光的衍射现象的应用4.[2023山东潍坊模拟]关于下列图片所示的现象或相关解释，说法正确的是（D）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，说明光是横波解析甲图中光学镜头上的增透膜利用的是光的干涉现象，选项A错误；乙图为单缝衍射，若仅减弱单色光的强度，其他条件不变，则中央亮纹宽度不变，选项B错误；丙图中的“泊松亮斑”，是小圆板衍射形成的图样，选项C错误；丁图是利用偏振眼镜观看立体电影，说明光是横波，选项D正确.命题点3光的偏振现象的应用5.[2024江苏南通模拟]透过偏振片观察手机屏幕上的字.随着偏振片的转动，画面出现明、暗交替的变化，则（A）A.从手机屏幕出来的光是偏振光，光的振动方向与传播方向垂直B.从手机屏幕出来的光是偏振光，光的振动方向与传播方向平行C.从手机屏幕出来的光是自然光，光的振动方向与传播方向垂直D.从手机屏幕出来的光是自然光，光的振动方向与传播方向平行解析随着偏振片的转动，画面出现明、暗交替的变化，说明从手机屏幕出来的光是偏振光，偏振光的振动方向与传播方向垂直，故A正确，BCD错误.故选A.1.[薄膜干涉/2023北京]阳光下的肥皂膜呈现彩色条纹，这种现象属于光的（C）A.偏振现象 B.衍射现象C.干涉现象 D.全反射现象解析肥皂膜在重力的作用下形成上窄下宽的楔形，光在肥皂膜的前表面和后表面的反射光之间发生干涉，并最终在肥皂膜的表面形成明暗相间的干涉条纹，如图所示.故阳光下的肥皂膜呈现彩色条纹是光的干涉现象，C对，ABD错.2.[双缝干涉实验/2023江苏]用某种单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到的干涉条纹如图甲所示，改变双缝间的距离后，干涉条纹如图乙所示，图中虚线是亮纹中心的位置.则双缝间的距离变为原来的（B）A.13倍 B.12倍 C.2倍 解析光的双缝干涉条纹中，相邻亮(暗)条纹之间的距离为Δx＝Ldλ，式中L为双缝到光屏的距离，d为双缝的间距，λ为光的波长；根据题图可知4Δx甲＝2Δx乙，L与λ相同，则d乙＝12d甲，B对，ACD3.[波与光综合考查/2023辽宁/多选]“球鼻艏”是位于远洋轮船船头水面下方的装置，当轮船以设计的标准速度航行时，球鼻艏推起的波与船首推起的波如图所示，两列波的叠加可以大幅度减小水对轮船的阻力.下列现象的物理原理与之相同的是（BD）A.插入水中的筷子，看起来折断了B.阳光下的肥皂膜，呈现彩色条纹C.驶近站台的火车，汽笛音调变高D.振动音叉的周围，声音忽高忽低解析由图可知，球鼻艏与船首推起的两列波的叠加可以大幅度减小水对轮船的阻力，是由于两列波叠加后使振动减弱，属于波的干涉现象.插入水中的筷子，看起来折断了属于光的折射现象，A错误；阳光下的肥皂膜，呈现彩色条纹属于薄膜干涉，B正确；驶近站台的火车，汽笛音调变高属于多普勒效应，C错误；振动音叉的周围，声音忽高忽低属于声波的干涉现象，D正确.4.[双缝干涉＋单缝衍射/2022山东/多选]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（ACD）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点处一定是暗条纹解析双缝干涉相邻亮(暗)条纹中心间距相等，所以图乙是双缝干涉条纹，但也发生了衍射现象，A正确；遮住一条狭缝，就只能观察到单缝衍射现象，狭缝宽度增大时，衍射现象减弱，图丙中亮条纹宽度减小，B错误；照射两狭缝时，发生双缝干涉，根据Δx＝Lλd可知，当增加L时，图乙中相邻暗条纹中心间的距离增大，C正确；照到双缝的光是由一束光经单缝衍射后形成的，两光的相位相同，根据相干条件可知，｜S2P－S1P｜＝(2n＋1)λ2(n＝0，1，2，…)时，P点一定是暗条纹，D5.[薄膜干涉/2021江苏]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（C） ABCD解析前后表面的反射光在前表面发生干涉，所以在薄膜上出现条纹，由于各种色光的波长不一样，所以在薄膜上出现彩色条纹.由于彩色条纹呈上疏下密分布，则从上到下，肥皂膜厚度增大得越来越快，故C正确，A、B、D错误.1.[2022北京]下列现象能说明光是横波的是（C）A.光的衍射现象 B.光的折射现象C.光的偏振现象 D.光的干涉现象解析光的偏振现象能说明光是横波.故选C.2.在如图所示的双缝干涉实验中，使用波长λ为600nm的橙色光照射，在光屏中心P0点呈现亮条纹.若P0点上方的P点到S1、S2的路程差恰为λ，现改用波长为λ'＝400nm的紫光照射，则（B）A.P0和P都呈现亮条纹B.P0为亮条纹，P为暗条纹C.P0为暗条纹，P为亮条纹D.P0和P都呈现暗条纹解析由题意可知，PS2－PS1＝λ＝32λ'，故当改用紫光照射时，光到P点的路程差为半波长的奇数倍，P为暗条纹，P0仍为亮条纹，B正确3.关于光的衍射现象，下列说法不正确的是（C）A.衍射条纹是光波相互叠加的结果B.光的衍射现象是光在传播过程中偏离直线传播绕过障碍物继续传播的现象C.光的衍射现象完全否定了光沿直线传播的结论D.光的衍射现象为光的波动说提供了有力的证据解析衍射与干涉一样，都是光波叠加产生的，只不过干涉是两个相干光源发出的光进行叠加，而衍射是同一个光源的不同部分发出的光进行叠加，所以A正确；选项B实际上就是衍射现象的概念，显然正确；光的衍射现象并没有否定光沿直线传播，光沿直线传播就是明显衍射条件不能满足时的情况，C错误；衍射是波所特有的现象，而光的衍射现象正好证明光是一种波，D正确.故选C.4.[生产实践/多选]在抽制很细的金属丝的过程中，可以用激光随时监测抽丝的粗细情况.其装置如图甲所示，在抽丝机的细丝出口附近，用一束激光沿与细丝垂直的方向照射细丝，在细丝的另一侧用光屏接收激光.工作人员通过观察光屏上明暗相间亮斑的情况（如图乙所示为沿激光传播方向看到的光屏情况），便可知道抽制出的细丝是否合格.关于这种监测抽丝情况的装置，下列说法正确的是（BD）图甲图乙A.这是利用光的直线传播规律B.这是利用光的衍射现象C.如果屏上条纹变宽，表明细丝变粗了D.如果屏上条纹变宽，表明细丝变细了解析由题意知条纹的形成属于衍射，利用了光的衍射现象，故A错误，B正确；由衍射特点可知，缝或障碍物变窄，条纹宽度变宽，故如果屏上条纹变宽，表明细丝变细了，C错误，D正确.5.物理学知识在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是（A）A.3D电影利用了光的偏振现象B.肥皂膜看起来常常是彩色的，这是光的衍射现象C.测量体温时使用的测温枪探测的是可见光D.手机屏贴有钢化膜，屏幕射出的光线，经过钢化膜后，频率会发生变化解析3D电影利用了光的偏振现象，故A正确；肥皂膜看起来常常是彩色的，这是光的干涉现象，故B错误；测量体温时使用的测温枪探测的是红外线，故C错误；手机屏贴有钢化膜，屏幕射出的光线，经过钢化膜后，频率不会发生变化，故D错误.6.[2023江西抚州联考]随着红外技术在航空、航天领域的应用与发展，通过在红外光学元件表面镀制增透膜来降低其表面反射损失已成为提高整个光学系统性能的研究重点.已知某种增透膜对真空中波长为16μm的红外光的折射率为43，为达到增透效果，元件至少需镀制该膜的厚度为（BA.4μm B.3μm C.8μm D.6μm解析根据光的薄膜干涉规律可知，当光在膜的两个表面反射光的光程差等于半个波长的奇数倍时，两反射光发生相消干涉，膜可以起到增透效果，则有2d＝(2k＋1)λ2(k＝0，1，2，3，…)，当k取0时，膜的厚度最小，为光在膜中波长的14，光在膜中的波长λ'＝λ0n＝12μm，故膜的7.[2023山东实验中学二模]在一块平板玻璃上放置一如图所示的薄透镜，在两者之间形成很薄的空气膜，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（D）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解析依题意知平板玻璃上表面的反射光与薄透镜下表面的反射光叠加形成了干涉图样.设形成的空气膜的截面倾角为θ，相邻亮条纹的间距为d，根据几何关系可知d＝λ2sinθ＝λ2sinθ，由于倾角θ保持不变，则观察到的现象是同心、等间距的明暗相间的圆环状干涉条纹，故A、B、C错误；若薄透镜的高度h不变仅增大