第十四章　第二课时　光的干涉、衍射和偏振2025版高考物理一轮复习课件+测试（教师版）+测试（学生版）

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考点一　　光的干涉现象
考点二　　光的衍射和偏振现象
考点三　　几何光学与物理光学的综合应用
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＝ 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′处出现亮条纹。当Δr＝(2n＋1) (n＝0,1,2，…)时，光屏上P′处出现暗条纹。
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。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。
例1　(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
例2　(2023·江苏南通市崇川区等5地联考)如图甲所示，将一块平板玻璃a放置在另一玻璃板b上，在一端夹入两张纸片，当单色光从上方入射后，从上往下可以观察到如图乙所示的干涉条纹。则A.任意相邻的亮条纹中心位置下方的空气　膜厚度差相等B.弯曲条纹对应位置的空气膜厚度不相等C.若抽去一张纸片，条纹变密D.干涉条纹是由a、b上表面反射的光叠加产生的
光在空气膜中的光程差为Δx＝2d即光程差为空气膜厚度的2倍，当光程差Δx＝nλ(n＝1,2…)时此处为亮条纹，当光程差为Δx＝(n＋ )λ(n＝0,1,2…)时此处为暗条纹，所以任意相邻的亮条纹中心位置下方的空气膜厚度差相等，选项A正确；根据A的分析可知，弯曲条纹中心位置下方的空气膜厚度相等，选项B错误；
当光程差Δx＝nλ(n＝1,2…)时此处为亮条纹，则相邻亮条纹之间的空气膜的厚度差为 ，显然抽去一张纸后空气膜的倾角变小，故相邻亮条纹之间的距离变大，干涉条纹变稀疏了，选项C错误；干涉条纹是由a的下表面和b的上表面反射的光叠加产生的，选项D错误。
例3　(2021·江苏卷·6)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
薄膜干涉为前后两个面反射回来的光发生干涉形成干涉条纹，当入射光为复色光时，出现彩色条纹。由于重力作用，肥皂膜前后表面的厚度从上到下逐渐增大，从而使干涉条纹上疏下密，由于表面张力的作用，使得肥皂膜向内凹陷，故C正确，A、B、D错误。
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足够 的时候，衍射现象才会明显。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。
(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。
1.阳光下茂密的树林中，地面上的圆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.光遇到障碍物时都能产生衍射现象。(　　)4.自然光是偏振光。(　　)
例4　如图甲所示，等腰△ABC为一棱镜的横截面，AB＝AC；一平行于BC边的细光束从AB边射入棱镜，在BC边经过一次反射后从AC边射出，出射光分成了不同颜色的Ⅰ、Ⅱ两束光。图乙是这两束光分别通过相同的双缝和单缝装置后形成的图样，下列说法正确的是A.Ⅰ光的波长比Ⅱ光的短B.Ⅰ光在棱镜中的传播速度比Ⅱ光的小C.图乙中a是Ⅱ光的干涉图样D.图乙中c是Ⅰ光的衍射图样
由折射定律可得，Ⅱ光的折射角小，折射率大，所以Ⅱ光的频率大，波长短，故A错误；由n＝ 得，Ⅰ光在棱镜中的传播速度比Ⅱ光的大，故B错误；
其他条件相同时，干涉条纹间距与波长成正比，Ⅱ光的波长短，故题图乙中a是Ⅰ光的干涉图样，故C错误；波长越长衍射图样中央亮条纹宽度越宽，故题图乙中c是Ⅰ光的衍射图样，故D正确。
单缝衍射与双缝干涉的比较
例5　(2023·江苏南通市模拟)如图所示，电灯S发出的光先后经过偏振片A和B，人眼在P处迎着入射光方向，却看不到光亮，则A.电灯S发出的光是偏振光B.偏振片A起检偏器的作用C.以SP为轴将A转过45°，在P处看到光亮D.将B沿SP向A平移至某位置时，在P处看到光亮
电灯S发出的光，包含着垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同，属于自然光，故A错误；自然光先经过偏振片A形成偏振光，当偏振片B的透振方向与A的透振方向不垂直时，才能从P点看到光亮，所以A是起偏器，B是检偏器，故B错误；
由于此时人眼在P处迎着入射光方向看不到光亮，说明A、B透振方向垂直，以SP为轴将A转过45°，则透过A的偏振光的振动方向将存在平行于B透振方向的分量，此时将有部分光可以透过B，在P处可以看到光亮，故C正确；无论将B沿SP向A平移至何位置，透过A的偏振光的振动方向始终与B的透振方向垂直，在P处始终看不到光亮，故D错误。
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改变时，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
例6　(2023·江苏省期初学情调研改编)如图所示为一束太阳光射到截面为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，下列说法不正确的是A.在冰晶中，a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.从同种玻璃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，a光的中央亮条纹更宽
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正确。
1.(2023·江苏南通市如皋市模拟)透过偏振片观察手机屏幕上的字。随着偏振片的转动，画面出现明、暗交替的变化，则A.从手机屏幕出来的光是偏振光，光的振动方向与传播方向垂直B.从手机屏幕出来的光是偏振光，光的振动方向与传播方向平行C.从手机屏幕出来的光是自然光，光的振动方向与传播方向垂直D.从手机屏幕出来的光是自然光，光的振动方向与传播方向平行
随着偏振片的转动，画面出现明、暗交替的变化，说明从手机屏幕出来的光是偏振光，偏振光的振动方向与传播方向垂直，故A正确，B、C、D错误。
2.(2024·江苏省百师联盟摸底联考)下列有关光学现象的说法正确的是A.荷叶上的露珠显得特别“明亮”是由于水珠将光线会聚B.双缝干涉实验中的双缝间距变小，则相邻亮条纹间距变大C.肥皂泡在阳光下呈现彩色条纹是光的衍射现象D.观看立体电影时需配戴特制眼镜利用了光的干涉现象
荷叶上的露珠显得特别“明亮”是由于光线发生全反射，故A错误；在双缝干涉实验中，相邻亮条纹间距Δx＝ 若双缝间距d变小，则相邻亮条纹间距Δx变大，故B正确；肥皂泡表面可以看到彩色条纹，是因为肥皂泡的前后表面反射回来的两列光发生干涉，故C错误；观看立体电影时需配戴特制眼镜利用了光的偏振现象，故D错误。
3.(2024·江苏省联考)甲、乙、丙三列水波的波长分别为λ甲、λ乙、λ丙，先后通过同一狭缝得到的图像如图，则A.λ甲＝λ乙＝λ丙 B.λ甲λ丙 D.λ甲>λ乙＝λ丙
根据发生明显衍射的条件，障碍物、孔的尺寸与波长相比差不多或比波长小时能发生明显的衍射，不同水波通过相同狭缝，题图甲衍射最为明显、题图丙最不明显，故波长关系为λ甲>λ乙>λ丙，故选C。
4.(2023·江苏苏州市三模)自然光照射下肥皂膜的前后表面反射光可形成干涉条纹，而窗户玻璃的前后表面反射光则不能形成干涉条纹，这是由于经窗户玻璃前后表面反射的同种色光叠加时A.频率差不恒定 B.波长差不恒定C.相位差不恒定 D.光速差不恒定
形成稳定干涉条纹的条件是频率相同、相位差恒定、振动方向相同，依题意经玻璃窗的前后表面反射的同种色光叠加时频率不变且振动方向相同，所以不能形成干涉条纹的原因是相位差不恒定。故选C。
5.(2023·江苏泰州市调研)用光传感器能直观地演示双缝干涉，实验装置如图甲所示，某次实验的双缝间距d＝0.6 mm，调整双缝到光传感器的距离L＝0.3 m，在计算机中得到图乙所示光强变化的图样，可以推断该实验所用单色光波长为A.200 nm B.400 nmC.600 nm D.800 nm
6.如图所示，某种光盘利用“凹槽”“平面”记录信息，激光照射到“凹槽”会产生极小反射光强，下列说法正确的是A.“凹槽”产生极小光强是由于衍射现象形成B.激光在透明介质中的传播速度与“平面”反射　光的传播速度相同C.激光在透明介质中的波长可能为“凹槽”深度　的3倍D.“凹槽”反射光与“平面”反射光的频率相同
“凹槽”产生极小光强是由于“凹槽”反射光与“平面”反射光叠加后削弱，是由于干涉现象形成，故A错误；透明介质中激光的传播速度小于真空中光速，故激光在透明介质中的传播速度与“平面”反射光的传播速度不相同，故B错误；由于“凹槽”反射光与“平面”反射光叠加后削弱，考虑到“凹槽”反射光的路程，“凹槽”深度的2倍应为激光半波长的奇数倍，故C错误；“凹槽”反射光与“平面”反射光是同种类型的光，频率相同，故D正确。
7.(2023·江苏南京市六校联合体调研)如图所示，由两种单色光组成的复色光，通过足够大的长方体透明材料后分成a、b两束，则A.在该透明材料中，a光的传播速度小于b光的　传播速度B.相同条件下，a光比b光衍射明显C.只要满足一定的条件，a、b两束光可以发生干涉D.从该透明材料射入空气发生全反射时，a光的临界角较大
b光折射率较小，则频率更低，波长更长，相同条件下， b光比a光衍射明显，故B错误；两束光频率不同，不可以发生干涉，故C错误；
8.(2023·江苏省11月仿真模拟)如图所示为双缝干涉实验原理图，单缝S0、双缝中点O、屏上的P0点位于双缝S1和S2的中垂线上，入射光波长为600 nm，屏上P0和P处为两条相邻的亮条纹。下列说法正确的是A.双缝S1和S2到P点的距离差为300 nmB.减小双缝S1和S2之间的距离，条纹间距将随之减小C.若换成波长为400 nm的入射光，则P点处将形成暗 条纹D.遮住S1，则屏上不能形成明暗相间的条纹
P0和P处为两条相邻的亮条纹，则双缝S1和S2到P点的距离差为600 nm，A错误；根据Δx＝ 可知减小双缝S1和S2之间的距离，条纹间距将随之增大，B错误；若换成波长为400 nm的入射光，则双缝S1和S2到P点的距离差为半波长的3倍，P点处将形成暗条纹，C正确；遮住S1会发生衍射现象，能在屏上形成明暗相间的条纹，D错误。
9.如图所示是一竖立的肥皂薄膜的截面，一束单色平行光射向薄膜，在薄膜上产生干涉条纹，则下列说法错误的是A.干涉条纹的产生是光在薄膜前后两表面反射形成的　两列光波叠加的结果B.观察干涉条纹时，应在入射光的同一侧，薄膜上的　干涉条纹是水平的C.观察干涉条纹时，薄膜上的干涉条纹是水平的，若薄膜在竖直面内转　过90度角，则条纹将变成竖直的D.用绿光照射薄膜产生的干涉条纹间距比用黄光照射时小
由于重力的作用，肥皂薄膜形成了上薄下厚的形状，干涉条纹是光在薄膜前后两表面反射形成的两列光波叠加的结果，故A正确；观察干涉条纹时，应在入射光的同一侧，转动薄膜，由于重力的作用，薄膜仍然呈现如图所示的形状，且薄膜干涉是等厚干涉，同一条纹对应的薄膜厚度相同，故条纹是水平的，B正确，C错误；
其他条件相同时，干涉条纹间距与光的波长成正比，由于黄光波长较长，故用黄光照射薄膜产生的干涉条纹间距较大，用绿光照射薄膜产生的干涉条纹间距较小，故D正确。
10.(2021·山东卷·7)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
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
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