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第十四章
第2讲　光的干涉、衍射和偏振
光　学
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”).
1．只有频率相同的两列光波才能产生干涉． (　　)
2．在双缝干涉实验中，双缝的作用是使一束光变成两束完全相同的相干光．
(　　)
3．阳光下茂密的树荫中地面上的圆形亮斑是光的衍射形成的． (　　)
4．泊松亮斑是光的衍射形成的． (　　)
√
√
×
√
5．光遇到障碍物时都能产生衍射现象． (　　)
6．光同机械波一样能发生干涉、衍射、反射、折射等现象． (　　)
7．自然光是偏振光． (　　)
8．阳光在水面的反射光是偏振光． (　　)
√
√
×
√
考点一　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_____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．
2．双缝干涉
(1) 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．
亮
暗
相同
(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′处出现亮条纹．
3．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，…)，薄膜上出现亮条纹．
(3) 应用
① 检查精密零件的表面是否平整
如图所示，在检查平面和透明标准样板间垫一薄片，使标准样板的平面与被检查平面间形成一个楔形空气薄层，单色光从上面照射，入射光在空气层的上表面a和下表面b反射出两列光波叠加，从反射光中看到干涉条纹，根据干涉条纹的形状来确定工件表面的情况．
若被检查平面平整，则干涉图样是等间距明暗相间的平行直条纹；若某处凹下，则对应亮(暗)条纹提前出现，如图甲所示；若某处凸起，则对应亮(暗)条纹延后出现，如图乙所示．
典 题 悟 法
　　　　(2023·江苏卷)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 (　　)
1
B
　　　　(2025·扬州高邮期初)关于薄膜干涉现象及其应用，下列说法中正确的是 (　　)
2
C
A．如图甲所示，竖直放置的肥皂薄膜，来自前后两个面的反射光发生干涉，形成明暗相间的竖直条纹
B．如图乙所示，把一个凸透镜压在一块平面玻璃上，让单色光从上方射入，从上往下看凸透镜，可以看到等间距的明暗相间的圆环状条纹
C．如图丙所示，利用光的干涉检查平整度，用单色光从上面照射，空气膜的上下两个表面反射的两列光波发生干涉，图中条纹弯曲说明此处是凹下的
考点二　光的衍射和偏振现象
1．光的衍射
光照射到孔或障碍物上时，离开直线路径绕到孔或障碍物的阴影里去，形成___________的条纹或光环的现象．
2．发生明显衍射的条件
障碍物或小孔的尺寸跟光的波长_________，甚至比光的波长_______时，衍射现象明显．
明暗相间
差不多
还小
3．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，光才可以看成是沿直线传播的．
(3) 除常见的单缝衍射，还有单孔衍射和不透明圆盘衍射，其图样如图所示：
单孔衍射的图样是明暗相间的不等距圆环．不透明圆盘衍射的图样是泊松亮斑，在圆板的阴影中心会出现亮斑．
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_________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___________振动，且沿各个方向振动的光的强度_______ 在_______于光的传播方向的平面内，光沿_______方向振动
(2) 偏振现象的应用：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．
(3) 光的偏振现象说明光是一种_____波．
偏振片
任意方向
相同
垂直
特定
横
典 题 悟 法
　　　　(2025·泰兴高三期中)下列四幅图中形成原理与其他三幅图不同的是
(　　)
3
C
【解析】 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C正确．
　　　　(2025·泰州姜堰二模)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
4
B
【解析】 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”，故A错误，B正确；两偏振片同时旋转90°，偏振片偏振方向与偏振光的方向垂直，所以光不能通过两片偏振片，“挡板”不会消失，故C错误；将一片塑料偏振片旋转90°，偏振片偏振方向与偏振光的方向平行，偏振光可以全部通过偏振片，“挡板”消失，故D错误．
单缝衍射与双缝干涉的比较
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
条纹亮度 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 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，光速改变，波长改变．
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
典 题 悟 法
　　　　(2025·南京二模)宝石切工决定价值，优秀的切割工艺可以让宝石璀璨夺目．某宝石的剖面简化如图所示，一束复合光斜射到宝石的AB面上，经折射后分成a、b两束单色光照射在CO面上．下列说法中正确的是 (　　)
A．宝石对a光的折射率比b光的大 B．宝石中a光的传播速度比b光的大
C．b光从空气进入宝石，频率变低
D．逐渐减小光斜射到AB面上的入射角，从CO面射出的光线中a光先消失
5
B
随堂内化
1．(2025·泰州中学)抽制高强度纤维细丝时可用激光监测其粗细．如图所示，观察激光束经过细丝时在光屏上所产生的条纹即可判断细丝粗细的变化．这一过程利用了光的 (　　)
A．干涉现象　　　　
B．衍射现象
C．折射现象　　　　
D．色散现象
B
【解析】 当障碍物的尺寸与波的波长相当，或略小于波的波长，会发生明显的衍射，该装置的原理是运用光的衍射现象，如果屏上条纹变化，则说明纤维细丝粗细发生变化，故B正确．
2．(2026·镇江期初)方解石晶体能把单色光分解为沿不同方向折射的两束光，形成如图所示的双折射现象．关于这两束光，下列物理量相同的是 (　　)
A．波长
B．频率
C．波速
D．折射率
B
3．(2025·苏北四市调研)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．明暗相间的环状条纹
D．明暗相间平行直条纹
A
【解析】 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A正确．
4．如图甲所示为研究光的干涉与衍射现象的实验装置，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在狭缝上，实验中分别在屏上得到了图乙、图丙所示图样(图中阴影部分表示暗条纹).下列说法中正确的是 (　　)
A．图乙是光的双缝干涉图样，图丙是光的衍射图样
B．遮住一条狭缝，仅减小另一狭缝的宽度，图丙中亮条纹宽度将减小
C．照射双缝时，仅增加L，图乙中相邻亮条纹的中心间距减小
D．照射双缝时，若S1、S2到屏上P点的距离差为半波长的奇数倍，P点处是亮条纹
A
配套热练
一、 选择题
1．(2025·上海卷)如图所示，自然光经过两个偏振片，呈现在光屏上，偏振片B绕圆心转动且周期为T，则光屏上两个光强最小的时间间隔为 (　　)

A．2T　　　　B．T　　　　C．0.5T　　　　D．0.25T
C
【解析】 根据偏振原理，偏振片B每转过半周透光强度从最小到最强，再到最小，可知光屏上两个光强最小的时间间隔为0.5T，故C正确．
2．(2025·南通第三次调研)人眼的瞳孔直径是毫米数量级的．假想有一种眼睛的瞳孔是微米数量级的圆孔，能感觉非常微弱的光线．这种眼睛正对白光，则白光经瞳孔形成的衍射图样是 (　　)
A．明暗相间的白色平行直条纹
B．明暗相间的彩色平行直条纹
C．中央为圆形暗斑，外围有彩色圆环
D．中央为圆形白色光斑，外围有彩色圆环
D
【解析】 白光的单缝衍射图样是外围彩色条纹，中央为白色条纹，可知眼睛正对白光，白光经瞳孔形成的衍射图样是中央为圆形白色光斑，外围有彩色圆环，故D正确．
3．(2026·中华中学期初)关于下列四幅图中光学现象的说法中正确的是
(　　)
A．图甲被称为“泊松亮斑”，是光通过小圆板(不透光)发生衍射形成的图样
B．图乙中的M、N是偏振片，P是光屏，当M固定不动，并沿中轴线缓慢转动N时，光屏P上的光亮度将会发生变化，此现象表明光波是纵波
C．图丙中，若只减小S1、S2两孔间的距离d，则相邻两亮条纹的间距将减小
D．图丁利用薄膜干涉检查平面的平整度，若完全平整将无法得到均匀分布的明暗相间条纹
A
【解析】 图甲被称为“泊松亮斑”，是光通过小圆板(不透光)发生衍射形成的图样，故A正确；图乙中的M、N是偏振片，P是光屏，当M固定不动，并沿中轴线缓慢转动N时，光屏P上的光亮度将会发生变化，此现象表明光波是横波，故B错误；图丙中，若只减小S1、S2两孔间的距离d，则相邻两亮条纹的间距将增大，故C错误；图丁利用薄膜干涉检查平面的平整度，若完全平整将得到均匀分布的明暗相间条纹，故D错误．
4．随着科技的发展，夜视技术越来越成熟，一切物体都可以产生红外线，即使在漆黑的夜里，“红外监控”“红外摄影”也能将目标观察得清清楚楚．为了使图像清晰，通常在红外摄像头的镜头表面镀一层膜．下列说法中正确的是 (　　)
A．镀膜使图像清晰的原理是利用了光的偏振
B．镀膜的目的是尽可能让入射的红外线反射
C．镀膜的厚度应该是红外线在薄膜中波长的四分之一
D．镀膜的镜头看起来是有颜色的，是因为增透了这种光的缘故
C
红外影像
【解析】 照相机的增透膜，利用了光的干涉，薄膜两个表面的反射光干涉减弱，从而增加透射光的强度，故A错误；镀膜的目的是尽可能让红外线能够透射，而让红外线之外的光反射，从而使红外线图像更加清晰，故B错误；当红外线在薄膜前、后表面的反射光恰好干涉减弱时，反射光最弱，透射光最强，根据干涉相消的规律可知，此时红外线在薄膜前、后表面反射光的光程差应为半波长的奇数倍，而为了尽可能增加光的透射程度，镀膜的厚度应该取最薄的值，即红外线在薄膜中波长的四分之一，故C正确；镀膜的镜头看起来是有颜色的，是因为这种颜色的光在薄膜两个表面的反射光干涉增强，从而减弱了这种透射光的强度，故D错误．
5．(2025·山东卷)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，下列说法中正确的是 (　　)
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
A
6．(2025·徐州调研)铁丝圈上附有肥皂膜，竖直放置时，肥皂膜上的彩色条纹上疏下密，由此推测肥皂膜前后两个面的侧视形状应当是 (　　)
C
【解析】 铁丝圈竖直放置时，由于重力的影响，其上附有的肥皂膜上面薄下面厚，又因为肥皂膜上的彩色条纹上疏下密，所以从上到下，肥皂膜的厚度变化加快，故C正确．
7．(2024·山东卷)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，下列说法中正确的是 (　　)
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
C
【解析】 单色平行光垂直照射平板玻璃，上、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，根据光的干涉知识可知，同一条干涉条纹位置处光的波程差相等，即滚珠a的直径与滚珠b的直径相等，即滚珠b合格；出现干涉条纹说明滚珠a的直径与滚珠c的直径不相等，即滚珠c不合格，故C正确．
8．(2026·南京六校联合体期初)如图所示，平凹透镜与一块平板玻璃接触，用单色光垂直透镜的平面向下照射，会观察到明暗相间的同心圆环，则下列说法中正确的是 (　　)
A．同心圆环主要的形成原理是光的折射
B．同心圆环外疏内密
C．下表面半径R越大(越平坦)，圆环越稀疏
D．选择频率更小的单色光，圆环更密集
C
【解析】 同心圆环主要的形成原理是光的干涉现象，故A错误；明暗相间的同心圆环是由透镜和玻璃板之间的空气膜上下两表面的反射光发生干涉后形成的，同一亮圆环(或暗圆环)处空气膜的厚度相等，相邻的两个明圆环处，空气膜的厚度差等于半个波长，离圆心越远的位置，空气膜的厚度减小得越快，则圆环越密，所以同心圆环内疏外密，故B错误；下表面的半径R越大，空气膜的厚度变化变慢，其形成的圆环比曲率半径小的透镜形成的圆环稀疏，故C正确；频率小，波长大，因此选择频率更小的单色光，对于同一干涉装置，形成的干涉条纹间距大，得到的圆环更稀疏，故D错误．
9．(2025·南京六校联合体调研)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．则 (　　)
A．沿AO向左略微平移平面镜，干涉条纹间距
变大
B．沿OA向右略微平移平面镜，干涉条纹间距
不变
C．若θ＝0°，沿OA向右略微平移平面镜，干涉
条纹间距变大
D．若θ＝0°，沿AO向左略微平移平面镜，干涉条纹间距变小
A
同理再次画出光路图如图乙所示，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变大，则干涉条纹间距变小，反之，沿AO向左略微平移平面镜，干涉条纹间距变大，故A正确，B错误．
二、 计算题
10．研究光的干涉现象原理图如图所示．光源S到双缝S1、S2的距离相等，S1、S2连线平行于光屏，O点为S1、S2连线中垂线与光屏的交点．光源S发出单色光，经S1、S2传播到光屏上P点，S1P垂直于光屏，P为某亮条纹中心，OP之间还有k条亮条纹，光由S1、S2传播到P点的时间差为t0.现紧贴S1放置厚度为d的玻璃片，光由S1垂直穿过玻璃片传播到P点与光由S2直接传播到P点时间相等．已知光在真空中的速度为c，玻璃对该单色光的折射率为n，不考虑光在玻璃片内的反射．求：
(1) 单色光在真空中的波长λ.
【解析】 (1) 由题意，P为第k＋1级亮条纹中心
则S2P－S1P＝(k＋1)λ
而S2P－S1P＝ct0
(2) 玻璃片的厚度d.
谢谢观赏
　5A新考案　物理　

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