资源简介 第72课时 光的干涉、衍射和偏振目标要求 1.知道什么是光的干涉、衍射和偏振。2.掌握双缝干涉中出现亮、暗条纹的条件。3.知道发生明显衍射的条件。考点一 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。(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=nλ(n=0,1,2…)时,光屏上P'处出现明条纹。当Δr=(2n+1)(n=0,1,2…)时,光屏上P'处出现暗条纹。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。(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,光在薄膜中的波长为λ。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。(3)应用:增透膜、检查平面的平整度。例1 (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答案 BC解析 蓝光与红光频率不等,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,由于蓝光的波长较短,故蓝光相邻条纹间距比红光相邻条纹间距小,故B正确;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,要使蓝光和红光亮条纹中心重叠,可知Δx1·m=Δx2·n,其中m=0,1,2…,n=0,1,2…,C项中x1=1.32 mm=3Δx1=2Δx2,满足条件;D项中x2=1.98 mm=4.5Δx1=3Δx2,不满足条件;故C正确,D错误。针对训练 (多选)(2025·河南郑州市三模)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a、b两单色激光从同一位置分别照射双缝,均能在墙面上观察到干涉条纹,且a光相邻两条亮条纹间的距离比b光大,则( )A.a光的波长比b光小B.a光的频率比b光小C.若换用更粗的头发丝,a光相邻两条亮条纹间的距离变小D.若增大纸板与墙面的距离,b光相邻两条亮条纹间的距离变小答案 BC解析 根据条纹间距表达式Δx=λ,a光相邻两条亮条纹间的距离比b光大,可知a光的波长比b光大,a光的频率比b光小,A错误,B正确;若换用更粗的头发丝,则双缝间距d变大,根据Δx=λ可知,a光相邻两条亮条纹间的距离变小,C正确;若增大纸板与墙面的距离,则l变大,根据Δx=λ可知b光相邻两条亮条纹间的距离变大,D错误。例2 (多选)(2024·广西卷·9)如图,S为单色光源,S发出的光一部分直接照在光屏上,一部分通过平面镜反射到光屏上。从平面镜反射的光相当于S在平面镜中的虚像发出的,由此形成了两个相干光源。设光源S到平面镜和到光屏的距离分别为a和l,a l,镜面与光屏垂直,单色光波长为λ。下列说法正确的是( )A.光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为λB.光屏上相邻两条暗条纹的中心间距为λC.若将整套装置完全浸入折射率为n的蔗糖溶液中此时单色光的波长变为nλD.若将整套装置完全浸入某种透明溶液中,光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为Δx,则该液体的折射率为λ答案 AD解析 根据光的反射对称性可知光源S与平面镜中的虚像距离为2a,根据条纹间距公式可知Δx=λ=λ,故A正确,B错误;若将整套装置完全浸入折射率为n的蔗糖溶液中,光的频率不变,根据λf=c,v=λ1f=,其中c为在真空中的光速,则λ1=,故C错误;若将整套装置完全浸入某种透明溶液中,光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为Δx,根据条纹间距公式有Δx=λ2,可得λ2=,结合C选项的分析可知λ2==,所以n'=λ,故D正确。例3 (2025·山西吕梁市二模)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,图乙为某种单色光照射下观测到的图样,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答案 C解析 题图甲中上板是标准样板,下板是待检查的光学元件,A错误;根据两条相邻亮条纹间距Δx=(θ为标准样板下表面和待检查的光学元件上表面的夹角)可知,其他条件不变,若换用波长更长的单色光,相邻亮条纹间距变大,则题图乙中的干涉条纹变疏,B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;根据相邻亮条纹间距Δx=可知,稍微减小薄片的厚度,θ减小,相邻亮条纹间距变大,则题图乙中的干涉条纹变疏,D错误。薄膜干涉检查平整度条纹是等厚线。若被测表面下凹,则向楔形空气膜靠近顶角方向弯曲,若被测表面上凸,则向楔形空气膜远离顶角方向弯曲。(均选填“靠近”或“远离”)考点二 光的衍射和偏振1.光的衍射发生明显衍射现象的条件:只有当障碍物或狭缝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.光的偏振(1)自然光:包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光,而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同。(2)偏振光:在垂直于光的传播方向的平面上,只沿着某个特定的方向振动的光。(3)偏振光的形成①让自然光通过偏振片形成偏振光。②让自然光在两种介质的界面发生反射和折射,反射光和折射光可以成为部分偏振光或完全偏振光。(4)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。(5)光的偏振现象说明光是一种横波。例4 (2025·山东青岛市期末)如图是利用光的衍射原理来测量金属丝长度变化的简易图。衍射装置的上平台固定不动,下平台可以竖直上下微小移动;可调单缝的上部分固定不动,下部分固定在下平台上,可随下平台微小移动。平台之间的金属丝一开始处于竖直拉直状态。红色激光经过可调单缝后发生衍射,测量在观察屏上形成明暗相间的衍射条纹宽度,可求出单缝宽度d=2λR。已知λ为激光波长,R为单缝到屏的距离,δ为中央亮条纹的宽度。下列说法正确的是( )A.若仅增大R,则中央亮条纹宽度变小B.若仅增大d,则中央亮条纹宽度变大C.若仅减小d,则中央亮条纹宽度变小D.若仅换成绿色激光,则中央亮条纹宽度变小答案 D解析 由d=2λR得δ=,可知,若仅增大R,则中央亮条纹宽度变大,故A错误;若仅增大d,则中央亮条纹宽度变小;若仅减小d,则中央亮条纹宽度变大,故B、C错误;若仅换成绿色激光,即波长减小,则中央亮条纹宽度变小,故D正确。[变式] 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.蓝黄红紫答案 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,故选B。 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 各相邻亮(暗)条纹间距不等 各相邻亮(暗)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、衍射都有明暗相间的条纹,干涉、衍射都是波特有的现象;从本质上看都属于光波的叠加,干涉是从双缝通过两列频率相同的光波在屏上叠加形成的,衍射是由来自单缝上不同位置的光在屏上叠加形成的例5 (2024·江苏卷·2)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度,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,右镜片变亮答案 D解析 立体影院的特殊眼镜是利用了光的偏振,其镜片为偏振片,用这种特殊眼镜去观看手机液晶屏幕,左镜片明亮,说明光的振动方向与镜片的透振方向平行;右镜片暗,说明光的振动方向与镜片的透振方向垂直。将手机屏幕旋转90度后,光的振动方向与左镜片的透振方向垂直,与右镜片的透振方向平行,左镜片变暗,右镜片变亮。故选D。考点三 几何光学与物理光学的综合应用1.光从一种介质进入另一种介质时,频率不变,由v=λf知,当f不变时,波长改变,光速改变。2.同一种介质中,频率越大的色光折射率越大,由n=知,n越大,传播速度越小。3.光的频率、折射率、波速、波长的对应关系颜色 红橙黄绿蓝靛紫频率f 低→高同一介质中折射率n 小→大同一介质中速度v 大→小波长λ 大→小临界角 大→小通过棱镜的偏折角 小→大例6 (2025·河南郑州市三模)图甲为太阳光穿过转动的六边形冰晶形成“幻日”的示意图,图乙为太阳光穿过六边形冰晶的过程,a、b是其中两种单色光的光路。下列说法正确的是( )A.从冰晶射入空气中发生全反射时,a光的临界角比b光的临界角大B.用同一装置做双缝干涉实验,a光的干涉条纹比b光的窄C.用同一装置做单缝衍射实验,a光的中央亮条纹宽度比b光的窄D.a光在冰晶中传播的时间比b光传播的时间长答案 A解析 由题图乙知a光偏折程度较小,可知在冰晶中a光的折射率小于b光的折射率,由sin C=可知,从冰晶射入空气中发生全反射时,a光的临界角大于b光的临界角,故A正确;由于冰晶中a光的折射率小于b光的折射率,则a光的频率小于b光的频率,根据c=λf可知,a光的波长大于b光的波长,由双缝干涉条纹间距公式Δx=λ可知,a光的干涉条纹比b光的宽,故B错误;由于a光波长大于b光波长,所以用同一装置做单缝衍射实验,a光的中央亮条纹宽度比b光的宽,故C错误;根据v=,t=,由于a光的折射率小于b光的折射率,所以a光在冰晶中的传播速度大于b光在冰晶中的传播速度,且a光在冰晶中的传播路程小于b光在冰晶中的传播路程,则a光在冰晶中传播的时间比b光传播的时间短,故D错误。课时精练[分值:54分] [1~6题,每题4分]1.(2025·北京卷·2)下列现象属于光的衍射的是( )A.雨后天空出现彩虹B.通过一条狭缝看日光灯观察到彩色条纹C.肥皂膜在日光照射下呈现彩色D.水中的气泡看上去特别明亮答案 B解析 雨后彩虹是阳光在雨滴中发生折射、反射和色散形成的,属于光的色散现象,故A错误;通过狭缝观察日光灯出现彩色条纹,是光绕过狭缝边缘产生的衍射现象,故B正确,肥皂膜彩色条纹是光在薄膜前后表面反射后发生干涉形成的,属于薄膜干涉,故C错误;水中气泡明亮是由于光从水进入气泡时发生全反射,使得更多光线进入人眼,故D错误。2.(2025·山东滨州市二模)某实验小组在激光的传播方向上分别放置单缝、双缝、小圆孔和小圆板后,得到如下四幅图样,下列说法正确的是( )A.图甲是小圆板“泊松亮斑”衍射图样B.图乙是小圆孔衍射图样C.图丙是双缝干涉图样D.图丁是双缝干涉图样答案 C解析 单色光照射小圆孔做衍射的实验时,中央较大的区域内是亮的,周围是明暗相间的圆环,条纹间距也不等,亮度向外逐渐变暗;而泊松亮斑是在阴影中间出现一个比较小的亮斑,阴影周围有环状衍射条纹,可知题图甲是小圆孔衍射图样,题图乙是小圆板“泊松亮斑”衍射图样,故A、B错误;衍射图样与干涉图样的区别是:前者是中间亮条纹明且宽大,越向两侧宽度越小,后者明暗条纹宽度相等,则题图丙是双缝干涉图样,题图丁是单缝衍射图样,故C正确,D错误。3.(2025·重庆卷·4)杨氏双缝干涉实验中,双缝与光屏距离为l,波长为λ的激光垂直入射到双缝上,在屏上出现如图所示的干涉图样。某同学在光屏上标记两条亮纹中心位置并测其间距为a,则( )A.相邻两亮条纹间距为B.相邻两暗条纹间距为C.双缝之间的距离为λD.双缝之间的距离为λ答案 C解析 根据题意,由题图可知,相邻两亮条纹(暗条纹)间距为Δx=,故A、B错误;由公式Δx=λ可得,双缝之间的距离为d==,故C正确,D错误。4.(2025·山东卷·3)用如图所示的装置观察光的干涉和偏振现象。狭缝S1、S2关于OO'轴对称,光屏垂直于OO'轴放置。将偏振片P1垂直于OO'轴置于双缝左侧,单色平行光沿OO'轴方向入射,在屏上观察到干涉条纹,再将偏振片P2置于双缝右侧,P1、P2透振方向平行。保持P1不动,将P2绕OO'轴转动90°的过程中,关于光屏上的干涉条纹,下列说法正确的是( )A.条纹间距不变,亮度减小B.条纹间距增大,亮度不变C.条纹间距减小,亮度减小D.条纹间距不变,亮度增大答案 A解析 根据干涉条纹间距公式Δx=λ可知当P2旋转时,L、d、λ均不变,故条纹间距不变;随着P2的旋转,透过P2的光不断减小,干涉条纹的亮度减小。5.(2024·山东卷·4)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合格答案 C解析 单色平行光垂直照射平板玻璃,上玻璃下表面和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。6.(多选)(2025·福建宁德市三模)如图,在研究Low-E玻璃(低辐射玻璃)光学性能实验中,一束复色光以45°角入射玻璃表面,经Low-E玻璃折射后射出两条平行光a、b,下列说法中正确的是( )A.该玻璃中a光的折射率大于b光B.a光在玻璃中的传播速度大于b光C.a、b两束单色光通过同一单缝,a光的衍射现象更明显D.a、b两束单色光通过同一双缝干涉时,b光产生的干涉条纹间距较大答案 AD解析 根据n=,相同入射角时,a光折射角较小,可知a光的折射率大于b光,选项A正确;根据v=可知,a光在玻璃中的传播速度小于b光,选项B错误;b光折射率较小,则频率较小,波长较大,则a、b两束单色光通过同一单缝,b光的衍射现象更明显,选项C错误;根据Δx=λ,因b光波长较大,可知a、b两束单色光通过同一双缝干涉时,b光产生的干涉条纹间距较大,选项D正确。 [7~10题,每题6分]7.(2025·江西赣州市二模)如图甲所示为牛顿环,内由两块玻璃砖组成,并用三颗螺丝固定,玻璃砖的横截面如图乙所示。在红光照射下,可看到如图丙所示的明暗相间的条纹。则( )A.出现明暗相间的条纹是因为光的衍射B.拧紧三颗螺丝时,会发现条纹变密集C.若换成蓝光照射,会发现条纹变稀疏D.若条纹如图丁所示,可能是玻璃板B上表面对应位置有凹陷答案 D解析 出现明暗相间的条纹是光的干涉现象,故A错误;拧紧三颗螺丝时,两块玻璃砖间的空气膜厚度变薄,上玻璃砖下表面弧度变小,相当于Δx=中θ变小,所以会发现条纹变稀疏,故B错误;蓝光波长比红光短,根据干涉条纹间距公式,波长变短,条纹间距会变小,条纹应变得更密集,故C错误;若条纹如题图丁所示,局部条纹向中心弯曲。根据薄膜干涉原理,同一条纹对应空气薄膜厚度相同,说明弯曲处对应B上表面位置的空气薄膜厚度与更外侧位置的空气薄膜厚度相同,弯曲处玻璃板B上表面对应位置有凹陷,故D正确。8.(2025·江苏省一模)某兴趣小组利用如图所示装置研究光的波动性,A处为狭缝片,B处为光强传感器,光从A的正上方向下射向B。仅改变一个量,先后在电脑上获得的光强关于位置分布的图像如图中甲、乙所示,下列判断中可能正确的是( )A.A处为单缝,甲图对应的缝宽小B.A处为单缝,甲图对应的光源频率高C.A处为双缝,甲图对应的双缝间距大D.A处为双缝,甲图对应的AB距离大答案 D解析 从题图中甲、乙的光强分布看,都出现了一系列间距几乎均匀的明暗相间条纹,这更符合“双缝干涉”而非“单缝衍射”特征(单缝衍射往往中央亮条纹最宽、最亮,旁侧亮条纹迅速减弱),因此A处为双缝,题图甲条纹间距大于题图乙,说明题图甲对应光源频率低或者双缝间距小,A、B错误;双缝干涉的相邻亮纹间距满足Δx=,其中 d 为双缝中心间距、l为屏(或传感器)到双缝的距离、λ 为光的波长。题图甲相邻亮纹间距大于题图乙,光的频率不变的情况下:若双缝间距不变,题图甲对应的AB距离大;若AB距离不变,则题图甲对应的双缝间距小,故D正确,C错误。9.(多选)(2024·河南省名校联考)登山运动员在登雪山时要注意预防紫外线的过度照射,尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射,否则将会严重地损伤视力。设计师利用薄膜干涉的原理在眼镜的表面涂上“增反膜”,增强反射以减少透射光的能量,于是就设计出了一种能大大减小紫外线对眼睛伤害的眼镜。已知选用的“增反膜”材料的折射率为,真空中的光速为c,紫外线在真空中的频率为f,下列说法正确的是( )A.紫外线进入“增反膜”后的频率为B.紫外线进入“增反膜”后的波长为C.从“增反膜”前后两个表面反射的光的光程差应等于紫外线在“增反膜”中波长的D.“增反膜”的厚度最好为紫外线在“增反膜”中波长的答案 BD解析 紫外线进入“增反膜”后频率不变,选项A错误;紫外线进入“增反膜”后的速度v=,结合波长、波速和频率的关系可知,紫外线进入“增反膜”后的波长λ==,选项B正确;为使从“增反膜”前后两个表面反射的光叠加后加强,两束反射光的光程差应等于紫外线在“增反膜”中波长的整数倍,选项C错误;两束反射光的光程差等于“增反膜”厚度的两倍,同时为了节省材料,故“增反膜”的厚度最好为紫外线在“增反膜”中波长的,选项D正确。10.(2025·江苏常州市模拟)如图甲所示,水下有一点光源S,同时发出颜色不同的a、b两种光,在水面上形成了光亮的区域,俯视图如图乙所示,中间小圆区域射出a光和b光,外环状区域只射出b光。已知水对a光的折射率为n1,对b光的折射率为n2。以下说法中正确的是( )A.n1小于n2B.在水中,a光速度大于b光速度C.在水中,a光的临界角小于b光的临界角D.用同一装置做双缝干涉实验,a光条纹间距更大答案 C解析 作出对应的光路图,根据光路图可知,两光线在两圆形区域边缘恰好分别发生了全反射,由几何关系可知,a光的临界角较小,根据sin C=可知,a光的折射率较大,A错误,C正确;由n=可知,a光在水中的传播速度比b光小,故B错误;由双缝干涉条纹间距公式Δx=λ可知,用同一装置做双缝干涉实验,a光波长短则条纹间距更小,故D错误。 [6分]11.(多选)(2024·湖南卷·9)1834年,洛埃利用平面镜得到杨氏双缝干涉的结果(称洛埃镜实验),平面镜沿OA放置,靠近并垂直于光屏。某同学重复此实验时,平面镜意外倾斜了某微小角度θ,如图所示。S为单色点光源。下列说法正确的是( )A.沿AO向左略微平移平面镜,干涉条纹不移动B.沿OA向右略微平移平面镜,干涉条纹间距减小C.若θ=0°,沿OA向右略微平移平面镜,干涉条纹间距不变D.若θ=0°,沿AO向左略微平移平面镜,干涉条纹向A处移动答案 BC解析 当θ=0°时,根据题意画出光路图如图甲所示,S发出的光与通过平面镜反射的光(可以等效成虚像S'发出的光)是同一列光分成的,满足相干光条件,所以实验中的相干光源之一相当于从光源S'发出的光,设S与S'的距离为d,则d相当于双缝之间的距离,S、S'到光屏的距离设为l,由双缝干涉公式Δx=,可得Δx=,则若θ=0°,沿OA向右或沿AO向左略微平移平面镜,对l和d均没有影响,则干涉条纹间距不变,也不会移动,故C正确,D错误;当平面镜倾斜了微小角度时,同理再次画出光路图如图乙所示,若沿OA向右略微平移平面镜,即图中从①位置→②位置,由图可看出双缝的间距增大,则干涉条纹间距减小,沿AO向左略微平移平面镜,即图中从②位置→①位置,由图可看出干涉条纹向上移动,故A错误,B正确。(共59张PPT)第十四章光光的干涉、衍射和偏振第72课时1.知道什么是光的干涉、衍射和偏振。2.掌握双缝干涉中出现亮、暗条纹的条件。3.知道发生明显衍射的条件。目标要求考点一 光的干涉考点二 光的衍射和偏振内容索引考点三 几何光学与物理光学的综合应用课时精练光的干涉考点一1.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.条件:两束光的频率 、相位差恒定。亮暗相同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。(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=nλ(n=0,1,2…)时,光屏上P'处出现明条纹。当Δr=(2n+1)(n=0,1,2…)时,光屏上P'处出现暗条纹。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。(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,光在薄膜中的波长为λ。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。(3)应用:增透膜、检查平面的平整度。 (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√√ 蓝光与红光频率不等,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,由于蓝光的波长较短,故蓝光相邻条纹间距比红光相邻条纹间距小,故B正确;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,要使蓝光和红光亮条纹中心重叠,可知Δx1·m=Δx2·n,其中m=0,1,2…,n=0,1,2…,C项中x1=1.32 mm=3Δx1=2Δx2,满足条件;D项中x2=1.98 mm=4.5Δx1=3Δx2,不满足条件;故C正确,D错误。针对训练 (多选)(2025·河南郑州市三模)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a、b两单色激光从同一位置分别照射双缝,均能在墙面上观察到干涉条纹,且a光相邻两条亮条纹间的距离比b光大,则A.a光的波长比b光小B.a光的频率比b光小C.若换用更粗的头发丝,a光相邻两条亮条纹间的距离变小D.若增大纸板与墙面的距离,b光相邻两条亮条纹间的距离变小√√ 根据条纹间距表达式Δx=λ,a光相邻两条亮条纹间的距离比b光大,可知a光的波长比b光大,a光的频率比b光小,A错误,B正确;若换用更粗的头发丝,则双缝间距d变大,根据Δx=λ可知,a光相邻两条亮条纹间的距离变小,C正确;若增大纸板与墙面的距离,则l变大,根据Δx=λ可知b光相邻两条亮条纹间的距离变大,D错误。 (多选)(2024·广西卷·9)如图,S为单色光源,S发出的光一部分直接照在光屏上,一部分通过平面镜反射到光屏上。从平面镜反射的光相当于S在平面镜中的虚像发出的,由此形成了两个相干光源。设光源S到平面镜和到光屏的距离分别为a和l,a l,镜面与光屏垂直,单色光波长为λ。下列说法正确的是A.光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为λB.光屏上相邻两条暗条纹的中心间距为λC.若将整套装置完全浸入折射率为n的蔗糖溶液中此时单色光的波长变为nλD.若将整套装置完全浸入某种透明溶液中,光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为Δx,则该液体的折射率为λ√√ 根据光的反射对称性可知光源S与平面镜中的虚像距离为2a,根据条纹间距公式可知Δx=λ=λ,故A正确,B错误;若将整套装置完全浸入折射率为n的蔗糖溶液中,光的频率不变,根据λf=c,v=λ1f=,其中c为在真空中的光速,则λ1=,故C错误;若将整套装置完全浸入某种透明溶液中,光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为Δx,根据条纹间距公式有Δx=λ2,可得λ2=,结合C选项的分析可知λ2==,所以n'=λ,故D正确。 (2025·山西吕梁市二模)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,图乙为某种单色光照射下观测到的图样,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√ 题图甲中上板是标准样板,下板是待检查的光学元件,A错误;根据两条相邻亮条纹间距Δx=(θ为标准样板下表面和待检查的光学元件上表面的夹角)可知,其他条件不变,若换用波长更长的单色光,相邻亮条纹间距变大,则题图乙中的干涉条纹变疏,B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;根据相邻亮条纹间距Δx=可知,稍微减小薄片的厚度,θ减小,相邻亮条纹间距变大,则题图乙中的干涉条纹变疏,D错误。薄膜干涉检查平整度条纹是等厚线。若被测表面下凹,则向楔形空气膜 顶角方向弯曲,若被测表面上凸,则向楔形空气膜 顶角方向弯曲。(均选填“靠近”或“远离”)返回靠近远离光的衍射和偏振考点二1.光的衍射发生明显衍射现象的条件:只有当障碍物或狭缝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.光的偏振(1)自然光:包含着在垂直于传播方向上沿 振动的光,而且沿着各个方向振动的光波的强度都 。(2)偏振光:在 于光的传播方向的平面上,只沿着某个 的方向振动的光。一切方向相同垂直特定(3)偏振光的形成①让自然光通过 形成偏振光。②让自然光在两种介质的界面发生反射和 ,反射光和折射光可以成为部分偏振光或完全偏振光。(4)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。(5)光的偏振现象说明光是一种 波。偏振片折射横 (2025·山东青岛市期末)如图是利用光的衍射原理来测量金属丝长度变化的简易图。衍射装置的上平台固定不动,下平台可以竖直上下微小移动;可调单缝的上部分固定不动,下部分固定在下平台上,可随下平台微小移动。平台之间的金属丝一开始处于竖直拉直状态。红色激光经过可调单缝后发生衍射,测量在观察屏上形成明暗相间的衍射条纹宽度,可求出单缝宽度d=2λR。已知λ为激光波长,R为单缝到屏的距离,δ为中央亮条纹的宽度。下列说法正确的是A.若仅增大R,则中央亮条纹宽度变小B.若仅增大d,则中央亮条纹宽度变大C.若仅减小d,则中央亮条纹宽度变小D.若仅换成绿色激光,则中央亮条纹宽度变小√ 由d=2λR得δ=,可知,若仅增大R,则中央亮条纹宽度变大,故A错误;若仅增大d,则中央亮条纹宽度变小;若仅减小d,则中央亮条纹宽度变大,故B、C错误;若仅换成绿色激光,即波长减小,则中央亮条纹宽度变小,故D正确。[变式] 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√ 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,故选B。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 各相邻亮(暗)条纹间距不等 各相邻亮(暗)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、衍射都有明暗相间的条纹,干涉、衍射都是波特有的现象;从本质上看都属于光波的叠加,干涉是从双缝通过两列频率相同的光波在屏上叠加形成的,衍射是由来自单缝上不同位置的光在屏上叠加形成的 (2024·江苏卷·2)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度,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√ 立体影院的特殊眼镜是利用了光的偏振,其镜片为偏振片,用这种特殊眼镜去观看手机液晶屏幕,左镜片明亮,说明光的振动方向与镜片的透振方向平行;右镜片暗,说明光的振动方向与镜片的透振方向垂直。将手机屏幕旋转90度后,光的振动方向与左镜片的透振方向垂直,与右镜片的透振方向平行,左镜片变暗,右镜片变亮。故选D。返回几何光学与物理光学的综合应用考点三1.光从一种介质进入另一种介质时,频率不变,由v=λf知,当f不变时,波长改变,光速改变。2.同一种介质中,频率越大的色光折射率越大,由n=知,n越大,传播速度越小。3.光的频率、折射率、波速、波长的对应关系颜色 红橙黄绿蓝靛紫频率f 低→高同一介质中折射率n 小→大同一介质中速度v 大→小波长λ 大→小临界角 大→小通过棱镜的偏折角 小→大 (2025·河南郑州市三模)图甲为太阳光穿过转动的六边形冰晶形成“幻日”的示意图,图乙为太阳光穿过六边形冰晶的过程,a、b是其中两种单色光的光路。下列说法正确的是 A.从冰晶射入空气中发生全反射时,a光的临界角比b光的临界角大B.用同一装置做双缝干涉实验,a光的干涉条纹比b光的窄C.用同一装置做单缝衍射实验,a光的中央亮条纹宽度比b光的窄D.a光在冰晶中传播的时间比b光传播的时间长√ 由题图乙知a光偏折程度较小,可知在冰晶中a光的折射率小于b光的折射率,由sin C=可知,从冰晶射入空气中发生全反射时,a光的临界角大于b光的临界角,故A正确;由于冰晶中a光的折射率小于b光的折射率,则a光的频率小于b光的频率,根据c=λf可知,a光的波长大于b光的波长,由双缝干涉条纹间距公式Δx=λ可知,a光的干涉条纹比b光的宽,故B错误;由于a光波长大于b光波长,所以用同一装置做单缝衍射实验,a光的中央亮条纹宽度比b光的宽,故C错误; 根据v=,t=,由于a光的折射率小于b光的折射率,所以a光在冰晶中的传播速度大于b光在冰晶中的传播速度,且a光在冰晶中的传播路程小于b光在冰晶中的传播路程,则a光在冰晶中传播的时间比b光传播的时间短,故D错误。返回课时精练精练高频考点提升关键能力对一对题号 1 2 3 4 5 6 7 8答案 B C C A C AD D D题号 9 10 11答案 BD C BC答案12345678910111.(2025·北京卷·2)下列现象属于光的衍射的是A.雨后天空出现彩虹B.通过一条狭缝看日光灯观察到彩色条纹C.肥皂膜在日光照射下呈现彩色D.水中的气泡看上去特别明亮1234567891011答案基础落实练√1234567891011答案 雨后彩虹是阳光在雨滴中发生折射、反射和色散形成的,属于光的色散现象,故A错误;通过狭缝观察日光灯出现彩色条纹,是光绕过狭缝边缘产生的衍射现象,故B正确,肥皂膜彩色条纹是光在薄膜前后表面反射后发生干涉形成的,属于薄膜干涉,故C错误;水中气泡明亮是由于光从水进入气泡时发生全反射,使得更多光线进入人眼,故D错误。2.(2025·山东滨州市二模)某实验小组在激光的传播方向上分别放置单缝、双缝、小圆孔和小圆板后,得到如下四幅图样,下列说法正确的是A.图甲是小圆板“泊松亮斑”衍射图样B.图乙是小圆孔衍射图样C.图丙是双缝干涉图样D.图丁是双缝干涉图样1234567891011答案√1234567891011答案 单色光照射小圆孔做衍射的实验时,中央较大的区域内是亮的,周围是明暗相间的圆环,条纹间距也不等,亮度向外逐渐变暗;而泊松亮斑是在阴影中间出现一个比较小的亮斑,阴影周围有环状衍射条纹,可知题图甲是小圆孔衍射图样,题图乙是小圆板“泊松亮斑”衍射图样,故A、B错误;衍射图样与干涉图样的区别是:前者是中间亮条纹明且宽大,越向两侧宽度越小,后者明暗条纹宽度相等,则题图丙是双缝干涉图样,题图丁是单缝衍射图样,故C正确,D错误。3.(2025·重庆卷·4)杨氏双缝干涉实验中,双缝与光屏距离为l,波长为λ的激光垂直入射到双缝上,在屏上出现如图所示的干涉图样。某同学在光屏上标记两条亮纹中心位置并测其间距为a,则 A.相邻两亮条纹间距为B.相邻两暗条纹间距为C.双缝之间的距离为λD.双缝之间的距离为λ1234567891011答案√1234567891011答案 根据题意,由题图可知,相邻两亮条纹(暗条纹)间距为Δx=,故A、B错误;由公式Δx=λ可得,双缝之间的距离为d==,故C正确,D错误。1234567891011答案4.(2025·山东卷·3)用如图所示的装置观察光的干涉和偏振现象。狭缝S1、S2关于OO'轴对称,光屏垂直于OO'轴放置。将偏振片P1垂直于OO'轴置于双缝左侧,单色平行光沿OO'轴方向入射,在屏上观察到干涉条纹,再将偏振片P2置于双缝右侧,P1、P2透振方向平行。保持P1不动,将P2绕OO'轴转动90°的过程中,关于光屏上的干涉条纹,下列说法正确的是A.条纹间距不变,亮度减小B.条纹间距增大,亮度不变C.条纹间距减小,亮度减小D.条纹间距不变,亮度增大√1234567891011答案 根据干涉条纹间距公式Δx=λ可知当P2旋转时,L、d、λ均不变,故条纹间距不变;随着P2的旋转,透过P2的光不断减小,干涉条纹的亮度减小。5.(2024·山东卷·4)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1234567891011答案√1234567891011答案 单色平行光垂直照射平板玻璃,上玻璃下表面和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。6.(多选)(2025·福建宁德市三模)如图,在研究Low-E玻璃(低辐射玻璃)光学性能实验中,一束复色光以45°角入射玻璃表面,经Low-E玻璃折射后射出两条平行光a、b,下列说法中正确的是A.该玻璃中a光的折射率大于b光B.a光在玻璃中的传播速度大于b光C.a、b两束单色光通过同一单缝,a光的衍射现象更明显D.a、b两束单色光通过同一双缝干涉时,b光产生的干涉条纹间距较大1234567891011答案√√1234567891011答案 根据n=,相同入射角时,a光折射角较小,可知a光的折射率大于b光,选项A正确;根据v=可知,a光在玻璃中的传播速度小于b光,选项B错误;b光折射率较小,则频率较小,波长较大,则a、b两束单色光通过同一单缝,b光的衍射现象更明显,选项C错误;根据Δx=λ,因b光波长较大,可知a、b两束单色光通过同一双缝干涉时,b光产生的干涉条纹间距较大,选项D正确。7.(2025·江西赣州市二模)如图甲所示为牛顿环,内由两块玻璃砖组成,并用三颗螺丝固定,玻璃砖的横截面如图乙所示。在红光照射下,可看到如图丙所示的明暗相间的条纹。则 A.出现明暗相间的条纹是因为光的衍射B.拧紧三颗螺丝时,会发现条纹变密集C.若换成蓝光照射,会发现条纹变稀疏D.若条纹如图丁所示,可能是玻璃板B上表面对应位置有凹陷1234567891011答案能力综合练√1234567891011答案 出现明暗相间的条纹是光的干涉现象,故A错误;拧紧三颗螺丝时,两块玻璃砖间的空气膜厚度变薄,上玻璃砖下表面弧度变小,相当于Δx=中θ变小,所以会发现条纹变稀疏,故B错误;蓝光波长比红光短,根据干涉条纹间距公式,波长变短,条纹间距会变小,条纹应变得更密集,故C错误;若条纹如题图丁所示,局部条纹向中心弯曲。根据薄膜干涉原理,同一条纹对应空气薄膜厚度相同,说明弯曲处对应B上表面位置的空气薄膜厚度与更外侧位置的空气薄膜厚度相同,弯曲处玻璃板B上表面对应位置有凹陷,故D正确。8.(2025·江苏省一模)某兴趣小组利用如图所示装置研究光的波动性,A处为狭缝片,B处为光强传感器,光从A的正上方向下射向B。仅改变一个量,先后在电脑上获得的光强关于位置分布的图像如图中甲、乙所示,下列判断中可能正确的是A.A处为单缝,甲图对应的缝宽小B.A处为单缝,甲图对应的光源频率高C.A处为双缝,甲图对应的双缝间距大D.A处为双缝,甲图对应的AB距离大1234567891011答案√1234567891011答案 从题图中甲、乙的光强分布看,都出现了一系列间距几乎均匀的明暗相间条纹,这更符合“双缝干涉”而非“单缝衍射”特征(单缝衍射往往中央亮条纹最宽、最亮,旁侧亮条纹迅速减弱),因此A处为双缝,题图甲条纹间距大于题图乙,说明题图甲对应光源频率低或者双缝间距小,A、B错误;双缝干涉的相邻亮纹间距满足Δx=,其中d为双缝中心间距、l为屏(或传感器)到双缝的距离、λ为光的波长。题图甲相邻亮纹间距大于题图乙,光的频率不变的情况下:若双缝间距不变,题图甲对应的AB距离大;若AB距离不变,则题图甲对应的双缝间距小,故D正确,C错误。9.(多选)(2024·河南省名校联考)登山运动员在登雪山时要注意预防紫外线的过度照射,尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射,否则将会严重地损伤视力。设计师利用薄膜干涉的原理在眼镜的表面涂上“增反膜”,增强反射以减少透射光的能量,于是就设计出了一种能大大减小紫外线对眼睛伤害的眼镜。已知选用的“增反膜”材料的折射率为,真空中的光速为c,紫外线在真空中的频率为f,下列说法正确的是A.紫外线进入“增反膜”后的频率为B.紫外线进入“增反膜”后的波长为C.从“增反膜”前后两个表面反射的光的光程差应等于紫外线在“增反膜”中波长的D.“增反膜”的厚度最好为紫外线在“增反膜”中波长的1234567891011答案√√1234567891011答案 紫外线进入“增反膜”后频率不变,选项A错误;紫外线进入“增反膜”后的速度v=,结合波长、波速和频率的关系可知,紫外线进入“增反膜”后的波长λ==,选项B正确;为使从“增反膜”前后两个表面反射的光叠加后加强,两束反射光的光程差应等于紫外线在“增反膜”中波长的整数倍,选项C错误;两束反射光的光程差等于“增反膜”厚度的两倍,同时为了节省材料,故“增反膜”的厚度最好为紫外线在“增反膜”中波长的,选项D正确。10.(2025·江苏常州市模拟)如图甲所示,水下有一点光源S,同时发出颜色不同的a、b两种光,在水面上形成了光亮的区域,俯视图如图乙所示,中间小圆区域射出a光和b光,外环状区域只射出b光。已知水对a光的折射率为n1,对b光的折射率为n2。以下说法中正确的是 A.n1小于n2B.在水中,a光速度大于b光速度C.在水中,a光的临界角小于b光的临界角D.用同一装置做双缝干涉实验,a光条纹间距更大1234567891011答案√1234567891011答案 作出对应的光路图,根据光路图可知,两光线在两圆形区域边缘恰好分别发生了全反射,由几何关系可知,a光的临界角较小,根据sin C=可知,a光的折射率较大,A错误,C正确;由n=可知,a光在水中的传播速度比b光小,故B错误;由双缝干涉条纹间距公式Δx=λ可知,用同一装置做双缝干涉实验,a光波长短则条纹间距更小,故D错误。11.(多选)(2024·湖南卷·9)1834年,洛埃利用平面镜得到杨氏双缝干涉的结果(称洛埃镜实验),平面镜沿OA放置,靠近并垂直于光屏。某同学重复此实验时,平面镜意外倾斜了某微小角度θ,如图所示。S为单色点光源。下列说法正确的是A.沿AO向左略微平移平面镜,干涉条纹不移动B.沿OA向右略微平移平面镜,干涉条纹间距减小C.若θ=0°,沿OA向右略微平移平面镜,干涉条纹间距不变D.若θ=0°,沿AO向左略微平移平面镜,干涉条纹向A处移动1234567891011答案尖子生选练√√1234567891011答案 当θ=0°时,根据题意画出光路图如图甲所示,S发出的光与通过平面镜反射的光(可以等效成虚像S'发出的光)是同一列光分成的,满足相干光条件,所以实验中的相干光源之一相当于从光源S'发出的光,设S与S'的距离为d,则d相当于双缝之间的距离,S、S'到光屏的距离设为l,由双缝干涉公式Δx=,可得Δx=,则若θ=0°,沿OA向右或沿AO向左略微平移平面镜,对l和d均没有影响,则干涉条纹间距不变,也不会移动,故C正确,D错误;1234567891011答案返回 当平面镜倾斜了微小角度时,同理再次画出光路图如图乙所示,若沿OA向右略微平移平面镜,即图中从①位置→②位置,由图可看出双缝的间距增大,则干涉条纹间距减小,沿AO向左略微平移平面镜,即图中从②位置→①位置,由图可看出干涉条纹向上移动,故A错误,B正确。本课结束THANKS第十四章 展开更多...... 收起↑ 资源列表 第十四章 第72课时 光的干涉、衍射和偏振.docx 第十四章 第72课时 光的干涉、衍射和偏振.pptx