2027届新高考物理热点精准复习+光的干涉、衍射和偏振、实验：用双缝干涉测量光的波长

2027届新高考物理热点精准复习光的干涉、衍射和偏振实验:用双缝干涉测量光的波长【学习目标】1.理解光的干涉和衍射是光具有波动性的决定性证据;知道光的偏振说明光是横波;理解干涉图样中的明暗条纹分别对应着光叠加后能量加强和减弱的区域;能正确组装和调试双缝干涉实验装置;能由实验结果计算出光的波长;能尝试设计测量光的波长的不同方案。2.能定量分析双缝干涉中明暗条纹形成的条件;能比较干涉和衍射图样的区别与联系,并设计简单的实验或装置来观察这些现象;能通过“用双缝干涉测量光的波长”实验归纳出条纹间距与波长的关系公式。3.了解干涉、衍射和偏振在现代技术中的广泛应用;能运用所学知识解释生活中常见的光学现象;能在实验中保持严谨、细致、耐心的科学态度,并能进行有效分工与合作,共同完成实验任务;体会实验在物理学发展中的重要作用,激发探索自然规律的内在动力。知识构建基础转化1.(2025·广东潮州阶段练习)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C2.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B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。模理探真·深度学习1.双缝干涉2.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)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】

(2025·江苏模拟)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A[例2]【条纹间距公式的应用】

(多选)(2025·陕晋青宁卷,9)在双缝干涉实验中,某实验小组用波长为440nm的蓝色激光和波长为660nm的红色激光组成的复合光垂直照射双缝,双缝间距为0.5mm,双缝到屏的距离为500mm,则屏上(

)A.蓝光与红光之间能发生干涉形成条纹B.蓝光相邻条纹间距比红光相邻条纹间距小C.距中央亮条纹中心1.32mm处蓝光和红光亮条纹中心重叠D.距中央亮条纹中心1.98mm处蓝光和红光亮条纹中心重叠BC[例3]【薄膜干涉】(2025·山西吕梁二模)如图甲所示是利用干涉技术检测材料表面缺陷的原理示意图,图乙为某种单色光下观测到的图样,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.若换用波长更长的单色光,其他条件不变,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,说明被检查的光学元件表面上有凹陷D.稍微减小薄片的厚度,则图乙中的干涉条纹变密C同理,稍微减小薄片厚度,θ减小,则相邻亮条纹也变疏,B、D错误。若出现题图丙中弯曲的干涉条纹,由于向左弯曲,说明弯曲部分的空气膜的厚度与右侧相同,即被检查的光学元件表面上有凹陷,C正确。考点二光的衍射和偏振现象1.对光的衍射的理解(1)在任何情况下光都可以发生衍射现象,只是明显与不明显的差别,且波长越长,衍射现象越明显。(2)“光沿直线传播”只是在光的波长比障碍物小得多时的现象。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]【光的衍射】(2025·北京房山区期末)如图甲所示,让一单色点光源S发出的光照射大小可调的圆孔,圆孔后面放一光屏,从大到小调节圆孔大小,在屏上得到的衍射图样如图乙所示,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.用白光做实验,将看不到衍射图样B【解析】

根据题目描述的实验现象可知这是光的衍射现象,故A错误;根据能产生明显衍射现象的条件可知,圆孔变小,衍射现象更明显,衍射图样的范围反而变大,故B正确;圆孔变小,透光强度变小,故衍射产生的中央亮斑和亮纹的亮度变弱,故C错误;用白光做实验,可以看到彩色的衍射图样,故D错误。[例5]【光的偏振】(2025·陕西西安期末)用图示实验装置演示光的偏振现象,O处的光源白炽灯发出的光通过两个透振方向平行的偏振片P、Q照到光屏上,通过偏振片前后的光束分别用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示,下列说法正确的是(

)A.光源发出的光是纵波B.偏振片Q起到检偏的作用C.光束Ⅱ中光振动方向与透振方向垂直D.将偏振片P以光传播方向为轴转过45°,光束Ⅲ将消失B【解析】

白炽灯发出的光为自然光,是横波,故A错误。通过偏振片的光波,在垂直于传播方向的平面上,沿着某个特定的方向振动,这种光叫偏振光,因此偏振片P有起偏的作用;旋转偏振片Q,能根据偏振片Q后的光束Ⅲ强度的变化判断光束Ⅱ是不是偏振光,所以偏振片Q起到检偏的作用,故B正确。通过偏振片的光波,在垂直于传播方向的平面上,沿着与透振方向平行的方向振动,故C错误。白炽灯发出的光沿轴线通过偏振片P后变成偏振光,将偏振片P由图示位置旋转90°的过程中,光屏上光的亮度逐渐变暗,当偏振片P与偏振片Q垂直时,光屏没有亮度,则将偏振片P以光传播方向为轴转过45°,光束Ⅲ没有消失,故D错误。考点三实验:用双缝干涉测量光的波长1.实验装置图及实验器材(如图)双缝干涉仪、光具座、光源、学生电源、导线、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头、刻度尺。4.误差分析(1)双缝到屏的距离l的测量存在误差。(2)测条纹间距Δx带来的误差:干涉条纹没有调节到最清晰的程度;误认为Δx为亮(暗)条纹的宽度;分划板刻线与干涉条纹不平行,中心刻线没有恰好位于条纹中心;测量多条亮条纹间的距离时读数不准确,此间距中的亮条纹数未数清。[例6]【实验原理与操作】

(2025·安徽阶段练习)某同学用如图甲所示的双缝干涉装置测量光的波长。首先,将目镜和测量头安装在遮光筒的一侧,另一侧安装有间距为0.25mm的双缝。测得双缝到毛玻璃屏的距离为60cm。继续安装单缝、拨杆、滤光片、透镜,并调整光具座上各器材中心位于同一高度。请继续完成实验:(1)该同学先使用红色滤光片,对干涉条纹进行测量,记录第1条亮条纹中心位置对应的游标尺读数为2.40mm。(2)继续调整分划板位置,使其中心与第6条亮条纹中心对齐,如图乙所示,其读数为

mm,则所测红光的波长为

nm。

9.84620(3)为使测量头内的条纹数目增多,下列可行的操作是

。(多选)

A.换用蓝色的滤光片B.更换间距更小的双缝C.更换宽度更窄的单缝D.减小双缝到毛玻璃屏的距离AD[例7]【数据处理与误差分析】(2025·辽宁二模)在“用双缝干涉测量光的波长”实验中,实验装置如图甲所示。(1)手轮上示数如图乙所示,读数为

mm。

0.642【解析】

(1)根据螺旋测微器的读数方法可知,手轮的读数为0.5

mm+14.2×0.01

mm=0.642

mm。(2)下列说法正确的是

。(多选)

A.实验中必须用拨杆来调整单缝和双缝,使单缝和双缝相互平行B.实验中还需测出单缝到光屏的距离C.将单缝向光屏移动一小段距离后,其他条件不变,干涉条纹间距变大D.若将红色滤光片换成绿色滤光片,则相邻两条亮条纹中心的距离将减小AD(3)某次测量时,选用的双缝的间距为