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专题11.2　光的干涉、衍射和偏振
1.物理观念：干涉、衍射、激光、偏振、电磁波。
（1）观察光的干涉、衍射和偏振现象，了解这些现象产生的条件，知道其在生产生活中的应用。知道光是横波。
（2）通过实验，了解激光的特性。能举例说明激光技术在生产生活中的应用。
（3）.知道电磁波的发射、传播和接收。认识电磁波谱。知道各个波段的电磁波的名称、特征和典型应用。
2.科学态度与责任：初步了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想，初步了解场的统一性与多样性，体会物理学对统一性的追求。
【知识点一】光的干涉现象
1.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，出现亮条纹，某些区域相互减弱，出现暗条纹，且加强区域和减弱区域相互间隔的现象.
（2）条件：两束光的频率相同、相位差恒定.
（3）双缝干涉图样特点：单色光照射时，形成明暗相间的等间距的干涉条纹；白光照射时，中央为白色亮条纹，其余为彩色条纹.
2.双缝干涉
（1）条纹间距：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）明暗条纹的判断方法：
如图1所示，相干光源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′处出现明条纹.
当Δr＝（2k＋1）（k＝0，1，2…）时，光屏上P′处出现暗条纹.
（2023 市中区校级二模）在一块平板玻璃上放置一如图所示的薄透镜，在两者之间形成空气膜，现让单色光竖直射向薄透镜，在薄透镜上方向下观察，观察到的现象是（　　）
A．只能看到同颜色的平行反射光
B．平行、等间距的明暗相间的直干涉条纹
C．同心、内密外疏的明暗相间的圆环状干涉条纹
D．若薄透镜的高度h不变仅增大半径R，则相邻条纹的间距变大
【解答】解：AB、设形成空气膜的倾角为θ，相邻亮条纹的间距为d，根据形成亮条纹的条件及几何关系可知：，由于空气膜的倾角θ保持不变，则观察到的现象是：同心、等间距的明暗相间的圆环状干涉条纹，故AB错误；
C、从以上公式来看，只要空气层的倾角θ一定，无论内外，条纹间距就一定，故C错误；
D、若薄透镜的高度h不变，仅增大半径R，则形成空气膜的倾角θ要减小，根据：，可知相邻条纹的间距变大，故D正确。
故选：D。
（2023 苏州三模）单缝衍射图样的中央亮条纹宽度的一半与单缝宽度、光的波长、缝到屏的距离的关系和双缝干涉的条纹宽度关系类似；利用单缝衍射实验可以测量金属的线膨胀系数，线膨胀系数是表征物体受热时长度增加程度的物理量。如图所示，挡光片A固定，挡光片B放置在待测金属棒上端，A、B间形成平直狭缝，激光通过狭缝在光屏上形成衍射图样，在激光波长已知的情况下，通过测量缝屏距离和中央亮条纹宽度，可算出狭缝宽度及变化，进而计算出金属的线膨胀系数。（　　）
A．激光波长越短，其他实验条件不变，中央亮条纹宽度越宽
B．相同实验条件下，金属的膨胀量越大，中央亮条纹宽度越窄
C．相同实验条件下，中央亮条纹宽度变化越大，说明金属膨胀量越大
D．狭缝到光屏距离越大，其他实验条件相同，测得的线膨胀系数越大
【解答】解：A．对比双缝干涉相邻两亮条纹间距与双缝间距、光的波长、缝屏距离的关系公式
可得单缝衍射中央亮条纹宽度的一半与单缝宽度、光的波长、缝屏距离的关系为
激光波长变短，其他条件不变，由此可判断出中央亮条纹宽度变窄，故A错误；
B．根据题意可知，在相同实验条件下，金属的膨胀量越大，可分析出单缝距离d越小，中央亮条纹宽度越宽，故B错误；
C.．根据题意可知，在相同实验条件下，中央亮条纹宽度变化越大，说明单缝的距离变化大，即金属膨胀量越大，故C正确；
D．金属的线膨胀系数属于金属的特有属性，而与实验装置无关，故D错误。
故选：C。
（2023 天宁区校级二模）如图所示，双缝干涉实验装置中，屏上一点P到双缝的距离之差为21μm。若用单色光A照射双缝，发现P点正好是从屏中间O算起的第四条暗条纹，换用单色光B照射双缝，发现P点正好是从屏中间O算起的第三条亮条纹，则下列说法正确的是（　　）
A．单色光B的频率大于单色光A的频率
B．在同种介质中单色光B的速度小于单色光A的速度
C．单色光B的相邻亮条纹间的距离小于单色光A的相邻亮条纹间的距离
D．用单色光A和B在同一单缝衍射的装置上做实验，在缝宽不变的情况下，单色光B更容易发生明显衍射
【解答】解：AC、由题意可知，单色光B的相邻亮条纹间的距离大于单色光A的相邻亮条纹间的距离，根据Δx可知单色光A的波长较小，频率较大，故AC错误；
B、单色光A的频率较大，由折射率和频率的关系可知对同一种介质A的折射率大，由v可知在同种介质中单色光B的速度大于单色光A的速度，故B错误；
D、因单色光B的波长较大，则用单色光A和B在同一单缝衍射的装置上做实验，在缝宽不变的情况下，单色光B更容易发生明显衍射，故D正确。
故选：D。
【知识点二】薄膜干涉
（1）薄膜干涉形成原因：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.
（2）明暗条纹的判断方法：
两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr，等于薄膜厚度的2倍.
在P1、P2处，Δr＝nλ（n＝1，2，3…），薄膜上出现明条纹.
在Q处，Δr＝（2n＋1）（n＝0，1，2，3…），薄膜上出现暗条纹.
（2023 潍坊模拟）将一圆形细铁丝圈蘸上肥皂水，使圈内附上肥皂膜，水平静置时，由于重力作用，肥皂膜中央区域略凹且厚度略大，让单色光从上方射入，如图所示。则从上往下可看到（　　）
A．内疏外密的环状条纹 B．内密外疏的环状条纹
C．等距的平行条纹 D．等距的环状条纹
【解答】解：根据薄膜干涉原理，可知入射光在膜上下表面的反射光产生干涉，倾斜角越大，光程差变化越快，条纹越密集，肥皂膜从中央区域到边缘，厚度变化越来越快，所以条纹内疏外密，由于是圆形铁环，则条纹也是环状；故BCD错误，A正确。
故选：A。
（2023 菏泽二模）如图所示透明薄膜的左侧比右侧稍厚，截面ABC可视为三角形。一束单色平行光照射到该薄膜上会呈现明暗相间的条纹。以下说法正确的是（　　）
A．同一条纹对应的薄膜厚度相同
B．条纹平行于AC
C．分别用红光和紫光照射，紫光形成的条纹较稀疏
D．这是光的色散现象
【解答】解：A、条纹是由薄膜的上表面和薄膜的下表面的反射光发生干涉后形成的，相邻亮条纹之间薄膜的厚度差等于半个波长，同一亮条纹空气膜对应厚度差相等，同一厚度的地方形成同一干涉条纹。故A正确；
B、干涉条纹与AC边垂直，故B错误；
C、紫光的频率比红光的高，紫光波长更小，相邻条纹间距更小，条纹密集，故C错误；
D、这是光的干涉现象，光的色散是将复色光分解为单色光的现象，故D错误。
故选：A。
（2023 苏州三模）自然光照射下肥皂膜的前后表面反射光可形成干涉条纹，而窗户玻璃的前后表面反射光则不能形成干涉条纹，这是由于经窗户玻璃前后表面反射的同种色光叠加时 （　　）
A．频率差不恒定 B．波长差不恒定
C．相位差不恒定 D．光速差不恒定
【解答】解：形成稳定干涉条纹的条件：①频率相同，②相位差恒定，③振动方向相同。
由于是同一束光（自然光），频率不变，振动方向相同，则是因为不满足条件②，即相位差不恒定。
故选：C。
【知识点三】光的衍射和偏振现象
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，光才可以看做是沿直线传播的。
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.光的干涉和衍射的本质
光的干涉和衍射都属于波的叠加，从本质上看，干涉条纹和衍射条纹的形成有相似的原理。都可认为是从单缝通过两列或多列频率相同的光波，在屏上叠加形成的。
4.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。
（2023 重庆模拟）某研究性学习小组用激光束照射圆孔和不透明圆板后，分别得到如图甲、乙所示的图样，则下列说法错误的是（　　）
A．甲图属于圆孔衍射
B．乙图的亮斑是“泊松亮斑”，最早由泊松先推算出这个亮斑，后来泊松发现圆板中心的确有这个亮斑
C．不管是圆孔衍射还是圆盘衍射，影像的边缘轮廓都是模糊不清的
D．发生圆孔衍射时，圆形光环的图样半径远大于圆孔的半径，即光绕到障碍物的影子里
【解答】解：A．根据衍射条纹的特点可知甲图属于圆孔衍射，乙图是光线照射到圆板后的衍射图样，即图乙为著名的“泊松亮斑，故A正确；
B．乙图的亮斑是“泊松亮斑”，最早由泊松先推算出这个亮斑，但泊松认为这是非常荒谬的，后来菲涅耳与阿拉果发现圆板中心有这个亮斑，故B错误；
C．不管是圆孔衍射还是圆盘衍射，影像的边缘轮廓都是模糊不清的，故C正确；
D．发生圆孔衍射时，圆形光环的图样半径远大于圆孔的半径，即光绕到障碍物的影子里，故D正确。
本题选择错误的，故选：B。
（2023 南开区一模）下列说法正确的是（　　）
A．光的干涉和衍射现象说明光不仅具有波动性，而且具有粒子性
B．照相机的镜头呈现淡紫色是光的干涉现象
C．无线电波的波长较长，所以发生明显的衍射现象比X射线更困难一些
D．光纤通信依据的原理是光的折射，且内芯的折射率比外套的折射率大
【解答】解：A、光的干涉和衍射现象说明了光具有波动性，故A错误；
B、照相机的镜头呈现淡紫色是光的干涉现象，因为可见光有“红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫”七种颜色，而膜的厚度是唯一的，所以只能照顾到一种颜色的光让它完全进入镜头，一般情况下都是让绿光全部进入的，这种情况下，你在可见光中看到的镜头反光其颜色就是蓝紫色，因为这反射光中已经没有了绿光，故B正确；
C、无线电波的波长较长，所以发生明显衍射现象比X射线更容易一些，故C错误；
D、光导纤维是利用全反射现象传输信号，由于内芯是光密介质即内芯的折射率大于外套的折射率，所以光在由内芯向外套传播时发生全反射，故D错误。
故选：B。
（2023 南京二模）国产新能源汽车安装了“防撞预警安全系统”。如图所示，其配备的雷达会发射毫米级电磁波（毫米波），并对前车反射的毫米波进行处理。下列说法正确的是（　　）
A．毫米波是由于原子核受到激发而产生
B．毫米波由空气进入水时传播速度会变小
C．毫米波遇到前车时会发生明显衍射现象
D．毫米波不能发生偏振现象
【解答】解：A．毫米波是由LC振荡电路激发而产生的电磁波，故A错误；
B．根据v，可知毫米波由空气进入水时传播速度会变小，故B正确；
C．毫米波的波长远小于车的大小，所以遇到前车时不会发生明显衍射现象，故C错误；
D．偏振是横波特有的现象，毫米波是横波，能发生偏振现象，故D错误。
故选：B。
【知识点四】电磁振荡、电磁波
1.麦克斯韦电磁场理论
变化的磁场能够在周围空间产生电场，变化的电场能够在周围空间产生磁场.
2.电磁波
（1）电磁场在空间由近及远地向周围传播，形成电磁波.
（2）电磁波的传播不需要介质，可在真空中传播，在真空中不同频率的电磁波传播速度相同（都等于光速）.
（3）不同频率的电磁波，在同一介质中传播，其速度是不同的，频率越高，波速越小.
（4）v＝λf，f是电磁波的频率.
3.电磁波的发射与接收
（1）发射电磁波需要开放的高频振荡电路，并对电磁波根据信号的强弱进行调制（两种方式：调幅、调频）.
（2）接收电磁波需要能够产生电谐振的调谐电路，再把信号从高频电流中解调出来，调幅波的解调也叫检波.
4.电磁波谱
按照电磁波的频率或波长的大小顺序把它们排列成谱.按波长由长到短排列的电磁波谱为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线.
5.对麦克斯韦电磁场理论的理解
6.电磁波与机械波的比较
名称 项目 电磁波 机械波
产生 由周期性变化的电场、磁场产生 由质点（波源）的振动产生
传播介质 不需要介质（在真空中仍可传播） 必须有介质（真空中不能传播）
波的种类 横波 既有横波也有纵波
速度特点 由介质和频率决定，在真空中等于光速（c＝3×108 m/s） 仅由介质决定
能量 都能携带能量并传播能量
速度公式 v＝λf
遵循规律 都能发生反射、折射、干涉、衍射等现象
（2023 台州模拟）下列有关四幅图像说法正确的是（　　）
A．图（1）中线圈中的磁场能在增加
B．图（2）中变化的磁场周围存在电场，与周围有没有闭合电路无关
C．图（3）中若B线圈不闭合，S断开时延时效果还存在
D．图（3）中电子的衍射实验证明了电子的粒子性
【解答】解：A．如图所示，电容器下极板带正电，结合电流方向可知，电容放弃处于充电阶段，则电场能增加，根据能量守恒定律知磁场能减小，故A错误；
B．根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的磁场周围存在电场，与是否有闭合电路无关，故B正确；
C．若B线圈不闭合，S断开时不存在闭合回路，不会产生自感电流的磁场，延时效果不存在，故C错误；
D．电子的衍射实验证明电子的波动性，故D错误。
故选：B。
（2023 濠江区校级模拟）光刻机利用光源发出的紫外线，将精细图投影在硅片上，再经技术处理制成芯片。为提高光刻机投影精细图的能力，在光刻胶和投影物镜之间填充液体，提高分辨率，如图所示。则加上液体后（　　）
A．紫外线进入液体后光子能量增加
B．传播相等的距离，在液体中所需的时间变短
C．紫外线在液体中比在空气中更容易发生衍射，能提高分辨率
D．紫外线在液体中波长比真空中小
【解答】解：设液体对紫外线的折射率为n，
A．紫外线进入液体频率不变，可知光子能量不变，故A错误；
B．设传播L距离，在真空中的时间，在液体中所需的时间，可知在液体中所需的时间变长，故B错误；
CD．由。可知紫外线在液体中波长变短，根据明显衍射的条件可知更不容易发生衍射，会降低分辨率，故C错误，D正确。
故选：D。
（2023 浙江模拟）某同学自己绕制天线线圈，制作一个简单的收音机，用来收听中波的无线电广播，初步制作后发现有一个频率最高的中波电台收不到，但可以接收其他中波电台。适当调整后，去户外使用，假设空间中存在波长分别为300m、397m、566m的无线电波，下列说法正确的是（　　）
A．使接收电路产生电谐振的过程叫做解调
B．在电磁波发射技术中，只有调频这种调制方式
C．为更好接收波长为300m的无线电波，应把收音机的调谐频率调到1MHz
D．为了能收到频率最高的中波电台，应增加线圈的匝数
【解答】解：A．使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐，故A错误；
B．在电磁波发射技术中，有调频和调幅两种调制方式，故B错误；
C．为更好接收波长为300m的无线电波，根据
代入数据得：f＝1MHz
可知应把收音机的调谐频率调到1MHz，故C正确；
D．为了能收到频率最高的中波电台，应增大调谐电路的固有频率，根据
可知应减少线圈的匝数，故D错误。
故选：C。
（2021 天津）光刻机是制造芯片的核心装备，利用光源发出的紫外线，将精细图投影在硅片上，再经技术处理制成芯片。为提高光刻机清晰投影最小图像的能力，在透镜组和硅片之间充有液体。紫外线进入液体后与其在真空中相比（　　）
A．波长变短 B．光子能量增加
C．频率降低 D．传播速度增大
【解答】解：BC、紫外线在传播过程中无论进入何种介质，其频率ν不变；根据E＝hν可知，光子能量不变，故BC错误；
AD、设该液体对紫外线的折射率为n＞1，根据v可知紫外线在液体中的传播速度减小；
根据v＝νλ可知，ν不变、v减小、则波长λ变短，故A正确、D错误。
故选：A。
（2021 浙江）大功率微波对人和其他生物有一定的杀伤作用。实验表明，当人体单位面积接收的微波功率达到250W/m2时会引起神经混乱，达到1000W/m2时会引起心肺功能衰竭。现有一微波武器，其发射功率P＝3×107W。若发射的微波可视为球面波，则引起神经混乱和心肺功能衰竭的有效攻击的最远距离约为（　　）
A．100m 25m B．100m 50m
C．200m 100m D．200m 50m
【解答】解：引起神经混乱时，单位面积接收的微波功率达到250W/m2，则接触面积：
S，
因为发射的微波可视为球面波，所以接触面积：S＝4，
代入数据解得：R1≈100m；
当心肺功能衰竭时，单位面积接收的微波功率达到1000W/m2，则接触面积：
，
因为发射的微波可视为球面波，所以接触面积：S′，
代入数据解得：R2≈50m，
则引起神经混乱和心肺功能衰竭的有效攻击的最远距离分别约为100m和50m，故B正确，ACD错误。
故选：B。
（多选）（2021 福建）以声波作为信息载体的水声通信是水下长距离通信的主要手段。2020年11月10日，中国载人潜水器“奋斗者”号创造了10909米深潜纪录。此次深潜作业利用了水声通信和电磁通信等多种通信方式进行指令传输或数据交换，如图所示。下列说法正确的是（　　）
A．“奋斗者”号与“探索一号”通信的信息载体属于横波
B．“奋斗者”号与“沧海”号通信的信息载体属于横波
C．“探索一号”与通信卫星的实时通信可以通过机械波实现
D．“探索一号”与“探索二号”的通信过程也是能量传播的过程
【解答】解：A.由题知，“奋斗者”号与“探索一号”通信是通过水声音通信，由下而上，故信息载体属于纵波，故A错误；
B.由题知，“奋斗者”号与“沧海”号通信是通过无线蓝绿光通信，由左向右，故信息载体属于横波，故B正确；
C.因为太空中没有介质，故机械波无法传播，所以“探索一号”与通信卫星的实时通信只能通过电磁通信来实现，故C错误；
D.在传递信息的过程也是传递能量的过程，故“探索一号”与“探索二号”的通信过程也是能量传播的过程，故D正确。
故选：BD。
（2023 北京）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
【解答】解：阳光下的肥皂膜，呈现彩色条纹，是肥皂膜的前后表面反射的光叠加产生的干涉现象，故ABD错误，C正确；
故选：C。
（2023 山东）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
【解答】解：温度升高时，G和C均发生热膨胀，体积增大，已知C的膨胀系数小于G的膨胀系数，温度升高，G比C膨胀明显，石英板上升的高度比C上表面上升的高度大，则劈形空气层厚度变大；
从劈形空气层的上下表面分别反射的两列光是相干光，发生干涉现象，出现条纹。根据条纹的位置与空气层的厚度是对应的，劈形空气层厚度变大，同一厚度的空气层向劈尖移动，条纹向劈尖移动，即条纹向左移动，故A正确，BCD错误。
故选：A。
（2023 江苏）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．倍 B．倍 C．2倍 D．3倍
【解答】解：根据题意可知图乙中相邻亮纹间距是图甲中的2倍，根据双缝干涉的相邻亮条纹间距的计算公式，可知在其他条件不变的情况下，相邻亮条纹间距与双缝间的距离成反比关系，则双缝间的距离变为原来的，故B正确，ACD错误。
故选：B。
（2022 浙江）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
【解答】解：A、复色光投射时也可以发生干涉，在光屏上呈现干涉条纹，故A错误；
B、明暗相间条纹是两列光在屏上叠加的结果，故B正确；
C、把光屏前移或后移，也能看到明暗相间条纹，故C错误；
D、根据Δx，由于蓝光的波长小于红光波长，所以蓝光干涉条纹的间距比红光的小，故D错误；
故选：B。
（多选）（2022 山东）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
【解答】解：A、由图可知，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，同时也发生衍射，故A正确；
B、狭缝越小，衍射范围越大，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；
C、根据条纹间距公式Δx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；
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，故D正确。
故选：ACD。
（2021 湖北）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
【解答】解：AB、双缝干涉的实验结论：x，由图可得 ，故λ1＞λ2，故AB错误；
CD、由λ＝cT或λ＝c知，λ越大f越小（f为频率）
由光的色散实验知，频率f越大，穿过三棱镜后偏折越大（或频率f越大，折射率n越大）本题中由于 λ1＞λ2故f1＜f2.故偏折角小的对应f1，偏折大的对应f2，所以当 λ1＞λ2时 M是λ2射出点，N是λ1射出点，故C错误，D正确。
故选：D。
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专题11.2　光的干涉、衍射和偏振
1.物理观念：干涉、衍射、激光、偏振、电磁波。
（1）观察光的干涉、衍射和偏振现象，了解这些现象产生的条件，知道其在生产生活中的应用。知道光是横波。
（2）通过实验，了解激光的特性。能举例说明激光技术在生产生活中的应用。
（3）.知道电磁波的发射、传播和接收。认识电磁波谱。知道各个波段的电磁波的名称、特征和典型应用。
2.科学态度与责任：初步了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想，初步了解场的统一性与多样性，体会物理学对统一性的追求。
【知识点一】光的干涉现象
1.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，出现亮条纹，某些区域相互减弱，出现暗条纹，且加强区域和减弱区域相互间隔的现象.
（2）条件：两束光的频率相同、相位差恒定.
（3）双缝干涉图样特点：单色光照射时，形成明暗相间的等间距的干涉条纹；白光照射时，中央为白色亮条纹，其余为彩色条纹.
2.双缝干涉
（1）条纹间距：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）明暗条纹的判断方法：
如图1所示，相干光源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′处出现明条纹.
当Δr＝（2k＋1）（k＝0，1，2…）时，光屏上P′处出现暗条纹.
（2023 市中区校级二模）在一块平板玻璃上放置一如图所示的薄透镜，在两者之间形成空气膜，现让单色光竖直射向薄透镜，在薄透镜上方向下观察，观察到的现象是（　　）
A．只能看到同颜色的平行反射光
B．平行、等间距的明暗相间的直干涉条纹
C．同心、内密外疏的明暗相间的圆环状干涉条纹
D．若薄透镜的高度h不变仅增大半径R，则相邻条纹的间距变大
（2023 苏州三模）单缝衍射图样的中央亮条纹宽度的一半与单缝宽度、光的波长、缝到屏的距离的关系和双缝干涉的条纹宽度关系类似；利用单缝衍射实验可以测量金属的线膨胀系数，线膨胀系数是表征物体受热时长度增加程度的物理量。如图所示，挡光片A固定，挡光片B放置在待测金属棒上端，A、B间形成平直狭缝，激光通过狭缝在光屏上形成衍射图样，在激光波长已知的情况下，通过测量缝屏距离和中央亮条纹宽度，可算出狭缝宽度及变化，进而计算出金属的线膨胀系数。（　　）
A．激光波长越短，其他实验条件不变，中央亮条纹宽度越宽
B．相同实验条件下，金属的膨胀量越大，中央亮条纹宽度越窄
C．相同实验条件下，中央亮条纹宽度变化越大，说明金属膨胀量越大
D．狭缝到光屏距离越大，其他实验条件相同，测得的线膨胀系数越大
（2023 天宁区校级二模）如图所示，双缝干涉实验装置中，屏上一点P到双缝的距离之差为21μm。若用单色光A照射双缝，发现P点正好是从屏中间O算起的第四条暗条纹，换用单色光B照射双缝，发现P点正好是从屏中间O算起的第三条亮条纹，则下列说法正确的是（　　）
A．单色光B的频率大于单色光A的频率
B．在同种介质中单色光B的速度小于单色光A的速度
C．单色光B的相邻亮条纹间的距离小于单色光A的相邻亮条纹间的距离
D．用单色光A和B在同一单缝衍射的装置上做实验，在缝宽不变的情况下，单色光B更容易发生明显衍射
【知识点二】薄膜干涉
（1）薄膜干涉形成原因：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.
（2）明暗条纹的判断方法：
两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr，等于薄膜厚度的2倍.
在P1、P2处，Δr＝nλ（n＝1，2，3…），薄膜上出现明条纹.
在Q处，Δr＝（2n＋1）（n＝0，1，2，3…），薄膜上出现暗条纹.
（2023 潍坊模拟）将一圆形细铁丝圈蘸上肥皂水，使圈内附上肥皂膜，水平静置时，由于重力作用，肥皂膜中央区域略凹且厚度略大，让单色光从上方射入，如图所示。则从上往下可看到（　　）
A．内疏外密的环状条纹 B．内密外疏的环状条纹
C．等距的平行条纹 D．等距的环状条纹
（2023 菏泽二模）如图所示透明薄膜的左侧比右侧稍厚，截面ABC可视为三角形。一束单色平行光照射到该薄膜上会呈现明暗相间的条纹。以下说法正确的是（　　）
A．同一条纹对应的薄膜厚度相同
B．条纹平行于AC
C．分别用红光和紫光照射，紫光形成的条纹较稀疏
D．这是光的色散现象
（2023 苏州三模）自然光照射下肥皂膜的前后表面反射光可形成干涉条纹，而窗户玻璃的前后表面反射光则不能形成干涉条纹，这是由于经窗户玻璃前后表面反射的同种色光叠加时 （　　）
A．频率差不恒定 B．波长差不恒定
C．相位差不恒定 D．光速差不恒定
【知识点三】光的衍射和偏振现象
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，光才可以看做是沿直线传播的。
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.光的干涉和衍射的本质
光的干涉和衍射都属于波的叠加，从本质上看，干涉条纹和衍射条纹的形成有相似的原理。都可认为是从单缝通过两列或多列频率相同的光波，在屏上叠加形成的。
4.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。
（2023 重庆模拟）某研究性学习小组用激光束照射圆孔和不透明圆板后，分别得到如图甲、乙所示的图样，则下列说法错误的是（　　）
A．甲图属于圆孔衍射
B．乙图的亮斑是“泊松亮斑”，最早由泊松先推算出这个亮斑，后来泊松发现圆板中心的确有这个亮斑
C．不管是圆孔衍射还是圆盘衍射，影像的边缘轮廓都是模糊不清的
D．发生圆孔衍射时，圆形光环的图样半径远大于圆孔的半径，即光绕到障碍物的影子里
（2023 南开区一模）下列说法正确的是（　　）
A．光的干涉和衍射现象说明光不仅具有波动性，而且具有粒子性
B．照相机的镜头呈现淡紫色是光的干涉现象
C．无线电波的波长较长，所以发生明显的衍射现象比X射线更困难一些
D．光纤通信依据的原理是光的折射，且内芯的折射率比外套的折射率大
（2023 南京二模）国产新能源汽车安装了“防撞预警安全系统”。如图所示，其配备的雷达会发射毫米级电磁波（毫米波），并对前车反射的毫米波进行处理。下列说法正确的是（　　）
A．毫米波是由于原子核受到激发而产生
B．毫米波由空气进入水时传播速度会变小
C．毫米波遇到前车时会发生明显衍射现象
D．毫米波不能发生偏振现象
【知识点四】电磁振荡、电磁波
1.麦克斯韦电磁场理论
变化的磁场能够在周围空间产生电场，变化的电场能够在周围空间产生磁场.
2.电磁波
（1）电磁场在空间由近及远地向周围传播，形成电磁波.
（2）电磁波的传播不需要介质，可在真空中传播，在真空中不同频率的电磁波传播速度相同（都等于光速）.
（3）不同频率的电磁波，在同一介质中传播，其速度是不同的，频率越高，波速越小.
（4）v＝λf，f是电磁波的频率.
3.电磁波的发射与接收
（1）发射电磁波需要开放的高频振荡电路，并对电磁波根据信号的强弱进行调制（两种方式：调幅、调频）.
（2）接收电磁波需要能够产生电谐振的调谐电路，再把信号从高频电流中解调出来，调幅波的解调也叫检波.
4.电磁波谱
按照电磁波的频率或波长的大小顺序把它们排列成谱.按波长由长到短排列的电磁波谱为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线.
5.对麦克斯韦电磁场理论的理解
6.电磁波与机械波的比较
名称 项目 电磁波 机械波
产生 由周期性变化的电场、磁场产生 由质点（波源）的振动产生
传播介质 不需要介质（在真空中仍可传播） 必须有介质（真空中不能传播）
波的种类 横波 既有横波也有纵波
速度特点 由介质和频率决定，在真空中等于光速（c＝3×108 m/s） 仅由介质决定
能量 都能携带能量并传播能量
速度公式 v＝λf
遵循规律 都能发生反射、折射、干涉、衍射等现象
（2023 台州模拟）下列有关四幅图像说法正确的是（　　）
A．图（1）中线圈中的磁场能在增加
B．图（2）中变化的磁场周围存在电场，与周围有没有闭合电路无关
C．图（3）中若B线圈不闭合，S断开时延时效果还存在
D．图（3）中电子的衍射实验证明了电子的粒子性
（2023 濠江区校级模拟）光刻机利用光源发出的紫外线，将精细图投影在硅片上，再经技术处理制成芯片。为提高光刻机投影精细图的能力，在光刻胶和投影物镜之间填充液体，提高分辨率，如图所示。则加上液体后（　　）
A．紫外线进入液体后光子能量增加
B．传播相等的距离，在液体中所需的时间变短
C．紫外线在液体中比在空气中更容易发生衍射，能提高分辨率
D．紫外线在液体中波长比真空中小
（2023 浙江模拟）某同学自己绕制天线线圈，制作一个简单的收音机，用来收听中波的无线电广播，初步制作后发现有一个频率最高的中波电台收不到，但可以接收其他中波电台。适当调整后，去户外使用，假设空间中存在波长分别为300m、397m、566m的无线电波，下列说法正确的是（　　）
A．使接收电路产生电谐振的过程叫做解调
B．在电磁波发射技术中，只有调频这种调制方式
C．为更好接收波长为300m的无线电波，应把收音机的调谐频率调到1MHz
D．为了能收到频率最高的中波电台，应增加线圈的匝数
（2021 天津）光刻机是制造芯片的核心装备，利用光源发出的紫外线，将精细图投影在硅片上，再经技术处理制成芯片。为提高光刻机清晰投影最小图像的能力，在透镜组和硅片之间充有液体。紫外线进入液体后与其在真空中相比（　　）
A．波长变短 B．光子能量增加
C．频率降低 D．传播速度增大
（2021 浙江）大功率微波对人和其他生物有一定的杀伤作用。实验表明，当人体单位面积接收的微波功率达到250W/m2时会引起神经混乱，达到1000W/m2时会引起心肺功能衰竭。现有一微波武器，其发射功率P＝3×107W。若发射的微波可视为球面波，则引起神经混乱和心肺功能衰竭的有效攻击的最远距离约为（　　）
A．100m 25m B．100m 50m
C．200m 100m D．200m 50m
（多选）（2021 福建）以声波作为信息载体的水声通信是水下长距离通信的主要手段。2020年11月10日，中国载人潜水器“奋斗者”号创造了10909米深潜纪录。此次深潜作业利用了水声通信和电磁通信等多种通信方式进行指令传输或数据交换，如图所示。下列说法正确的是（　　）
A．“奋斗者”号与“探索一号”通信的信息载体属于横波
B．“奋斗者”号与“沧海”号通信的信息载体属于横波
C．“探索一号”与通信卫星的实时通信可以通过机械波实现
D．“探索一号”与“探索二号”的通信过程也是能量传播的过程
（2023 北京）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
（2023 山东）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
（2023 江苏）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．倍 B．倍 C．2倍 D．3倍
（2022 浙江）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
（多选）（2022 山东）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
（2021 湖北）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
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