14.2第十四章光的折射全反射第55课时光的干涉衍射和偏转（原卷版）讲义人教版高三物理一

目录TOC\o"13"\h\z\u第55课时光的干涉、衍射和偏转 1考点一光的干涉 1题型1：双缝干涉明暗条纹的判断 2题型2：双缝干涉条纹间距公式的应用 2题型3：薄膜干涉分析 3考点二光的衍射和偏振 5题型1：光的衍射 7题型2：衍射与干涉比较 8题型3：圆孔衍射与圆板衍射 8题型4：光的偏振 9巩固训练·提升能力 11考点一光的干涉必备知识·回顾梳理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，出现亮条纹；某些区域相互减弱，出现暗条纹，且加强区域和减弱区域相互间隔的现象。(2)条件：①两束光的频率相同；②相位差恒定。2．光的双缝干涉(1)原理如图所示(2)频率相同，步调一致时出现亮、暗条纹的条件①光的路程差r2－r1＝±kλ(k＝0，1，2…)，光屏上出现亮条纹。②光的路程差r2－r1＝±(2k＋1)eq\f(λ,2)(k＝0，1，2…)，光屏上出现暗条纹。(3)相邻两条亮条纹或暗条纹的中心间距公式：Δx＝eq\f(l,d)λ。(4)干涉条纹的特点①单色光：形成明暗相间的条纹，中央为亮条纹，如图3所示。②白光：光屏上出现彩色条纹且中央亮条纹是白色，即发生色散，如图4所示。3．薄膜干涉(1)原理：如图5所示，不同位置的薄膜，厚度不同，因此在膜上不同的位置，来自前后两个面的反射光的路程差不同，叠加后出现明暗相间的条纹。(2)应用①增透膜和增反膜。②利用薄膜干涉的原理对镜面或其他精密的光学平面的平滑度进行检测。(3)图样特点：同一条亮(或暗)条纹对应薄膜的厚度相等。单色光照射薄膜形成明暗相间的条纹，白光照射薄膜时，形成彩色条纹，即薄膜干涉中的色散。例题分析·考点题型题型1：双缝干涉明暗条纹的判断1.（单选）用双缝干涉实验装置得到自然光的干涉条纹后，在光源与单缝之间加上蓝色滤光片，在光屏上形成了清晰的蓝色干涉条纹。现仅将光源与单缝之间的蓝色滤光片换为红色滤光片，下列说法正确的是(

)A.干涉条纹消失 B.干涉条纹间距变大C.中央条纹变成暗条纹 D.彩色条纹中的红色条纹消失题型2：双缝干涉条纹间距公式的应用2.（单选）如图，波长为λ的单色光，照射到间距为d的双缝上，双缝到屏的距离为l(l≫d)，屏上观察到明暗相间的条纹.现将屏向右平移一点到虚线位置，则屏上两相邻亮条纹中心的间距(

)A.变大 B.变小 C.不变 D.不能确定3.（多选）如图，S为单色光源，S发出的光一部分直接照在光屏上，一部分通过平面镜反射到光屏上。从平面镜反射的光相当于S在平面镜中的虚像发出的，由此形成了两个相干光源。设光源S到平面镜和到光屏的距离分别为a和l，a≪l，镜面与光屏垂直，单色光波长为λ。下列说法正确的是(

)A.光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为lB.光屏上相邻两条暗条纹的中心间距为lC.若将整套装置完全浸入折射率为n的蔗糖溶液中此时单色光的波长变为nλD.若将整套装置完全浸入某种透明溶液中，光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为Δx，则该液体的折射率为l题型3：薄膜干涉分析4.（单选）某兴趣小组对劈尖干涉条纹进行研究时将两平板玻璃叠放，在右端夹入一薄片，如图所示。当波长为λ的可见光从玻璃板正上方入射后可观察到明暗相间的条纹，下列说法正确的是(

)A.若将右端薄片向左移动一点，则条纹间距变大B.若将右端薄片向左移动一点，则条纹间距变小C.若换波长更长的可见光入射，则条纹间距变小D.若换波长更长的可见光入射，则条纹间距不变5.（单选）如图所示，把一个上表面水平、下表面是半径很大的球面的凸透镜放在一块平面玻璃板上，凸透镜的上表面与玻璃板平行，让单色光从上方垂直于凸透镜的上表面射入，从上往下看凸透镜，看到的干涉图样应为(

)A. B.C. D.变式训练·举一反三6.（单选）摄影爱好者小明购买了相机后，发现镜头的颜色呈现蓝紫色，经过上网查询，了解到由于人对黄绿光最敏感，故在镜头上涂了一层很薄的氟化镁薄膜。关于薄膜的作用下列说法正确的是(

)A.薄膜将蓝紫光全部吸收 B.薄膜将黄绿光全部反射C.薄膜使黄绿光容易发生干涉 D.薄膜使蓝紫光容易发生偏振7.（多选）某一质检部门利用干涉原理测定矿泉水的折射率。如图所示，单缝S0、屏上的P0点位于双缝S1和S2的中垂线上，当双缝与屏之间的介质为空气或矿泉水时，屏上的干涉条纹间距分别为Δx1与Δx2.，当介质为矿泉水时，屏上P点处是P0上方的第4条亮条纹(不包括PA.Δx2B.该矿泉水的折射率为ΔC.当介质为矿泉水时，来自S1和S2的光传播到PD.仅将S0水平向左移动的过程中，P考点二光的衍射和偏振必备知识·回顾梳理1．光的衍射发生明显衍射的条件：在障碍物的尺寸与光的波长相差不多，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象十分明显。2．几种典型衍射条纹的特点(1)单缝衍射：①单色光的衍射图样中间为宽且亮的单色条纹，两侧是明暗相间的条纹，条纹宽度比中央窄且暗；单色光的波长越长，单缝越窄，中央亮纹越宽。如图7所示。②白光的衍射图样中间为宽且亮的白条纹，两侧是渐窄且暗的彩色条纹，如图8所示，这是光在衍射时的色散。(2)圆孔衍射：如图9所示，中央是大且亮的圆形光斑，周围分布着明暗相间的不等距圆环，且越靠外，亮圆环越窄越暗。(3)圆盘衍射(泊松亮斑)：如图10所示，当光照到不透明的半径很小的小圆盘上时，对于一定的波长，在适当的距离上，圆盘的阴影中心出现亮斑，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环。3．发生明显衍射的条件在障碍物或狭缝的尺寸足够小的时候，衍射现象才会十分明显。在任何情况下都可以发生衍射现象，只是明显与不明显的差别。4．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)光的偏振现象说明光是一种横波。关键能力·规律方法1.单缝衍射与双缝干涉的比较两种现象单缝衍射双缝干涉不同点图样特点条纹宽度条纹宽度不等，中央最宽条纹宽度相等条纹中心间距两相邻亮条纹中心间距不等两相邻亮条纹中心间距相等亮度情况中央条纹最亮，两侧条纹逐渐变暗条纹清晰，亮度基本相等发生条件产生明显衍射的条件：障碍物或孔、缝的尺寸与光的波长差不多或比光的波长更小两束光频率相同、相位差恒定、振动方向相同相同点干涉、衍射都是波特有的现象，波长越长越明显；干涉、衍射都形成明暗相间的条纹2.白光干涉和衍射形成彩色条纹的原因(1)双缝干涉时，根据亮条纹中心位置的公式x＝neq\f(l,d)λ(n＝0，±1，±2，…)，各种单色光的波长不同，在屏上的亮纹位置(间距)就不同，所以各色光亮纹不重合呈现彩色条纹，中央位置对各单色光路程差都为0，所以叠加出白色条纹。(2)单缝衍射时，缝宽一定，光的波长越长，中央亮纹越宽，且各单色光衍射时的其他条纹位置不同，所以白光的单缝衍射中央亮纹叠加出白色，两侧呈彩色。3．干涉与衍射的本质光的干涉条纹和衍射条纹都是光波叠加的结果，从本质上讲，衍射条纹的形成与干涉条纹的形成具有相似的原理。光的干涉是两列光波的叠加，光的单缝衍射是来自单缝不同位置的无限列光波通过缝之后叠加时加强或削弱的结果。4．偏振光的产生方式(1)自然光通过起偏器时产生偏振光。通过两个共轴的偏振片观察自然光，第一个偏振片的作用是把自然光变成偏振光，叫起偏器。第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光，叫检偏器。(2)自然光射到两种介质的界面上时，反射光和折射光都是偏振光。5．对光的衍射的理解(1)衍射是波的特有现象，波长越长，衍射现象越明显。任何情况下都可以发生衍射现象，只有明显与不明显的差别。(2)衍射现象说明“光沿直线传播”只是一种特殊情况，只有在光的波长比障碍物小得多时，光才可以看成是沿直线传播的。6.自然光和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起偏器后的光光的振动方向包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，且沿各个方向振动的光波的强度相同在垂直于光的传播方向的平面上，光的振动沿特定方向7．光的偏振的理论意义及应用(1)理论意义：光的干涉和衍射现象说明了光是波，但不能确定光是横波还是纵波，光的偏振现象说明了光是横波。(2)应用：照相机镜头前装偏振片减弱反射光，放映和观看立体电影，电子表的液晶显示器等。例题分析·考点题型题型1：光的衍射8.（单选）抽制高强度纤维细丝可用激光监控其粗细，如图所示，根据激光束越过细丝后在光屏上产生的条纹变化判断细丝的粗细变化，下列说法正确的是(

)A.运用了光的衍射现象，屏上条纹变宽，说明细丝变细B.运用了光的衍射现象，屏上条纹变宽，说明细丝变粗C.运用了光的干涉现象，屏上条纹变宽，说明细丝变细D.运用了光的干涉现象，屏上条纹变宽，说明细丝变粗题型2：衍射与干涉比较9.（单选）一束单色光在不同条件下会形成很多有趣的图样。下列四幅图分别为光通过圆孔、光照射在不透光圆盘上、光通过双缝、光通过单缝后，在光屏上形成的图样。图样中有一幅形成原理与其他不同，该图样是(

)A. B.C. D.题型3：圆孔衍射与圆板衍射10.（单选）如图，用激光照射直径小于激光束的不透明圆盘，例如小分币，我们可以在光屏上看到的图样为下列图中的(

)11.（单选）用如图1所示装置做圆孔衍射实验，在屏上得到的衍射图样如图2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(

)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，衍射图样完全相同题型4：光的偏振12.（单选）如图所示的甲、乙、丙、丁四幅图均来自物理课本，下列说法正确的是(

)A.图甲为同一装置产生的双缝干涉图像，b光的频率大于a光B.图乙中立体电影原理和照相机镜头表面涂上增透膜的原理一样C.图丙中“水流导光”反映了光的衍射现象D.若只旋转图丁中M或N一个偏振片，光屏P上的光斑亮度不发生变化变式训练·举一反三13.（单选）如图所示，用红色激光对准球状水滴照射，背面放上一副白屏，就可以获得水中微生物的衍射图样，对此，下列说法正确的是(

)A.激光是一种横波，传播时需要介质B.激光进入水滴后波长不会发生变化C.微生物的大小接近激光波长时，衍射现象明显D.换绿色激光照射水滴，一定不能得到微生物的衍射图样14.（多选）某同学利用图甲所示的装置研究光的干涉和衍射，光电传感器可用来测量光屏上光强的分布。某次实验时，在电脑屏幕上得到图乙所示的光强分布。下列说法正确的是(

)A.这位同学在缝屏上安装的是双缝B.这位同学在缝屏上安装的是单缝C.当做双缝干涉现象研究时，若要使干涉条纹的间距变大，应选用双缝间距较小的双缝D.当做双缝干涉现象研究时，若要使干涉条纹的间距变小，应增大缝屏与光屏间的距离15.（单选）有一种魔术道具称为“穿墙而过”.其结构是两片塑料偏振片卷起来，中间两偏振片重叠区域给观众感觉为一块“挡板”，如图甲所示．当圆筒中的小球从B端滚向A端，居然穿过了“挡板”，如图乙所示．则可以实现的是A.两偏振片的透振方向相同B.两偏振片的透振方向相垂直C.两偏振片同时旋转90°“挡板”会消失D.将一片塑料偏振片旋转90°“挡板”依然存在巩固训练·提升能力一、单选题。1.激光雷达是集“激光”“全球定位系统”和“惯性导航系统”三种技术于一身的系统，它是无人驾驶和低空经济快速发展的基石。下列关于激光和雷达等的说法错误的是(

)A.科学家利用激光技术测量月球与地球间的距离，误差精确到厘米级，这里用到了激光平行度好的特性B.在双缝干涉实验中，只将入射光由绿光变为红光，两相邻亮条纹的中心间距会变窄C.激光雷达信号从空气射入折射率为43的液体，速度大小变为原来的D.光纤通信是利用激光在光纤中全反射来实现远距离信号传输的2.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3.制造某型芯片所使用的银灰色硅片覆上一层厚度均匀的无色透明薄膜后，在自然光照射下硅片呈现深紫色。关于此现象，下列说法正确的是A.上述现象与三棱镜分光原理相同 B.光在薄膜的下表面发生了全反射C.薄膜上下表面的反射光发生了干涉 D.薄膜厚度发生变化，硅片总呈现深紫色4.在创新立体节奏游戏《ARCAEA》中，玩家需要根据光棱音符的下落节奏进行触击判定。下列相关物理现象的描述正确的是(

)A.光棱音符的触发频率始终与歌曲节奏的驱动频率相同，触击稳定后其频率严格等于驱动频率B.若光棱音符的下落轨迹为简谐运动，其位移与时间的关系可能不满足正弦函数规律C.游玩时3D效果类似于3D眼镜，3D眼镜和游戏中的触击界面的增透光膜均利用了薄膜干涉原理D.游戏中的搭档通过光轨狭缝观察游戏背景光源时出现的彩色条纹，是光的色散现象5.某兴趣小组利用如图所示装置研究光的波动性，A处为狭缝片，B处为光强传感器，光从A的正上方向下射向B.仅改变一个量，先后在电脑上获得的光强关于位置分布的图像如图中甲、乙所示，下列判断中可能正确的是(

)A.A处为单缝，甲图对应的缝宽小 B.A处为单缝，甲图对应的光源频率高C.A处为双缝，甲图对应的双缝间距大 D.A处为双缝，甲图对应的AB距离大6.正三角形玻璃砖横截面如图，在该截面内有a、b两束单色可见光从空气垂直射入玻璃砖，a、b两束单色光关于正三角形的轴线对称。两束光在边界上反射和折射的情况如图所示，则a、b两束光(

)A.在同种均匀介质中传播，a光的传播速度较大B.以相同的入射角从空气斜射入水中，a光的折射角大C.若a光照射某金属表面能发生光电效应，b光也一定能D.分别通过同一双缝干涉装置，b光的相邻亮条纹间距大7.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8.图为利用标准玻璃板检查工件是否平整的原理图。用波长为λ的光从上向下照射，在被检查平面平整光滑时观察到平行且等间距的亮条纹。下列说法正确的是(

)A.若将薄片向右移动一小段距离，条纹间距将减小B.若将薄片厚度增加，条纹间距将变大C.若向下按压标准样板，条纹仍然等间距D.若把薄片向右平移x0，且薄片厚度为d，则平移