第47讲 光的干涉、衍射和偏振（复习讲义）（福建专用）（教师版）

第47讲光的干涉、衍射和偏振目录TOC\o"1-4"\h\z\u01考情解码·命题预警 102体系构建·思维可视 303核心突破·靶向攻坚 4考点一光的干涉 4知识点1光的干涉及条件 4知识点2双缝干涉 4知识点3薄膜干涉的理解和应用 4考向1双缝干涉的理解 5考向2薄膜干涉的理解 7考点二光的衍射、偏振现象 9知识点1光的衍射 9知识点2光的偏振 9考向1光的衍射 10考向2光的偏振 1104真题溯源·考向感知 14

考点要求考频2025年2024年2023年光的干涉、衍射和偏振理解低频\\\考情分析：1.命题形式：单选题非选择题2.命题分析：各地高考对光的干涉、衍射的考查较为频繁，特别是光的干涉问题是考查的热点，大多以选择题中出现，题目难度较为基础。福建近三年没有相关题型出现。3.备考建议：本讲内容备考时候，注意对干涉、衍射和偏振等概念的理解和易混概念的区别，理解和掌握光的干涉、衍射和偏振现象。4.命题情境：①生活实践类：肥皂泡/油膜上的彩色条纹，光盘/DVD表面的彩色，透过手指缝/纱巾看灯光的衍射条纹等；②学习探究类：增透膜/增反膜，衍射光栅光谱仪，液晶显示（LCD）中的偏振片等5.常用方法：公式法复习目标：1.知道双缝干涉和薄膜干涉，知道形成明暗条纹的条件。2.知道光的衍射、偏振现象。考点一光的干涉知识点1光的干涉及条件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。知识点2双缝干涉(1)图样特点①单色光照射时形成明暗相间的等间距的干涉条纹；②白光照射时，中央为白色亮条纹，其余为彩色条纹。(2)条纹间距(Δx)①意义：相邻两条亮条纹(或暗条纹)中心之间的距离。②公式：Δx＝eq\f(l,d)λ。注意各量的意义：λ为照射光的波长、d为双缝间距、l为屏到双缝间距离。知识点3薄膜干涉的理解和应用(1)形成：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)亮、暗条纹的判断①在P1、P2处，两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr等于波长的整数倍，即Δr＝nλ(n＝1,2,3，…)，薄膜上出现亮条纹。②在Q处，两列反射回来的光波的路程差Δr等于半波长的奇数倍，即Δr＝(2n＋1)eq\f(λ,2)(n＝0,1,2,3，…)，薄膜上出现暗条纹。(3)应用：干涉法检查平面如图所示，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。考向1双缝干涉的理解例1（2024·福建福州·模拟预测）如图所示，双缝、的间距，双缝到光屏的距离。光源S到、的距离相等，光屏上的P点到、的距离之差。现用某单色光在空气中做双缝干涉实验，测得两条相邻亮条纹的中心间距。已知光在空气中的传播速度。则该单色光的波长为m，频率为Hz；P处是（选填“亮”或“暗”）条纹。【答案】暗【详解】[1]根据双缝干涉实验相邻两条亮条纹间距公式代入可得[2]根据波长与频率公式可知代入数据得。[3]P点到、的距离之差，由此可知所以P点为暗条纹。思维建模双缝干涉中亮、暗条纹的判断方法(1)如图所示，光源S1、S2发出的光到屏上某点的路程差r2－r1＝kλ(k＝0,1,2，…)时，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，…)时，光屏上出现暗条纹。【变式训练1·变载体】（2025·福建宁德·三模）如图，在研究Low−e玻璃（低辐射玻璃）光学性能实验中，一束复色光以45°角入射玻璃表面，经Low−e玻璃折射后射出两条平行光a、b，下列说法中正确的是（）A．a光的折射率大于b光B．a光在玻璃中的传播速度大于b光C．a、b两束单色光通过同一单缝，a光的衍射现象更明显D．a、b两束单色光通过同一双缝干涉时，b光产生的干涉条纹间距较大【答案】AD【详解】A．根据相同入射角时，a光折射角较小，可知a光的折射率大于b光，选项A正确；B．根据可知，a光在玻璃中的传播速度小于b光，选项B错误；C．b光折射率较小，则频率较小，波长较大，则a、b两束单色光通过同一单缝，b光的衍射现象更明显，选项C错误；D．根据因b光波长较大，可知a、b两束单色光通过同一双缝干涉时，b光产生的干涉条纹间距较大，选项D正确。故选AD。考向2薄膜干涉的理解例2（2024·福建莆田·三模）竖直铁丝环中的肥皂液膜由于受重力作用，呈上薄下厚的楔形，如图甲所示。当白光照射肥皂液膜时，会出现水平彩色条纹，如图乙。以下说法正确的是（）A．观察者是透过肥皂液膜对着光源观察B．若将铁丝环在竖直面内缓慢转过90°，会出现竖直彩色条纹C．不同颜色的光在液膜的不同位置产生明条纹，这些明条纹相互交错，出现彩色条纹D．若分别用黄光和紫光照射同一液膜，黄光相邻明条纹的间距更大【答案】CD【详解】A．薄膜干涉是薄膜前后两个面的反射光叠加产生的，肥皂液膜上形成相互平行的横条纹，应该从入射光的同侧观察，即从肥皂液膜左侧观察干涉图样，故A错误；B．肥皂液膜干涉是等厚干涉，同一干涉条纹对应的肥皂液膜厚度相同，若将铁丝环在竖直面内缓慢转过90°，仍会出现水平彩色条纹，故B错误；C．任意两相邻亮条纹处对应的薄膜厚度之差是，不同颜色的光在液膜的不同位置产生明条纹，这些明条纹相互交错，出现彩色条纹，故C正确；D．若分别用黄光和紫光照射同一液膜，黄光波长较长，则黄光相邻明条纹的间距更大，故D正确。故选CD。【变式训练1·变考法】（2024·福建泉州·二模）如图甲所示装置可以用来检查精密光学平面的平整程度。当单色光a垂直入射后，从上往下看到的条纹如图乙所示；当单色光b垂直入射后，从上往下看到的条纹如图丙所示。由此可知该检测方法是利用光的（选填“干涉”或“衍射”）原理，a光的波长（选填“大于”或“小于”）b光的波长；若抽去一张纸片，观察到的条纹将变（选填“疏”或“密”）。【答案】干涉大于疏【详解】[1]光线在空气膜的上、下表面发生反射，并发生干涉。从而形成干涉条纹；[2][3]设空气膜顶角为，、处为两相邻亮条纹，如图所示：则此两处的光程分别为，因为当光程差(n=0，1.2，3……)时表现为亮条纹，所以有则设此两相邻亮纹中心的距离为，则由几何关系得即a光的条纹间距较宽，则a光的波长大于b光的波长；当抽去一张纸片减小，增大，即干涉条纹将会变疏。【变式训练2·变考法】（2025·福建厦门·三模）附有肥皂液膜的铁丝圈竖直放置，从上到下液膜厚度增加得越来越快，如图所示为液膜侧视图，用某单色光从左侧照射液膜，在左侧观察到明暗相间的干涉条纹，则干涉条纹的分布是（选填“上疏下密”“上密下疏”或“上下均匀”），已知该单色光在液膜中的波长为，则相邻两亮条纹处对应的液膜厚度之差是（用表示）。【答案】上疏下密【详解】[1]由题意可知，液膜自上而下厚度增长速度越来越快，因此对应相邻干涉级数所需的厚度增量在下部会在更短的垂直距离内实现，故观察到的干涉条纹呈“上疏下密”的分布。[2]在反射光的干涉条件下（考虑到上表面反射有π相位变化，下表面无相位变化），相邻亮纹满足λ的相邻m值变化一次，则厚度d每改变就会出现相邻两条亮纹。因此相邻两亮纹对应的厚度差为。考点二光的衍射、偏振现象知识点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相差不多，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象才会明显。2．三类常见衍射现象3.单缝衍射和圆孔衍射图样的比较单缝衍射圆孔衍射单色光中央为亮且宽的条纹，两侧为明暗相间的条纹，且越靠近两侧，亮条纹的亮度越弱，宽度越小①中央是大且亮的圆形亮斑，周围分布着明暗相间的同心圆环，且越靠外，圆形亮条纹的亮度越弱，宽度越小②亮环或暗环间的距离随圆孔半径的增加而减小白光中央为亮且宽的白色条纹，两侧为亮度逐渐变暗、宽度逐渐变窄的彩色条纹，其中最靠近中央的色光是紫光、离中央最远的是红光中央是大且亮的白色亮斑，周围是不等间距的彩色的同心圆环特别提醒特别提醒对光的衍射的理解(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。知识点2光的偏振1.偏振：光波只沿某一特定的方向振动。2．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。3．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。4.偏振光的应用：应用于照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等。考向1光的衍射例1（2025·福建三明·三模）“用双缝干涉实验测量光的波长”实验中，某同学对实验装置进行调节并观察实验现象。实验中观察到的干涉图样是下图中的填“甲”或“乙图样；若仅更换一间距更大的双缝，干涉条纹间距将填“增大”“减小”或“不变。【答案】甲减小【详解】[1]双缝干涉实验中，干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹，甲图样条纹等间距，是双缝干涉条纹；乙图样条纹间距不均匀，是衍射条纹。所以实验中观察到的干涉图样是甲图样；[2]根据双缝干涉条纹间距公式为条纹间距，L为双缝到光屏的距离，为光的波长，d为双缝间距当仅更换一间距更大的双缝，即d增大，L和不变时，由公式可知将减小，即干涉条纹间距将减小。【变式训练1·变载体】（2024·福建福州·模拟预测）在挡板上安装一个宽度可调的狭缝，缝后放一个光屏，如图所示。用单色平行光照射狭缝，下图哪幅最可能是在一次单缝衍射实验中狭缝较窄时拍摄的照片（）A． B．C． D．【答案】A【详解】AB．用单色平行光照射狭缝，当缝调到很窄时，尽管亮条纹的亮度有所降低，但是宽度反而增大了，故B错误A正确；CD．照片为双缝干涉图样，故CD错误。故选A。考向2光的偏振例2（2024·福建福州·模拟预测）物理学作为一门高精密度的实验学科，应用在各个领域，下列说法正确的是（）A．泊松亮斑，说明光具有粒子性B．利用偏振现象，可以用偏振片对声波进行阻隔，起到消音的效果C．让激光束通过双狭缝，在光屏上出现条纹，波长越长，条纹间距越小D．康普顿效应，说明光具有粒子性【答案】D【详解】A．泊松亮斑，说明光具有波动性，选项A错误；B．光波是横波，利用偏振现象，可以用偏振片对光波进行阻隔，声音通常是纵波，故偏振片起不到消音的效果，故B错误；C．让激光束通过双狭缝，在光屏上出现条纹，根据波长越长，条纹间距越大，选项C错误；D．康普顿效应，说明光具有粒子性，选项D正确。故选D。【变式训练】（2022·北京·高考真题）下列现象能说明光是横波的是（

）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【答案】C【详解】光的偏振现象能说明光是横波。故选C。【变式训练2·变载体】（2023·天津·高考真题）能说明光是横波的是（）

A．全反射 B．干涉 C．偏振 D．衍射【答案】C【详解】A．根据光的全反射现象，说明光由光密介质进入光疏介质和由光疏介质进入光密介质会有不同的现象，不能因此确定是横波还是纵波，故A错误；BD．干涉和衍射是所有波的特性，不能因此确定是横波还是纵波；根据光能发生干涉和衍射现象，说明光是一种波，具有波动性，故BD错误；C．光的偏振现象说明振动方向与光的传播方向垂直，即说明光是横波，故C正确；故选C。1．（2025·重庆·高考真题）杨氏双缝干涉实验中，双缝与光屏距离为l，波长为的激光垂直入射到双缝上，在屏上出现如图所示的干涉图样。某同学在光屏上标记两条亮纹中心位置并测其间距为a，则（）A．相邻两亮条纹间距为 B．相邻两暗条纹间距为C．双缝之间的距离为 D．双缝之间的距离为【答案】C【详解】AB．根据题意，由图可知，相邻两亮条纹（暗条纹）间距为，故AB错误；CD．由公式可得，双缝之间的距离为，故C正确，D错误。故选C。2