第十四章第2讲 光的干涉、衍射和偏振、实验：用双缝干涉测量光的波长 课件-2027届高考物理一轮专题复习

该高中物理高考复习课件聚焦“光的干涉、衍射和偏振”及实验“用双缝干涉测量光的波长”，依据高考评价体系明确理解波动性证据、定量分析条纹条件、实验操作与数据处理等考查要求，通过梳理双缝干涉公式应用、薄膜干涉现象分析、实验误差规避等高频考点，归纳选择、计算、实验三大常考题型，体现备考针对性。 课件亮点在于“真题解析+素养渗透+应试策略”，如以2025年江苏模拟题为例，通过双缝干涉明暗条纹判断训练科学推理，结合实验中Δx测量方法培养科学探究素养。特设易错点分析（如条纹间距与波长关系混淆）和答题模板，助力学生掌握公式应用与实验操作技巧，教师可据此系统开展考点突破，提升复习效率。

第2讲 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 C 2.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400 nm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600 nm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440 nm的蓝色激光和波长为660 nm 的红色激光组成的复合光垂直照射双缝,双缝间距为0.5 mm,双缝到屏的距离为500 mm,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1.32 mm处蓝光和红光亮条纹中心重叠 D.距中央亮条纹中心1.98 mm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0.25 mm的双缝。测得双缝到毛玻璃屏的距离为60 cm。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2.40 mm。 (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。  9.84 620 (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0.300 mm,测得光屏与双缝间的距离为1.20 m,第1条暗条纹中心到第4条暗条纹中心之间的距离为7.560 mm,则所测单色光的波长为　　　nm(结果保留三位有效数字)。  630 (4)若某同学通过目镜,看到如图丙所示的情形。由于条纹清晰,他没有再进一步进行调节,而是直接进行测量,并根据公式算出波长,则测量得到的波长和准确值相比是　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。  偏大 感谢观看 【答案】 频率　相同　明暗　等　白　彩　λ　相当　小　明暗 不均匀　横 提示:设两缝与P1的距离分别为P1S1=r1,P1S2=r2,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△S1S2M是直角三角形。根据三角函数的关系有r2-r1=dsin θ,另一方面x=ltan θ≈lsin θ,两式联立得r2-r1=d。当两列波的路程差为波长的整数倍,即d=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=nλ,相邻两条亮条纹或暗条纹的中心间距是Δx=λ。 (1)条纹间距公式Δx=λ,对同一双缝干涉装置,光的波长越长,干涉条纹的间距越大。 (2)如图所示,两相干光源到屏上P点的路程差Δr=kλ(k=0,1,2,…)时,P处出现亮条纹;当Δr=(2k+1)(k=0,1,2,…)时,P处出现暗条纹。 【解析】 使用波长为400 nm的紫色光源照射单缝S,在P1点出现第5条暗条纹,则分别由S1、S2射出的光到P1点的路程差为s0=×9=1 800 nm,此路程差等于橙色光波长的3倍,因此换用波长为600 nm的橙色光源照射单缝,P1处为亮条纹,且P和P1之间有三条暗条纹。故选A。 【解析】 蓝光与红光频率不相等,不能发生稳定干涉形成条纹,故A错误;根据相邻干涉条纹间距公式Δx=λ,蓝光的相邻干涉条纹间距为Δx1=4.4×10-4 m,红光的相邻干涉条纹间距为Δx2=6.6×10-4 m,故蓝光相邻条纹间距比红光相邻条纹间距小,故B正确;要使蓝光和红光亮条纹中心重叠,则Δx1·m=Δx2·n,m= 0,1,2,…,n=0,1,2,…,可知当Δx1·m=Δx2·n=1.32 mm时,m=3,n=2满足条件,当Δx1·m=Δx2·n=1.98 mm 时,没有m和n满足条件,故C正确,D错误。 【解析】 题图甲装置是利用光在楔形空气薄膜上、下表面的反射光而产生干涉现象,检查材料表面平整度,因此上板是标准样板,下板是待检查的光学元件,A错误。设入射光波长为λ,楔形空气劈尖顶角为θ,待检件距O点为x1处形成第n条亮条纹,x2处形成第n+1条亮条纹,由形成亮条纹的条件得x1tan θ= n,x2tan θ=(n+1),解得两条相邻亮条纹间距Δx=,可知当换用波长更长的单色光,其他条件不变时,相邻亮条纹间距变大,则题图乙中的干涉条纹变疏; 2.原理:Δx=λ,因此,只要测出Δx、d、l即可测出波长λ。 3.数据处理的方法 (1)调节测量头,使分划板中心刻线对齐第1条亮条纹的中心,记下手轮上的读数a1。 (2)转动手轮,当分划板中心刻线与第n条亮条纹中心对齐时,记下手轮上的读数a2。 (3)相邻两条亮条纹间的距离Δx=,则由λ=Δx=得波长。 【解析】 (2)如题图乙所示,主尺读数为9 mm,游标尺读数为 mm=0.84 mm,其读数为9 mm+0.84 mm=9.84 mm;条纹间距为Δx= mm=1.488 mm,根据相邻两条亮条纹间距公式Δx=λ,代入数据解得λ=620 nm。 【解析】 (3)为使测量头内的条纹数目增多,则条纹间距减小,根据Δx=λ可知,换用蓝色的滤光片使光的波长减小,或减小双缝到毛玻璃屏的距离,都可以使测量头内的条纹数目增多;更换间距更小的双缝可增大条纹间距,导致条纹数目减少;更换宽度更窄的单缝对条纹数目无影响。A、D正确。 【解析】 (2)实验中单缝和双缝必须平行,A正确;根据Δx=λ可知,不需要测量单缝到光屏的距离,该距离与干涉条纹间距无关,B、C错误;换用绿色滤光片时通过的绿光波长更短,则相邻两条亮条纹中心的距离将减小,D正确。 【解析】 (3)相邻两条暗条纹间距为Δx= mm=2.520 mm,根据Δx=λ,解得λ=·Δx=630 nm。 【解析】 (4)题图丙所示的情况中,其测量的条纹间距Δx偏大,根据λ=Δx知测量的波长比准确值偏大。 $