第2課時光的干涉、衍射和偏振

【目標要求】1.知道什么是光的干涉、衍射和偏振。2.掌握雙縫干涉中出現亮、暗條紋的條件。

3.知道發生明顯衍射的條件。

考點一光的干涉現象

1.光的干涉

(1)定義：在兩列光波疊加的區域，某些區域相互加強，出現亮條紋，某些區域相互減弱，出

現喳條紋，且加強區域和減弱區域相互間隔的現象。

(2)條件：兩束光的頻率相同、相位差恒定。

2.雙縫干涉

圖樣特點：單色光照射時，形成明暗相間的等間距的干涉條紋。

(1)條紋間距：?=夕，對同一雙縫干涉裝置，光的波長越長，干涉條紋的間距越大。

(2)明暗條紋的判斷方法：

如圖所示，相干光源Si、S2發出的光到屏上P點的路程差為Ar=〃2—八。

當"=就("=0,1,2,…)時，光屏上P處出現亮條紋。

當加=(2〃+1春〃=0,1,2一“)時，光屏上P'處出現暗條紋。

3.薄膜干涉

(1)形成原因：如圖所示，豎直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形。光照射

到薄膜上時，從膜的前表面AA'和后表面88'分別反射回來，形成兩列頻率相同的光波，

并且疊加。

(2)明暗條紋的判斷方法：

兩個表面反射回來的兩列光波的路程差小等于薄膜厚度的2倍，光在薄膜中的波長為九

在馬、尸2處,Ar=n2（n=1,2,3,???）,薄膜上出現亮條紋。

在。處，Ar=（2/?+l）|（w=0,l,2,3>…），薄膜上出現暗條紋。

（3）應用：增透膜、檢查平面的平整度。

【例11（2023?江蘇卷?6）用某種單色光進行雙縫干涉實驗，在屏上觀察到的干涉條紋如圖甲所

示，改變雙縫間的距離后，干涉條紋如圖乙所示，圖中虛線是亮紋中心的位置。則雙縫間的

距離變為原來的（）

（甲）IIIIIIIIIIIII

（乙）

A（倍倍C.2倍D.3倍

答案B

解析根據雙縫干涉的條紋間距與波長關系有由題圖知Axc=2Ax甲，則d匕=gd甲,

故選B。

W21（多選）圖甲是用光的干涉法來檢查物體平面平整程度的裝置，其中A為標準平板，B

為待檢查的物體，C為入射光，圖乙為觀察到的干涉條紋，下列說法正確的是（）

1

條叫Ml

乙

A.入射光C應采用單色光

B.圖乙條紋是由A的下表面反射光和B的上表面反射光發生干涉形成的

C.當A、B之間某處距離為入射光的半波長奇數倍時，對應條紋是暗條紋

D.由圖乙條紋可知，被檢查物體表面上有洞狀凹陷

答案AB

解析薄膜干涉形成的條紋是膜的上下表面的反射光干涉產生的，根據干涉條件，入射光C

應采用單色光，波長一定，不會出現干涉條紋重合現象，若采用復合光則會出現干涉條紋重

合的現象，選項A正確；干涉條紋是由A的下表面反射光和B的上表面反射光發生干涉產

生的，選項B正確；當A、B之間某處距離為入射光的半波長奇數倍時，則兩列光波的光程

差為半波長的偶數倍，所以對應條紋是亮條紋，選項C錯誤；薄膜干涉是等厚干涉，即亮條

紋處空氣膜的厚度相等，亮條紋右偏說明被檢查物體表面上有凸起，選項D錯誤。

拓展當墊塊左移時，條紋變密集（填“稀疏”或“密集”）,當墊塊變薄后，條紋變稀疏（填

“稀疏”或“密集”）,條紋1將右移（填“左移”或“右移”）。

【例3】（2021?江蘇卷?6）鐵絲圈上附有肥皂膜，豎直放置時，肥皂膜上的彩色條紋上疏下密,

由此推測肥皂膜前后兩個面的側視形狀應當是（）

答案C

解析薄膜干涉為前后兩個面反射回來的光發生干涉形成干涉條紋，當入射光為復色光時，

出現彩色條紋。由于重力作用，肥皂膜前后表面的厚度從上到下逐漸增大，從而使干涉條紋

上疏下密，由于表面張力的作用，使得肥皂膜向內凹陷，故C正確，A、B、D錯誤。

考點二光的衍射和偏振現象

1.光的衍射

發生明顯衍射現象的條件：只有當障礙物或狹縫的尺寸足夠小的時候，衍射現象才會明顯。

2.光的偏振

（1）自然光：包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光,而且沿著各個方向振動的光波

的強度都相同。

（2）偏振光：在垂直于光的傳播方向的平面上,只沿著某個特定的方向振動的光。

（3）偏振光的形成

①讓自然光通過偏振片形成偏振光。

②讓自然光在兩種介質的界面發生反射和折射，反射光和折射光可以成為部分偏振光或完全

偏振光。

（4）偏振光的應用：加偏振濾光片的照相機鏡頭、液晶顯示器、立體電影、消除車燈眩光等。

（5）光的偏振現象說明光是一種橫波。

■判斷正誤

1.陽光下茂密的樹林中，地面上的圓形亮斑是光的衍射形成的。（X）

2.泊松亮斑是光的衍射形成的。（V）

3.光遇到障礙物時都能產生衍射現象。（V）

4.自然光是偏振光。（X）

【例4】（多選）（2023?河北省聯考汝口圖甲所示，等腰△ABC為一棱鏡的橫截面，AB=AC；一平

行于8c邊的細光束從邊射入棱鏡，在8C邊經過一次反射后從AC邊射出，出射光分成

了不同顏色的I、II兩束光。圖乙是這兩束光分別通過相同的雙縫和單縫裝置后形成的圖樣,

下列說法正確的是（）

A

n

Bc

A.I光的波長比II光的長

B.i光在棱鏡中的傳播速度比n光的小

C.圖乙中a是n光的干涉圖樣

D.圖乙中c是I光的衍射圖樣

答案AD

解析由折射定律可得，II光的折射角小，折射率大,所以II光的頻率大，波長短，故A正

確；由〃="導，I光在棱鏡中的傳播速度比II光的大,故B錯誤；干涉條紋間距與波長成正

比，II光的波長短，故題圖乙中a是I光的干涉圖樣,故C錯誤；衍射圖樣中央亮條紋寬度

與波長成正比，故題圖乙中c是I光的衍射圖樣，故D正確。

■總結提升

單縫衍射與雙縫干涉的比較

單縫衍射雙縫干涉

不條紋寬度條紋寬度不等，中央最寬條紋寬度相等

同條紋間距各相鄰亮（暗）條紋間距不等各相鄰亮（暗）條紋等間距

點亮度情況中央條紋最亮，兩邊變暗條紋清晰，亮度基本相同

干涉、衍射都有明暗相間的條紋，干涉、衍射都是波特有的現象；

從本質上看都屬于光波的疊加，干涉是從雙縫通過兩列頻率相同的

相同點

光波在屏上疊加形成的，衍射是由來自單縫上不同位置的光在屏上

疊加形成的

【例5】奶粉的碳水化合物（糖）的含量是一個重要指標，可以用“旋光法”來測量糖溶液的濃

度，從而鑒定含糖量。偏振光通過糖的水溶液后，偏振方向會相對于傳播方向向左或向右旋

轉一個角度a,這一角度a稱為“旋光度”，a的值只與糖溶液的濃度有關，將a的測量值

與標準值相比較，就能確定被測樣品的含糖量了。如圖所示，S是自然光源，A、B是偏振片,

轉動B,使到達。處的光最強，然后將被測樣品P置于A、B之間。

自然光源偏振片被測樣品偏振片

(1)偏振片A的作用是o

(2)偏振現象證明了光是一種o

(3)以下說法中正確的是o

A.到達。處光的強度會減弱

B.到達。處光的強度不會減弱

C.將偏振片B轉動一個角度，使得。處光強度最強，偏振片B轉過的角度等于a

D.將偏振片A轉動一個角度，使得。處光強度最強，偏振片A轉過的角度等于a

答案(1)把自然光轉換成偏振光(2)橫波(3)ACD

解析(1)自然光不是偏振光，但自然光通過偏振片后變為偏振光，故A的作用是把自然光轉

換成偏振光。

(2)偏振現象證明光是一種橫波。

(3)偏振片只能讓一定偏振方向的光通過，沒有樣品時，要使到達。處的光最強，偏振片A、

B的透光方向應相同；當放入樣品時，由于樣品的“旋光度”是a,即偏振方向不再與B的透

振方向平行，到達。處光的強度會減弱，A正確，B錯誤；偏振片B轉過的角度等于a,并

使偏振片B的透振方向與偏振光的偏振方向平行時，光到達。處的強度將再次最大，C正確；

同理，D正確。

考點三幾何光學與物理光學的綜合應用

1.光從一種介質進入另一種介質時，頻率不變，由。=/知，當/改變時，波長改變，光速

改變。

2.同一種介質中，頻率越大的色光折射率越大，由“=己知，"越大，傳播速度越小。

3.光的頻率、折射率、波速、波長的對應關系

顏色紅橙黃綠藍靛紫

頻率/低f高

同一介質中折射率〃小一大

同一介質中速度V大f小

波長A大f小

臨界角大f小

通過棱鏡的偏折角小f大

【例61(2024?黑龍江省大慶實驗中學開學考)如圖所示為一束太陽光射到截面為六邊形的冰

晶上時的光路圖，。、6為其折射出的光線中的兩種單色光，下列說法不正確的是（）

A.在冰晶中，。光的傳播速度較大

B.通過同一裝置發生雙縫干涉，a光的相鄰條紋間距較大

C.從同種玻璃中射入空氣發生全反射時，a光的臨界角較小

D.用同一裝置做單縫衍射實驗，a光的中央亮條紋更寬

答案C

解析太陽光射入六邊形冰晶時，。光的折射角大于6光的折射角，由折射定律〃=黑，冰

晶對。光的折射率小于對b光的折射率，由判斷可知，在冰晶中，a光的傳播速度較大，

故A正確；4光的折射率小于Z?光的折射率，故〃光的頻率小于Z?光的頻率，由于所

以a光的波長大于b光的波長，根據雙縫干涉條紋間距公式知〃光相鄰條紋間距較

大，故B正確；由臨界角公式sin可知，〃光的折射率較小，a光的臨界角較大，故C

錯誤；由于〃光的波長大于b光的波長，根據單縫衍射實驗中，入射光的波長越長，中央亮

條紋越寬，故〃光中央亮條紋更寬，故D正確。

課時精練

基礎落實練

1.（2024?江蘇南京市調研）下列說法正確的是（）

甲

A.圖甲為一定波長的光照射到不透明圓盤上，在圓盤后得到的衍射圖樣

B.圖乙為雙縫干涉示意圖，雙縫間距越大，則相鄰亮條紋間距越大

C.圖丙為光導纖維工作原理示意圖，內芯的折射率比外套的折射率小

D.圖丁為自然光照射兩個豎直放置的偏振片，若只旋轉其中一個偏振片，光屏上的亮度不

變

答案A

解析題圖甲為一定波長的光照射到不透明圓盤上，在圓盤后得到的衍射圖樣，選項A正確；

題圖乙為雙縫干涉示意圖，根據&=夕可知，雙縫間距越大，則相鄰亮條紋間距越小，選

項B錯誤；題圖丙為光導纖維工作原理示意圖，利用光的全反射，所以內芯的折射率比外套

的折射率大，選項C錯誤；題圖丁為自然光照射兩個豎直放置的偏振片，若只旋轉其中一個

偏振片，偏振方向不平行，此時光屏上的亮度變暗，選項D錯誤。

2.利用圖示的裝置（示意圖），觀察光的干涉、衍射現象，在光屏上得到如圖中甲和乙兩種圖

樣。下列關于尸處放置的光學元件說法正確的是（）

光源口…n

A.甲對應單縫，乙對應雙縫

B.甲對應雙縫，乙對應單縫

C.都是單縫，甲對應的縫寬較大

D.都是雙縫，甲對應的雙縫間距較大

答案A

解析由題圖中給出的甲、乙兩種圖樣可知，甲是單縫衍射的圖樣，乙是雙縫干涉的圖樣，

A項正確，B、C、D項錯誤。

3.（2023?山東濟寧市模擬）用光傳感器能直觀地演示雙縫干涉，實驗裝置如圖甲所示，某次實

驗的雙縫間距1=0.6mm,調整雙縫到光傳感器的距離￡=0.3m,在計算機中得到圖乙所示

光強變化的圖樣，可以推斷該實驗所用單色光波長為（）

0.025

0.02

0.015

0.01

0.(25

X(2m)

乙

A.200nmB.400nmC.600nmD.800nm

答案B

解析根據題圖乙可知國11=200）im,由得/l=%x=400nm,故選B。

4.如圖所示，某種光盤利用“凹槽”“平面”記錄信息，激光照射到“凹槽”會產生極小反

射光強，下列說法正確的是（）

，激光筍介質

/平面

JLUXU

________'凹槽__________

A.“凹槽”產生極小光強是由于衍射現象形成

B.激光在透明介質中的傳播速度與“平面”反射光的傳播速度相同

C.激光在透明介質中的波長可能為“凹槽”深度的3倍

D.“凹槽”反射光與“平面”反射光的頻率相同

答案D

解析“凹槽”產生極小光強是由于“凹槽”反射光與“平面”反射光疊加后削弱，是由于

干涉現象形成，故A錯誤；透明介質中激光的傳播速度小于真空中光速，故激光在透明介質

中的傳播速度與“平面”反射光的傳播速度不相同，故B錯誤；由于“凹槽”反射光與“平

面”反射光疊加后削弱，考慮到“凹槽”反射光的路程，“凹槽”深度的2倍應為激光半波

長的奇數倍，故C錯誤；“凹槽”反射光與“平面”反射光是同種類型的光，頻率相同，故

D正確。

5.（2023?河南駐馬店市期末）某實驗小組同學采用圖甲裝置研究光的干涉現象，兩狹縫Si、S2

間距離d及各自寬度優均可調，狹縫到光屏的距離為心用不同的單色光垂直照射狹縫，得

到如圖乙所示的干涉條紋。下列說法正確的是（）

A.在小L相同條件下，照射光的頻率越高，形成的干涉亮條紋越寬

B.若遮住S1，用紅光照射S，減小S2的寬度形,光屏上的中央亮條紋變寬變暗

C.若同時用紅光和藍光分別照射Si、S，光屏上將得到紅藍相間的干涉彩色條紋

D.用紅光照射兩條狹縫時，若狹縫Si、S2到光屏上尸1點的路程差為紅光波長的3.5倍，Pi

點處一定是亮條紋

答案B

解析由題圖乙可知，在d、L相同條件下，紅光的波長更長，頻率更低，形成的干涉條紋

更寬，故照射光的頻率越低，形成的干涉亮條紋越寬，A項錯誤；若遮住Si,用紅光照射

光屏上得到的是衍射條紋，減小S2的寬度相，衍射現象更明顯，光屏上的中央亮條紋變寬變

暗，B項正確；若同時用紅光和藍光分別照射N、S2,不會發生干涉現象，光屏上不會得到

干涉條紋，C項錯誤；用紅光照射兩條狹縫時，若狹縫N、S2到光屏上B點的路程差為紅光

波長的3.5倍，Pi點處一定是暗條紋，D項錯誤。

6.（多選）（2023?天津市楊柳青第一中學模擬）圖甲是用光的干涉法檢測物體表面平整程度的裝

置，其中M為標準板，N為水平放置的待檢測物體，入射光豎直向下照射，圖乙為觀察到的

干涉條紋，下列說法正確的是（）

左以「I吼

甲乙

A.入射光的波長越長，干涉條紋的條數越少

B.M和N之間墊塊的高度越高，干涉條紋的條數越少

C.P點所對應待檢測物體的表面相對Q點所對應待檢測物體的表面是凸起的

D.尸點所對應待檢測物體的表面相對。點所對應待檢測物體的表面是凹下的

答案AC

解析根據光的干涉特點可知，入射光的波長越長，相鄰干涉條紋的距離越大，即題圖乙觀

察到的干涉條紋的條數越少，故A正確；發生薄膜干涉時，相鄰亮條紋間的空氣層的厚度差

為彳，M和N之間墊塊的高度越高，空氣層的夾角越大，所以相鄰亮條紋之間的距離變小，

干涉條紋的條數越多，故B錯誤；薄膜干涉是等厚干涉，即亮條紋處空氣膜的厚度相等，亮

條紋右偏說明P點所對應待檢測物體的表面相對。點所對應待檢測物體的表面是凸起的，故

C正確，D錯誤。

7.（2023?重慶卷?5）某實驗小組利用雙縫干涉實驗裝置分別觀察a、b兩單色光的干涉條紋，

發現在相同的條件下光屏上a光相鄰兩亮條紋的間距比b光的小。他們又將。、6光以相同的

入射角由水斜射入空氣，發現。光的折射角比b光的大，貝1（）

A.在空氣中傳播時，。光的波長比b光的大

B.在水中傳播時，“光的速度比6光的大

C.在水中傳播時，。光的頻率比6光的小

D.由水射向空氣時，。光的全反射臨界角比6光的小

答案D

解析根據相鄰兩條亮條紋的間距計算公式由此可知九故A錯誤；

根據折射定律"=黑，a、b光以相同的入射角由水斜射入空氣，a光的折射角比6光的大，

則儂＞3

根據光在介質中的傳播速度與折射率的關系〃=:|,可得在水中傳播時，。光的速度比光的

小，故B錯誤;

在水中傳播時，。光的折射率比6光的大，所以。光的頻率比b光的大，故C錯誤；

根據臨界角與折射率的關系sinC=1，可得在水中傳播時，a光的折射率比6光的大，a光的

全反射臨界角比b光的小，故D正確。

10能力綜合練

8.（2023?安徽省三校聯考）如圖所示，一個曲率半徑很大的凸透鏡的凸面和一塊水平放置的平

面玻璃板接觸，用平行的單色光豎直向下照射，可以觀察到一些明暗相間的單色同心圓環，

由于這種現象首先是由牛頓觀察到的，所以這些同心圓環叫作牛頓環。關于這種現象，下列

說法正確的是（）

A.這是光的衍射現象

B.這是光的折射現象

C.單色圓環離圓心越遠，間距越稀疏

D.單色圓環離圓心越遠，間距越密集

答案D

解析凸透鏡的凸面和平面玻璃板之間形成一個空氣薄膜，當用平行的單色光豎直向下照射

時，劈尖形空氣膜上、下表面反射的兩束光相互疊加而產生干涉。同一半徑的圓環處的空氣

膜厚度相同，上、下表面反射光的光程差相同，因此使干涉圖樣呈圓環狀，所以牛頓環是薄

膜干涉現象，選項A、B錯誤；空氣薄膜厚度不同，上、下表面反射光的光程差也不同，由

于上表面是球面，所以越遠離中心的地方空氣薄膜厚度增加越快，光程差越大，干涉條紋也

就越密集，選項C錯誤，D正確。

9.（2021?山東卷?7）用平行單色光垂直照射一層透明薄膜，觀察到如圖所示明暗相間的干涉條

紋。下列關于該區域薄膜厚度d隨坐標x的變化圖像，可能正確的是（）

min?

ABCD

答案D

10.（2023?山東卷-5）如圖所示為一種干涉熱膨脹儀原理圖。G為標準石英環，C為待測柱形

樣品，C的上表面與上方標準平面石英板之間存在劈形空氣層。用單色平行光垂直照射上方

石英板，會形成干涉條紋。已知C的膨脹系數小于G的膨脹系數，當溫度升高時，下列說法

正確的是（）

A.劈形空氣層的厚度變大，條紋向左移動

B.劈形空氣層的厚度變小，條紋向左移動

C.劈形空氣層的厚度變大，條紋向右移動

D.劈形空氣層的厚度變小，條紋向右移動

答案A

解析由題知，C的膨脹系數小于G的膨脹系數，當溫度升高時，G增長的高度大于C增長

的高度，則劈形空氣層的厚度變大，且同一厚度的空氣層向劈尖移動，則條紋向左移動。故

選A。

11.（2024?吉林長春市質檢）彩虹是雨后太陽光射入空氣中的水滴先折射，然后在水滴的背面發

生反射，最后離開水滴時再次折射形成的。如圖所示，一束太陽光從左側射入球形水滴，。、

b是其中的兩條出射光線，一條是紅光，另一條是紫光。則下列說法正確的是（）

A.。光是紅光，》光是紫光

B.若用同一雙縫干涉儀做光的雙縫干涉實驗，。光條紋間距小于6光條紋間距

C.若遇到相同的障礙物，a光比6光更容易發生明顯衍射

D.在水滴中傳播時，。光的速度大于b光的速度

答案B

解析太陽光從左側射入球形水滴時，入射角相同，。光的折射角小于6光的折射角，根據

折射定律，可知”＞儂，折射率大則頻率高，則a光是紫光，b光是紅光，A錯誤；由A可知

兒5,根據人『夕可知，用同一雙縫干涉儀做光的雙縫干涉實驗，a光條紋間距小于6光條

紋間距，遇到相同的障礙物，6光比a光更容易發生明顯衍射，B正確，C錯誤；由"=￡得

va<Vb,D錯誤。

12.（2023?廣東廣州市聯考）如圖所示，將附有一層肥皂液膜的圓形鐵絲圈豎直放置在紅色光源

的右側，人在與光源同側的位置觀察液膜，下列說法正確的是（）

A.若將該裝置放在地球表面上觀察，可看到豎直直條紋

B.若將該裝置放在空間站上觀察，可看到水平直條紋

C.若該裝置在地球表面觀察到的水平直條紋的間距為AH，在月球表面觀察到的水平直條紋

的間距為A%2，則AX1<A%2

D.若將紅色光源換為藍色光源，在地球表面觀察到的水平直條紋的間距將增大

答案C

解析單色光在光程差相同的位置干涉連成的線會形成條紋，當肥皂液膜豎直放置時，單色

光垂直照射肥皂液膜，在前