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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(重点)。
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
课时精练
考点三　几何光学与物理光学的综合应用
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。
注意：①增透膜的厚度为，这样才可以做到膜的前后反射光光程差为，达到减少反射光的作用。
②检测平面的平整度结论：内凹外凸。
　　　(2025·江苏南京市二模)如图为杨氏双缝干涉实验示意图，用蓝光照射时，光屏上能观察到干涉条纹。下列说法正确的是
A.若换用红光照射，相邻亮条纹间距变小
B.若将双缝到屏之间充满某种介质，相邻亮条纹间距
　变大
C.若将光屏向右边移动，相邻亮条纹间距变大
D.若将缝S1挡住，则光屏上不再呈现明暗相间的条纹
√
　　　根据相邻亮条纹间距公式Δx=λ，若换用红光照射，由于红光的波长大于蓝光的波长，则相邻亮条纹间距变大，若将双缝到屏之间充满某种介质，由于蓝光在介质中的波长小于真空中的波长，则相邻亮条纹间距变小，若将光屏向右边移动，即L变大，则相邻亮条纹间距变大，故A、B错误，C正确；
若将缝S1挡住，则单色蓝光经过缝S2衍射后仍能在光屏上形成明暗相间的条纹，故D错误。
针对训练1　(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λ
D.双缝之间的距离为λ
√
　　　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。
　　　(2025·江苏南通市二模)1834年，洛埃利用平面镜同样得到杨氏双缝干涉的结果，装置如图所示，S为单色点光源。能使干涉条纹间距变大的操作是
A.水平向左略微平移平面镜
B.水平向右略微平移平面镜
C.竖直向上略微平移平面镜
D.竖直向下略微平移平面镜
√
　　　将本题中的干涉等效看成双缝干涉，
如图所示
其中SS'=d，
根据Δx=λ，可知水平向左略微平移平面镜或
水平向右略微平移平面镜，对Δx没有影响，故A、B错误；
竖直向上略微平移平面镜，则d减小，则Δx变大；竖直向下略微平移平面镜，则d增大，则Δx变小，故C正确，D错误。
　　　利用光的干涉可以检查工件表面的平整度，其装置如图甲所示，将一块标准平板玻璃放置在待检测平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两片玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜，当光垂直入射时，从上往下看到的干涉条纹可能如图乙、丙所示。下列说法正确的是
A.图丙条纹弯曲处对应着待检
　测平板玻璃有凹陷
B.若要使干涉条纹变密，可以
　减少垫的纸张数量
C.若要使干涉条纹变密，可以使用波长更长的单色光
D.若要使干涉条纹变疏，可以向右移动纸片
√
　　　劈形空气薄膜干涉是等厚干涉，即同一条纹对应的空气膜厚度相同，则题图丙条纹弯曲处对应着待检测平板玻璃有凸起，故A错误；
经空气薄膜上下表面分别反射的两列光是相干光源，设此处的空气层厚度为d，其光程差Δx=2d，即光程差是空气层厚度的2倍，当光程差Δx=nλ(n=1，2，3，…)时出现亮条纹，因此相邻亮条纹之间的空气层厚度差一定为，减少纸张数量后，空气层的倾角变小，则相邻亮纹(或暗纹)之间的间距变大，干涉条纹变疏，故B错误；
使用波长更长的单色光，相邻亮纹(或暗纹)之间的间距变大，干涉条纹变疏，故C错误；
向右移动纸片，空气层的倾角变小，则相邻亮纹(或暗纹)之间的间距变大，因此干涉条纹变疏，故D正确。
针对训练2　在薄膜干涉实验中，铁丝圈上附有肥皂膜，竖直放置，形成如图所示的肥皂膜侧视图，用黄色光从左侧照射薄膜，会观察到明暗相间的干涉条纹，下列说法正确的是
A.实验者应该从薄膜右侧观察干涉图样
B.干涉条纹的分布上疏下密
C.将铁丝圈在竖直平面内缓慢旋转一定角度θ，
　条纹也旋转θ角
D.若换用紫光照射，则条纹间距将变大
√
返回
　　　薄膜干涉是前后两个面的反射光叠加产生的，应该从入射光的同侧观察，故实验者应该从薄膜左侧观察干涉图样，故A错误；
由于薄膜不是均匀增厚的，从上到下薄膜增厚得越来越快，所以明暗相间的条纹不是等间距的，而是上疏下密，故B正确；
将铁丝圈在竖直平面缓慢旋转一定角度θ，肥皂膜仍然是上薄下厚，所以条纹不旋转，故C错误；
光波的干涉条纹间距公式为Δx=，如果换成紫光照射，则波长变小，相邻条纹间距变小，故D错误。
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。
说明：从本质上看，干涉条纹和衍射条纹的形成有相似的原理，光的干涉和衍射都属于光波的叠加，干涉是从双缝通过两列频率相同的光在屏上叠加形成的，衍射是由来自单缝上不同位置的光在屏上叠加形成的。
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·江苏泰兴市期中)下列四幅图中形成原理与其他三幅图不同的是
√
　　　干涉图样的条纹间距相等，衍射图样的中央条纹最宽，所以C是光的双缝干涉图样，A是圆孔衍射图样，B是泊松亮斑，是光的衍射图样，D是光的单缝衍射图样。即A、B、D是光的衍射图样，C是光的干涉图样，原理与其他三幅图不同。故选C。
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。
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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
　　　如图所示为一束太阳光射到截面为正六边形的冰晶上时的光路图，a、b为其折射出的光线中的两种单色光，下列说法正确的是
A.在冰晶中，b光的传播速度较大
B.通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹
　间距较大
C.从冰晶中射入空气发生全反射时，a光的临界角较小
D.用同一装置做单缝衍射实验，b光的中央亮条纹更宽
√
　　　太阳光射入六边形冰晶时，a光的折射角大于b光的折射角，由折射定律n=，冰晶对a光的折射率小于对b光的折射率，由v=可知，在冰晶中，a光的传播速度较大，故A错误；
a光的折射率小于b光的折射率，故a光的频率小于b光的频率，由于c=λf，所以a光的波长大于b光的波长，根据双缝干涉条纹间距公式Δx=λ知a光相邻条纹间距较大，故B正确；
由临界角公式sin C=可知，a光的折射率较小，a光的临界角较大，故C错误；
由于a光的波长大于b光的波长，根据单缝衍射实验中，入射光的波长越长，中央亮条纹越宽，故a光中央亮条纹更宽，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 B A D B B A D
题号 9 10 11 12 13
答案 B D B D A
答案
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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
√
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答案
基础落实练
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　　　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。
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答案
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2.(2025·江苏淮安市检测)将a、b两偏振片分别放于两只眼睛的前方，a偏振片观察通过小孔进入室内的自然光，b偏振片观察光滑桌面反射来的自然光，同时转动偏振片。观察到光的情况
A.a的亮暗交替变化
B.b的亮暗交替变化
C.a、b的均亮暗交替变化
D.a、b的亮度保持不变
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　　　a偏振片观察通过小孔进入室内的自然光，自然光经过a偏振片后变为偏振光，当转动a偏振片时，透射光的强度不变，即当转动a偏振片时，a的亮度保持不变。由于自然光经过光滑桌面反射后的反射光为偏振光，当转动b偏振片时，透射光的强度发生变化，即当转动b偏振片时，b的亮暗交替变化，故选B。
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3.(2025·江苏连云港市一模)如图所示，水平放置的瓶盖中装有肥皂液，用吸管向液体里吹气，形成向上凸起的肥皂膜。在阳光下静置一段时间后，从上往下看，膜上会出现
A.彩色环状条纹
B.彩色平行直条纹
C.明暗相同的环状条纹
D.明暗相间平行直条纹
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答案
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　　　从肥皂膜的上下表面反射的两列光为相干光，当光程差为波长的整数倍时是亮条纹，当光程差为半个波长的奇数倍时是暗条纹，因以中心为圆心上的圆周各点是等厚的，则干涉条纹是环状条纹；由于太阳光是复色光，所以看到的环状条纹是彩色的。故选A。
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4.(2025·江苏卷·7)如图所示，一束激光射入肥皂泡后(入射激光束未在图中标出)，肥皂膜内出现一亮环。肥皂膜内的激光
A.波长等于亮环的周长
B.频率比在真空中的大
C.在肥皂膜与空气的界面上发生衍射
D.在肥皂膜与空气的界面上发生全反射
√
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　　　激光在不同的介质中传播时，频率相同，波长不同，激光波长与亮环周长无关，故A、B错误；
一束激光打进一个肥皂泡，发现在肥皂泡内侧出现一个亮环，是因为激光在空气与肥皂膜分界面处发生了全反射，故C错误，D正确。
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5.(2023·江苏卷·6)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
√
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答案
　　　根据双缝干涉的条纹间距与波长关系有Δx=λ，由题图知Δx乙=2Δx甲，则d乙=d甲，故选B。
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6.(2025·江苏泰州市二模)有一种魔术道具称为“穿墙而过”。其结构是两片塑料偏振片卷起来，中间两偏振片重叠区域给观众感觉为一块“挡板”，如图甲所示。当圆筒中的小球从B端滚向A端，居然穿过了“挡板”，如图乙所示，则可以实现的是
A.两偏振片的透振方向相同
B.两偏振片的透振方向相垂直
C.两偏振片同时旋转90°“挡板”会消失
D.将一片塑料偏振片旋转90°“挡板”依然存在
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　　　偏振片的特点为当偏振片偏振方向与偏振光的方向平行时，偏振光可以全部通过偏振片，当偏振片偏振方向与偏振光的方向垂直时，偏振光不能通过偏振片，则在中间区域放垂直偏振片和水平偏振片，将两偏振片卷起来，自然光通过两片偏振方向互相垂直的偏振片时，光强减弱，形成黑影，看起来就像一块挡板，A错误，B正确；
两偏振片同时旋转90°，偏振方向依然互相垂直，光不能通过两片偏振片，“挡板”不会消失，C错误；
将一片塑料偏振片旋转90°，两偏振片的偏振方向平行，与两片偏振片偏振方向平行的偏振光可以通过偏振片，“挡板”消失，D错误。
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答案
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7.(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
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　　　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。
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答案
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8.(2025·江苏苏锡常镇四市一模)某兴趣小组利用如图甲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乙、丙所示，下列判断中可能正确的是
A.A处为单缝，乙图对应的缝宽小
B.A处为单缝，乙图对应的光源频率高
C.A处为双缝，乙图对应的双缝间距大
D.A处为双缝，乙图对应的AB距离大
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能力综合练
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　　　从题图乙、丙中的光强分布看，都出现了一系列宽度和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，旁侧条纹宽度和间距逐渐变窄)，因此A处为双缝，故A、B错误；
双缝干涉的相邻亮纹间距满足Δx=λ，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，题图乙相邻亮纹间距大于题图丙，光的频率不变的情况下，若双缝间距不变，题图乙对应的AB距离大；若AB距离不变，则题图乙对应的双缝间距小，故D正确，C错误。
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答案
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9.(2025·江苏苏州市检测)如图所示，将一块平凹形玻璃板倒扣在另一块平板玻璃之上，从而在两块玻璃之间形成一层空气薄膜，玻璃板的一边沿x方向，用平行单色光向下垂直照射平凹形玻璃板，
观察到的干涉条纹形状可能正确的是
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答案
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　　　由题意可知，当用平行单色光向下垂直照射平凹形玻璃板时，观察到的干涉条纹是由于空气薄膜的上下表面所反射的光发生了干涉产生的，由薄膜干涉原理可知，干涉条纹间距和宽窄的差异，是空气薄膜厚度变化率的不同所导致的，变化率越大，光程差与半波长的倍数关系更替得就越频繁，使得条纹更加密集，从而使条纹看起来更窄，即空气薄膜厚度变化率越大，条纹也随之变密变窄。由空气薄膜的形状可知，薄膜的厚度越大的地方，薄膜厚度变化率越小，条纹间距越大，条纹越宽；薄膜的厚度越小的地方，薄膜厚度变化率越大，条纹间距越小，条纹越窄。因此观察到的干涉条纹形状可能正确的是B。
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答案
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10.用平行单色光垂直照射一层透明薄膜，观察到如图所示明暗相间的干涉条纹。下列关于该区域薄膜厚度d随坐标x的变化图像，可能正确的是
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答案
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　　　从薄膜的上下表面分别反射的两列光是相干光，其光程差为Δx=2d，即光程差为薄膜厚度的2倍，当光程差Δx=nλ时此处为亮条纹，故相邻亮条纹之间的薄膜的厚度差为λ，在题图中相邻亮条纹(或暗条纹)之间的距离变大，则薄膜的厚度变化逐渐变小，故选D。
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11.彩虹是雨后太阳光射入空气中的水滴先折射，然后在水滴的背面发生反射，最后离开水滴时再次折射形成的。如图所示，一束太阳光从左侧射入球形水滴，a、b是其中的两条出射光线，一条是红光，另一条是紫光。则下列说法正确的是
A.a光是红光，b光是紫光
B.若用同一双缝干涉仪做光的双缝干涉实验，a光条
　纹间距小于b光条纹间距
C.若遇到相同的障碍物，a光比b光更容易发生明显衍射
D.在水滴中传播时，a光的速度大于b光的速度
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　　　太阳光从左侧射入球形水滴时，入射角相同，a光的折射角小于b光的折射角，根据折射定律，可知na>nb，折射率大则频率高，则a光是紫光，b光是红光，A错误；
由A可知λa<λb，根据Δx=λ可知，用同一双缝干涉仪做光的双缝干涉实验，a光条纹间距小于b光条纹间距，遇到相同的障碍物，b光比a光更容易发生明显衍射，B正确，C错误；
由n=得va1
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答案
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12.(2025·江苏常州市模拟)为了装点城市夜景，市政工作人员常在喷水池水下安装灯光照亮水面。如图甲所示，水下有一点光源S，同时发出两种不同颜色的a光和b光，在水面上形成了一个被照亮的圆形区域，俯视如图乙所示，环状区域只有b光，中间小圆为复合光，下列说法不正确的是
A.通过同一较小障碍物时b光衍射现象较明显
B.a光的折射率大于b光
C.用同一套装置做双缝干涉实验，
　a光条纹间距更小
D.在水中a光波速大于b光
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答案
　　　做出光路图，如图所示
点光源S在被照亮的圆形区域边缘光线恰好发生了全反射，
入射角等于临界角，由于a光照射的面积较小，则知a光的
临界角较小，根据sin C=可知，a光的折射率较大，由n=可知，a光在水中的传播速度比b光小，故B正确，与题意不符，D错误，与题意相符；
由上述分析可知a光波长比b光短，通过同一较小障碍物时b光衍射现象较明显，由双缝干涉条纹间距公式Δx=λ，可知用同一套装置做双缝干涉实验，a光条纹间距更小，故A、C正确，与题意不符。
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13.(2024·广西卷·9改编)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λ
B.光屏上相邻两条暗条纹的中心间距为λ
C.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nλ
D.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
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尖子生选练
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　　　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错误。
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