第13章 第2讲 光的干涉和衍射 光的偏振（word教参）-【导学教程】2025年物理新编高考大一轮总复习（人教版）

第2讲　光的干涉和衍射　光的偏振 [对应学生用书第275页] 一、光的干涉和衍射 1．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；白光照射时，中央为白色亮条纹，其余为彩色条纹。 (4)条纹间距：Δx＝λ，其中l是双缝到光屏的距离，d是双缝间的距离，λ是入射光波的波长。 2．光的衍射 发生明显衍射的条件：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。 二、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．偏振光的两种形成方式 (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．光的偏振现象说明光是一种横波。 5．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。 1．(多选)人教版选择性必修第一册教材图4.3­5的实验装置观察光的薄膜干涉现象。图甲是撒有食盐的酒精灯火焰，图乙是竖立的附着一层肥皂薄膜的金属丝圈，关于该实验，下列说法正确的是(　　) A．观察时应当在火焰的同侧面向薄膜观察火焰的像 B．观察时应当在火焰的异侧透过薄膜观察火焰的像 C．将金属丝圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转90°，干涉条纹也将同方向旋转90° D．用不同波长的光做这个实验，条纹的间距是不一样的 答案　AD 2．人教版选择性必修第一册教材图4.3­7为用干涉法检查某块厚玻璃板的上表面是否平整的装置。若待验板的上表面平整，则当平行的单色光照射到标准板上时，可从标准板上方观察到平行的、明暗相间的干涉条纹。若观察到的条纹如图乙所示，则说明待验板的上表面(　　) A．有一个凸起的圆台 B．有一凹陷的圆坑 C．有一个沿ab方向凸起的高台 D．有一个沿ab方向凹陷的长沟 答案　B [对应学生用书第276页] 考点一　光的干涉现象 1．双缝干涉 (1)光能够发生干涉的条件：两光的频率相同，振动步调相同。 (2)双缝干涉形成的条纹是等间距的，两相邻亮条纹或相邻暗条纹间距离与波长成正比，即Δx＝λ。 (3)用白光照射双缝时，形成的干涉条纹的特点：中央为白条纹，两侧为彩色条纹。 (4)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)(k＝0,1,2…)时，光屏上出现暗条纹。 2．薄膜干涉 (1)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)光照射到薄膜上时，在膜的前表面AA′和后表面BB′分别反射出来，形成两列频率相同的光波，并且叠加，两列光波同相叠加，出现亮纹；反相叠加，出现暗纹。 (3)条纹特点：①单色光：明暗相间的水平条纹。 ②白光：彩色水平条纹。 　 如图所示，在双缝干涉实验中，S1和S2为双缝，P是光屏上的一点，已知P点与S1、S2距离之差为2.1×10－6 m，现分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验，则： (1)已知A光在折射率为n＝1.5的介质中波长为4×10－7 m，P点是亮条纹还是暗条纹？ (2)已知B光在某种介质中波长为3.15×10－7 m，当B光从这种介质射向空气时，临界角为37°，P点是亮条纹还是暗条纹？(sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8) (3)若让A光照射S1，B光照射S2，试分析光屏上能观察到的现象。 [解析]　(1)设A光在空气中波长为λ1，在介质中波长为λ2，由n＝＝， 得λ1＝nλ2＝1.5×4×10－7 m＝6×10－7 m 根据路程差Δr＝2.1×10－6 m， 所以N1＝＝＝3.5 由此可知，从S1和S2到P点的路程差是波长λ1的3.5倍，所以P点为暗条纹。 (2)根据临界角与折射率的关系 sin C＝得n＝＝ 由此可知，B光在空气中波长λ3为 λ3＝nλ介＝×3.15×10－7 m＝5.25×10－7 m 路程差Δr和波长λ3的关系为 N2＝＝＝4 可见，用B光做光源，P点为亮条纹。 (3)若让A光和B光分别照射S1和S2，这时既不能发生干涉，也不发生衍射，此时在光屏上只能观察到亮光。 [答案]　(1)暗条纹　(2)亮条纹　(3)见解析 1．(2023·山东卷)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 解析　由题知C的膨胀系数小于G的膨胀系数，当温度升高时，G增长的高度大于C增长的高度，则劈形空气层的厚度变大，且同一厚度的空气膜向劈尖移动，则条纹向左移动，故选A。 答案　A 2．(2024·九省联考)如图所示，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l，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 解析　移动前屏上两相邻亮条纹中心的间距Δx1＝λ，移动后屏上两相邻亮条纹中心的间距Δx2＝λ，屏上两相邻亮条纹中心的间距之比为Δx1∶Δx2＝4∶5，故选项C正确。 答案　C 考点二　光的衍射和光的偏振 1．光的干涉、衍射比较 内容 干涉 衍射 现象 在光叠加区域出现加强或减弱的现象 光绕过障碍物偏离直线传播的现象 产生条件 两束光频率相同、相位差恒定 障碍物或孔的尺寸与波长差不多或更小 典型实验 杨氏双缝干涉 单缝衍射(圆孔衍射、圆盘衍射) 图样特点 不同点 条纹宽度 条纹宽度相等 条纹宽度不等、中央最宽 条纹间距 各相邻条纹间距相等 各相邻条纹间距不等 亮度情况 清晰条纹，亮度基本相等 中央条纹最亮，两边变暗 相同点 干涉、衍射都是波特有的现象；干涉、衍射都有明暗相间的条纹 2．自然光和偏振光的比较 自然光(非偏振光) 偏振光 光的来源 直接从光源发出的光 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，光振动沿任意方向，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，光振动沿特定方向 　(多选)在单缝衍射实验中，用红色激光照射单缝，在下列不同条件下缝后的屏幕上出现的现象，正确的是(　　) A．当缝较宽时，屏上出现一条与缝宽相当的亮条纹 B．当缝很窄并继续调窄，中央亮条纹变亮，宽度增大 C．当缝很窄并继续调窄，中央亮条纹亮度降低，宽度增大 D．当缝很窄，屏上出现了中央亮条纹，增大缝与屏间距离，则中央亮条纹宽度增大 [解析]　当缝较宽时，不会出现明显的衍射现象，此时光是直线传播，因此屏上出现一条与缝宽相当的亮条纹，故A项正确；衍射条纹的宽度与缝的宽度有关，缝变宽，条纹变窄，亮度增大，缝变窄，条纹变宽，亮度减弱，当缝的宽度变窄时，衍射现象更明显，中央明条纹宽度增加，但亮度降低，故B项错误，C项正确；同理，当缝很窄，屏上出现了中央亮条纹，增大缝与屏间距离，则中央亮条纹宽度增大，故D项正确。 [答案]　ACD 1．(多选)抽制高强度纤维细丝可用激光监控其粗细，如图所示，激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板的同样宽度的窄缝规律相同。观察光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可判断细丝粗细的变化，下列叙述中正确的是(　　) A．这里应用的是光的衍射现象 B．这里应用的是光的干涉现象 C．如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗 D．如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细 解析　由于是激光束越过细丝即绕过障碍物，所以是光的衍射现象，当抽制的丝变细的时候，丝的直径较接近激光的波长，条纹间距变大，A、D对。 答案　AD 2．如图所示，人眼隔着偏振片B、A去看一只电灯泡S，一束透射光都看不到，那么，以下说法正确的是(　　) A．使A和B同时转过90°，能够看到透射光 B．单使B转过90°过程中，看到光先变亮再变暗 C．单使B转过90°过程中，看到光逐渐变亮 D．单使A转动时，始终看不到透射光 解析　使A和B同时转过90°，仍不能看到透射光，原来人眼隔着检偏器B、起偏器A去看一只电灯泡S，无法看到透射光，说明两个偏振片正好相垂直，现在同时转依然看不到，故A项错误；原来人眼隔着检偏器B、起偏器A去看一只电灯泡S，无法看到透射光，说明两个偏振片正好相垂直，在单使B转过90°过程中，看到光逐渐变亮，故B项错误，C项正确；原来人眼隔着检偏器B、起偏器A去看一只电灯泡S，无法看到透射光，说明两个偏振片正好相垂直，单使A转动时，渐渐看到透射光，故D项错误。 答案　C 学科网（北京）股份有限公司 $$