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已7世纪
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6物理光
光的干涉、衍射、偏振、色散、激光等
考点一:光的干涉和衍射
例1.(2019北京)利
射现象,在光屏上得到如图
和乙两种图样。下列关于P处放置的光学元件说法正确
光源
对应单缝,乙对应双缝
B.甲对应双缝,乙对应单缝
都是单缝,甲对应的缝宽较大
都是双缝,甲对应的双缝间距较大
例2.(2018北京)用双缝干涉实验装置得到白光的干涉条纹,在光源与单缝之
红色滤光片后
涉条纹消
彩色条纹中的红色条纹消失
条纹变成暗条纹
央条纹变成红色
练
选)下列
的干涉现象的是()
铁丝圈
肥皂薄膜
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练习2】(多选)把一平行玻璃板
平行玻璃板
端用薄片垫起,构成空气劈尖
单色光从上方射
图所示,这时可以看到明暗相间的条纹
关于条纹的说法中正确的是
■薄片
条纹是光在空气劈尖膜的前后两表面反射形成的两列光波叠加的结果
条纹中的暗条纹是上述两列反射光的波
皮
C.将上玻璃板
移,条纹向着劈尖移动
膜干涉条纹
光
习3】劈尖干涉是一种薄膜干涉,其装置如图所示,将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃.
表面之间形成一个劈形空气薄膜
射后,从
看到的干涉条纹
(1)任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等
(2)任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定.现若将图示装
伥纸
光垂
入射到新的劈形空气薄膜后,从上往下观察到的干涉条纹(
变疏
变密
不变
消失
练习4】(多选)如图所示,用单色光照射透明标准板M来检查平面N的上表面的平滑情况,观
察到的现象有如图所示的条纹中的P和Q
表面A处
起
的上表面B处
起
的上表面A处
的上表面B处
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练
多选)如图所示,把
透镜的弯曲表
玻璃平面上,让单色光从上方
射入,这
看到
环,对这些亮暗圆环的相关说法合理的是(
环的分布较密
B.用白光照射时,不会出现干涉形成的圆环
圆环是透镜
反
透镜上方平面上的反
涉形成的
亮环相对应的空气薄膜的厚度是相同的
练习6】如图所示为
薄膜干涉现象的实验装置,P是附有肥皂泡薄膜的铁丝圈,S是一点燃
的酒精灯,往火焰上撒些盐后,在肥皂膜上观察到的干涉图像应是图中的
练习⑦】用如图所示的实验裝置观察光的薄膜干涉现象,图(a)是点燃的酒精灯(在灯芯上撒些盐)
图(b)是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属线圈,将金属线圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转,观察
到的现象是
属线圈旋转30时,干涉条纹同方向旋转3
当金属线圈旋转45°时,干涉条纹
C.当金属线圈旋转60时,干涉条纹同方向旋转30
条纹保持不变中小学教育资源及组卷应用平台
6
物理光学（二）
光的干涉、衍射、偏振、色散、激光等
考点一：光的干涉和衍射
例1.（2019
北京）利用图1所示的装置（示意图），观察光的干涉、衍射现象，在光屏上得到如图2中甲和乙两种图样。下列关于处放置的光学元件说法正确的是（　　）
A．甲对应单缝，乙对应双缝
B．甲对应双缝，乙对应单缝
C．都是单缝，甲对应的缝宽较大
D．都是双缝，甲对应的双缝间距较大
【例1答案】A
【解析】
干涉条纹在光屏上观察到的图案是间距相等的条纹图象，而衍射条纹中，中间的亮纹的宽度最大，向两边渐渐减小，因此甲对应单缝，乙对应双缝。
例2.（2018
北京）用双缝干涉实验装置得到白光的干涉条纹，在光源与单缝之间加上红色滤光片后（　　）
A．干涉条纹消失
B．彩色条纹中的红色条纹消失
C．中央条纹变成暗条纹
D．中央条纹变成红色
【例2答案】D
【解析】
在双缝中，仍是频率相同的红光，因此能发生干涉现象，故A错误；由于只有红光干涉条纹，因此不会出现彩色条纹，也没有彩色条纹中的红色条纹消失现象，故B错误；在中央条纹，满足光程差为零，则是明条纹，并不变成暗条纹，故C错误；得到白光的干涉条纹后，在光源与单缝之间加上红色滤光片，在双缝中的，由于红光的频率相同，则能发生干涉，但不是彩色条纹，而是明暗相间的红色条纹，故D正确。
【练习1】（多选）下列属于光的干涉现象的是（　　）
【练习1答案】BC
【解析】
图A属于单缝衍射，图B属于薄膜干涉，图C属于薄膜干涉，图D属于白光的色散，故属于光的干涉现象的是B、C.
【练习2】（多选）把一平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上，一端用薄片垫起，构成空气劈尖，让单色光从上方射入，如图所示．这时可以看到明暗相间的条纹．下面关于条纹的说法中正确的是（　　）
A．干涉条纹是光在空气劈尖膜的前后两表面反射形成的两列光波叠加的结果
B．干涉条纹中的暗条纹是上述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果
C．将上玻璃板平行上移，条纹向着劈尖移动
D．观察薄膜干涉条纹时，应在入射光的另一侧
【练习2答案】AC
【解析】
根据薄膜干涉的产生原理，上述现象是由空气膜前后表面反射的两列光叠加而成，当波峰与波峰、波谷与波谷相遇叠加时，振动加强，形成亮条纹，所以A项正确，B项错误；条纹的位置与空气膜的厚度是对应的，当上玻璃板平行上移时，空气膜同一厚度的位置向劈尖移动，故条纹向着劈尖移动，故C项正确；观察薄膜干涉时，应在入射光的同一侧，故D项错误．
【练习3】劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图所示，将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜．当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹有如下特点：
(1)任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等．
(2)任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定．现若将图示装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹（　　）
A．变疏
B．变密
C．不变
D．消失
【练习3答案】A
【解析】
光线在空气膜的上下表面上反射，并发生干涉，从而形成干涉条纹．设空气膜顶角为，d1、d2处为两相邻亮条纹到下表面的距离，如图所示
则两处光的路程差分别为δ1＝2d1，δ2＝2d2；因为δ2－δ1＝λ，所以d2－d1＝λ；设条纹间距为，则由几何关系得
＝tan
θ
即Δl＝，当抽去一张纸片时，减小，增大，即条纹变疏．
【点睛】
两相干线光源发出的两列光到达某点的光程差为，当，(k＝0,1,2，…)时，产生亮条纹；当Δr＝(2k＋1)，(k＝0,1,2，…)时，产生暗条纹．
【练习4】（多选）如图所示，用单色光照射透明标准板M来检查平面N的上表面的平滑情况，观察到的现象有如图所示的条纹中的P和Q情况，这说明（　　）
A．N的上表面A处向上凸起
B．N的上表面B处向上凸起
C．N的上表面A处向下凹陷
D．N的上表面B处向下凹陷
【练习4答案】BC
【解析】
空气厚度从左向右依次增大，则两表面的反射光其路程差自左向右依次增大．当时，出现明条纹，当Δr＝λ时，出现暗条纹．同一条纹上的各点对应的厚度相同(类比于地理上的等高线)，当条纹向左弯曲()说明等高线向左移动，即现在处的高度和处右边点的高度相同，因此高度变大，处下凹．当条纹向右弯曲()，说明等高线右移，即现在处的高度和左边点的高度相同，处上凸．
【技巧】
同一条明条纹(暗条纹)上各点对应的空气膜的厚度相同．向楔形空气膜薄处弯曲则向下凹陷，向空气膜厚处弯曲则向上凸起．
【练习5】（多选）如图所示，把一个凸透镜的弯曲表面压在另一个玻璃平面上，让单色光从上方射入，这时可以看到亮暗相间的同心圆环，对这些亮暗圆环的相关说法合理的是（　　）
A．远离中心点处亮环的分布较密
B．用白光照射时，不会出现干涉形成的圆环
C．这些亮暗圆环是透镜曲面上反射光与透镜上方平面上的反射光干涉形成的
D．与同一亮环相对应的空气薄膜的厚度是相同的
【练习5答案】AD
【解析】
远离中心点处亮环的分布较密，故A正确；用白光照射时，仍然会出现干涉形成的圆环，故B错误；这些亮暗圆环是透镜曲面上反射光与玻璃平面上的反射光干涉形成的，故C错误；与同一亮环相对应的空气薄膜的厚度是相同的，故D正确．
【练习6】如图所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置，P是附有肥皂泡薄膜的铁丝圈，S是一点燃的酒精灯，往火焰上撒些盐后，在肥皂膜上观察到的干涉图像应是图中的（　　）
【练习6答案】D
【解析】
酒精灯发出的光在肥皂膜前、后两个表面上反射后叠加，形成干涉图样，两列反射光叠加时的路程差与肥皂膜的厚度有关，相同厚度处路程差相同，而同一条亮条纹(或暗条纹)上路程差也相同，肥皂膜竖起时同一水平线的膜厚度相同．故肥皂膜上的亮(暗)条纹是一些水平的平行直线。
【练习7】用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象，图(a)是点燃的酒精灯(在灯芯上撒些盐)，图(b)是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属线圈，将金属线圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是（　　）
A．当金属线圈旋转30°时，干涉条纹同方向旋转30°
B．当金属线圈旋转45°时，干涉条纹同方向旋转90°
C．当金属线圈旋转60°时，干涉条纹同方向旋转30°
D．干涉条纹保持不变
【练习7答案】D
【解析】
竖直肥皂膜是由于重力作用产生的上薄下厚的薄膜，所以金属线圈的转动，改变不了肥皂液膜的上薄下厚的形状，由干涉原理可知，同一厚度处的干涉条纹在同一层次上，所形成的干涉条纹都是水平的，与金属线圈在该竖直平面内的转动无关，仍然是水平的干涉条纹，D正确．
【练习8】光学镜头上涂的一层薄膜叫增透膜，以下说法不正确的是（　　）
A．增透膜的作用是为了减少光的反射损失，增强透射光的强度
B．增透膜的厚度等于入射光在真空中波长的
C．增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波长的
D．因为增透膜的作用能使黄绿光反射时相互抵消，而红光、紫光的反射不能完全抵消，所以涂有增透膜的透镜呈淡紫色
【练习8答案】B
【解析】
根据薄膜干涉的原理，光学镜头上涂的增透膜的作用就是为了减少光的反射损失，增强透射光的强度，选项A正确．增透膜的厚度为光在其中波长的，才能反射时相消，增强透射，选项B错误，C正确．因为人对黄绿光最敏感，所以增透膜应增强对黄绿光的透射，这时红光和紫光没有显著消弱，所以透镜通常呈淡紫色，选项D正确．
【练习9】曾有报道四川成都隧道发生瓦斯爆炸事故．瓦斯在隧道施工、煤矿采掘等作业中危害极大，某同学查资料得知含有瓦斯的气体的折射率大于干净空气的折射率，于是他根据双缝干涉现象设计了一个监测仪．其原理如图所示，在双缝前面放置两个完全相同的透明容器A、B，容器A与干净的空气相通，容器B中通入矿井中的气体，观察屏上的干涉条纹，就能够监测瓦斯浓度．如果屏的正中央O点(未画出)变为暗纹，说明B中气体（　　）
A．一定含瓦斯
B．一定不含瓦斯
C．不一定含瓦斯
D．无法判断
【练习9答案】A
【解析】
如果屏的正中央O点变为暗纹，而从两个子光源到屏的路程差恒为零，说明光经B中气体时波长发生变化，所以B中气体一定含瓦斯，A正确．
【练习10】某研究性学习小组用激光束照射圆孔和不透明圆板后，分别得到如图所示的衍射图样．据此可以判断出（　　）
A．甲是光线射到圆孔后的衍射图样，乙是光线射到圆板后的衍射图样
B．乙是光线射到圆孔后的衍射图样，甲是光线射到圆板后的衍射图样
C．甲、乙都是光线射到圆孔后的衍射图样，甲孔的直径较大
D．甲、乙都是光线射到圆板后的衍射图样，乙板的直径较大
【练习10答案】A
【解析】
圆孔衍射图样是中央为大亮斑，而在圆板衍射图样中，中央为大阴影，只是在大阴影背景下中心处有一个小亮斑，此即为泊松亮斑．所以，图甲为圆孔衍射，图乙为圆板衍射．
【单缝衍射现象的解释】
1．单缝衍射图样
(1)中央条纹最亮、越向两边越暗，条纹间距不等．越靠外，条纹间距越小．
(2)缝变窄通过的光变少，而光分布的范围更宽，所以亮纹的亮度降低．
(3)中央亮条纹的宽度及条纹间距跟入射光的波长及单缝宽度有关．入射光波长越大，单缝越窄，中央亮条纹的宽度及条纹间距就越大．
(4)用白光做单缝衍射时，中央亮条纹是白色的，两边是彩色条纹，中央亮条纹仍然最宽最亮．
2．圆孔衍射图样
(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)圆孔越小，中央亮斑的直径越大，同时亮度越弱．
(3)用不同色光照射圆孔时，得到的衍射图样的大小和位置不同，波长越大，中央圆形亮斑的直径越大．
(4)白光的圆孔衍射图样中，中央是大且亮的白色光斑，周围是彩色同心圆环．
(5)只有圆孔足够小时才能得到明显的衍射图样，在圆孔由较大直径逐渐减小的过程中，光屏依次得到几种不同的现象——圆形亮斑(光的直线传播)、光源的像(小孔成像)、明暗相间的圆环(衍射图样)、完全黑暗．
3．不透明的小圆板衍射图样(泊松亮斑)
(1)中央是亮斑．
(2)泊松亮斑图样的亮环或暗环的距离随着圆板半径的增大而减小，而且背景是明亮的，如图所示．
考点二：光的干涉实验
例3.（2019
新课标Ⅱ）某同学利用图示装置测量某种单色光的波长。实验时，接通电源使光源正常发光；调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题：
(1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可（　　）；
A．将单缝向双缝靠近
B．将屏向靠近双缝的方向移动
C．将屏向远离双缝的方向移动
D．使用间距更小的双缝
(2)若双缝的间距为，屏与双缝间的距离为，测得第1条暗条纹到第条暗条纹之间的距离为，则单色光的波长＝　
　；
(3)某次测量时，选用的双缝的间距为0.300mm，测得屏与双缝间的距离为1.20m，第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56mm。则所测单色光波长为　
　nm（结果保留3位有效数字）。
【例3答案】(1)B；(2)
；(3)
630
【解析】
(1)增加从目镜中观察到的条纹个数，则条纹的宽度减小，根据相邻亮条纹间的距离为，为减小相邻亮条纹（暗条纹）间的宽度，可增大双缝间距离或减小双缝到屏的距离；故选B；
(2)第1条暗条纹到第条暗条纹之间的距离为，则两个相邻明纹（或暗纹）间的距离
则单色光的波长
(2)将双缝的间距为0.300mm，测得屏与双缝间的距离为1.20m，以及代入公式可得
【练习11】用某种单色光做双缝干涉实验时，已知双缝间的距离d的大小恰好是图丁中游标卡尺的读数；双缝到毛玻璃屏间的距离的大小是图丙中的毫米刻度尺的读数；实验时先移动测量头(如图甲所示)上的手轮，把分划板中心刻线对准靠近最左边的一条亮条纹中心(如图乙所示)，并记下手轮上的读数x1(如图戊所示)，然后转动手轮，把分划板中心刻线向右移动，直到对准第7条亮条纹中心并记下手轮上的读数x2(如图己所示)，由以上测量数据求该单色光的波长．(结果保留两位有效数字)
【练习11答案】8.0×10－7
m
【解析】
根据条纹间距公式Δx＝λ可知，波长λ＝Δx，由题图丁可直接读出
d＝0.25
mm＝0.000
25
m
双缝到屏的距离由题图丙读出
l＝74.90
cm＝0.749
0
m
由题图乙、戊、己可知，两条相邻亮条纹间的距离
Δx＝
mm＝2.400
mm＝0.002
400
m
将以上数据代入得
λ＝＝
m≈8.0×10－7
m
【练习12】(1)（多选）对两列光波在空中叠加，以下说法中正确的是（　　）
A．不同颜色的光有可能发生干涉现象
B．不同颜色的光不可能发生干涉现象
C．光的强度不同有可能发生干涉现象
D．光的强度不同不可能发生干涉现象
(2)在双缝干涉实验中，若双缝处的两束光的频率均为6×1014
Hz，两光源S1、S2的振动情况恰好相反，光屏上的P点到S1与到S2的路程差为3×10－6
m，如图所示，则：
①P点是亮条纹还是暗条纹？
②设O为到S1、S2路程相等的点，则PO间还有几条亮纹，几条暗纹？(不包括O、P两处的条纹)
【练习12答案】(1)BC　(2)①暗条纹　②5条暗纹，6条亮纹
【解析】
(1)两列光波叠加是否发生干涉现象关键看两列光波是否是相干光，即是否满足频率相同、相位差恒定的条件，不同颜色的光频率不同，所以不可能发生干涉现象，故选项B正确，A错误；光的强度不同，但仍有可能满足相干条件，也就是有可能发生干涉现象，故选项C正确，D错误．
(2)①由波长计算公式得
λ＝＝5×10－7
m
因为
n＝＝＝6
由于两光源的振动情况恰好相反，所以P点为暗条纹．
②O点路程差为0，也是暗条纹，OP间还有5条暗纹，6条亮纹．
【练习13】如图所示，从点光源发出的白光，经过透镜后成一平行光束，垂直照射到挡光板P上，板上开有两条靠得很近的平行狭缝S1、S2，在屏Q上可以看到干涉条纹，图中O点是屏上与两狭缝等距离的一点，则（　　）
A．干涉条纹是黑白的，O点是亮条纹
B．干涉条纹是黑白的，O点是暗条纹
C．干涉条纹是彩色的，O点是亮条纹
D．干涉条纹是彩色的，O点是暗条纹
【练习13答案】C
【解析】
白光是复色光，通过双缝形成的干涉条纹是彩色条纹．由题意知＝，即光程差等于零，在点振动加强，形成亮条纹．
【练习14】把一个凸透镜的弯曲表面压在另一个玻璃平面上，让某种单色光从上方射入(图13甲)，这里可以看到明暗相间的同心圆(如图乙所示)．这个现象是牛顿首先发现的，这个同心圆叫做牛顿环．试探究牛顿环出现的原因．为了使牛顿环的直径大些，应该选用表面弯曲得厉害些的凸透镜，还是选用表面不太弯的凸透镜？试叙述你选择的理由．
【练习14解析】
如图(图中凸透镜的弯曲程度作了夸张)所示．凸透镜的弯曲表面向上反射的光和下面的玻璃平面向上反射的光相互叠加，由于来自这两个面的反射光的路程差不同，在有些位置相互加强，有些位置相互削弱，因此出现了同心圆状的明暗相间的条纹．
为了使牛顿环的直径大些，其实就是使相邻的亮条纹(或暗条纹)的间距变大些，图中光线1和2反射回来的光线干涉后形成亮条纹．它们对应的空气厚度差应为λ/2，若选用弯曲程度较大的凸透镜，空气厚度差为λ/2的点的间距将变密，即亮条纹间距将变密，牛顿环的直径变小，故应选用弯曲程度较小的凸透镜．
考点三：光的偏振
例4.
（多选）关于自然光和偏振光，以下说法正确的是（　　）
A．自然光包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，但是沿各个方向振动的光波的强度可以不相同
B．偏振光是在垂直于传播方向的平面上，只沿着某一特定方向振动的光
C．自然光透过一个偏振片后就成为偏振光，偏振光经过一个偏振片后又还原为自然光
D．太阳、电灯等普通光源发出的光都是自然光
【例4答案】BD
【解析】
自然光
偏振光
光的来源
直接从光源发出的光
自然光通过起偏振器后的光
光的振动方向
在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿所有方向，且沿各个方向振动的光强度都相同
在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿某一特定方向(与起偏振器透振方向一致)
举例
太阳、电灯、蜡烛火焰等直接发出的光
自然光在介质表面反射和折射形成的光
【练习15】（多选）一段时间以来，“假奶粉事件”闹得沸沸扬扬，奶粉中碳水化合物(糖)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，则下列说法中正确的是（　　）
A．到达O处光的强度会明显减弱
B．到达O处光的强度不会明显减弱
C．将偏振片B转动一个角度，使得O处光强度最大，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处光强度最大，偏振片A转过的角度等于α
【练习15答案】ACD
【解析】
因为未放糖溶液时，A、B的偏振方向一致，故A、B间不放糖溶液时，自然光通过偏振片A后，变成偏振光，通过B后到达O.当在A、B间放糖溶液时，由于溶液的旋光作用，使通过A的偏振光振动方向转动了一定角度，不能再通过B，A对，B错．但当B转过一个角度，恰好使偏振片方向与经过糖溶液后的偏振光振动方向一致时，O处光强为最强，故B的旋转角度即为糖溶液的旋光度．所以C对．同理D也对．
【偏振的应用】
1．摄影技术中的应用
光的偏振现象有很多应用，如摄影师在拍摄池中的游鱼、玻璃橱窗里陈列物的照片时，由于水面或玻璃表面的反射光的干扰，景象会不清晰，如果在照相机镜头前装一块偏振滤光片，就可使反射来的偏振光不能进入照相机内，从而可拍出清晰的照片，故人们把偏振滤光片叫作摄影机的“门卫”．
2．在汽车挡风玻璃上的应用
偏振片——汽车司机的福音．在夜间行车时，迎面开来的汽车的车灯眩光常常使司机看不清路面，容易发生事故，如果在每辆车的车灯玻璃上和司机座椅前面的挡风玻璃上各安装一块偏振片，并使它们的透振方向跟水平方向成45°角，就可以解决这一问题．从对面车灯射来的偏振光，由于振动方向跟司机座椅前挡风玻璃上的偏振片的透振方向垂直，所以不会射进司机眼里；而从自己的车灯射出去的偏振光，由于振动方向跟自己挡风玻璃上的偏振片的透振方向相同，所以司机仍能看清自己的灯照亮的路面和物体．
3．立体电影
观看立体电影时，观众要戴上一副偏振眼镜，放立体电影时有左、右两架放映机同时工作，在每架放映机前装有一块偏振片，其透振方向互相垂直，因此从放映机前偏振片射出的两束偏振光的偏振方向互相垂直，这两束偏振光经银幕反射，其偏振方向不改变，观众所戴偏振眼镜的两只镜片的透振方向互相垂直，且左眼镜片跟左边放映机前偏振片的透振方向一致，右眼镜片跟右边放映机前偏振片的透振方向一致，这样，左眼只能看到左机映出的画面，右眼只能看到右机映出的画面，两眼看到的画面略有差别，因此便可产生立体感．
考点四：激光
例5.
（多选）关于光的色散、激光，下列说法正确的是（　　）
A．棱镜对红光的折射率比紫光大
B．红光在棱镜中的速度比紫光大
C．每种色光通过棱镜后都会分成几种颜色的光
D．激光不能像无线电波那样用来传递信息
E．激光治疗近视眼手术是对角膜进行切削
【例5答案】BE
【解析】
色散现象表明棱镜对红光的折射率最小，由n＝知，红光在棱镜中的速度最大，A错误，B正确；单色光经棱镜后不能发生色散，C错误；激光在光导纤维中利用时，不仅可以传递信息，而且可以使信息量大增，D错误；激光手术不是修复视网膜，而是对角膜进行切削，改变角膜的形状，E正确．
【练习16】（多选）将激光束的宽度集中到纳米范围内，可修复人体已损坏的器官，对DNA分子进行超微型基因修复，把诸如癌症、遗传疾病等彻底根除，在上述技术中，人们利用了激光的（　　）
A．单向性
B．单色性
C．亮度高
D．粒子性
【练习16答案】AC
【解析】
激光束的发散角很小，几乎是一平行的光线，激光束的方向性好这一特性在医学上的应用主要是激光能量能在空间高度集中，从而可将激光束制成激光手术刀。另外，由几何光学可知，平行性越好的光束经聚焦得到的焦斑尺寸越小，再加之激光单色性好，经聚焦后无色散像差，使光斑尺寸进一步缩小，可达微米级以下，甚至可用作切割细胞或分子的精细的“手术刀”。
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物理光学（二）
光的干涉、衍射、偏振、色散、激光等
考点一：光的干涉和衍射
例1.（2019
北京）利用图1所示的装置（示意图），观察光的干涉、衍射现象，在光屏上得到如图2中甲和乙两种图样。下列关于处放置的光学元件说法正确的是（　　）
A．甲对应单缝，乙对应双缝
B．甲对应双缝，乙对应单缝
C．都是单缝，甲对应的缝宽较大
D．都是双缝，甲对应的双缝间距较大
例2.（2018
北京）用双缝干涉实验装置得到白光的干涉条纹，在光源与单缝之间加上红色滤光片后（　　）
A．干涉条纹消失
B．彩色条纹中的红色条纹消失
C．中央条纹变成暗条纹
D．中央条纹变成红色
【练习1】（多选）下列属于光的干涉现象的是（　　）
【练习2】（多选）把一平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上，一端用薄片垫起，构成空气劈尖，让单色光从上方射入，如图所示．这时可以看到明暗相间的条纹．下面关于条纹的说法中正确的是（　　）
A．干涉条纹是光在空气劈尖膜的前后两表面反射形成的两列光波叠加的结果
B．干涉条纹中的暗条纹是上述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果
C．将上玻璃板平行上移，条纹向着劈尖移动
D．观察薄膜干涉条纹时，应在入射光的另一侧
【练习3】劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图所示，将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜．当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹有如下特点：
(1)任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等．
(2)任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定．现若将图示装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹（　　）
A．变疏
B．变密
C．不变
D．消失
【练习4】（多选）如图所示，用单色光照射透明标准板M来检查平面N的上表面的平滑情况，观察到的现象有如图所示的条纹中的P和Q情况，这说明（　　）
A．N的上表面A处向上凸起
B．N的上表面B处向上凸起
C．N的上表面A处向下凹陷
D．N的上表面B处向下凹陷
【练习5】（多选）如图所示，把一个凸透镜的弯曲表面压在另一个玻璃平面上，让单色光从上方射入，这时可以看到亮暗相间的同心圆环，对这些亮暗圆环的相关说法合理的是（　　）
A．远离中心点处亮环的分布较密
B．用白光照射时，不会出现干涉形成的圆环
C．这些亮暗圆环是透镜曲面上反射光与透镜上方平面上的反射光干涉形成的
D．与同一亮环相对应的空气薄膜的厚度是相同的
【练习6】如图所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置，P是附有肥皂泡薄膜的铁丝圈，S是一点燃的酒精灯，往火焰上撒些盐后，在肥皂膜上观察到的干涉图像应是图中的（　　）
【练习7】用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象，图(a)是点燃的酒精灯(在灯芯上撒些盐)，图(b)是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属线圈，将金属线圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是（　　）
A．当金属线圈旋转30°时，干涉条纹同方向旋转30°
B．当金属线圈旋转45°时，干涉条纹同方向旋转90°
C．当金属线圈旋转60°时，干涉条纹同方向旋转30°
D．干涉条纹保持不变
【练习8】光学镜头上涂的一层薄膜叫增透膜，以下说法不正确的是（　　）
A．增透膜的作用是为了减少光的反射损失，增强透射光的强度
B．增透膜的厚度等于入射光在真空中波长的
C．增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波长的
D．因为增透膜的作用能使黄绿光反射时相互抵消，而红光、紫光的反射不能完全抵消，所以涂有增透膜的透镜呈淡紫色
【练习9】曾有报道四川成都隧道发生瓦斯爆炸事故．瓦斯在隧道施工、煤矿采掘等作业中危害极大，某同学查资料得知含有瓦斯的气体的折射率大于干净空气的折射率，于是他根据双缝干涉现象设计了一个监测仪．其原理如图所示，在双缝前面放置两个完全相同的透明容器A、B，容器A与干净的空气相通，容器B中通入矿井中的气体，观察屏上的干涉条纹，就能够监测瓦斯浓度．如果屏的正中央O点(未画出)变为暗纹，说明B中气体（　　）
A．一定含瓦斯
B．一定不含瓦斯
C．不一定含瓦斯
D．无法判断
【练习10】某研究性学习小组用激光束照射圆孔和不透明圆板后，分别得到如图所示的衍射图样．据此可以判断出（　　）
A．甲是光线射到圆孔后的衍射图样，乙是光线射到圆板后的衍射图样
B．乙是光线射到圆孔后的衍射图样，甲是光线射到圆板后的衍射图样
C．甲、乙都是光线射到圆孔后的衍射图样，甲孔的直径较大
D．甲、乙都是光线射到圆板后的衍射图样，乙板的直径较大
【单缝衍射现象的解释】
1．单缝衍射图样
(1)中央条纹最亮、越向两边越暗，条纹间距不等．越靠外，条纹间距越小．
(2)缝变窄通过的光变少，而光分布的范围更宽，所以亮纹的亮度降低．
(3)中央亮条纹的宽度及条纹间距跟入射光的波长及单缝宽度有关．入射光波长越大，单缝越窄，中央亮条纹的宽度及条纹间距就越大．
(4)用白光做单缝衍射时，中央亮条纹是白色的，两边是彩色条纹，中央亮条纹仍然最宽最亮．
2．圆孔衍射图样
(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)圆孔越小，中央亮斑的直径越大，同时亮度越弱．
(3)用不同色光照射圆孔时，得到的衍射图样的大小和位置不同，波长越大，中央圆形亮斑的直径越大．
(4)白光的圆孔衍射图样中，中央是大且亮的白色光斑，周围是彩色同心圆环．
(5)只有圆孔足够小时才能得到明显的衍射图样，在圆孔由较大直径逐渐减小的过程中，光屏依次得到几种不同的现象——圆形亮斑(光的直线传播)、光源的像(小孔成像)、明暗相间的圆环(衍射图样)、完全黑暗．
3．不透明的小圆板衍射图样(泊松亮斑)
(1)中央是亮斑．
(2)泊松亮斑图样的亮环或暗环的距离随着圆板半径的增大而减小，而且背景是明亮的，如图所示．
考点二：光的干涉实验
例3.（2019
新课标Ⅱ）某同学利用图示装置测量某种单色光的波长。实验时，接通电源使光源正常发光；调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题：
(1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可（　　）；
A．将单缝向双缝靠近
B．将屏向靠近双缝的方向移动
C．将屏向远离双缝的方向移动
D．使用间距更小的双缝
(2)若双缝的间距为，屏与双缝间的距离为，测得第1条暗条纹到第条暗条纹之间的距离为，则单色光的波长＝　
　；
(3)某次测量时，选用的双缝的间距为0.300mm，测得屏与双缝间的距离为1.20m，第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56mm。则所测单色光波长为　
　nm（结果保留3位有效数字）。
【练习11】用某种单色光做双缝干涉实验时，已知双缝间的距离d的大小恰好是图丁中游标卡尺的读数；双缝到毛玻璃屏间的距离的大小是图丙中的毫米刻度尺的读数；实验时先移动测量头(如图甲所示)上的手轮，把分划板中心刻线对准靠近最左边的一条亮条纹中心(如图乙所示)，并记下手轮上的读数x1(如图戊所示)，然后转动手轮，把分划板中心刻线向右移动，直到对准第7条亮条纹中心并记下手轮上的读数x2(如图己所示)，由以上测量数据求该单色光的波长．(结果保留两位有效数字)
【练习12】(1)（多选）对两列光波在空中叠加，以下说法中正确的是（　　）
A．不同颜色的光有可能发生干涉现象
B．不同颜色的光不可能发生干涉现象
C．光的强度不同有可能发生干涉现象
D．光的强度不同不可能发生干涉现象
(2)在双缝干涉实验中，若双缝处的两束光的频率均为6×1014
Hz，两光源S1、S2的振动情况恰好相反，光屏上的P点到S1与到S2的路程差为3×10－6
m，如图所示，则：
①P点是亮条纹还是暗条纹？
②设O为到S1、S2路程相等的点，则PO间还有几条亮纹，几条暗纹？(不包括O、P两处的条纹)
【练习13】如图所示，从点光源发出的白光，经过透镜后成一平行光束，垂直照射到挡光板P上，板上开有两条靠得很近的平行狭缝S1、S2，在屏Q上可以看到干涉条纹，图中O点是屏上与两狭缝等距离的一点，则（　　）
A．干涉条纹是黑白的，O点是亮条纹
B．干涉条纹是黑白的，O点是暗条纹
C．干涉条纹是彩色的，O点是亮条纹
D．干涉条纹是彩色的，O点是暗条纹
【练习14】把一个凸透镜的弯曲表面压在另一个玻璃平面上，让某种单色光从上方射入(图13甲)，这里可以看到明暗相间的同心圆(如图乙所示)．这个现象是牛顿首先发现的，这个同心圆叫做牛顿环．试探究牛顿环出现的原因．为了使牛顿环的直径大些，应该选用表面弯曲得厉害些的凸透镜，还是选用表面不太弯的凸透镜？试叙述你选择的理由．
考点三：光的偏振
例4.
（多选）关于自然光和偏振光，以下说法正确的是（　　）
A．自然光包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，但是沿各个方向振动的光波的强度可以不相同
B．偏振光是在垂直于传播方向的平面上，只沿着某一特定方向振动的光
C．自然光透过一个偏振片后就成为偏振光，偏振光经过一个偏振片后又还原为自然光
D．太阳、电灯等普通光源发出的光都是自然光
【练习15】（多选）一段时间以来，“假奶粉事件”闹得沸沸扬扬，奶粉中碳水化合物(糖)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，则下列说法中正确的是（　　）
A．到达O处光的强度会明显减弱
B．到达O处光的强度不会明显减弱
C．将偏振片B转动一个角度，使得O处光强度最大，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处光强度最大，偏振片A转过的角度等于α
【偏振的应用】
1．摄影技术中的应用
光的偏振现象有很多应用，如摄影师在拍摄池中的游鱼、玻璃橱窗里陈列物的照片时，由于水面或玻璃表面的反射光的干扰，景象会不清晰，如果在照相机镜头前装一块偏振滤光片，就可使反射来的偏振光不能进入照相机内，从而可拍出清晰的照片，故人们把偏振滤光片叫作摄影机的“门卫”．
2．在汽车挡风玻璃上的应用
偏振片——汽车司机的福音．在夜间行车时，迎面开来的汽车的车灯眩光常常使司机看不清路面，容易发生事故，如果在每辆车的车灯玻璃上和司机座椅前面的挡风玻璃上各安装一块偏振片，并使它们的透振方向跟水平方向成45°角，就可以解决这一问题．从对面车灯射来的偏振光，由于振动方向跟司机座椅前挡风玻璃上的偏振片的透振方向垂直，所以不会射进司机眼里；而从自己的车灯射出去的偏振光，由于振动方向跟自己挡风玻璃上的偏振片的透振方向相同，所以司机仍能看清自己的灯照亮的路面和物体．
3．立体电影
观看立体电影时，观众要戴上一副偏振眼镜，放立体电影时有左、右两架放映机同时工作，在每架放映机前装有一块偏振片，其透振方向互相垂直，因此从放映机前偏振片射出的两束偏振光的偏振方向互相垂直，这两束偏振光经银幕反射，其偏振方向不改变，观众所戴偏振眼镜的两只镜片的透振方向互相垂直，且左眼镜片跟左边放映机前偏振片的透振方向一致，右眼镜片跟右边放映机前偏振片的透振方向一致，这样，左眼只能看到左机映出的画面，右眼只能看到右机映出的画面，两眼看到的画面略有差别，因此便可产生立体感．
考点四：激光
例5.
（多选）关于光的色散、激光，下列说法正确的是（　　）
A．棱镜对红光的折射率比紫光大
B．红光在棱镜中的速度比紫光大
C．每种色光通过棱镜后都会分成几种颜色的光
D．激光不能像无线电波那样用来传递信息
E．激光治疗近视眼手术是对角膜进行切削
【练习16】（多选）将激光束的宽度集中到纳米范围内，可修复人体已损坏的器官，对DNA分子进行超微型基因修复，把诸如癌症、遗传疾病等彻底根除，在上述技术中，人们利用了激光的（　　）
A．单向性
B．单色性
C．亮度高
D．粒子性
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