第十四章　第75课时　光的干涉、衍射和偏振-2026版一轮复习

第75课时光的干涉、衍射和偏振目标要求1.知道什么是光的干涉、衍射和偏振。2.掌握双缝干涉中出现亮、暗条纹的条件。3.知道发生明显衍射的条件。考点一光的干涉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：两束光的频率相同、相位差恒定。3.双缝干涉图样特点：单色光照射时，形成明暗相间的等间距的干涉条纹。(1)条纹间距：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＝nλ(n＝0，1，2…)时，光屏上P'处出现明条纹。当Δr＝(2n＋1)λ2(n＝0，1，2…)时，光屏上P'4.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，从膜的前表面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＝nλ(n＝1，2，3…)，薄膜上出现明条纹。在Q处，Δr＝(2n＋1)λ2(n＝0，1，2，3…)(3)应用：增透膜、检查平面的平整度。例1(2024·黑吉辽·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答案A解析由干涉条纹间距Δx＝ldλ可知，换用更粗的头发丝，双缝间距d变大，则相邻两条亮纹中央间距Δx变小，故A正确；换用红色激光照双缝，波长λ变大，则相邻两条亮纹中央间距Δx变大，故B错误；增大纸板与墙面的距离l，则相邻两条亮纹中央间距Δx变大，故C错误；减小光源与纸板的距离，不会影响相邻两条亮纹中央间距Δx，故D例2(多选)(2024·广西卷·9)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l2B.光屏上相邻两条暗条纹的中心间距为laC.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l2答案AD解析根据光的反射对称性可知光源S与平面镜中的虚像距离为2a，根据条纹间距公式可知Δx＝ldλ＝l2aλ，故A正确，B错误；若将整套装置完全浸入折射率为n的蔗糖溶液中，光的频率不变，根据λf＝c，v＝λ1f＝cn，其中c为在真空中的光速，则λ1＝我用夸克网盘分享了「与您分享-国家、地方、行业、团体标准」，点击链接即可保存。打开「夸克APP」，无需下载在线播放视频，畅享原画5倍速，支持电视投屏。链接：/s/45a9f612fe59提取码：t9EX联系qq:1328313560我的道客巴巴：/634cd7bd0a3f5a7311db139533c20794

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邻两条亮条纹的中心间距为Δx，根据条纹间距公式有Δx＝l2aλ2，可得λ2＝2aΔxl，结合C选项的分析可知λ2＝2aΔ例3(2024·山东威海市二模)如图所示，将一块平板玻璃放置在另一块平板玻璃上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜。当红光从上方入射时，可以看到明暗相间的条纹。已知红光的波长为λ，下列说法正确的是()A.暗条纹是两列反射光波谷与波谷叠加的结果B.相邻两条亮条纹对应的空气膜厚度之差为λC.若抽去一张纸片，干涉条纹将变密D.若将红光换为蓝光，干涉条纹将变疏答案B解析根据波的干涉规律，暗条纹是两列反射光波峰与波谷叠加的结果，故A错误；如图所示为相邻两亮条纹的截面图，n处薄膜厚度为dn，n＋1处薄膜厚度为dn＋1，则对应的光程差为薄膜该处厚度的2倍，ΔRn＝2dn＝nλ，ΔRn＋1＝2dn＋1＝(n＋1)λ，则相邻两条亮条纹对应的空气膜厚度之差为dn＋1－dn＝λ2，故B正确；相邻亮条纹间距Δx＝dn＋1-dn[变式](2024·山东烟台市二模)如图所示，将一块平凹形玻璃板倒扣在另一块平板玻璃之上，从而在两块玻璃之间形成一层空气薄膜，玻璃板的一边沿x方向，用平行单色光向下垂直照射平凹形玻璃板，观察到的干涉条纹形状可能正确的是()答案B解析由题意可知，当用平行单色光向下垂直照射平凹形玻璃板时，观察到的干涉条纹是由于空气薄膜的上下表面所反射的光发生了干涉产生的，干涉条纹宽窄的差异是由空气薄膜变化率的不同所导致的：变化率越大，光程差半波长的奇偶数倍更替得就越频繁，使得条纹更加密集，从而使条纹看起来更窄。即空气薄膜厚度变化率越大，条纹也随之变密变窄。由本题空气薄膜的形状可知，薄膜的厚度越大的地方，薄膜厚度变化率越小，条纹间距越大，条纹越宽；薄膜的厚度越小的地方，薄膜厚度变化率越大，条纹间距越小，条纹越窄。因此观察到的干涉条纹形状可能正确的是B。考点二光的衍射和偏振1.光的衍射发生明显衍射现象的条件：只有当障碍物或狭缝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.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)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。(5)光的偏振现象说明光是一种横波。1.阳光下茂密的树林中，地面上的圆形亮斑是光的衍射形成的。(×)2.泊松亮斑是光的衍射形成的。(√)3.光遇到障碍物时都能产生衍射现象。(√)4.自然光是偏振光。(×)例4如图所示的4种明暗相间的条纹分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮条纹)。在下面的4幅图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是()A.红黄蓝紫 B.红紫蓝黄C.蓝紫红黄 D.蓝黄红紫答案B解析双缝干涉条纹是等间距的，而单缝衍射条纹除中央亮条纹最宽、最亮之外，两侧条纹亮度、宽度都逐渐减小，因此1、3为双缝干涉条纹，2、4为单缝衍射条纹。相邻亮条纹间距Δx＝Ldλ，红光波长比蓝光波长长，则红光干涉条纹间距大于蓝光干涉条纹间距，即1、3分别对应红光和蓝光。而在单缝衍射中，当单缝宽度一定时，波长越长，衍射越明显，即中央条纹越宽越亮，黄光波长比紫光波长长，即2、4分别对应紫光和黄光。综上所述，1、2、3、4四幅图中亮条纹的颜色依次是：红、紫、蓝、黄，故选B单缝衍射与双缝干涉的比较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亮(暗)条纹间距不等各相邻亮(暗)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、衍射都有明暗相间的条纹，干涉、衍射都是波特有的现象；从本质上看都属于光波的叠加，干涉是从双缝通过两列频率相同的光波在屏上叠加形成的，衍射是由来自单缝上不同位置的光在屏上叠加形成的例5(2024·江苏卷·2)用立体影院的特殊眼镜去观看手机液晶屏幕，左镜片明亮，右镜片暗，现在将手机屏幕旋转90度，会观察到()A.两镜片都变亮B.两镜片都变暗C.两镜片没有任何变化D.左镜片变暗，右镜片变亮答案D解析立体影院的特殊眼镜是利用了光的偏振，其镜片为偏振片，用这种特殊眼镜去观看手机液晶屏幕，左镜片明亮，说明光的振动方向与镜片的透振方向平行；右镜片暗，说明光的振动方向与镜片的透振方向垂直。将手机屏幕旋转90度后，光的振动方向与左镜片的透振方向垂直，与右镜片的透振方向平行，左镜片变暗，右镜片变亮。故选D。考点三几何光学与物理光学的综合应用1.光从一种介质进入另一种介质时，频率不变，由v＝λf知，当f改变时，波长改变，光速改变。2.同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，由n＝cv知，n3.光的频率、折射率、波速、波长的对应关系颜色红橙黄绿蓝靛紫频率f低→高同一介质中折射率n小→大同一介质中速度v大→小波长λ大→小临界角大→小通过棱镜的偏折角小→大例6(2024·山东滨州市期末)如图所示为一束太阳光射到截面为六边形的冰晶上时的光路图，a、b为其折射出的光线中的两种单色光，下列说法不正确的是()A.在冰晶中，a光的传播速度较大B.通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹间距较大C.从同种玻璃中射入空气发生全反射时，a光的临界角较小D.用同一装置做单缝衍射实验，a光的中央亮条纹更宽答案C解析太阳光射入六边形冰晶时，a光的折射角大于b光的折射角，由折射定律n＝sinisinr，冰晶对a光的折射率小于对b光的折射率，由v＝cn判断可知，在冰晶中，a光的传播速度较大，故A正确；a光的折射率小于b光的折射率，故a光的频率小于b光的频率，由于c＝λf，所以a光的波长大于b光的波长，根据双缝干涉条纹间距公式Δx＝ldλ知a光相邻条纹间距较大，故B正确；由临界角公式sinC＝1n可知，a光的折射率较小，a光的临界角较大，故C错误；由于a光的波长大于课时精练(分值：60分)1~7题每小题4分，共28分1.将a、b两偏振片分别放于两只眼睛的前方，a偏振片观察通过小孔进入室内的自然光，b偏振片观察光滑桌面反射来的自然光，同时转动偏振片。观察到光的情况()A.a的亮暗交替变化B.b的亮暗交替变化C.a、b的均亮暗交替变化D.a、b的亮度保持不变答案B解析a偏振片观察通过小孔进入室内的自然光，自然光经过a偏振片后变为偏振光，当转动a偏振片时，透射光的强度不变，即当转动a偏振片时，a的亮度保持不变。由于自然光经过光滑桌面反射后的反射光为偏振光，当转动b偏振片时，透射光的强度发生变化，即当转动b偏振片时，b的亮暗交替变化，故选B。2.下列关于光的现象说法正确的是()A.水面上漂着的油膜呈彩色，是光的折射现象B.相机镜头上的增透膜，利用了光的偏振C.泊松亮斑现象是光的衍射现象，说明光具有波动性D.雨后天空出现的彩虹，是光的干涉现象答案C解析水面上漂着的油膜呈彩色，是光的薄膜干涉现象，故A错误；相机镜头上的增透膜，利用了光的干涉，故B错误；泊松亮斑现象是光的衍射现象，说明光具有波动性，故C正确；雨后天空出现的彩虹，是光的折射现象，故D错误。3.某兴趣小组剪裁、拼接偏振片来显示偏振光的偏振方向。先将偏振片按图甲的虚线剪出18片顶角为20°的等腰梯形，偏振片透振方向与各个等腰梯形的对称轴均平行，后将其拼接成圆环如图乙，制作成了“新型偏振片”。将“新型偏振片”放置在液晶屏幕前，观察液晶屏幕发出的白色偏振光，可能观察到的现象是()答案A解析因为偏振片透振方向与各个等腰梯形的对称轴均平行，则假设沿某一方向偏振的光的偏振方向与该等腰梯形的偏振片的透振方向相同，则光最强，与之共线对称的另一个等腰梯形透振方向也是与该偏振光平行的，光也是最强的；与之垂直的两个等腰梯形的透振方向与该偏振光的方向垂直，则光最暗，可知可能观察到的现象是图A所示。4.(2023·江苏卷·6)用某种单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到的干涉条纹如图甲所示，改变双缝间的距离后，干涉条纹如图乙所示，图中虚线是亮纹中心的位置。则双缝间的距离变为原来的()A.13倍 B.12倍 C.2倍 D.答案B解析根据双缝干涉的条纹间距与波长关系有Δx＝Ldλ，由题图知Δx乙＝2Δx甲，则d乙＝12d甲，故选5.(2023·重庆卷·5)某实验小组利用双缝干涉实验装置分别观察a、b两单色光的干涉条纹，发现在相同的条件下光屏上a光相邻两亮条纹的间距比b光的小。他们又将a、b光以相同的入射角由水斜射入空气，发现a光的折射角比b光的大，则()A.在空气中传播时，a光的波长比b光的大B.在水中传播时，a光的速度比b光的大C.在水中传播时，a光的频率比b光的小D.由水射向空气时，a光的全反射临界角比b光的小答案D解析根据相邻两条亮条纹的间距计算公式Δx＝ldλ，由此可知λa<λb，故A根据折射定律n＝sinisinr，a、b光以相同的入射角由水斜射入空气，a光的折射角比b光的大，则na根据光在介质中的传播速度与折射率的关系n＝cv，可得在水中传播时，a光的速度比b光的小，故B在水中传播时，a光的折射率比b光的大，所以a光的频率比b光的大，故C错误；根据全反射临界角与折射率的关系sinC＝1n，可得在水中传播时，a光的折射率比b光的大，a光的全反射临界角比b光的小，故D6.(2024·山东卷·4)检测球形滚珠直径是否合格的装置如图甲所示，将标准滚珠a与待测滚珠b、c放置在两块平板玻璃之间，用单色平行光垂直照射平板玻璃，形成如图乙所示的干涉条纹。若待测滚珠与标准滚珠的直径相等为合格，下列说法正确的是()A.滚珠b、c均合格B.滚珠b、c均不合格C.滚珠b合格，滚珠c不合格D.滚珠b不合格，滚珠c合格答案C解析单色平行光垂直照射平板玻璃，上玻璃下表面和下玻璃上表面的反射光在上玻璃上表面发生干涉，形成干涉条纹，光程差为两块玻璃距离的两倍，根据光的干涉知识可知，同一条干涉条纹位置处光的光程差相等，即滚珠a的直径与滚珠b的直径相等，即滚珠b合格，不同的干涉条纹位置处光的光程差不同，则滚珠a的直径与滚珠c的直径不相等，即滚珠c不合格。故选C。7.(九省联考·甘肃·4)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14l，则移动前和移动后，屏上两相邻亮条纹中心的间距之比为(A.4∶3 B.3∶4 C.4∶5 D.5∶4答案C解析移动前屏上两相邻亮条纹中心的间距Δx1＝ld移动后屏上两相邻亮条纹中心的间距Δx2＝l＋Δx1∶Δx2＝4∶5，故选C。8~11题每小题6分，12题8分，共32分8.(2025·山东省青岛第五十八中学期中)彩虹是雨后太阳光射入空气中的水滴先折射，然后在水滴的背面发生反射，最后离开水滴时再次折射形成的。如图所示，一束太阳光从左侧射入球形水滴，a、b是其中的两条出射光线，一条是红光，另一条是紫光。则下列说法正确的是()A.a光是红光，b光是紫光B.若用同一双缝干涉仪做光的双缝干涉实验，a光条纹间距小于b光条纹间距C.若遇到相同的障碍物，a光比b光更容易发生明显衍射D.在水滴中传播时，a光的速度大于b光的速度答案B解析太阳光从左侧射入球形水滴时，入射角相同，a光的折射角小于b光的折射角，根据折射定律，可知na>nb，折射率大则频率高，则a光是紫光，b光是红光，A错误；由A可知λa<λb，根据Δx＝ldλ可知，用同一双缝干涉仪做光的双缝干涉实验，a光条纹间距小于b光条纹间距，遇到相同的障碍物，b光比a光更容易发生明显衍射，B正确，C错误；由n＝cv得va<vb，9.如图所示，将附有一层肥皂液膜的圆形铁丝圈竖直放置在红色光源的右侧，人在与光源同侧的位置观察液膜，下列说法正确的是()A.若将该装置放在地球表面上观察，可看到竖直直条纹B.若将该装置放在空间站上观察，可看到水平直条纹C.若该装置在地球表面观察到的水平直条纹的间距为Δx1，在月球表面观察到的水平直条纹的间距为Δx2，则Δx1<Δx2D.若将红色光源换为蓝色光源，在地球表面观察到的水平直条纹的间距将增大答案C解析单色光在光程差相同的位置干涉连成的线会形成条纹，当肥皂液膜竖直放置时，单色光垂直照射肥皂液膜，在前、后两面反射形成干涉条纹，若将该装置放在地球上观察，由于重力作用，在高度相等的位置的光程差相同，故可看到水平直条纹，故A错误；若将该装置放在空间站观察，由于处于完全失重状态，肥皂液膜厚度均匀，所以观察不到干涉条纹，故B错误；因为地球表面的重力加速度大于月球表面的重力加速度，该装置在地球表面薄膜上下厚度相差更大，该装置在地球表面观察到的水平条纹间距为Δx1，在月球表面观察到的水平直条纹间距为Δx2，则Δx1<Δx2，故C正确；若将光源换为蓝色光源，因为波长变短，所以在地球表面观察，可看到水平直条纹的间距将减小，故D错误。10.(2025·山东德州市模拟)某卡片由内外两层胶合而成，内层为黑色塑料，外层为透明、硬质塑料。由于两层间左下角张开进入空气，在激光照射下仔细观察会看到明暗相间的条纹(如图甲所示)。已知任意一条亮条纹或暗条纹所在位置下面的空气薄膜厚度相等；任意相邻亮条纹或暗条纹所对应的空气薄膜厚度差恒定。现按压卡片左下角，空气薄膜轮廓不变，如图乙所示。下列选项正确的是()A.条纹变疏，且向右上方移动 B.条纹变疏，且向左下方移动C.条纹变密，且向左下方移动 D.条纹变密，且向右上方移动答案B解析内外两层间形成空气劈尖，光线在空气膜的上下表面反射，并发生干涉，形成明暗相间的条纹，设空气膜顶角为θ，两相邻亮条纹的间距为Δl，如图所示，两处光的路程差分别为Δs1＝2d1，Δs2＝2d2，由Δs2－Δs1＝λ得d2－d1＝λ2，由几何关系得，tanθ＝d2-d1Δl，即Δl＝λ2tan11.(多选)(2024·山东济南市检测)登山运动员在登雪山时要注意预防紫外线的过度照射，尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射，否则将会严重地损伤视力。设计师利用薄膜干涉的原理在眼镜的表面涂上“增反膜”，增强反射以减少透射光的能量，于是就设计出了一种能大大减小紫外线对眼睛伤害的眼镜。已知选用的“增反膜”材料的折射率为32，真空中的光速为c，紫外线在真空中的频率为f，下列说法正确的是(A.紫外线进入“增反膜”后的频率为2B.紫外线进入“增反膜”后的波长为2C.从“增反膜”前后两个表面反射的光的光程差应等于紫外线在“增反膜”中波长的1D.“增反膜”的厚度最好为紫外线在“增反膜”中波长的1答案BD解析紫外线进入“增反膜”后频率不变，选项A错误；紫外线进入“增反膜”后的速度v＝cn，结合波长、波速和频率的关系可知，紫外线进入“增反膜”后的波长λ＝vf＝2c3f，选项B正确；为使从“增反膜”前后两个表面反射的光叠加后加强，两束反射光的光程差应等于紫外线