第14章 第二讲 光的干涉、衍射和偏振（课件）-【创新方案】2026年高考物理一轮复习（福建专版）

光的干涉、衍射和偏振 第 二 讲 |纲举目张|·|精要回顾| 频率 相位差 (2k+1) 白色 λ 微点判断 (1)光的颜色取决于折射率。 ( ) (2)只有频率相同的两列光波才能产生干涉。 ( ) (3)(2022·浙江6月选考)在双缝干涉实验中，明暗相间条纹是两列光在屏上叠加的结果。 ( ) (4)阳光下茂密的树荫中地面上的圆形亮斑是光的衍射形成的。 ( ) (5)自然光是偏振光。 ( ) (6)肥皂泡膜在阳光的照射下呈现彩色是光的干涉现象。 ( ) × √ √ × × √ 1 逐点清(一)　光的干涉(基础点速过) 2 逐点清(二)　光的衍射(基础点速过) CONTENTS 目录 4 课时跟踪检测 3 逐点清(三)　光的偏振(基础点速过) 逐点清(一)　 光的干涉(基础点速过) |关键知能|·|升维学习| （一）光的双缝干涉 (一)光的双缝干涉 1.发生干涉的条件：两光的频率相同，振动步调相同。 2.亮暗条纹的判断方法： 如图所示，光源S1、S2发出的光到屏上P'点的 路程差为Δr=r2-r1。 当Δr=kλ(k=0，1，2，…)时，光屏上P'处出现亮条纹。 当Δr=(2k+1)(k=0，1，2，…)时，光屏上P'处出现暗条纹。 3.用白光照射双缝时，形成的干涉条纹的特点：中央为白色条纹，两侧为彩色条纹。 4.双缝干涉形成的条纹是等间距的，相邻两条亮条纹或相邻两条暗条纹间距离与波长成正比，即Δx=λ。 [针对训练] 1.(2024·黑吉辽高考)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。用绿色激光照射双缝，能够在墙面上观察到干涉条纹。下列做法可以使相邻两条亮条纹中心间距变小的是(　 ) A.换用更粗的头发丝 B.换用红色激光照射双缝 C.增大纸板与墙面的距离 D.减小光源与纸板的距离 √ 解析：相邻两条亮条纹中心间距公式Δx=λ，换用更粗的头发丝，则双缝间距d增大，Δx变小，A正确；换用红色激光照射双缝，即光的波长λ增大，Δx变大，B错误；增大纸板与墙面的距离，即l增大，Δx变大，C错误；减小光源与纸板的距离，Δx不变，D错误。 2.(2024年1月·九省联考甘肃卷)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，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：移动前屏上相邻两条亮条纹中心的间距Δx1=λ，移动后屏上相邻两条亮条纹中心的间距Δx2=λ，屏上相邻两条亮条纹中心的间距之比为Δx1∶Δx2=4∶5，故选C。 （二）光的薄膜干涉 1.形成：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.亮、暗条纹的判断 (1)在P1、P2处，两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr等于波长的整数倍，即Δr=nλ(n=1，2，3，…)，薄膜上出现亮条纹。 (2)在Q处，两列反射回来的光波的路程差Δr等于半波长的奇数倍，即Δr=(2n+1)(n=0，1，2，3，…)，薄膜上出现暗条纹。 3.应用 (1)干涉法检查平面如图所示，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或间距发生变化。 (2)增透膜、增反膜 [典例]　(2025·莆田检测)如图1所示，利用光的干涉检验平面的平整度，将一块标准平板玻璃放置在待测平面上，一端用垫片适当垫高，从而在两面间形成劈形空气薄膜。当红光从上方入射后，从上往下看到明暗相间的等距条纹，若轻微按压平板玻璃，平板玻璃下表面会形成如图2所示的弧面，关于本实验，下列说法正确的是 (　 ) A.若将红光改为绿光，则条纹间距变宽 B.若减小垫片厚度，则条纹间距变窄 C.若发现某处条纹向左侧弯曲，则待测面对应处有凸起 D.轻微按压平板玻璃时，看到条纹间距左侧变宽，右侧变窄 √ [解析]　令薄膜厚度为d，根据薄膜干涉原理有2d=nλ(n=1，2，3…)，由于绿光波长小于红光，若将红光改为绿光，则条纹间距变窄，故A错误；若减小垫片厚度，结合上述可知，水平方向上的条纹数目减少，则条纹间距变宽，故B错误；若发现某处条纹向左侧弯曲，则待测面对应处薄膜层厚度变大，即对应处有凹陷，故C错误；轻微按压平板玻璃时，根据题图2可知，平板玻璃下表面对应的虚线的切线的斜率从左往右逐渐变大，左侧薄膜层的厚度变化很小，右侧薄膜层的厚度变化很大，结合上述可知，在相等的水平间距内，左侧的条纹数目比右侧的条纹数目少一些，可知，条纹间距左侧变宽，右侧变窄，故D正确。 [针对训练] 3.(2024·山东高考)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 √ 解析：单色平行光垂直照射平板玻璃，上、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，光程差为两块玻璃上表面间距离的两倍，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。 4.[增透膜](2025·永安期中)为了提高光的利用率，生产厂家通常会在光伏板的玻璃表面涂敷增透膜，原理如图所示，入射光会分别在薄膜的前表面和后表面发生反射，两束反射光发生干涉相互抵消，从而降低反射光的强度，增强透射光的强度；已知某单色光在薄膜中的波长为λ，则关于增透膜的最小厚度d，正确的是 (　 ) A.d=λ B.d= C.d= D.d= √ 解析：入射光分别在薄膜的前表面和后表面发生反射，当光到薄膜的前表面和后表面的光程差为半波长的奇数倍时，两束反射光发生干涉相互抵消，增透膜的最小厚度d=。 5.[增反膜](2025·三明检测)(双选)手机屏会发出一种对眼睛危害较大的蓝光。某同学用所学知识为眼镜设计“增反膜”来减小蓝光对眼睛的伤害，制作前他利用如图甲所示的装置测量蓝光的波长，光源架在铁架台的上端，中间是刻有双缝的挡板，下面是光传感器，接收到的光照信息经计算机处理后，在显示器上显示出干涉图像的条纹信息如图乙所示，根据x轴上的光强分布可以算出光的波长。已知双缝间距为d，双缝到光传感器的距离为L，选用的薄膜材料对蓝光的折射率为n。下列说法正确的是 (　 ) A.被测蓝光的波长λ= B. 被测蓝光的波长λ= C. 镜片表面所镀“增反膜”的最小厚度为 D. 镜片表面所镀“增反膜”的最小厚度为 √ √ 解析：由题图乙可知，相邻两个波峰之间的距离为，即相邻两条亮条纹中心的距离Δx=，根据双缝干涉条纹的间距公式Δx=λ，可得被测蓝光的波长λ=，A正确，B错误。当蓝光在膜中的光程差恰好等于光在薄膜中的波长时，即Δs=2d'=λ'，则出现明条纹，此时镜片表面所镀“增反膜”的厚度最小，为该蓝光在膜中波长的一半，即d'=，又因为λ'=，联立可得，镜片表面所镀“增反膜”的最小厚度为d'=，C正确，D错误。 6.[牛顿环](2025·龙岩检测)如图甲所示为牛顿环装置意识图，将一块曲率半径较大的平凸透镜放在一块玻璃平板上，用单色光照射透镜与玻璃板，就可以观察到一些明暗相间的同心圆环，如图乙所示。如果将下方的玻璃平板换成凸面朝上的平凸透镜，如图丙，则观察到的条纹可能是(已知A选项中的同心圆环条纹与乙图完全相同) (　 ) √ 解析：凸透镜的凸球面和玻璃平板之间形成一个空气薄膜，当竖直向下的平行光射向平凸透镜时，尖劈形空气膜上、下表面反射的两束光相互叠加而产生干涉。同一半径的圆环处的空气膜厚度相同，上、下表面反射光的光程差相同，因此使干涉图样呈圆环状。若将下方的玻璃平板换成凸面朝上的平凸透镜，即对应题图乙中同一亮环，这一厚度要内移，对应的牛顿亮环的半径变小，其他环半径依次变小，所以圆环半径要变小，环更密。 逐点清(二)　 光的衍射(基础点速过) ◉对衍射现象的理解 1.(2025·宁德检测)用一束红色激光照射单缝，光屏上出现的现象如图所示，下列操作可使中央亮条纹变宽的是(　 ) A.增大激光束的宽度 B.减小单缝的宽度 C.减小屏到单缝的距离 D.改用绿色激光照射 √ 解析：单缝衍射中央亮条纹的宽度和亮度与单缝的宽度有关，单缝宽度越窄，衍射现象越明显，则条纹的宽度越宽，与激光束的宽度无关，故A错误，B正确；减小屏到单缝的距离，中央亮条纹变窄，故C错误；改用绿色激光照射，绿光的波长小于红光的波长，则中央亮条纹变窄，故D错误。 ◉干涉、衍射图样的比较 2.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 √ 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，因此题图1、3为双缝干涉条纹，题图2、4为单缝衍射条纹。双缝干涉条纹的宽度Δx=λ，红光的波长比蓝光的波长长，则红光干涉条纹间距大于蓝光干涉条纹间距，即题图1、3分别对应于红光和蓝光；而在单缝衍射中，当单缝宽度一定时，波长越长，衍射现象越明显，即中央条纹越宽越亮，题图2、4分别对应于紫光和黄光。综上所述，1、2、3、4四个图中亮条纹的颜色依次是红、紫、蓝、黄，B正确。 3.(双选)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，图乙中相邻两条暗条纹的中心间距减小 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 √ √ 解析：由题图可知，题图乙中间部分是等间距条纹，所以题图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，同时也发生衍射，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，题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=λ可知，照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，题图乙中相邻两条暗条纹的中心间距增大，故C错误；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，故D正确。 1.对光的衍射的理解 (1)波长越长，衍射现象越明显。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。 (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 逐点清(三)　 光的偏振(基础点速过) ◉对偏振光的理解 1.如图所示，两光屏间放有两个偏振片，它们四者平行共轴，现让太阳光沿轴线通过光屏M上的小孔照射到固定不动的偏振片P上，再使偏振片Q绕轴匀速转动一周，则关于光屏N上光的亮度变化情况，下列说法正确的是(　 ) A.光屏N上光的亮度保持不变 B.光屏N上只有一条亮线随偏振片转动而转动 C.光屏N上有两条与偏振片P、Q透振方向对应的亮线 D.光屏N上光的亮度会时亮时暗 √ 解析：太阳光沿轴线通过光屏M上的小孔照射到固定不动的偏振片P上，再使偏振片Q绕轴匀速转动一周，当偏振片P与偏振片Q垂直时，光屏N上没有亮度，则光屏N上光的亮度从亮到暗，再由暗到亮，所以光屏N上光的亮度会时亮时暗，故A、B错误，D正确；光屏N上不可能有两条与偏振片P、Q透振方向对应的亮线，故C错误。 ◉光的偏振的应用 2.(2024·江苏高考)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°，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 √ 解析：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，说明左镜片的透振方向和光的偏振方向相同，右镜片的透振方向和光的偏振方向垂直。当手机屏幕旋转90°时，左镜片的透振方向与光的偏振方向垂直，则左镜片变暗，右镜片的透振方向与光的偏振方向相同，则右镜片变亮，故D正确，A、B、C错误。 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 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。 课时跟踪检测 (单击进入电子文档) $$