专题14 第2讲 光的干涉、衍射和偏振-【名师带你过关】2026-2027学年高考物理一轮复习

第二讲　光的干涉、衍射和偏振 一　光的干涉 考点1　产生干涉的条件 两列光的频率相同,振动方向相同,且具有恒定的相位差,才能产生稳定的干涉图样。 考点2　杨氏双缝干涉 (1)原理如图所示。 (2)形成亮、暗条纹的条件 ①单色光:形成明暗相间的条纹,中央为亮条纹。 光的路程差r2-r1=kλ(k=0,1,2,…),光屏上出现亮条纹。 光的路程差r2-r1=(2k+1)(k=0,1,2,…),光屏上出现暗条纹。 ②白光:光屏上出现彩色条纹,且中央亮条纹是白色。 ③条纹间距公式:Δx=λ。 考点3　薄膜干涉的理解和应用 (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: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。 考向1 双缝干涉 【例1】在图示的双缝干涉实验中,光源S到缝S1、S2距离相等,P0为S1、S2连线的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 考向2 薄膜干涉 【例2】(多选)图甲是用光的干涉法来检查物体平面平整程度的装置,其中A为标准平板,B为待检查的物体,C为入射光,图乙为观察到的干涉条纹,下列说法正确的有 (　　) A.入射光C应采用单色光 B.图乙条纹是由A的下表面反射光和B的上表面反射光发生干涉形成的 C.当A、B之间某处距离为入射光的半波长奇数倍时,对应条纹是暗条纹 D.由图乙条纹可知,被检查表面上有洞状凹陷 考向1 杨氏双缝干涉 1.如图用频率为f的单色光,垂直照射双缝,在光屏上O是中央亮条纹,P点是O上方第二条亮条纹中心,已知双缝间距为d,双缝到光屏的距离为L,光速为c,下列说法正确的是 (　　) A.该单色光的波长λ=cf B.r2-r1=2cf C.OP之间的距离为 D.若换用频率更大的单色光照射双缝,O点上方第二条亮条纹中心在P点上方 2.某同学用如图所示装置观察双缝干涉实验,竖直放置的屏上P1处出现第3级亮纹,将屏沿水平方向移动一段距离时,P1处出现第3级暗纹,则 (　　) A.屏一定是向左移动的 B.屏一定是向右移动的 C.屏移动后,屏上的条纹间距变窄 D.将单缝稍向左移一些,条纹间距保持不变 考向2 薄膜干涉 3.如图是蓝色大闪蝶,在阳光下可以看到其翅膀灿烂闪烁。蓝色大闪蝶的翅膀表面有凸起的翅脊,这些翅脊有一串类似台阶的结构,光照射翅脊上“台阶结构”的简化光路如图所示,若台阶结构上下表面平行,则此现象是 (　　) 　　　　　　　　　　　　　　　 A.光的衍射 B.光的全反射 C.光的偏振 D.光的干涉 4.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 二　光的衍射和偏振 考点1　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相差不多,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 (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,两侧为明暗相间的条纹,且越靠近两侧,亮条纹的亮度越弱,宽度越小 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,圆形亮条纹的亮度越弱,宽度越小 ②亮环或暗环间的距离随圆孔半径的增加而减小 白光 中央为亮且宽的白色条纹,两侧为亮度逐渐变暗、宽度逐渐变窄的彩色条纹,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圆环 (2)泊松亮斑(圆盘衍射) 当光照射到不透明的半径很小的圆盘上时,在圆盘的阴影中心出现亮斑(在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环)。 考点2　光的偏振 1.偏振:光波只沿某一特定的方向振动。 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一切方向振动的光,而且沿各个方向振动的光波的强度都相同,这种光叫作自然光。 3.偏振光:在垂直于传播方向的平面上,只沿某个特定方向振动的光。光的偏振证明光是横波。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。 考向1 单缝衍射与双缝干涉的比较 【例1】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)。4幅图从左往右排列,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 考向2 光的偏振 【例2】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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (2)偏振现象证明了光是一种　　　　。  (3)以下说法中正确的有　　　　。  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 考向1 光的衍射 1.某同学用红光做实验,拍摄到屏上亮条纹的照片如图甲、乙所示,则该同学做的是 (　　) A.单缝衍射实验,甲图中单缝的宽度小 B.单缝衍射实验,乙图中单缝的宽度小 C.用和甲图相同装置做实验,仅将红光改为绿光,中央亮纹宽度更大 D.用和甲图相同装置做实验,仅将红光改为白光,屏上出现黑白相间条纹 2.(多选)在抽制很细的金属丝的过程中,可以用激光随时监测抽丝的粗细情况。其装置如图甲所示,在抽丝机的细丝出口附近,用一束激光沿与细丝垂直的方向照射细丝,在细丝的另一侧用光屏接收激光。工作人员通过观察光屏上明暗相间亮斑的情况(如图乙所示为沿激光传播方向看到的光屏情况),便可知道抽制出的细丝是否合格。对于这种监控抽丝机的装置,下列说法中正确的有 (　　) A.这是利用光的干涉现象 B.这是利用光的衍射现象 C.如果屏上条纹变宽,表明细丝粗了 D.如果屏上条纹变宽,表明细丝细了 考向2 光的偏振 3.图中四幅图片是来自课本的插图,结合图片分析,下列说法中正确的是 (　　) A.图甲是一束单色光进入平行玻璃砖后传播的示意图,当入射角θ1 (小于90°)逐渐增大到某一值后不再会有光线从a'面射出 B.图乙是双缝干涉示意图,若只减小屏到挡板间距离,两相邻亮条纹间距离Δx将减小 C.图丙是针尖在灯光下发生的现象,这种现象反映了光的干涉现象 D.图丁是自然光通过偏振片P、Q的实验结果,右边是光屏,当P固定不动缓慢转动Q时,光屏上的光亮度将一明一暗交替变化,此现象表明光波是纵波 4.(多选)如图所示,电灯S发出的光先后经过偏振片 A和 B,人眼在 P处迎着入射光方向,看不到光亮,则 (　　) A.图中a光为自然光 B.图中b光为偏振光 C.以SP为轴将B转过 90°后,在 P处将看不到光亮 D.以SP为轴将 B转过180°后,在P处将看到光亮 学科网（北京）股份有限公司 $ 第二讲　光的干涉、衍射和偏振 一 　光的干涉 例题精讲 【例1】　A　【解析】由公式Δx=λ可知=λ1,当改用波长为600 nm 的光实验时,则有=λ2,即==,解得n=2,即P处将呈现第2条亮条纹,A正确。 【例2】　AB 基础过关 1.C　【解析】A.根据波速、波长关系c=λf;λ=,故A错误;B.P点是O点上方第二条亮条纹中心,则r2-r1=2λ=,故B错误;C.双缝干涉两条相邻亮条纹中心间距Δx=λ=,OP之间的距离为2Δx=,故C正确;D.若换用频率更大(波长更短)的单色光照射双缝,O点上方第二条亮条纹中心在P点下方,故D错误。 故选C。 2.BD　【解析】AB.由题意可知,屏移动后,条纹间距变大,由条纹间距公式Δx=λ可知,屏向右移动,故A错误,B正确;C.屏移动后,屏上的条纹间距变宽,故C错误;D.将单缝稍向左移一些,由Δx=λ可知,条纹间距保持不变,故D正确。故选BD。 3.D　【解析】根据光照射翅脊上“台阶结构”的简化光路,若台阶结构上下表面平行,由于光经过上、下表面反射光在上表面叠加形成彩色的条纹,这种是薄膜干涉,所以此现象是光的干涉。故选D。 4.D　【解析】设薄膜厚度为d,薄膜干涉的光程Δs=2d,厚度相同处产生的条纹明暗情况相同,因此条纹应与AD边平行,故A错误;根据薄膜干涉的产生原理可知,表示该处有突起,故B错误;如果用手用力捏右侧三层,根据Δx=λ可知条纹间距变大,导致满足亮条纹光程差的间距向劈尖移动,所以条纹向着劈尖移动,故C错误;看到的条纹越多,说明相邻亮条纹间距变小,所以干涉条纹会变密;说明薄片的厚度越厚,故D正确。故选D。 二　光的衍射和偏振 例题精讲 【例1】　B　【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1、3为双缝干涉条纹,2、4为单缝衍射条纹。相邻亮条纹间距Δx=λ,红光波长比蓝光波长长,则红光干涉条纹间距大于蓝光干涉条纹间距,即1、3分别对应红光和蓝光。而在单缝衍射中,当单缝宽度一定时,波长越长,衍射越明显,即中央条纹越宽越亮,黄光波长比紫光波长长,即2、4分别对应紫光和黄光。综上所述,1、2、3、4四幅图中亮条纹的颜色依次是:红、紫、蓝、黄,B正确。 【例2】　(1)把自然光变成偏振光　(2)横波　(3)ACD　【解析】(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。 (2)偏振现象证明光是一种横波。 (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。 基础过关 1.A　【解析】双缝干涉条纹的特征是等宽等亮度,单缝衍射条纹的特征是中央条纹最宽,向两侧越来越窄,中央条纹最亮,向两侧越来越暗,所以该图片是单缝衍射实验的条纹。又因为单缝越窄条纹越宽,所以甲图中单缝的宽度小,A正确,B错误;波长越大,中央条纹越宽,所以用和甲图相同装置做实验,仅将红光改为绿光,波长变小,中央亮纹宽度更小,C错误;用和甲图相同装置做实验,仅将红光改为白光,屏上出现彩色条纹,D错误。故选A。 2.BD　【解析】由题意知条纹的形成属单缝衍射,并非运用光的干涉,而是利用光的衍射现象,故A错误,B正确; 由单缝衍射可知,缝变窄条纹宽度变宽,故如果屏上条纹变宽,表明细丝变细了,故C错误,D正确。 故选BD。 3.B　【解析】图甲中,根据几何关系可知上表面的折射角等于下表面的入射角,根据光路的可逆性,无论怎么增大入射角θ1,下表面的入射角都不会达到临界角,光线都会从α'面射出,故A错误;图乙中,根据双缝干涉相邻条纹间距公式Δx=λ可知只减小屏到挡板间距离,两相邻亮条纹间距离Δx将减小,故B正确;图丙是针尖的衍射现象,故C错误;只有横波才能产生偏振现象,所以光的偏振现象表明光是一种横波,故D错误。故选B。 4.AB　【解析】电灯直接发出的光是自然光,通过偏振片A后变为偏振光,AB正确;人眼在P处迎着入射光方向,看不到光亮,说明偏振片A与偏振片B的偏振方向相互垂直,故当以 SP为轴将 B转过 90°后,在P处将看到光亮;将B转过180°后,在P处将看不到光亮,CD错误。故选AB。 专题十五　热学 学科网（北京）股份有限公司 $