2025版高考物理全程一轮复习第十五章光第2讲光的波动性学案

第2讲光的波动性课程标准素养目标1.观察光的干涉、衍射和偏振，了解产生的条件，知道其应用．2.知道光是横波，会用双缝干涉实验测量光的波长．3.了解激光的特性．物理观念：知道光的干涉、衍射和偏振．科学思维：能分析并解释与光的干涉、衍射和偏振相关的光的波动性问题．考点一光的干涉【必备知识·自主落实】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________的现象．2．条件(1)两束光的频率________；(2)相位差________．3．双缝干涉(1)图样特点①单色光照射时形成________相间的等间距的干涉条纹；②白光照射时，中央为________条纹，其余为________条纹．(2)条纹间距(Δx)或相邻两条暗条纹①意义：相邻两条亮条纹中心之间的距离．②公式：Δx＝________．注意各物理量的意义：λ为照射光的波长、d为双缝间距、l为屏到双缝间距离．4．薄膜干涉：利用薄膜________反射的光相遇而形成的．图样中同一条亮(或暗)条纹上所对应薄膜厚度________．如肥皂液薄膜【关键能力·思维进阶】1．双缝干涉(1)条纹间距公式：Δx＝ldλ(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＝kλ(k＝0，1，2…)时，光屏上P′处出现亮条纹．当Δr＝(2k＋1)λ2(k＝0，1，2…)时，光屏上P2．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，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)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，光在薄膜中的波长均为λ．在P1、P2处，Δr＝nλ(n＝1，2，3…)，薄膜上出现亮条纹．在Q处，Δr＝(2n＋1)λ2(n例1如图甲为双缝干涉实验装置示意图，如图乙为用该装置实验时得到的a、b两种单色光的干涉条纹．下列说法正确的是()A．a光的波长比b光的波长短B．a光的频率比b光的频率高C．已知P点到双缝的距离差为1.5μm，若用波长为1.0μm的光进行实验，则P点处为亮条纹D．已知P点到双缝的距离差为1.5μm，若用波长为0.5μm的光进行实验，则P点处为亮条纹例2[2023·山东卷]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，条纹向右移动考点二光的衍射和偏振现象【必备知识·自主落实】1．光的衍射(1)明显衍射的条件：只有当障碍物的尺寸与光的波长________，甚至比光的波长________的时候，衍射现象才会明显．(2)三类常见衍射现象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________的方向振动的光．【关键能力·思维进阶】1．[2024·南京六校联合体调研]关于以下四幅图的描述，说法正确的是()A．图甲为一定波长的光照射到不透明圆盘上，在圆盘后得到的衍射图样B．图乙为双缝干涉示意图，双缝间距越大，则相邻亮条纹间距越大C．图丙为光导纤维工作原理示意图，内芯的折射率比外套的折射率小D．图丁为自然光照射两个竖直放置的偏振片，若只旋转其中一个偏振片，光屏上的亮度不变2．[2024·浙江绍兴模拟]自然界中有一种叫做大蓝闪蝶的蝴蝶，整个翅膀呈现出大面积鲜艳的蓝色，如图甲所示．如果我们放大翅膀上的鳞片，会看到一些小山脊形状．继续放大这些山脊，我们会看到它的形状像“树枝”状结构，而“树枝”的排列使它的翅膀呈现蓝色．其原因为：当光线进入该结构时，一部分光会在“树枝”的上表面发生反射，另一部分光会进入下表面并发生反射，如图乙所示，在这两束反射光的作用下大蓝闪蝶翅膀呈现蓝色，这主要是由于阳光在该结构中发生了以下哪个现象()A．干涉B.折射C.反射D.衍射3．2023年9月23日至2023年10月8日在浙江杭州举行第19届亚运会，地处亚运村西南侧且相距约36公里的富阳区水上运动中心为亚运会赛艇、皮划艇(含静水、激流回旋)项目比赛场地及训练场地，同时通过布设不同的灯光、投影、水幕等，打造集大型水景秀、灯光秀、裸眼3D光影秀等场景为一体的夜游光影版《富春山居图》，呈现“五十里春江花月夜”盛景，夜游水上运动中心是游客一个不错的选择．下列有关光的现象说法正确的是()A．将蓝光与红光调到亮度一样时，在叠加区域可能发生干涉现象B．蓝光和红光在水中的传播速度不同，蓝光速度更大一些C．蓝光与红光以同一入射角斜射入水中，红光偏离原来方向的夹角更大D．电影院观看3D电影时，观众戴的眼镜就是一对透振方向互相垂直的偏振片思维提升1.光的干涉和衍射的本质干涉和衍射现象的本质都是波的叠加，干涉现象是有限几束光的叠加，而衍射现象是无穷多次波的叠加．干涉和衍射现象是同时存在的、是本质的统一，但形成条件不同．2．自然光与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偏振片后的光光的振动方向在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿任意方向，且沿各个方向光振动的强度相同在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿特定方向考点三几何光学与物理光学的综合例3[2024·辽宁丹东统考]如图甲所示，我国航天员王亚平在天宫课堂上演示了微重力环境下的神奇现象．液体呈球状，往其中央注入空气，可以在液体球内部形成一个同心球形气泡，如图乙所示．假设此液体球其内外半径之比为1∶3，当由a、b、c三种颜色的光组成的细光束在过球心的平面内，从A点以i＝45°的入射角射入球中，其中b光的折射光线刚好与液体球内壁相切，则下列说法正确的是()A．该液体材料对a光的折射率小于对c光的折射率B．若继续增大入射角i，b光可能因发生全反射而无法射出液体球C．该液体材料对b光的折射率为3D．c光在液体球中的传播速度最小例4[2024·广东深圳高三模拟]某实验小组用完全相同的双缝干涉实验装置进行实验，仅换用频率不同的单色光a、b得到的干涉图样分别如图甲、乙所示，下列说法中正确的是()A．a光子的能量大于b光子的能量B．b光更容易发生明显的衍射现象C．单色光a在水中的传播速度比b光快D．从同一种介质射入空气发生全反射时，a光的临界角小于b光的临界角例5(多选)[2023·湖南张家界模拟考]日晕是一种常见的大气光学现象，如图甲所示．太阳光线经卷层云中同一冰晶的两次折射，分散成单色光，形成日晕．冰晶截面可看作正六边形．如图乙所示为一束紫光在冰晶上的折射光路，θ1为冰晶上的入射角，θ2为经过第一个界面的折射角，θ3为光线离开冰晶的折射角，θ4为出射光相对入射光的偏转角．下列说法中正确的是()A．在冰晶内红光的传播速度比紫光的小B．若θ1＝θ3＝60°，则冰晶对紫光的折射率为3C．保持入射角不变，将紫光改为红光，偏转角将增大D．若红光和紫光均能使同一金属发生光电效应，紫光照射产生的光电子的最大初动能大第2讲光的波动性考点一必备知识·自主落实1．亮暗间隔2．(1)相同(2)恒定3．(1)①明暗②白色亮彩色(2)②ld4．前后表面相同关键能力·思维进阶例1解析：由Δx＝ldλ可知a光的干涉条纹间距大，所以a光的波长为1.0μm，则由Δs＝nλ，可得n＝1.5，P处为暗条纹，选项C错误；光的波长为0.5μm，则由Δs＝nλ，可得n＝3，P处为亮条纹，选项D正确．故选D.答案：D例2解析：由题知，C的膨胀系数小于G的膨胀系数，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，且同一厚度的空气层向劈尖移动，则条纹向左移动．故选A.答案：A考点二必备知识·自主落实1．(1)相差不多还小2．(1)一切方向(2)特定关键能力·思维进阶1．解析：图甲为一定波长的光照射到不透明圆盘上，在圆盘后得到的衍射图样，称为泊松亮斑，选项A正确；图乙为双缝干涉示意图，根据Δx＝ld可知，双缝间距越大，则相邻亮条纹间距越小，选项B错误；光导纤维的工作原理是利用光的全反射，内芯的折射率比外套的折射率大，选项C错误；图丁为自然光照射两个竖直放置的偏振片，若只旋转其中一个偏振片，偏振方向不平行，此时光屏上的亮度有变化，选项D错误．答案：A2．解析：当光线进入该结构时，一部分光会在“树枝”的上表面发生反射，另一部分光会进入下表面并发生反射，两束光频率相同，相位差恒定，振动方向相同，两束光发生干涉，大蓝闪蝶翅膀呈现蓝色．故选A.答案：A3．解析：由于蓝光与红光频率不同，所以将蓝光与红光调到亮度一样时，在叠加区域不可能发生干涉现象，A错误；由于蓝光和红光在水中的折射率不同，所以传播速度不同，蓝光速度更小一些，B错误；蓝光与红光以同一入射角斜射入水中，由于蓝光在水中的折射率大于红光，所以蓝光偏离原来方向的夹角更大，C错误；电影院观看3D电影时，观众戴的眼镜就是一对透振方向互相垂直的偏振片，D正确．答案：D考点三关键能力·思维进阶例3解析：由图乙可知，a光在液体材料中的折射角比c光的小，由折射率n＝sinisinr，可知该液体材料对a若继续增大入射角i，b光的折射角增大，光线远离同心球形气泡，光线从液体材料射出时的入射角与射入液体材料时的折射角大小相等，根据光的可逆性可知不会发生全反射，故B错误；由图乙可得，b光在液体材料中的折射角sinβ＝1由折射率n＝sinisinβ，可得该液体材料对b光的折射率为n＝sin由图乙可知，a、b、c三种颜色的光的入射角相同，c光的折射角最大，由折射率公式n＝sinisinr，可知c光的折射率最小；由n＝c答案：C例4解析：根据Δx＝ldλ知，在屏幕上相邻的两条亮纹间距越大，则光的波长较长，则a光波长较大，由c＝λν知频率越低，a光子的能量hνa光波长大于b光波长，则a光比b光更容易发生明显的衍射现象，故B错误；a光的波长长，则频率小，故折射率小，根据v＝cn知a从同一种介质射入空气发生全反射时，临界角sinC＝1n，可知a光的临界角大于b答案：C例5解析：由于红光的折射率小于紫光的折射率，根据v＝c可知在冰