2026版高考物理导与练总复习(人教)（粤）第十四章 第3讲　光的干涉、衍射和偏振

第3讲光的干涉、衍射和偏振科技日报记者2024年9月26日获悉,我国科研团队发布了厚度仅0.55毫米的AR眼镜,这副眼镜应用了“极致轻薄无彩虹纹碳化硅AR衍射光波导”科技成果。关于光的干涉与衍射问题,请思考:(1)光发生干涉和明显衍射的条件是什么?干涉条纹具有什么特点?干涉现象中明暗条纹如何确定?双缝干涉实验中条纹间距大小与什么有关?(2)光的衍射图样和干涉图样有何区别?1.(2024·广东潮州开学考)下列对光学现象的解释正确的是()[A]全息照相利用了光的衍射原理[B]光的色散现象利用了光的衍射原理[C]光在光纤中传播利用了光的全反射原理[D]照相机镜头表面镀有增透膜利用了光的偏振原理2.下列有关光的干涉现象的描述,正确的是()[A]在光的双缝干涉实验中,将入射光由绿光改为紫光,则条纹间距变宽[B]白光经肥皂膜前后表面反射后,反射光发生干涉形成彩色条纹[C]在光的双缝干涉实验中,若缝S1射入的是绿光,S2射入的是紫光,则干涉条纹是彩色的[D]光的干涉现象不能说明光是一种波考点一光的干涉现象如图所示,波长为λ的单色光照射到双缝上。两缝中心的距离为d,两缝S1、S2连线的中垂线与屏的交点为P0,双缝到屏的距离OP0=l,点P1为屏上的另一个亮点。试推导相邻两个亮条纹的中心间距的表达式。1.双缝干涉(1)条纹间距公式。Δx=ldλ,对同一双缝干涉装置,光的波长越长,(2)亮、暗条纹的判断方法。如图所示,两振动步调一致的相干光源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,光在薄膜中的波长为λ,在P1、P2处,Δr=kλ(k=1,2,3,…),薄膜上出现明条纹;在Q处,Δr=(2k+1)λ2(k=0,1,2,3,…),(3)薄膜干涉的应用——检查平面的平整度。如图所示,两板之间形成一楔形空气膜,用单色光从上向下照射,如果被检查平面是平整光滑的,我们会观察到平行且等间距的明暗相间的条纹;若被检查平面不平整,则干涉条纹发生弯曲。[例1]【明暗条纹的判断】如图所示是双缝干涉实验装置,使用波长为400nm的紫色光源照射单缝S,在光屏中央P处观察到亮条纹,在位于P点上方的P1点出现第5条暗条纹。现换用波长为600nm的橙色光源照射单缝,则()[A]P1处为亮条纹,P和P1之间有三条暗条纹[B]P1处为亮条纹,P和P1之间有两条暗条纹[C]P1处为暗条纹,P和P1之间有三条暗条纹[D]P1处为暗条纹,P和P1之间有两条暗条纹[例2]【条纹间距公式的应用】(2024·黑吉辽卷,4)某同学自制双缝干涉实验装置,在纸板上割出一条窄缝,于窄缝中央沿缝方向固定一根拉直的头发丝形成双缝,将该纸板与墙面平行放置,如图所示。用绿色激光照双缝,能在墙面上观察到干涉条纹。下列做法可以使相邻两条亮纹中央间距变小的是()[A]换用更粗的头发丝[B]换用红色激光照双缝[C]增大纸板与墙面的距离[D]减小光源与纸板的距离听课笔记

[例3]【薄膜干涉】(2023·山东卷,5)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,条纹向右移动听课笔记

判断薄膜干涉条纹移动的方法盯住一个条纹,观察该条纹移动的方向。例如,盯住路程差Δr=5λ的条纹(假设这个条纹存在),当路程差发生变化时,这个条纹将朝着路程差依然满足Δr=5λ的位置移动。在空气劈尖薄膜干涉中,当楔角减小时,原干涉条纹所在处相干光的路程差减小了,所以该条纹就向着路程差增加的方向移动,如图,条纹将朝着背离楔角的方向移动。考点二光的衍射和偏振现象1.对光的衍射的理解(1)波长越长,衍射现象越明显。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。(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,光才可以看作是沿直线传播的。2.单缝衍射与双缝干涉的比较项目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,亮度基本相同相同点干涉、衍射都是波特有的现象,属于波的叠加;干涉、衍射都有明暗相间的条纹3.光的干涉和衍射的本质光的干涉和衍射都属于波的叠加,从本质上看,干涉条纹和衍射条纹的形成有相似的原理,都可认为是从单缝通过两列或多列频率相同的光波,在屏上叠加形成的。4.光的偏振(1)自然光与偏振光的比较。类别自然光(非偏振光)偏振光光的来源从普通光源发出的光自然光通过起偏器后的光光的振动方向在垂直于光的传播方向的平面内,光沿任意方向振动,且沿各个方向振动的光的强度相同在垂直于光的传播方向的平面内,光沿特定方向振动(2)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。[例4]【单缝衍射】用一束红色激光照射单缝,光屏上出现的现象如图所示,下列操作可使中央亮条纹变宽的是()[A]增大激光束的宽度 [B]减小单缝的宽度[C]减小屏到单缝的距离 [D]改用绿色激光照射[例5]【单缝衍射与双缝干涉的比较】(2022·山东卷,10)(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()[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[例6]【光的偏振】用图示实验装置演示光的偏振现象,光源白炽灯O发出的光通过两个透振