第2讲 光的干涉、衍射和偏振-【金版教程】2025年高考物理一轮复习解决方案课件PPT（新教材）

第十四章　光 第2讲　光的干涉、衍射和偏振 目录 1 2 3 教材阅读指导 必备知识　梳理与回顾 关键能力　发展与提升 课时作业 4 教材阅读指导 (对应人教版选择性必修第一册相关内容及问题) 目录 提示 * 第四章第3节，阅读“干涉条纹和光的波长之间的关系”这一部分内容，用如图4.3­4的同一装置分别使红光和蓝光发生干涉现象，哪种光的条纹间距较大？依据是什么？ 第四章第3节[练习与应用]T2，两列光干涉时，光屏上的亮条纹和暗条纹到两个光源的距离与波长有什么关系？ 提示：据Δx＝eq \f(l,d)λ，红光的条纹间距较大。 提示：亮条纹到两光源的距离差为半波长的偶数倍；暗条纹到两光源的距离差为半波长的奇数倍。 目录 提示 * 第四章第4节图4.4­4、第四章第5节图4.5­2，比较这两个图，双缝干涉图样和单缝衍射图样有什么异同？ 提示：变疏。 提示：不同之处：干涉条纹是等间距等宽度的，衍射条纹的中央亮纹最宽，越向两侧条纹越窄，间距越小。 相似之处：双缝间距或单缝宽度越窄，光的波长越长，条纹间距越大。 目录 提示 * 第四章第6节，阅读[演示]“观察光的偏振现象”，图4.6­3丙中，若使偏振片Q在垂直于光的传播方向上逐渐旋转90°，光屏上会有什么变化？ 提示：由暗变亮。 提示：T3：三角形→圆形→彩色三角形环，分别对应光的直线传播→小孔成像(光的直线传播)→光的衍射。 T4：可见光通过瞳孔时发生衍射，则外部世界是模糊的。 必备知识　梳理与回顾 目录 频率 * 一、光的干涉 1．如果两列光的eq \x(\s\up1(01))__________________相同、相位差恒定、振动方向相同，就会发生干涉现象。 2．光的双缝干涉 目录 * (1)原理如图2所示 (2)出现亮、暗条纹的条件 目录 亮条纹 * ①光的路程差r2－r1＝eq \x(\s\up1(02))________________，光屏上出现亮条纹。 ②光的路程差r2－r1＝eq \x(\s\up1(03))__________________________，光屏上出现暗条纹。 (3)相邻两条亮条纹或暗条纹的中心间距公式：Δx＝eq \x(\s\up1(04))__________。 (4)干涉条纹的特点 ①单色光：形成明暗相间的条纹，中央为eq \x(\s\up1(05))__________，如图3所示。 ±kλ(k＝0，1，2…) ±(2k＋1)eq \f(λ,2)(k＝0，1，2…) eq \f(l,d) 目录 彩色 白色 * ②白光：光屏上出现eq \x(\s\up1(06))______条纹且中央亮条纹是eq \x(\s\up1(07))_______ (填写颜色)，即发生色散，如图4所示。 目录 * 3．薄膜干涉 目录 路程差 厚度 * (1)原理：如图5所示，不同位置的薄膜，厚度不同，因此在膜上不同的位置，来自前后两个面的反射光的eq \x(\s\up1(08))__________不同，叠加后出现明暗相间的条纹。 (2)应用 ①增透膜和增反膜。 ②利用薄膜干涉的原理对镜面或其他精密的光学平面的平滑度进行检测。 (3)图样特点：同一条亮(或暗)条纹对应薄膜的eq \x(\s\up1(09))________相等。单色光照射薄膜形成明暗相间的条纹，白光照射薄膜时，形成彩色条纹，即薄膜干涉中的色散。 目录 宽且亮 明暗相间 * 二、光的衍射 1．几种典型衍射条纹的特点 (1)单缝衍射：①单色光的衍射图样中间为eq \x(\s\up1(01))_________(填特点)的单色条纹，两侧是eq \x(\s\up1(02))____________的条纹，条纹宽度比中央窄且暗；单色光的波长越长，单缝越窄，中央亮纹越宽。如图7所示。 INCLUDEPICTURE "157WL616.TIF" \* MERGEFORMAT 目录 * ②白光的衍射图样中间为宽且亮的白条纹，两侧是渐窄且暗的彩色条纹，如图8所示，这是光在衍射时的色散。 目录 圆形光斑 不等距 亮斑 * (2)圆孔衍射：如图9所示，中央是大且亮的eq \x(\s\up1(03))_______________，周围分布着明暗相间的eq \x(\s\up1(04))____________圆环，且越靠外，亮圆环越窄越暗。 (3)圆盘衍射(泊松亮斑)：如图10所示，当光照到不透明的半径很小的小圆盘上时，对于一定的波长，在适当的距离上，圆盘的阴影中心出现eq \x(\s\up1(05))_________，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环。 目录 足够小 垂直 不同的 * 2．发生明显衍射的条件 在障碍物或狭缝的尺寸eq \x(\s\up1(06))________的时候，衍射现象才会十分明显。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。 三、光的偏振 1．偏振 在横波中，各点的振动方向总与波的传播方向eq \x(\s\up1(01))__________。不同的横波，即使传播方向相同，振动方向也可能是eq \x(\s\up1(02))______，这个现象称为“偏振现象”。横波的振动方向称为“偏振方向”。 目录 一切方向 * 2．自然光 太阳以及日光灯、发光二极管等普通光源发出的光，包含着在垂直于传播方向上沿eq \x(\s\up1(03))___________________振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫作自然光。如图11所示。 目录 垂直 横波 * 3．偏振光 在eq \x(\s\up1(04))______________于传播方向的平面上，沿着某个特定方向振动的光，叫作偏振光。光的偏振证明光是eq \x(\s\up1(05))______。自然光通过偏振片后，就得到了偏振光。 偏振光并不罕见。除了从太阳、白炽灯等光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光，都是不同程度的偏振光。自然光在玻璃、水面、木质桌面等表面反射时，反射光和折射光都是偏振光(如图12所示)，入射角变化时偏振的程度也有变化。 目录 × √ √ √ × √ √ × * 一、堵点疏通 1．频率不同的两列光波不能发生干涉。(　　) 2．光的干涉现象说明光具有波动性。(　　) 3．薄膜干涉是薄膜前、后表面的反射光叠加产生的，所以要观察薄膜干涉条纹，应该从光源一侧观察。(　　) 4．在光学元件(透镜、棱镜)的表面涂一层薄膜，当薄膜的厚度是光在空气中波长的eq \f(1,4)时，可起到减小反射光强度、增大透射光强度的作用。(　　) 5．阳光下茂密的森林中，地面上的圆形亮斑是光的衍射形成的。(　　) 6．当光照到不透明的半径很小的圆盘上时也会产生衍射现象。(　　) 7．太阳、白炽灯等普通光源发出的光都是自然光。(　　) 8．自然光是偏振光。(　　) 目录 答案 * 二、对点激活 1．一束白光在真空中通过双缝后在屏上观察到的干涉条纹，除中央白色亮条纹外，两侧还有彩色条纹，其原因是(　　) A．各色光的波长不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同 B．各色光的速度不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同 C．各色光的强度不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同 D．上述说法都不正确 目录 解析 * 解析　根据双缝干涉中相邻的两个亮(或暗)条纹中心间距公式Δx＝eq \f(l,d)λ，可以看出装置一定时，条纹中心间距只与光的波长有关。因为各种颜色的光都在中间形成亮条纹，故中央亮条纹显示白色。在其他区域，由于各色光的波长不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的中心间距不同，从而形成彩色条纹。故选A。 目录 答案 * 2．(人教版选择性必修第一册·第四章第5节[练习与应用]T1、T2、T3改编)(多选)下列说法正确的是(　　) A．通过两支铅笔的狭缝平行对着日光灯管，会看到彩色条纹，这是光的衍射现象 B．减小游标卡尺两个卡脚之间狭缝的宽度，单色线光源通过狭缝产生的衍射条纹中央亮条纹变窄 C．太阳光通过三角形孔，当孔缩小时，先形成三角形光斑，最后形成太阳的像 D．透过羽毛观察白炽灯，会看到彩色光晕，这是光的衍射 目录 解析 * 解析　当缝的宽度或障碍物的尺寸与光的波长差不多或比波长小时，会发生明显的衍射现象，且缝的宽度或障碍物的尺寸越小，衍射现象越明显，故A、D正确；光的波长不变时，狭缝越窄衍射时中央亮条纹越宽，B错误；当三角形孔减小时，太阳光通过它先形成影，然后是小孔成像，当其尺寸与光的波长差不多时，会出现衍射图样，C错误。 目录 解析 答案 * 解析　拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以减弱玻璃反射光的强度，使照片清晰，但不能增加透射光的强度，故A错误；用透明的标准平面样板检查光学平面的平滑度是利用光的干涉，故B错误；用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的折射，形成光的色散现象，故C正确；泊松亮斑是光的衍射现象，根据激光的应用可知，全息照相的拍摄利用了激光的相干性的特点，与干涉原理有关，故D正确。 3．(多选)下列说法正确的是(　　) A．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以增加透射光的强度 B．用透明的标准平面样板检查光学平面的平滑度是利用光的偏振现象 C．用三棱镜观察白光看到的彩色图样是光的色散现象 D．泊松亮斑是光的衍射现象，全息照相的拍摄利用了激光的相干性 关键能力　发展与提升 目录 * 考点一　光的干涉现象 1.双缝干涉 (1)亮暗条纹的判断方法 ①如图甲所示，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。 目录 (2)亮条纹中心的位置的推导 如图甲所示，在线段P1S2上作P1M＝P1S1，于是S2M＝r2－r1。由于两缝之间的距离d远远小于缝到屏的距离l，所以能够认为三角形S1S2M是直角三角形。根据三角函数的关系，有r2－r1＝dsinθ。 另一方面：当角θ很小时，用弧度表示的θ与它的正弦sinθ、正切tanθ，三者近似相等。所以x＝ltanθ≈lsinθ，消去sinθ，有r2－r1＝deq \f(x,l)，当两列波的路程差为波长的整数倍，即deq \f(x,l)＝nλ(n＝0，±1，±2，…)时出现亮条纹，也就是说，亮条纹中心的位置为x＝neq \f(l,d)λ。 (3)条纹间距：由上面的分析可知，相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距是Δx＝eq \f(l,d)λ，其中l是双缝到光屏的距离，d是双缝间的距离，λ是光波的波长。 目录 * 2．薄膜干涉 (1)形成原因：如图乙所示，竖直放置的肥皂薄膜，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′分别发生反射，形成的两列频率相同的光波相互叠加，发生干涉。 (2)明暗条纹的判断方法：对于单色光，当薄膜前后两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr＝kλ(k＝0，1，2，…)时，出现亮条纹；两列光波的路程差Δr＝(2k＋1)eq \f(λ,2)(k＝0，1，2，…)时，出现暗条纹。 注意：式中λ为光在薄膜中的波长。 目录 答案 * 考向1　双缝干涉亮暗条纹的判断 例1　(2023·山东省临沂市高三下二模)在图示的双缝干涉实验中，光源S到缝S1、S2的路程差为实验用光波波长的1.5倍，P0为S1、S2连线中垂线与光屏的交点。光屏上P1点到S2、S1的路程差为实验用光波波长的2.5倍。则P0处和P1处将分别呈现(　　) A．亮条纹、暗条纹 B．亮条纹、亮条纹 C．暗条纹、亮条纹 D．暗条纹、暗条纹 目录 解析 解析　光源S到缝S1、S2的路程差为实验用光波波长的1.5倍，S1、S2到光屏上P0处的路程差为0，则光源S发出的光分别经过S1、S2到光屏上P0处的路程差就等于实验用光波波长的1.5倍，即为实验用光波半波长的3倍，所以P0处呈现暗条纹；光屏上P1点到S2、S1的路程差为实验用光波波长的2.5倍，则光源S发出的光分别经过S2、S1到光屏上P1处的路程差等于实验用光波波长的2.5－1.5＝1倍，即为实验用光波半波长的2倍，所以P1处呈现亮条纹。故选C。 目录 答案 * 考向2　双缝干涉条纹间距公式的应用 例2　(2023·江苏高考)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.eq \f(1,3)倍 B.eq \f(1,2)倍 C．2倍 D．3倍 目录 解析 解析　双缝干涉的条纹间距公式为Δx＝eq \f(l,d)λ，由题图知Δx乙＝2Δx甲，而由题意可知，双缝与屏的间距l和单色光波长λ均不变，可得d乙＝eq \f(1,2)d甲，故选B。 目录 答案 考向3　薄膜干涉的分析 例3　(2023·山东高考)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 目录 解析 解析　由题知，C的膨胀系数小于G的膨胀系数，则当温度升高时，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，同一厚度的空气层向左侧劈尖移动，则条纹向左移动。故选A。 目录 1．干涉中亮暗条纹的一般分析步骤和应注意的问题 (1)一般分析步骤 ①由题设情况，求得光在双缝与光屏间的波长(双缝干涉)或薄膜中的波长(薄膜干涉)。 ②由干涉出现亮暗条纹的条件判断出现的是亮条纹还是暗条纹。 ③根据出现亮条纹的判断式Δr＝±kλ(k＝0，1，2，…)或出现暗条纹的判断式Δr＝±(2k＋1)eq \f(λ,2)(k＝0，1，2，…)判断出k的取值，从而判断条纹数。 目录 (2)应注意的问题 ①λ真＝nλ介可以根据c＝λ真f，v＝λ介f，n＝eq \f(c,v)三个式子推导得到。 ②两列光发生干涉的必要条件是两列光的频率相同，相位差恒定。 ③相干光的获得方法：a.将一束光分成两束而获得，此法称为分光法；b.利用激光。 2．薄膜干涉现象的应用 (1)增透膜：增透膜的厚度为透射光在薄膜中波长的四分之一的奇数倍，使薄膜前后两面的反射光的路程差为薄膜中波长的一半的奇数倍，故反射光叠加后减弱，透射光的强度增强。 目录 (2)利用薄膜干涉检测平滑度：如图甲所示，两板之间形成一个空气薄层，用单色光从上向下照射，如果被检测表面是平滑的，得到的干涉图样必是等间距的。如果某处凹下，则对应亮纹(或暗纹)向左弯曲，如图乙所示；如果某处凸起来，则对应亮条纹(或暗条纹)向右弯曲，如图丙所示。 目录 * 考点二　光的衍射和偏振 　对比分析 1.单缝衍射与双缝干涉的比较 两种现象 单缝衍射 双缝干涉 不同点 图样特点 条纹宽度 条纹宽度不等，中央最宽 条纹宽度相等 条纹中心间距 两相邻亮条纹中心间距不等 两相邻亮条纹中心间距相等 亮度情况 中央条纹最亮，两侧条纹逐渐变暗 条纹清晰，亮度基本相等 发生条件 产生明显衍射的条件：障碍物或孔、缝的尺寸与光的波长差不多或比光的波长更小 两束光频率相同、相位差恒定、振动方向相同 相同点 干涉、衍射都是波特有的现象，波长越长越明显；干涉、衍射都形成明暗相间的条纹 目录 * 2.白光干涉和衍射形成彩色条纹的原因 (1)双缝干涉时，根据亮条纹中心位置的公式x＝neq \f(l,d)λ(n＝0，±1，±2，…)，各种单色光的波长不同，在屏上的亮纹位置(间距)就不同，所以各色光亮纹不重合呈现彩色条纹，中央位置对各单色光路程差都为0，所以叠加出白色条纹。 (2)单缝衍射时，缝宽一定，光的波长越长，中央亮纹越宽，且各单色光衍射时的其他条纹位置不同，所以白光的单缝衍射中央亮纹叠加出白色，两侧呈彩色。 目录 3．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。光的干涉是两列光波的叠加，光的单缝衍射是来自单缝不同位置的无限列光波通过缝之后叠加时加强或削弱的结果。 4．偏振光的产生方式 (1)自然光通过起偏器时产生偏振光。 通过两个共轴的偏振片观察自然光，第一个偏振片的作用是把自然光变成偏振光，叫起偏器。第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光，叫检偏器。 (2)自然光射到两种介质的界面上时，反射光和折射光都是偏振光。 目录 答案 解析 * 考向1　光的衍射 例4　(2022·上海高考)在单缝衍射实验中，仅减小单缝的宽度，则光屏上(　　) A．条纹变宽，光强增强 B．条纹变窄，光强增强 C．条纹变宽，光强减弱 D．条纹变窄，光强减弱 解析　根据单缝衍射实验规律可知，单缝的宽度越小，衍射现象越明显，光屏上中央亮条纹越宽；通过单缝的光越少，光屏上光强越弱。因此在单缝衍射实验中，仅减小单缝的宽度，则光屏上条纹变宽，光强减弱，C正确。 目录 答案 * 考向2　光的偏振 例5　(多选)可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度，从而鉴定含糖量。偏振光通过糖水溶液后，偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度α，角度α为锐角，α的值只与糖溶液的浓度有关，将α的测量值与标度值相比较，就能确定被测样品的含糖量了。如图所示，S是自然光源，A、B是偏振片，转动B，使到达O处的光最强，最后将被测样品P置于A、B之间，则下列说法正确的是(　　) A．到达O处光的强度会明显减弱 B．到达O处光的强度不会明显减弱 C．将偏振片B转动一个角度，转动角度为锐角，使得O处光强度最大，偏振片B转过的角度等于α D．将偏振片A转动一个角度，转动角度为锐角，使得O处光强度最大，偏振片A转过的角度等于α 目录 解析 解析　当在偏振片A、B间放糖溶液时，由于糖溶液的旋光作用，使通过偏振片A的偏振光振动方向转动了一定角度，到达O处的光强会明显减弱，A正确，B错误；但当将偏振片B转过一个角度，恰好使透振方向与经过糖溶液后的偏振光振动方向一致时，O处光强又为最强，故偏振片B的旋转角度等于α，同理转动偏振片A也可以达到相同的效果，C、D正确。 目录 1．对光的衍射的理解 (1)衍射是波的特有现象，波长越长，衍射现象越明显。任何情况下都可以发生衍射现象，只有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，光才可以看成是沿直线传播的。 目录 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 包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，且沿各个方向振动的光波的强度相同 在垂直于光的传播方向的平面上，光的振动沿特定方向 目录 3．光的偏振的理论意义及应用 (1)理论意义：光的干涉和衍射现象说明了光是波，但不能确定光是横波还是纵波，光的偏振现象说明了光是横波。 (2)应用：照相机镜头前装偏振片减弱反射光，放映和观看立体电影，电子表的液晶显示器等。 目录 答案 * 【跟进训练】(多选)如图所示，下列说法正确的有(　　) A．如图甲，自然光由空气射入水面上，反射光是偏振光 B．如图乙，立体电影的原理和照相机镜头表面涂上增透膜的原理一样 C．如图丙，大头针尖的影子轮廓模糊不清，是光的干涉现象 D．如图丁为光线通过一个不透光的圆盘得到的衍射图样 目录 解析 解析　如图甲，自然光由空气射入水面上，反射光是偏振光，A正确；如图乙，立体电影的原理是光的偏振，照相机镜头表面涂上增透膜的原理是光的干涉，B错误；如图丙，影子轮廓模糊不清，是光的衍射现象，故C错误；如图丁，在圆形阴影中心有亮斑，即泊松亮斑，则为光线通过一个不透光的圆盘得到的衍射图样，D正确。 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 ［A组　基础巩固练］ 答案 1．(2022·浙江6月选考)关于双缝干涉实验，下列说法正确的是(　　) A．用复色光投射就看不到条纹 B．明暗相间条纹是两列光在屏上叠加的结果 C．把光屏前移或后移，不能看到明暗相间条纹 D．蓝光干涉条纹的间距比红光的大 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 解析 解析　双缝干涉实验中，明暗相间条纹是两列光在屏上叠加的结果，故B正确；由条纹间距公式Δx＝eq \f(L,d)λ知，把光屏前移或后移，改变了L，从而改变了条纹间距，但仍能看到明暗相间条纹，故C错误；由条纹间距公式Δx＝eq \f(L,d)λ，结合λ蓝<λ红知，蓝光干涉条纹的间距比红光的小，故D错误；用复色光投射，各单色光会分别发生干涉，且各单色光条纹间距不同，则各单色光的明暗条纹在光屏上叠加后，会呈现彩色条纹，故A错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 答案 解析 2．(多选)抽制高强度纤维细丝可用激光监控其粗细，如图所示，观察光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可以判断细丝粗细的变化(　　) 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．如果屏上条纹间距变宽，表明抽制的丝变粗 D．如果屏上条纹间距变宽，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，所以这里应用的是光的衍射现象，当抽制的丝变细时，衍射现象更明显，条纹间距变宽，A、D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 答案 3.(2023·山东省潍坊市高三下二模)如图所示，某同学做双缝干涉实验时，用波长为λ0的激光照射双缝，墙上的P点出现第3级亮条纹(中央亮条纹为第0级亮条纹)。当他改用另一种激光照射双缝时，P点处变为第4级亮条纹，则该激光的波长为(　　) A.eq \f(3,4)λ0 B.eq \f(1,2)λ0 C.eq \f(1,4)λ0 D.eq \f(4,3)λ0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 解析 解析　设双缝间距为d，双缝到墙的距离为l，O、P间距为x，则两种激光干涉条纹相邻两条亮条纹的间距分别为Δx1＝eq \f(x,3)，Δx2＝eq \f(x,4)；设另一种激光的波长为λ2，由Δx＝eq \f(l,d)λ，可得eq \f(λ2,λ0)＝eq \f(Δx2,Δx1)，联立可得该激光的波长为λ2＝eq \f(3,4)λ0，故选A。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 答案 4．(2022·山东省淄博市高三下三模)在雪地训练、比赛时，运动员佩戴了一种利用薄膜干涉原理设计的眼镜，大大减小了紫外线对眼睛的伤害。该眼镜选用的薄膜材料的折射率为1.5，所要消除的紫外线的频率为8.1×1014 Hz，那么这种“增反膜”的厚度至少是(　　) A．1.23×10－7 m B．1.85×10－7 m C．9.25×10－8 m D．6.18×10－8 m 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 解析 解析　为了减小紫外线对眼睛的伤害，应使分别从该膜的前后两个表面反射的紫外光叠加后加强，则两列反射光的路程差(大小等于薄膜厚度d的2倍)应等于光在薄膜中的波长λ的整数倍，即2d＝kλ(k＝1，2，3，…)，当“增反膜”的厚度最小时，k＝1，即2d＝λ，其中λ＝eq \f(v,f)，v＝eq \f(c,n)，联立可得d＝eq \f(c,2nf)＝eq \f(3×108,2×1.5×8.1×1014) m＝1.23×10－7 m，故选A。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 答案 解析 5．(2022·北京市朝阳区高三下高考模拟)在光的双缝干涉实验中，在双缝后面各放置一个偏振片，若两个偏振片的透振方向相互垂直，则下列说法正确的是(　　) A．光屏上仍有干涉条纹，但条纹的亮度减弱 B．光屏上仍有干涉条纹，但条纹的亮度增强 C．光屏上的干涉条纹消失，但仍有光射到光屏上 D．光屏上的干涉条纹消失，且光屏上一片黑暗 解析　在双缝后面各放置一个偏振片，透过偏振片的光为偏振光，偏振片的透振方向相互垂直时，透过双缝后偏振片的两偏振光的振动方向相互垂直，不能发生干涉现象，因此光屏上没有干涉条纹，但仍有光射到光屏上，故C正确，A、B、D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 答案 6.(2021·浙江6月选考)(多选)肥皂膜的干涉条纹如图所示，条纹间距上面宽、下面窄。下列说法正确的是(　　) A．过肥皂膜最高和最低点的截面一定不是梯形 B．肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹 C．肥皂膜从形成到破裂，条纹的宽度和间距不会发生变化 D．将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动90°，条纹也会跟着转动90° 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 解析 解析　肥皂膜因为自重会上面薄而下面厚，肥皂膜上的条纹是来自肥皂膜前后表面的反射光形成的干涉条纹，B正确；若过肥皂膜最高和最低点的截面是梯形，则干涉条纹间距相等，而肥皂膜的干涉条纹间距上面宽、下面窄，则肥皂膜从上到下厚度增加得越来越快，过肥皂膜最高和最低点的截面一定不是梯形，A正确；肥皂膜从形成到破裂的过程中，液膜上面越来越薄，液膜下面越来越厚，则膜上同一位置来自前后表面反射光的路程差发生变化，故亮条纹和暗条纹的位置发生了变化，条纹宽度和间距发生变化，C错误；将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动90°，由于重力的作用，肥皂膜稳定后仍会上薄下厚，因此条纹并不会跟着转动90°，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 ［B组　综合提升练］ 答案 7．(2021·湖北高考)如图所示，由波长为λ1和λ2的单色光组成的一束复色光，经半反半透镜后分成透射光和反射光。透射光经扩束器后垂直照射到双缝上并在屏上形成干涉条纹。O是两单色光中央亮条纹的中心位置，P1和P2分别是波长为λ1和λ2的光形成的距离O点最近的亮条纹中心位置，反射光入射到三棱镜一侧面上，从另一侧面M和N位置出射，则(　　) A．λ1＜λ2，M是波长为λ1的光出射位置 B．λ1＜λ2，N是波长为λ1的光出射位置 C．λ1＞λ2，M是波长为λ1的光出射位置 D．λ1＞λ2，N是波长为λ1的光出射位置 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 解析 解析　由双缝干涉条纹间距的公式Δx＝eq \f(l,d)λ可知，当两种色光通过同一双缝干涉装置时，波长越长条纹间距越宽，由屏上亮条纹的位置可知，λ1＞λ2；反射光经过三棱镜后分成两束色光，由折射定律可知，入射角相同时，折射率越大的色光折射角越大，则nM>nN；由于λ1＞λ2，则f1<f2，n1＜n2，所以N是波长为λ1的光出射位置。D正确，A、B、C错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 答案 8．(2022·山东高考)(多选)某同学采用图甲所示的实验装置研究光的干涉与衍射现象，狭缝S1、S2的宽度可调，狭缝到屏的距离为L。同一单色光垂直照射狭缝，实验中分别在屏上得到了图乙、图丙所示图样。下列描述正确的是(　　) A．图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，也发生了衍射 B．遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，其他条件不变，图丙中亮条纹宽度增大 C．照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距增大 D．照射两条狭缝时，若光从狭缝S1、S2到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是暗条纹 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 解析 解析　图乙中间部分是等间距条纹，所以图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，也发生衍射，故A正确；狭缝越小，衍射现象越明显，衍射条纹越宽，遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，则衍射现象减弱，图丙中亮条纹宽度减小，故B错误；根据双缝干涉条纹间距公式Δx＝eq \f(L,d)λ，可知照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距增大，故C正确；照射两条狭缝时，若光从狭缝S1、S2到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，S1、S2处发出的光波峰和波谷在P点相遇，P点处一定是暗条纹，故D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 答案 9．(2023·山东省聊城市高三下第二次模拟)如图所示，把一个底角很小的圆锥玻璃体倒置(上表面为圆形平面，纵截面为等腰三角形)，紧挨玻璃体下方有一平整矩形玻璃砖，它和圆锥玻璃体间有一层薄空气膜。现用红色光垂直于上表面照射，从装置正上方向下观察，可看到(　　) A．一系列明暗相间的三角形条纹 B．由中心向外，圆形条纹间距越来越大 C．若换成顶角更大的圆锥玻璃体，亮条纹将变稀疏 D．若将红光换成蓝光，亮条纹将变稀疏 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 解析 解析　根据题意可知，光垂直于上表面入射后，在空气膜的上、下表面发生反射，两反射光相遇发生薄膜干涉，由于与圆锥顶点距离相同的位置的空气膜厚度相同，且从圆锥顶点向外，经过相同的距离，空气膜厚度增加量相同，根据光的干涉出现明暗条纹的条件可知，从装置的正上方向下观察，可看到一系列明暗相间的等距圆形条纹，故A、B错误。设空气膜的顶角为θ，相邻亮条纹的间距为 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 Δx，如图所示，根据几何关系可知，相邻亮条纹处两反射光的路程差的差值Δr＝2Δxtanθ，根据光的干涉出现明暗条纹的条件可知，光的波长λ＝Δr，可得Δx＝eq \f(λ,2tanθ)。若换成顶角更大的圆锥玻璃体，则θ减小，条纹间距Δx变大，即亮条纹将变稀疏，若将红光换成蓝光，则λ变小，条纹间距Δx变小，即亮条纹将变密集，故C正确，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 答案 10.(多选)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，就能够监测瓦斯浓度。下列说法正确的是(　　) A．若屏的正中央仍是亮纹，说明B中的气体与A中的空气成分相同，不含瓦斯 B．若屏的正中央是暗纹，说明B中的气体与A中的空气成分不相同，可能含有瓦斯 C．如果屏上干涉条纹不停地移动，说明B中的气体瓦斯含量不稳定 D．用频率更大的单色光照射单缝时，屏上出现的干涉条纹间距变大 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 解析 解析　如果容器A、B中气体相同，则折射率相同，所以屏中央为亮纹，若B中气体含有瓦斯，根据干涉规律，屏的中央可能为暗纹，也可能为亮纹，故屏的中央为亮纹，B中可能含瓦斯，也可能不含，如果屏的中央为暗纹，则A、B中气体的折射率一定不同，则B中气体与A中空气成分不同，可能含瓦斯，故A错误，B正确；条纹不停地移动，则B中气体的折射率在变化，即瓦斯含量不稳定，C正确；用频率更大的单色光照射单缝时，光的波长变短，根据Δx＝eq \f(l,d)λ可知条纹间距变小，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 答案 11．(2023·山东省泰安市高三下一模)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，测得相邻亮条纹的间距为ΔL。则以下关系式正确的是(　　) A．|D－D0|＝eq \f(λΔL,L) B．|D－D0|＝eq \f(λL,ΔL) C．|D－D0|＝eq \f(2L,λΔL) D．|D－D0|＝eq \f(λL,2ΔL) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 解析 解析　来自两个玻璃平晶间楔形空气膜前后表面的反射光相叠加发生干涉而出现明暗相间的条纹，设空气膜前后面夹角为θ，画出相邻两亮条纹处光的干涉原理如图，根据几何关系可知，相邻亮条纹处两列反射光的路程差的差值Δr＝2ΔLtanθ，根据光的干涉出现明暗条纹的条件可知，Δr＝λ，由题设条件，可知tanθ＝eq \f(|D－D0|,L)，联立解得|D－D0|＝eq \f(λL,2ΔL)，故选D。 　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　 R $$