第75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(xiàn)亮、暗條紋的條件。3.知道發(fā)生明顯衍射的條件。考點一光的干涉1.定義：在兩列光波疊加的區(qū)域，某些區(qū)域相互加強，出現(xiàn)亮條紋，某些區(qū)域相互減弱，出現(xiàn)暗條紋，且加強區(qū)域和減弱區(qū)域相互間隔的現(xiàn)象。2.條件：兩束光的頻率相同、相位差恒定。3.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：Δx＝ldλ(2)明暗條紋的判斷方法：如圖所示，相干光源S1、S2發(fā)出的光到屏上P'點的路程差為Δr＝r2－r1。當(dāng)Δr＝nλ(n＝0，1，2…)時，光屏上P'處出現(xiàn)明條紋。當(dāng)Δr＝(2n＋1)λ2(n＝0，1，2…)時，光屏上P'4.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BB'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Δr等于薄膜厚度的2倍，光在薄膜中的波長為λ。在P1、P2處，Δr＝nλ(n＝1，2，3…)，薄膜上出現(xiàn)明條紋。在Q處，Δr＝(2n＋1)λ2(n＝0，1，2，3…)(3)應(yīng)用：增透膜、檢查平面的平整度。例1(2024·黑吉遼·4)某同學(xué)自制雙縫干涉實驗裝置，在紙板上割出一條窄縫，于窄縫中央沿縫方向固定一根拉直的頭發(fā)絲形成雙縫，將該紙板與墻面平行放置，如圖所示。用綠色激光照雙縫，能在墻面上觀察到干涉條紋。下列做法可以使相鄰兩條亮紋中央間距變小的是()A.換用更粗的頭發(fā)絲B.換用紅色激光照雙縫C.增大紙板與墻面的距離D.減小光源與紙板的距離答案A解析由干涉條紋間距Δx＝ldλ可知，換用更粗的頭發(fā)絲，雙縫間距d變大，則相鄰兩條亮紋中央間距Δx變小，故A正確；換用紅色激光照雙縫，波長λ變大，則相鄰兩條亮紋中央間距Δx變大，故B錯誤；增大紙板與墻面的距離l，則相鄰兩條亮紋中央間距Δx變大，故C錯誤；減小光源與紙板的距離，不會影響相鄰兩條亮紋中央間距Δx，故D例2(多選)(2024·廣西卷·9)如圖，S為單色光源，S發(fā)出的光一部分直接照在光屏上，一部分通過平面鏡反射到光屏上。從平面鏡反射的光相當(dāng)于S在平面鏡中的虛像發(fā)出的，由此形成了兩個相干光源。設(shè)光源S到平面鏡和到光屏的距離分別為a和l，a?l，鏡面與光屏垂直，單色光波長為λ。下列說法正確的是()A.光屏上相鄰兩條亮條紋的中心間距為l2B.光屏上相鄰兩條暗條紋的中心間距為laC.若將整套裝置完全浸入折射率為n的蔗糖溶液中此時單色光的波長變?yōu)閚λD.若將整套裝置完全浸入某種透明溶液中，光屏上相鄰兩條亮條紋的中心間距為Δx，則該液體的折射率為l2答案AD解析根據(jù)光的反射對稱性可知光源S與平面鏡中的虛像距離為2a，根據(jù)條紋間距公式可知Δx＝ldλ＝l2aλ，故A正確，B錯誤；若將整套裝置完全浸入折射率為n的蔗糖溶液中，光的頻率不變，根據(jù)λf＝c，v＝λ1f＝cn，其中c為在真空中的光速，則λ1＝λn，故C錯誤；若將整套裝置完全浸入某種透明溶液中，光屏上相鄰兩條亮條紋的中心間距為Δx，根據(jù)條紋間距公式有Δx＝l2aλ2，可得λ2＝2aΔxl，結(jié)合C選項的分析可知λ例3(2024·山東威海市二模)如圖所示，將一塊平板玻璃放置在另一塊平板玻璃上，在一端夾入兩張紙片，從而在兩玻璃表面之間形成一個劈形空氣薄膜。當(dāng)紅光從上方入射時，可以看到明暗相間的條紋。已知紅光的波長為λ，下列說法正確的是()A.暗條紋是兩列反射光波谷與波谷疊加的結(jié)果B.相鄰兩條亮條紋對應(yīng)的空氣膜厚度之差為λC.若抽去一張紙片，干涉條紋將變密D.若將紅光換為藍光，干涉條紋將變疏答案B解析根據(jù)波的干涉規(guī)律，暗條紋是兩列反射光波峰與波谷疊加的結(jié)果，故A錯誤；如圖所示為相鄰兩亮條紋的截面圖，n處薄膜厚度為dn，n＋1處薄膜厚度為dn＋1，則對應(yīng)的光程差為薄膜該處厚度的2倍，ΔRn＝2dn＝nλ，ΔRn＋1＝2dn＋1＝(n＋1)λ，則相鄰兩條亮條紋對應(yīng)的空氣膜厚度之差為dn＋1－dn＝λ2，故B正確；相鄰亮條紋間距Δx＝dn＋1-dn[變式](2024·山東煙臺市二模)如圖所示，將一塊平凹形玻璃板倒扣在另一塊平板玻璃之上，從而在兩塊玻璃之間形成一層空氣薄膜，玻璃板的一邊沿x方向，用平行單色光向下垂直照射平凹形玻璃板，觀察到的干涉條紋形狀可能正確的是()答案B解析由題意可知，當(dāng)用平行單色光向下垂直照射平凹形玻璃板時，觀察到的干涉條紋是由于空氣薄膜的上下表面所反射的光發(fā)生了干涉產(chǎn)生的，干涉條紋寬窄的差異是由空氣薄膜變化率的不同所導(dǎo)致的：變化率越大，光程差半波長的奇偶數(shù)倍更替得就越頻繁，使得條紋更加密集，從而使條紋看起來更窄。即空氣薄膜厚度變化率越大，條紋也隨之變密變窄。由本題空氣薄膜的形狀可知，薄膜的厚度越大的地方，薄膜厚度變化率越小，條紋間距越大，條紋越寬；薄膜的厚度越小的地方，薄膜厚度變化率越大，條紋間距越小，條紋越窄。因此觀察到的干涉條紋形狀可能正確的是B。考點二光的衍射和偏振1.光的衍射發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件：只有當(dāng)障礙物或狹縫的尺寸與光的波長相差不多，甚至比光的波長還小的時候，衍射現(xiàn)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(zhì)的界面發(fā)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(yīng)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(xiàn)象說明光是一種橫波。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。(×)2.泊松亮斑是光的衍射形成的。(√)3.光遇到障礙物時都能產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。(√)4.自然光是偏振光。(×)例4如圖所示的4種明暗相間的條紋分別是紅光、藍光各自通過同一個雙縫干涉儀器形成的干涉圖樣以及黃光、紫光各自通過同一個單縫形成的衍射圖樣(黑色部分表示亮條紋)。在下面的4幅圖中從左往右排列，亮條紋的顏色依次是()A.紅黃藍紫 B.紅紫藍黃C.藍紫紅黃 D.藍黃紅紫答案B解析雙縫干涉條紋是等間距的，而單縫衍射條紋除中央亮條紋最寬、最亮之外，兩側(cè)條紋亮度、寬度都逐漸減小，因此1、3為雙縫干涉條紋，2、4為單縫衍射條紋。相鄰亮條紋間距Δx＝Ldλ，紅光波長比藍光波長長，則紅光干涉條紋間距大于藍光干涉條紋間距，即1、3分別對應(yīng)紅光和藍光。而在單縫衍射中，當(dāng)單縫寬度一定時，波長越長，衍射越明顯，即中央條紋越寬越亮，黃光波長比紫光波長長，即2、4分別對應(yīng)紫光和黃光。綜上所述，1、2、3、4四幅圖中亮條紋的顏色依次是：紅、紫、藍、黃，故選B單縫衍射與雙縫干涉的比較單縫衍射雙縫干涉不同點條紋寬度條紋寬度不等，中央最寬條紋寬度相等條紋間距各相鄰亮(暗)條紋間距不等各相鄰亮(暗)條紋等間距亮度情況中央條紋最亮，兩邊變暗條紋清晰，亮度基本相同相同點干涉、衍射都有明暗相間的條紋，干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象；從本質(zhì)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(2024·江蘇卷·2)用立體影院的特殊眼鏡去觀看手機液晶屏幕，左鏡片明亮，右鏡片暗，現(xiàn)在將手機屏幕旋轉(zhuǎn)90度，會觀察到()A.兩鏡片都變亮B.兩鏡片都變暗C.兩鏡片沒有任何變化D.左鏡片變暗，右鏡片變亮答案D解析立體影院的特殊眼鏡是利用了光的偏振，其鏡片為偏振片，用這種特殊眼鏡去觀看手機液晶屏幕，左鏡片明亮，說明光的振動方向與鏡片的透振方向平行；右鏡片暗，說明光的振動方向與鏡片的透振方向垂直。將手機屏幕旋轉(zhuǎn)90度后，光的振動方向與左鏡片的透振方向垂直，與右鏡片的透振方向平行，左鏡片變暗，右鏡片變亮。故選D。考點三幾何光學(xué)與物理光學(xué)的綜合應(yīng)用1.光從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時，頻率不變，由v＝λf知，當(dāng)f改變時，波長改變，光速改變。2.同一種介質(zhì)中，頻率越大的色光折射率越大，由n＝cv知，n3.光的頻率、折射率、波速、波長的對應(yīng)關(guān)系顏色紅橙黃綠藍靛紫頻率f低→高同一介質(zhì)中折射率n小→大同一介質(zhì)中速度v大→小波長λ大→小臨界角大→小通過棱鏡的偏折角小→大例6(2024·山東濱州市期末)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，a、b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，a光的傳播速度較大B.通過同一裝置發(fā)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(fā)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，a光的折射角大于b光的折射角，由折射定律n＝sinisinr，冰晶對a光的折射率小于對b光的折射率，由v＝cn判斷可知，在冰晶中，a光的傳播速度較大，故A正確；a光的折射率小于b光的折射率，故a光的頻率小于b光的頻率，由于c＝λf，所以a光的波長大于b光的波長，根據(jù)雙縫干涉條紋間距公式Δx＝ldλ知a光相鄰條紋間距較大，故B正確；由臨界角公式sinC＝1n可知，a光的折射率較小，a光的臨界角較大，故C錯誤；由于a光的波長大于課時精練(分值：60分)1~7題每小題4分，共28分1.將a、b兩偏振片分別放于兩只眼睛的前方，a偏振片觀察通過小孔進入室內(nèi)的自然光，b偏振片觀察光滑桌面反射來的自然光，同時轉(zhuǎn)動偏振片。觀察到光的情況()A.a的亮暗交替變化B.b的亮暗交替變化C.a、b的均亮暗交替變化D.a、b的亮度保持不變答案B解析a偏振片觀察通過小孔進入室內(nèi)的自然光，自然光經(jīng)過a偏振片后變?yōu)槠窆猓?dāng)轉(zhuǎn)動a偏振片時，透射光的強度不變，即當(dāng)轉(zhuǎn)動a偏振片時，a的亮度保持不變。由于自然光經(jīng)過光滑桌面反射后的反射光為偏振光，當(dāng)轉(zhuǎn)動b偏振片時，透射光的強度發(fā)生變化，即當(dāng)轉(zhuǎn)動b偏振片時，b的亮暗交替變化，故選B。2.下列關(guān)于光的現(xiàn)象說法正確的是()A.水面上漂著的油膜呈彩色，是光的折射現(xiàn)象B.相機鏡頭上的增透膜，利用了光的偏振C.泊松亮斑現(xiàn)象是光的衍射現(xiàn)象，說明光具有波動性D.雨后天空出現(xiàn)的彩虹，是光的干涉現(xiàn)象答案C解析水面上漂著的油膜呈彩色，是光的薄膜干涉現(xiàn)象，故A錯誤；相機鏡頭上的增透膜，利用了光的干涉，故B錯誤；泊松亮斑現(xiàn)象是光的衍射現(xiàn)象，說明光具有波動性，故C正確；雨后天空出現(xiàn)的彩虹，是光的折射現(xiàn)象，故D錯誤。3.某興趣小組剪裁、拼接偏振片來顯示偏振光的偏振方向。先將偏振片按圖甲的虛線剪出18片頂角為20°的等腰梯形，偏振片透振方向與各個等腰梯形的對稱軸均平行，后將其拼接成圓環(huán)如圖乙，制作成了“新型偏振片”。將“新型偏振片”放置在液晶屏幕前，觀察液晶屏幕發(fā)出的白色偏振光，可能觀察到的現(xiàn)象是()答案A解析因為偏振片透振方向與各個等腰梯形的對稱軸均平行，則假設(shè)沿某一方向偏振的光的偏振方向與該等腰梯形的偏振片的透振方向相同，則光最強，與之共線對稱的另一個等腰梯形透振方向也是與該偏振光平行的，光也是最強的；與之垂直的兩個等腰梯形的透振方向與該偏振光的方向垂直，則光最暗，可知可能觀察到的現(xiàn)象是圖A所示。4.(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?yōu)樵瓉淼?)A.13倍 B.12倍 C.2倍 D.答案B解析根據(jù)雙縫干涉的條紋間距與波長關(guān)系有Δx＝Ldλ，由題圖知Δx乙＝2Δx甲，則d乙＝12d甲，故選5.(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(fā)現(xiàn)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a、b光以相同的入射角由水斜射入空氣，發(fā)現(xiàn)a光的折射角比b光的大，則()A.在空氣中傳播時，a光的波長比b光的大B.在水中傳播時，a光的速度比b光的大C.在水中傳播時，a光的頻率比b光的小D.由水射向空氣時，a光的全反射臨界角比b光的小答案D解析根據(jù)相鄰兩條亮條紋的間距計算公式Δx＝ldλ，由此可知λa<λb，故A根據(jù)折射定律n＝sinisinr，a、b光以相同的入射角由水斜射入空氣，a光的折射角比b光的大，則na根據(jù)光在介質(zhì)中的傳播速度與折射率的關(guān)系n＝cv，可得在水中傳播時，a光的速度比b光的小，故B在水中傳播時，a光的折射率比b光的大，所以a光的頻率比b光的大，故C錯誤；根據(jù)全反射臨界角與折射率的關(guān)系sinC＝1n，可得在水中傳播時，a光的折射率比b光的大，a光的全反射臨界角比b光的小，故D6.(2024·山東卷·4)檢測球形滾珠直徑是否合格的裝置如圖甲所示，將標準滾珠a與待測滾珠b、c放置在兩塊平板玻璃之間，用單色平行光垂直照射平板玻璃，形成如圖乙所示的干涉條紋。若待測滾珠與標準滾珠的直徑相等為合格，下列說法正確的是()A.滾珠b、c均合格B.滾珠b、c均不合格C.滾珠b合格，滾珠c不合格D.滾珠b不合格，滾珠c合格答案C解析單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發(fā)生干涉，形成干涉條紋，光程差為兩塊玻璃距離的兩倍，根據(jù)光的干涉知識可知，同一條干涉條紋位置處光的光程差相等，即滾珠a的直徑與滾珠b的直徑相等，即滾珠b合格，不同的干涉條紋位置處光的光程差不同，則滾珠a的直徑與滾珠c的直徑不相等，即滾珠c不合格。故選C。7.(九省聯(lián)考·甘肅·4)如圖，波長為λ的單色光，照射到間距為d的雙縫上，雙縫到屏的距離為l(l?d)，屏上觀察到明暗相間的條紋。現(xiàn)將屏向右平移14l，則移動前和移動后，屏上兩相鄰亮條紋中心的間距之比為(A.4∶3 B.3∶4 C.4∶5 D.5∶4答案C解析移動前屏上兩相鄰亮條紋中心的間距Δx1＝ld移動后屏上兩相鄰亮條紋中心的間距Δx2＝l＋Δx1∶Δx2＝4∶5，故選C。8~11題每小題6分，12題8分，共32分8.(2025·山東省青島第五十八中學(xué)期中)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(fā)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(cè)射入球形水滴，a、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.a光是紅光，b光是紫光B.若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b光條紋間距C.若遇到相同的障礙物，a光比b光更容易發(fā)生明顯衍射D.在水滴中傳播時，a光的速度大于b光的速度答案B解析太陽光從左側(cè)射入球形水滴時，入射角相同，a光的折射角小于b光的折射角，根據(jù)折射定律，可知na>nb，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λa<λb，根據(jù)Δx＝ldλ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b光條紋間距，遇到相同的障礙物，b光比a光更容易發(fā)生明顯衍射，B正確，C錯誤；由n＝cv得va<vb，9.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(cè)，人在與光源同側(cè)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Δx1，在月球表面觀察到的水平直條紋的間距為Δx2，則Δx1<Δx2D.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(dāng)肥皂液膜豎直放置時，單色光垂直照射肥皂液膜，在前、后兩面反射形成干涉條紋，若將該裝置放在地球上觀察，由于重力作用，在高度相等的位置的光程差相同，故可看到水平直條紋，故A錯誤；若將該裝置放在空間站觀察，由于處于完全失重狀態(tài)，肥皂液膜厚度均勻，所以觀察不到干涉條紋，故B錯誤；因為地球表面的重力加速度大于月球表面的重力加速度，該裝置在地球表面薄膜上下厚度相差更大，該裝置在地球表面觀察到的水平條紋間距為Δx1，在月球表面觀察到的水平直條紋間距為Δx2，則Δx1<Δx2，故C正確；若將光源換為藍色光源，因為波長變短，所以在地球表面觀察，可看到水平直條紋的間距將減小，故D錯誤。10.(2025·山東德州市模擬)某卡片由內(nèi)外兩層膠合而成，內(nèi)層為黑色塑料，外層為透明、硬質(zhì)塑料。由于兩層間左下角張開進入空氣，在激光照射下仔細觀察會看到明暗相間的條紋(如圖甲所示)。已知任意一條亮條紋或暗條紋所在位置下面的空氣薄膜厚度相等；任意相鄰亮條紋或暗條紋所對應(yīng)的空氣薄膜厚度差恒定。現(xiàn)按壓卡片左下角，空氣薄膜輪廓不變，如圖乙所示。下列選項正確的是()A.條紋變疏，且向右上方移動 B.條紋變疏，且向左下方移動C.條紋變密，且向左下方移動 D.條紋變密，且向右上方移動答案B解析內(nèi)外兩層間形成空氣劈尖，光線在空氣膜的上下表面反射，并發(fā)生干涉，形成明暗相間的條紋，設(shè)空氣膜頂角為θ，兩相鄰亮條紋的間距為Δl，如圖所示，兩處光的路程差分別為Δs1＝2d1，Δs2＝2d2，由Δs2－Δs1＝λ得d2－d1＝λ2，由幾何關(guān)系得，tanθ＝d2-d1Δl，即Δl＝λ2tan11.(多選)(2024·山東濟南市檢測)登山運動員在登雪山時要注意預(yù)防紫外線的過度照射，尤其是眼睛更不能長時間被紫外線照射，否則將會嚴重地損傷視力。設(shè)計師利用薄膜干涉的原理在眼鏡的表面涂上“增反膜”，增強反射以減少透射光的能量，于是就設(shè)計出了一種能大大減小紫外線對眼睛傷害的眼鏡。已知選用的“增反膜”材料的折射率為32，真空中的光速為c，紫外線在真空中的頻率為f，下列說法正確的是()A.紫外線進入“增反膜”后的頻率為2B.紫外線進入“增反膜”后的波長為2C.從“增反膜”