第14章 第2讲 光的波动性-【优化探究】2025年高考物理一轮复习高考总复习配套课件（教科版2019）

第2讲　光的波动性 第十四章　光 基础知识 自主梳理 核心知识 典例研析 分层训练 巩固提高 考点一　光的干涉现象 考点二　光的衍射和光的偏振现象 内容索引 基础知识 自主梳理 一 3 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____条纹；某些区域相互减弱，出现____条纹，且加强区域和减弱区域相互间隔的现象。 2．产生干涉的条件：两列光的频率______，振动方向______，且具有恒定的相位差，才能产生稳定的干涉图样。 3．双缝干涉图样特点：单色光照射时，形成明暗相间的________的干涉条纹；白光照射时，中央为________条纹，其余为________条纹。 亮 暗 相同 相同 等间距 白色亮 彩色 二、光的衍射 1．发生明显衍射的条件：只有当障碍物的尺寸与光的波长_________，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象才会明显。 2．衍射条纹的特点 相差不多 (1)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____相间的条纹，且越靠近两侧，亮条纹的亮度______，宽度______ 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______，宽度______ ②亮环或暗环间的距离随圆孔半径的增加而______ 明暗 越弱 越小 越弱 越小 减小   单缝衍射 圆孔衍射 白 光 中央为亮且宽的白色条纹，两侧为亮度逐渐______、宽度逐渐______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______ 变暗 变窄 圆环 (2)泊松亮斑(圆盘衍射) 当光照射到不透明的________________上时，在圆盘的阴影中心出现______(在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环)。 半径很小的圆盘 亮斑 三、光的偏振现象 1．偏振：光波只沿__________的方向振动。 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________振动的光，而且沿各个方向振动的光波的______都相同，这种光叫作自然光。 3．偏振光：在______于传播方向的平面上，只沿某个特定方向振动的光。光的偏振证明光是______。自然光通过偏振片后，就得到了偏振光。 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。 某一特定 一切方向 强度 垂直 横波 二 核心知识 典例研析 10 考点一　光的干涉现象 能力考点 2．亮暗条纹的判断方法 (1)如图所示，经过双缝S1、S2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。 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。 (3)图样特点 同一薄膜干涉，同一条亮(或暗)纹对应薄膜的厚度相等。单色光照射薄膜时形成明暗相间的水平条纹，白光照射薄膜时形成彩色水平条纹。 ②用干涉法检查平面：如图甲所示，被检查平面B与标准样板A之间形成了一个楔形的空气薄膜，用单色光照射时，入射光从空气薄膜的上、下表面反射出两列光波，形成干涉条纹。被检查平面若是平的，空气薄膜厚度相同的各点就位于一条直线上，干涉条纹平行；若被检查表面某些地方不平，那里的空气薄膜产生的干涉条纹将发生弯曲，如图乙所示。 考向1　双缝干涉 [典例1]　(2021·福建卷)在如图所示的双缝干涉实验中，光源S到缝S1、S2距离相等，P0为S1S2连线中垂线与光屏的交点。用波长为400 nm的光实验时，光屏中央P0处呈现中央亮条纹(记为第0条亮条纹)，P处呈现第3条亮条纹。当改用波长为600 nm的光实验时，P处将呈现(　　) A．第2条亮条纹　　　 B．第3条亮条纹 C．第2条暗条纹 D．第3条暗条纹 A 考向2　薄膜干涉 [典例2]　(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 A 当温度升高时，由于C的膨胀系数小于G的膨胀系数，故待测柱形样品C的上表面与上方标准平面石英板之间的劈形空气层厚度变大，如图所示。 故原空气层厚度为d处出现的干涉条纹将出现在原位置左侧，即新空气层厚度为d的位置，条纹向左移动，A选项正确。 考点二　光的衍射和光的偏振现象 基础考点 1．对光的衍射的理解 (1)衍射是波的特征，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，只是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，光才可以看作是沿直线传播的。 2．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.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 [典例3]　(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 AD 由于是激光束越过细丝即绕过障碍物形成条纹，所以是光的衍射现象，如果屏上条纹间距变宽，则说明衍射现象更明显，则抽制的丝变细，A、D正确。 [典例4]　(多选)(2022·山东卷)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。用同一单色光垂直照射狭缝，实验中分别在屏上得到了图乙、图丙所示的图样。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 [答案]　ACD [典例5]　奶粉的碳水化合物(糖)的含量是一个重要指标，可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度，从而鉴定含糖量。偏振光通过糖的水溶液后，偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度α，这一角度α称为“旋光度”，α的值只与糖溶液的浓度有关，将α的测量值与标准值相比较，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，然后将被测样品P置于A、B之间。 (1)偏振片A的作用是__________________________。 (1)自然光通过偏振片后变为偏振光，故A的作用是把自然光变成偏振光。 把自然光变成偏振光 (2)偏振现象证明了光是一种________。 (2)偏振现象证明光是一种横波。 横波 (3)以下说法中正确的是________。 A．到达O处光的强度会减弱 B．到达O处光的强度不会减弱 C．将偏振片B转动一个角度，使得O处光强度最强，偏振片B转过的角度等于α D．将偏振片A转动一个角度，使得O处光强度最强，偏振片A转过的角度等于α ACD (3)偏振片只能让一定偏振方向的光通过，没有样品时，要使到达O处的光最强，偏振片A、B的透光方向应相同；当放入样品时，由于样品的“旋光度”是α，即偏振方向不再与B的透光方向平行，到达O处光的强度会减弱，A正确，B错误；偏振片B转过的角度等于α，并使偏振片B的透振方向与偏振光的偏振方向平行时，光到达O处的强度将再次最大，C正确；同理，D正确。 三 分层训练 巩固提高 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 【A级　夯实基础】 1．(2023·北京卷)阳光下的肥皂膜呈现彩色条纹，这种现象属于光的(　　) A．偏振现象　　　　　 B．衍射现象 C．干涉现象 D．全反射现象 C 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 阳光下的肥皂膜呈现彩色条纹，这种现象属于光的薄膜干涉现象，C项正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2．(2022·浙江6月卷)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，不能看到明暗相间的条纹 D．蓝光干涉条纹的间距比红光的大 B 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 3.(2023·江苏卷)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(　　) B 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 4．(多选)(2023·湖南长沙雅礼中学段考)下列关于光现象或实验结果的说法正确的是(　　) A．光的干涉和衍射现象说明光是一种波 B．3D电影利用了光的衍射现象，说明光是一种纵波 C．水波较容易绕过较大障碍物发生衍射，而光波不能，说明光波的波长比水波的波长长 D．用同一装置观测红光和绿光双缝干涉条纹，绿光条纹间距较窄，说明绿光波长较短 AD 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 5．夜晚，汽车前灯发出的强光能将迎面驶来的汽车的司机照射得睁不开眼睛，影响行车安全。若将汽车前灯玻璃和汽车前窗玻璃都改用偏振玻璃，使双方司机都看不见对方耀眼的灯光，但能看清自己车灯发出的光所照亮的物体，则所有的汽车前窗玻璃、前灯玻璃的透振方向应该是 (　　) A．前窗玻璃的透振方向是竖直的，前灯玻璃的透振方向是水平的 B.前窗玻璃的透振方向是竖直的，前灯玻璃的透振方向也是竖直的 C．前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°的，前灯玻璃的透振方向是斜向左上45°的 D．前窗玻璃的透振方向和前灯玻璃的透振方向都是斜向右上45°的 D 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 如果每辆汽车的前灯玻璃和前窗玻璃都改为偏振玻璃，并使它们的透振方向都跟水平方向成45°，就可以解决这个问题。这时，从对面车灯射来的偏振光，由于振动方向跟前窗玻璃的透振方向垂直，所以不会射进司机眼里；而从自己车灯射出去的偏振光，由于振动方向跟自己前窗玻璃上的透振方向相同，所以司机仍能看清自己车灯照亮的路面和物体。故D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 6．(2023·山东济南历城二中模拟)如图所示，把一矩形均匀薄玻璃板ABCD压在另一个矩形平行玻璃板上，BC一侧用薄片垫起，将红单色光从上方射入，这时可以看到明暗相间的条纹。下列关于这些条纹的说法中正确的是(　　) A.条纹与DC边平行 B.乙图弯曲条纹表示下方待测板在该处有凹陷 C.如果用手用力捏右侧三层，会发现条纹保持间距不变，整体向AD侧移动 D.看到的条纹越多，说明薄片的厚度越厚 D 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 7．(多选)(2023·河北秦皇岛高三联考)在某次双缝干涉实验中，双缝上、下放置，用同一单色光垂直照射狭缝。现仅把下缝S2封住，同时把一平面反射镜M镜面向上平放在图中虚线位置，平面镜M所在平面是S1、S2的中垂面，此时在屏上(　　 ) A．没有干涉条纹 B．干涉条纹的区域只在屏中心以上的部分 C．光通过狭缝发生干涉的同时也发生衍射 D．干涉条纹的间距与仅用双缝S1、S2做干涉实验时产生的条纹间距相同 BCD 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 光路图如图所示。 S1和S1关于平面镜M的像(位于S2)成为相干光源。只是干涉条纹的区域只在屏中心以上的部分，干涉条纹的间距不变，光通过狭缝发生干涉的同时也发生衍射，A项错误，B、C、D项正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 8．(2021·湖北卷)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 D 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 【B级　能力提升】 9．(2023·山东潍坊高三期末)如图所示，两块标准平面玻璃板形成一个劈形空间，内部为空气时，用单色光垂直照射玻璃板上表面，产生等间距的明暗相间的干涉条纹。若在劈形空间内充满水，则相邻的条纹间距将(　　) A．变小 B．变大 C．不变 D．无法确定 A 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 10．偏振光通过不加电压的液晶时，光的偏振方向会被液晶旋转，这种性质叫液晶的旋光性。用人工方法也可以产生旋光效应，其中最重要的是磁致旋光效应。当偏振光沿着(或逆着)磁场方向透过样品时，偏振方向会旋转一个角度α。实验表明，磁致旋光效应有如下规律：①对于给定的介质，偏振方向转过的角度α与样品的长度l和磁感应强度B的乘积成正比，即：α＝klB，k为比例系数。②偏振光沿着磁场方向通过样品，逆着光的传播方向看，偏振方向顺时针转过一个角度；逆着磁场方向通过样品，逆着光的传播方向看，偏振方向逆时针转过一个角度。利用磁致旋光的这一特点可以制成光隔离器，即只允许光从一个方向通过而不能从反方向通过。现使一束激光(偏振光)通过一偏振片(偏振方向与透振方向平行)，沿着磁场方向通过某一样品后垂直射到一玻璃砖，会有部分光反射，如图所示，为了消除反射光对前面装置的影响，那么所加磁场至少多大。已知该种样品的k＝15°/(cmT)，样品的长度l为3 cm，玻璃砖反射不改变偏振方向(　　) A．0.5 T B．1 T C．1.5 T D．2 T B 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 向右传播，通过样品后，从左往右看，激光偏振方向逆时针转过klB角度，通过玻璃砖反射回来，向左传播通过样品后，偏振方向继续逆时针转过klB角度，所以总共转过2klB角度，为了不能透过偏振片，那么2klB至少是90°，所以B＝1 T，故B正确，A、C、D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 11．(2023·浙江绍兴模拟)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)，紧挨玻璃体下放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，从装置的正上方向下观察，可以看到(　　) A．一系列不等间距的三角形条纹 B．一系列明暗相间的等间距圆形条纹 C．若将红光换成白光，则看到黑白相间的条纹 D．若将红光换成紫光，则看到的亮条纹数将变少 B 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 由于截面是等腰三角形，从圆心向外，经过相同的宽度空气膜厚度增加量相同，根据光的干涉原理，从装置的正上方向下观察，可以看到一系列明暗相间的等间距圆形条纹，A错误，B正确；若将红光换成白光，则看到明暗相间的彩色条纹，C错误；由于红光的波长比紫光的长，若将红光换成紫光，则条纹间距减小，看到的亮条纹数将增多，D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 12.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和S2距离之差为2.1×10-6 m。今分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验，问： 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 (1)在下列两种情况中，P点是亮条纹还是暗条纹？ ①已知A光在折射率为n＝1.5的介质中波长为4×10-7 m； 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°(sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)。 答案：(1)①暗条纹　②亮条纹　 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 (2)若用A光照射时，把其中一条缝遮住，试分析光屏上能观察到的现象。 答案：(2)光屏上仍出现明暗相间的条纹，但中央条纹最宽最亮，两边条纹变窄变暗。 (2)光屏上仍出现明暗相间的条纹，但中央条纹最宽最亮，两边条纹变窄变暗。 $$