高考物理一轮复习 考点精讲 第30讲　光的干涉、衍射和偏振（原卷版）

第30讲光的干涉、衍射和偏振目录考点一光的双缝干涉现象 1考点二薄膜干涉现象 1考点三光的干涉和衍射的比较 4考点四光的偏振现象 6练出高分 9考点一光的双缝干涉现象1．产生条件两列光的频率相同，振动方向相同，且具有恒定的相位差，才能产生稳定的干涉图样．2．杨氏双缝干涉(1)原理图如图1所示图1(2)亮、暗条纹的条件．①单色光：形成明暗相间的条纹，中央为亮条纹．a．光的路程差Δr＝r2－r1＝kλ(k＝0,1,2…)，光屏上出现亮条纹．b．光的路程差Δr＝r2－r1＝(2k＋1)eq\f(λ,2)(k＝0,1,2…)，光屏上出现暗条纹．②白光：光屏上出现彩色条纹，且中央亮条纹是白色(填写颜色)．③条纹间距公式：Δx＝eq\f(l,d)λ.（2022•徐汇区三模）如图是单色光的“杨氏双缝干涉实验”，若要使干涉条纹变宽，可以（）A．增大单缝到双缝之间的距离 B．减小单缝到双缝之间的距离 C．增大双缝到屏幕之间的距离 D．减小双缝到屏幕之间的距离（2022•天津二模）如图是a、b两光分别经过同一双缝干涉装置后在屏上形成的干涉图样，则（）A．从同种介质射入真空发生全反射时，a光临界角大 B．照射在同一金属板上发生光电效应时，a光的饱和电流一定大 C．在同种均匀介质中，a光的传播速度比b光的大 D．若两光均由氢原子能级跃迁产生，产生a光的能级能量差大（2022•江苏模拟）某小组用图甲装置进行双缝干涉实验，调节完毕后，在屏上观察到如图乙所示的竖直条纹。下列说法正确的是（）A．装置中的双缝沿水平方向放置 B．仅向右移动单缝，使之靠近双缝，干涉条纹间距将变大 C．仅更换双缝间距更小的双缝，干涉条纹间距将变大 D．仅将红色滤光片换为绿色滤光片，干涉条纹间距将变大水中的点光源S沿各个方向射出a、b两种单色光，其中沿SO方向射到水面上的光路如图所示。则下列说法正确的是（）A．水中的反射光是b单色光 B．a、b光在水中的传播速度关系为va＜vb C．用同一双缝干涉装置进行实验可看到a光产生的干涉条纹间距比b光产生的干涉条纹间距小D．若a、b两单色光的折射率为na、nb，则在水面上有a、b光射出的面积之比为（nb2﹣1）：（na2﹣1）（多选）（2023•和平区校级模拟）如图所示是1834年爱尔兰物理学家劳埃德观察到光的干涉现象的原理图。线光源S发出波长为600nm的光有一部分直接射到足够大的屏D上，另一部分经镜面M反射到屏D上，对镜面的入射角接近90°，这两部分光重叠产生干涉，在屏D上出现明暗相间的干涉条纹，这称之为劳埃德镜干涉，劳埃德镜干涉的条纹间距与波长的关系与杨氏双缝干涉相同，则（）A．若改为紫光照射，条纹间距会增大 B．相邻的两条明条纹间距约为5.7×10﹣4m C．屏D上出现干涉亮条纹的条数约为13条 D．屏D上出现干涉条纹的区域长度约为6.3×10﹣3m考点二薄膜干涉现象1．薄膜干涉现象如图所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形．2．薄膜干涉原理分析(1)相干光：光照射到透明薄膜上，从薄膜的两个表面反射的两列光波．(2)图样特点：同双缝干涉，同一条亮(或暗)条纹对应的薄膜的厚度相等．单色光照射薄膜时形成明暗相间的条纹，白光照射薄膜时形成彩色条纹．3．薄膜干涉的应用干涉法检查平面的平整程度如图所示，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．（多选）（2023•市中区校级一模）光的干涉现象在工业技术中有重要应用，例如检查平面的平整程度。如图甲所示，把一透明板压在另一透明板上，一端用薄片垫起，构成空气劈尖，让红光和蓝光分别从上方射入，得到明暗相间的条纹如图乙所示。下列说法正确的是（）A．a图是红光，b图是蓝光 B．将两种颜色的光分别通过狭窄的单缝，也能得到如图所示的条纹 C．条纹间距之比等于波长之比 D．若将薄片的厚度增加，则条纹间距减小（2023•泰安一模）利用薄膜干涉可以测量圆柱形金属丝的直径。已知待测金属丝与标准圆柱形金属丝的直径相差很小（约为微米量级），实验装置如图甲所示，T1和T2是具有标准平面的玻璃平晶，A0为标准金属丝，直径为D0；A为待测金属丝，直径为D；两者中心间距为L。实验中用波长为λ的单色光垂直照射平晶表面，观察到的干涉条纹如图乙所示，测得相邻明条纹的间距为ΔL。则以下说法正确的是（）A．|D−D0|=C．|D−D（多选）（2023•浙江模拟）如图所示，把一矩形均匀薄玻璃板ABCD压在另一个矩形平行玻璃板上，BC一侧用薄片垫起，将红单色光从上方射入，这时可以看到明暗相间的条纹，下列关于这些条纹的说法中正确的是（）A．条纹与AD边平行 B．看到的条纹是由薄玻璃板ABCD的上下两个界面的反射光叠加而成的 C．如果用手用力捏右侧三层，会发现条纹保持间距不变，整体向AD侧移动 D．看到的条纹越多，说明薄片的厚度越厚（2022•红桥区校级二模）光的干涉现象在技术中有许多应用。如图甲所示是利用光的干涉检查某精密光学平面的平整度，下列说法正确的是（）A．图甲中上板是待检查的光学元件，下板是标准样板 B．若换用波长更短的单色光，其它条件不变，则图乙中的干涉条纹变密 C．若出现图丙中弯曲的干涉条纹，说明被检查的平面在此处有向上的凸起 D．用单色光垂直照射图丁中的牛顿环，可以得到间距相等的明暗相间的同心圆环考点三光的干涉和衍射的比较1．衍射与干涉的比较两种现象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，亮度基本相等相同点干涉、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注意1.白光发生光的干涉、衍射和光的色散都可出现彩色条纹，但光学本质不同．2．区分干涉和衍射，关键是理解其本质，实际应用中可从条纹宽度、条纹间距、亮度等方面加以区分．2．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．在衍射现象中，可以认为从单缝通过两列或多列频率相同的光波，它们在屏上叠加形成单缝衍射条纹．（2022•西青区校级模拟）下列说法中正确的是（）A．图甲是一束复色光进入水珠后传播的示意图，其中a束光在水珠中传播的速度一定小于b束光在水珠中传播的速度 B．图乙是一束单色光进入平行玻璃砖后传播的示意图，当入射角i逐渐增大到某一值后不会再有光线从bb′面射出 C．图丙是双缝干涉示意图，若只减小屏到挡板间的距离L，两相邻亮条纹间距离将减小 D．图丁是检测工件表面平整程度时得到的图样，利用了光的衍射原理（2023•静安区二模）单色光分别入射到直径为dA和dB的圆孔，形成如图所示的图A和图B，由图可知（）A．A图是衍射图像，dA＜dB B．A图是干涉图像，dA＞dB C．B图是衍射图像，dA＜dB D．B图是干涉图像，dA＞dB（2023•奉贤区二模）一束激光照在很小的圆盘上，在屏上观察到如图所示的图样，在阴影中心有一个亮斑，这就是著名的“泊松亮斑”。下列说法正确的是（）A．圆盘中心有个小孔，这是光的衍射现象 B．圆盘中心有个小孔，这是光的干涉现象 C．圆盘中心是不透光的，这是光的衍射现象 D．圆盘中心是不透光的，这是光的干涉现象某同学用下图实验装置观察光现象：平面镜水平放置，单色线光源S垂直于纸面放置，S发出的光有一部分直接入射到竖直放置的光屏上，一部分通过平面镜反射后再到光屏上，则（）A．光现象为干涉现象，光屏上的条纹与平面镜垂直 B．光现象为衍射现象，光屏上的条纹与平面镜平行 C．将光屏沿水平方向远离平面镜，相邻条纹间距增大 D．将光源沿竖直方向靠近平面镜，相邻条纹间距减小（多选）（2022•绍兴二模）如图所示，一束宽度为d的平行光沿水平方向传播，经过不透光的挡板后照射到竖直墙面上，过挡板上边缘的水平延长线与竖直墙面相交于O点，下列说法正确的是（）A．由于光的衍射，可能会进入到O点下方的墙上 B．光只会沿直线前进，一定不会进入到O点下方的墙上 C．光的波长越长，光线进入到O点下方墙上的区域越大 D．光的能量越大，光线进入到O点下方墙上的区域越大（2023•南京二模）国产新能源汽车安装了“防撞预警安全系统”。如图所示，其配备的雷达会发射毫米级电磁波（毫米波），并对前车反射的毫米波进行处理。下列说法正确的是（）A．毫米波是由于原子核受到激发而产生 B．毫米波由空气进入水时传播速度会变小 C．毫米波遇到前车时会发生明显衍射现象 D．毫米波不能发生偏振现象考点四光的偏振现象1．偏振：光波只沿某一特定的方向的振动．2．自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，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，这种光叫做自然光．3．偏振光：在垂直于传播方向的平面上，只沿某个特定方向振动的光．光的偏振证明光是横波．自然光通过偏振片后，就得到了偏振光．4．偏振光的理论意义及应用(1)理论意义：光的干涉和衍射现象充分说明了光是波，但不能确定光波是横波还是纵波．光的偏振现象说明了光波是横波．(2)应用：照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等．（2021•海淀区模拟）关于自然光和偏振光，以下说法正确的是（）A．自然光包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，但是沿各个方向振动的光波的强度可以不同 B．自然光透过一个偏振片后就成为偏振光，偏振光经过一个偏振片后又还原为自然光 C．垂直于传播方向上，只沿着某一特定方向振动的光是偏振光 D．太阳、电灯等普通光源发出的光都是偏振光（2020•浙江模拟）偏振光通过不加电压的液晶时，光的偏振方向会被液晶旋转，这种性质叫液晶的旋光性。用人工方法也可以产生旋光效应，其中最重要的是磁致旋光效应。当偏振光沿着（或逆着）磁场方向透过样品时，偏振方向会旋转一个角度α。实验表明，磁致旋光效应有如下规律：①对于给定的介质，偏振方向转过的角度α与样品的长度l和磁感应强度B的乘积成正比，即：α＝klB，k为比例系数；②偏振光沿着磁场方向通过样品，逆着光的传播方向看，偏振方向顺时针转过一个角度；逆着磁场方向通过样品，逆着光的传播方向看，偏振方向逆时针转过一个角度。利用磁致旋光的这一特点可以制成光隔离器，即只允许光从一个方向通过而不能从反方向通过。现使一束激光（偏振光）通过一偏振片（偏振方向与透振方向平行），沿着磁场方向通过某一样品后垂直射到一玻璃砖，会有部分光反射，如图所示，为了消除反射光对前面装置的影响，那么所加磁场至少多大。已知该种样品的k＝15°/（cmT），样品的长度l为3cm，玻璃砖反射不改变偏振方向（）A．0.5T B．1T C．1.5T D．2T练出高分一．选择题（共12小题）1．立体电影（3D电影），观看3D电影时，需要戴上一种偏光3D眼镜，此时能给人一种立体感。下列说法中正确的是（）A．不戴3D眼镜，看到的电影画面也很清晰，只是没有立体感 B．用3D眼镜观看3D电影应用了光的偏振现象 C．观看3D电影所用的3D眼镜与普通眼镜的功能是一样的 D．戴上3D眼镜观看3D电影时，左右两眼看到的画面是一模一样的2．对于以下的光学现象说法中正确的是（）A．图甲是双缝干涉示意图，若只增大两个狭缝S1、S2间的距离d，相邻亮条纹间距离Δx将增大 B．图乙是单色光单缝衍射实验现象，若在狭缝宽度相同情况下，上图对应光的波长较短 C．图丙是用干涉法检测工件表面平整程度时得到的干涉图样，弯曲的干涉条纹说明被检测的平面在此处是凸起的 D．图丁中的P、Q是偏振片，当P固定不动，缓慢转动Q时，光屏上的光亮度将一明一暗交替变化，此现象表明光波是纵波3．随着科技的发展，夜视技术越来越成熟，一切物体都可以产生红外线，即使在漆黑的夜里，“红外监控”、“红外摄影”也能将目标观察得清清楚楚。为了使图像清晰，通常在红外摄像头的镜头表面镀一层膜，下列说法正确的是（）A．镀膜使图像清晰的原理是利用了光的偏振 B．镀膜的目的是尽可能让入射的红外线反射 C．镀膜的厚度应该是红外线在薄膜中波长的四分之一 D．镀膜的镜头看起来是有颜色的，是因为增透了这种光的缘故4．在水槽里放两块挡板，中间留一个狭缝，观察水波通过狭缝后的传播情况，图（一）是保持水波的波长不变，改变狭缝的宽度，观察水波的传播情况变化；图（二）是实验时拍摄波长不同的水波通过宽度一定的狭缝的照片，在甲、乙、丙三幅照片中，波长分别是狭缝宽度的710、510、A．只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸比波长大，才能观察到明显的衍射现象 B．只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多或比波长更小，才能观察到明显的衍射现象 C．图（二）丙图可以得出，波长比狭缝小太多就不会发生衍射现象 D．图（一）甲可以看出，狭缝宽度再增加就不会发生衍射现象5．2022年9月10日是农历八月十五日的中秋望月，各地月出时刻约为18点10～20分，所以傍晚升起的月亮可以说是最圆的月亮，关于光现象及其应用，下列说法正确的是（）A．海市蜃楼是由于光在不均匀介质中发生光的折射造成的 B．光的衍射现象说明光具有粒子性，全息照相主要是利用了光的衍射现象 C．无影灯是应用光的衍射现象，分光镜是利用光的全反射原理 D．红黄绿交通信号灯中，红光波长最短，最不易发生明显衍射6．如图甲所示，每年夏季我国多地会出现日晕现象，日晕是太阳光通过卷层云时，发生折射或反射形成的。一束太阳光射到截面为六角形的冰晶上发生折射，其光路图如图乙所示，a、b为其折射出的光线中两种单色光，下列说法正确的是（）A．在冰晶中，b光的传播速度较大 B．从同种玻璃中射入空气发生全反射时，a光的临界角较大 C．通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹间距较小 D．用同一装置做单缝衍射实验，b光的中央亮条纹更宽7．如图甲所示，用单色光照射透明标准板来检查平面N的上表面的平滑情况，观察到现象如图乙所示的条纹中的A和B的情况，这说明（）A．N的上表面A处向上凸起 B．M的上表面B处向上凸起 C．N的上表面A处向下凹陷 D．N的上表面B处向下凹陷8．如图所示是研究光的双缝干涉的示意图，S1和S2为挡板上的两条狭缝，O为S1、S2连线中垂线与光屏的交点，当频率为5.0×1014Hz的单色光垂直射向挡板时，光屏上P处是O上方的第2条暗条纹的中心。已知真空中光速c＝3×108m/s，则S1、S2到P点的距离之差为（）A．3×10﹣7m B．6×10﹣7m C．9×10﹣7m D．1.2×10﹣6m9．煤矿中瓦斯爆炸危害极大．某同学查资料得知含有瓦斯的气体的折射率大于干净空气的折射率，于是，他设计了一种利用光的干涉监测矿井瓦斯浓度的仪器，原理如图所示．在双缝前面放置两个完全相同的透明容器A、B，容器A与干净的空气相通，在容器B中通入矿井中的气体，观察屏上的干涉条纹，就