2026高考物理复习课件 第十四章第2讲 光的干涉、衍射和偏振

第十四章光第2讲光的干涉、衍射和偏振 目录123教材阅读指导考点一光的干涉考点二光的衍射和偏振考点三几何光学与物理光学的综合应用课时作业45 教材阅读指导(对应人教版选择性必修第一册相关内容及问题) 第四章第3节，阅读“干涉条纹和光的波长之间的关系”这一部分内容，用如图4．34的同一装置分别使红光和蓝光发生干涉现象，哪种光的条纹间距较大？依据是什么？提示：亮条纹到两光源的距离差为半波长的偶数倍；暗条纹到两光源的距离差为半波长的奇数倍。第四章第3节[练习与应用]T2，两列光干涉时，光屏上的亮条纹和暗条纹到两个光源的距离与波长有什么关系？ 第四章第3节[练习与应用]T4，再做该题，抽去一张纸片后，干涉条纹变密还是变疏？提示：变疏。第四章第4节图4．44、第四章第5节图4．52，比较这两个图，双缝干涉图样和单缝衍射图样有什么异同？提示：不同之处：干涉条纹是等间距等宽度的，衍射条纹的中央亮纹最宽，越向两侧条纹越窄，间距越小。相似之处：双缝间距或单缝宽度越窄，光的波长越长，条纹间距越大。 第四章第6节，阅读[演示]“观察光的偏振现象”，图4．63丙中，若使偏振片Q在垂直于光的传播方向上逐渐旋转90°，光屏上会有什么变化？第四章第5节[练习与应用]T3；T4。提示：T3：三角形→圆形→彩色三角形环，分别对应光的直线传播→小孔成像(光的直线传播)→光的衍射。T4：可见光通过瞳孔时发生衍射，则外部世界是模糊的。提示：由暗变亮。 考点一光的干涉 1．如果两列光的_____相同、相位差恒定、振动方向相同，就会发生干涉现象。2．光的双缝干涉频率 (2)出现亮、暗条纹的条件①光的路程差r2－r1＝____________________，光屏上出现亮条纹。②光的路程差r2－r1＝_______________________，光屏上出现暗条纹。±kλ(k＝0，1，2，…)(1)原理如图2所示 (3)相邻两条亮条纹或暗条纹的中心间距公式：Δx＝___。(4)干涉条纹的特点①单色光：形成明暗相间的条纹，中央为________，如图3所示。②白光：光屏上出现_____条纹且中央亮条纹是_____(填写颜色)，即发生色散，如图4所示。亮条纹彩色白色 3．薄膜干涉(1)原理：如图5所示，不同位置的薄膜，厚度不同，因此在膜上不同的位置，来自前后两个面的反射光的_______不同，叠加后出现明暗相间的条纹。(2)图样特点：同一条亮(或暗)条纹对应薄膜的____相等。单色光照射薄膜形成明暗相间的条纹，白光照射薄膜时，形成彩色条纹，即薄膜干涉中的色散。路程差厚度 ×√√√ 例1(2024·广东省深圳市高三上开学考)在双缝干涉实验中，光屏上P点到双缝S1、S2的距离之差Δs1＝0．75μm，光屏上Q点到双缝S1、S2的距离之差Δs2＝1．5μm，如果用频率为6．0×1014Hz的黄光照射双缝，则()A．P点出现亮条纹，Q点出现暗条纹B．Q点出现亮条纹，P点出现暗条纹C．两点均出现亮条纹D．两点均出现暗条纹 例3(2023·山东高考)如图所示为一种干涉热膨胀仪原理图。G为标准石英环，C为待测柱形样品，C的上表面与上方标准平面石英板之间存在劈形空气层。用单色平行光垂直照射上方石英板，会形成干涉条纹。已知C的膨胀系数小于G的膨胀系数，当温度升高时，下列说法正确的是()A．劈形空气层的厚度变大，条纹向左移动B．劈形空气层的厚度变小，条纹向左移动C．劈形空气层的厚度变大，条纹向右移动D．劈形空气层的厚度变小，条纹向右移动解析由题知，C的膨胀系数小于G的膨胀系数，则当温度升高时，G增长的高度大于C增长的高度，则劈形空气层的厚度变大，同一厚度的空气层向左侧劈尖移动，则条纹向左移动。故选A。 薄膜干涉现象的应用(1)增透膜：增透膜的厚度为透射光在薄膜中波长的四分之一的奇数倍，使薄膜前后两面的反射光的路程差为薄膜中波长的一半的奇数倍，故反射光叠加后减弱，透射光的强度增强。(2)利用薄膜干涉检测平滑度：如图甲所示，两板之间形成一个空气薄层，用单色光从上向下照射，如果被检测表面是平滑的，得到的干涉图样必是等间距的。如果某处凹下，则对应亮条纹(或暗条纹)向左弯曲，如图乙所示；如果某处凸起来，则对应亮条纹(或暗条纹)向右弯曲，如图丙所示。 考点二光的衍射和偏振 一、光的衍射1．几种典型衍射条纹的特点(1)单缝衍射 ①单色光的衍射图样中间为______(填特点)的单色条纹，两侧是_________的条纹，条纹宽度比中央窄且暗；单色光的波长越长，单缝越窄，中央亮纹越宽。如图2所示。宽且亮明暗相间 ②白光的衍射图样中间为宽且亮的白条纹，两侧是渐窄且暗的彩色条纹，如图3所示，这是光在衍射时的色散。(2)圆孔衍射：如图4所示，中央是大且亮的________，周围分布着明暗相间的_______圆环，且越靠外，亮圆环越窄越暗。圆形光斑不等距 (3)圆盘衍射(泊松亮斑)：如图5所示，当光照到不透明的半径很小的小圆盘上时，对于一定的波长，在适当的距离上，圆盘的阴影中心出现_____，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环。2．发生明显衍射的条件在障碍物或狭缝的尺寸______的时候，衍射现象才会十分明显。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。亮斑足够小 二、光的偏振1．偏振在横波中，各点的振动方向总与波的传播方向_____。不同的横波，即使传播方向相同，振动方向也可能是_______，这个现象称为“偏振现象”。横波的振动方向称为“偏振方向”。垂直不同的 2．自然光太阳以及日光灯、发光二极管等普通光源发出的光，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相同，这种光叫作自然光。如图1所示。一切方向 3．偏振光在____于传播方向的平面上，沿着某个特定方向振动的光，叫作偏振光。光的偏振证明光是____。自然光通过偏振片后，就得到了偏振光。偏振光并不罕见。除了从太阳、白炽灯等光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光，都是不同程度的偏振光。自然光在玻璃、水面、木质桌面等表面反射时，反射光和折射光都是偏振光(如图2所示)，入射角变化时偏振的程度也有变化。4．应用：照相机镜头前装偏振片减弱反射光，放映和观看立体电影，电子表的液晶显示器等。垂直横波 1．阳光下茂密的森林中，地面上的圆形亮斑是光的衍射形成的。()2．当光照到不透明的半径很小的圆盘上时也会产生衍射现象。()3．太阳、白炽灯等普通光源发出的光都是自然光。()4．自然光是偏振光。()×√√× 单缝衍射与双缝干涉的比较 例4(2022·上海高考)在单缝衍射实验中，仅减小单缝的宽度，则光屏上()A．条纹变宽，光强增强B．条纹变窄，光强增强C．条纹变宽，光强减弱D．条纹变窄，光强减弱解析根据单缝衍射实验规律可知，单缝的宽度越小，衍射现象越明显，光屏上中央亮条纹越宽；通过单缝的光越少，光屏上光强越弱。因此在单缝衍射实验中，仅减小单缝的宽度，则光屏上条纹变宽，光强减弱，C正确。 对光的衍射的理解(1)衍射是波的特有现象，波长越长，衍射现象越明显。任何情况下都可以发生衍射现象，只有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。 例5(2024·江苏高考)用立体影院的特殊眼镜去观看手机液晶屏幕，左镜片明亮，右镜片暗，现在将手机屏幕旋转90度，会观察到()A．两镜片都变亮B．两镜片都变暗C．两镜片没有任何变化D．左镜片变暗，右镜片变亮解析立体眼镜的左、右两镜片为透振方向相互垂直的偏振片，开始时左镜片明亮、右镜片暗，则手机液晶屏幕发出的光的振动方向与左镜片的透振方向一致，现在将手机屏幕旋转90度，其屏幕发出的光的振动方向与右镜片的透振方向一致，则左镜片变暗，右镜片变亮，D正确。 跟进训练(多选)如图所示，下列说法正确的有()A．如图甲，自然光由空气射入水面上，反射光是偏振光B．如图乙，立体电影的原理和照相机镜头表面涂上增透膜的原理一样C．如图丙，大头针尖的影子轮廓模糊不清，是光的干涉现象D．如图丁为光线通过一个不透光的圆盘得到的衍射图样 解析如图甲，自然光由空气射入水面上，反射光是偏振光，A正确；如图乙，立体电影的原理是光的偏振，照相机镜头表面涂上增透膜的原理是光的干涉，B错误；如图丙，影子轮廓模糊不清，是光的衍射现象，故C错误；如图丁，在圆形阴影中心有亮斑，即泊松亮斑，则为光线通过一个不透光的圆盘得到的衍射图样，D正确。 考点三几何光学与物理光学的综合应用 1．几何光学与物理光学利用几何学的概念和方法研究光的传播规律的光学分支称为几何光学；主要研究光的本性以及光与物质相互作用的规律的光学分支称为物理光学。高中阶段，几何光学主要研究光的折射和全反射问题；光的干涉和衍射证明了光是一种波，则物理光学主要研究与光的波长和频率有关的光学问题。 颜色红橙黄绿青蓝紫频率低→高折射时的偏折程度小→大通过棱镜的偏折角小→大同一介质中的折射率小→大同一介质中的速度大→小全反射临界角大→小波长大→小同一装置的双缝干涉条纹间距大→小3．不同色光的重要结论 例6(2025·四川省宜宾市第一次诊断性考试)如图甲是夏季常出现的日晕现象，日晕是太阳光通过卷层云时，受到冰晶的折射或反射形成的。图乙为一束太阳光射到六角形冰晶上的光路图，a、b为其折射出的光线中的两种单色光，比较a、b两种单色光，下列说法正确的是()A．b光比a光更容易发生明显衍射现象B．在冰晶中，a光的波速与b光的波速一样大C．通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻亮条纹间距较大D．a、b两种光分别从水射入空气发生全反射时，a光的临界角比b光的小 课时作业 [A组　基础巩固练]1．一束白光在真空中通过双缝后在屏上观察到的干涉条纹，除中央白色亮条纹外，两侧还有彩色条纹，其原因是()A．各色光的波长不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同B．各色光的速度不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同C．各色光的强度不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同D．上述说法都不正确 2．(人教版选择性必修第一册·第四章第5节[练习与应用]T1、T2、T3改编)(多选)下列说法正确的是()A．通过两支铅笔的狭缝平行对着日光灯管，会看到彩色条纹，这是光的衍射现象B．减小游标卡尺两个卡脚之间狭缝的宽度，单色线光源通过狭缝产生的衍射条纹中央亮条纹变窄C．太阳光通过三角形孔，当孔缩小时，先形成三角形光斑，最后形成太阳的像D．透过羽毛观察白炽灯，会看到彩色光晕，这是光的衍射 解析：当缝的宽度或障碍物的尺寸与光的波长差不多或比波长小时，会发生明显的衍射现象，且缝的宽度或障碍物的尺寸越小，衍射现象越明显，故A、D正确；光的波长不变时，狭缝越窄衍射时中央亮条纹越宽，B错误；太阳光通过三角形孔，当三角形孔缩小时，太阳光通过它先形成影，然后是小孔成像，当其尺寸与光的波长差不多时，会出现衍射图样，C错误。 3．(多选)抽制高强度纤维细丝可用激光监控其粗细，如图所示，观察光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可以判断细丝粗细的变化()A．这里应用的是光的衍射现象B．这里应用的是光的干涉现象C．如果屏上条纹间距变宽，表明抽制的丝变粗D．如果屏上条纹间距变宽，表明抽制的丝变细解析：由于是激光束越过细丝即绕过障碍物，所以这里应用的是光的衍射现象，当抽制的丝变细时，衍射现象更明显，条纹间距变宽，A、D正确。 解析：光源S到缝S1、S2的路程差为实验用光波波长的1．5倍，S1、S2到光屏上P0处的路程差为0，则光源S发出的光分别经过S1、S2到光屏上P0处的路程差就等于实验用光波波长的1．5倍，即为实验用光波半波长的3倍，所以P0处呈现暗条纹；光屏上P1点到S2、S1的路程差为实验用光波波长的2．5倍，则光源S发出的光分别经过S2、S1到光屏上P1处的路程差等于实验用光波波长的2．5－1．5＝1倍，即为实验用光波半波长的2倍，所以P1处呈现亮条纹。故选C。4．在图示的双缝干涉实验中，光源S到缝S1、S2的路程差为实验用光波波长的1．5倍，P0为S1、S2连线中垂线与光屏的交点。光屏上P1点到S2、S1的路程差为实验用光波波长的2．5倍。则P0处和P1处将分别呈现()A．亮条纹、暗条纹B．亮条纹、亮条纹C．暗条纹、亮条纹D．暗条纹、暗条纹 5．(2021·浙江6月选考)(多选)肥皂膜的干涉条纹如图所示，条纹间距上面宽、下面窄。下列说法正确的是()A．过肥皂膜最高和最低点的截面一定不是梯形B．肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹C．肥皂膜从形成到破裂，条纹的宽度和间距不会发生变化D．将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动90°，条纹也会跟着转动90° 解析：肥皂膜因为自重会上面薄而下面厚，肥皂膜上的条纹是来自肥皂膜前后表面的反射光形成的干涉条纹，B正确；若过肥皂膜最高和最低点的截面是梯形，则干涉条纹间距相等，而肥皂膜的干涉条纹间距上面宽、下面窄，则肥皂膜从上到下厚度增加得越来越快，过肥皂膜最高和最低点的截面一定不是梯形，A正确；肥皂膜从形成到破裂的过程中，液膜上面越来越薄，液膜下面越来越厚，则膜上同一位置来自前后表面反射光的路程差发生变化，故亮条纹和暗条纹的位置发生了变化，条纹宽度和间距发生变化，C错误；将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动90°，由于重力的作用，肥皂膜稳定后仍会上薄下厚，因此条纹并不会跟着转动90°，D错误。 6．(2024·山东高考)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 解析：单色平行光垂直照射平板玻璃，上玻璃下表面与下玻璃上表面的反射光发生干涉，形成题图乙所示的干涉条纹，根据光的干涉知识可知，同一条干涉条纹位置处光的路程差相等，不同的干涉条纹位置处光的路程差不同，则滚珠a的直径与滚珠b的直径相等，即滚珠b合格，滚珠a的直径与滚珠c的直径不相等，即滚珠c不合格。故选C。 7．(2025·云南省文山州、红河州高三上第一次统一检测)如图所示，a、b两束单色光分别沿半径方向射向圆柱形的玻璃砖，出射光线均沿OP方向。下列说法正确的是()A．玻璃砖对a的折射率小于对b的折射率B．用相同仪器做双缝干涉实验，b的条纹间距大C．在真空中传播时a的波长大于b的波长D．在玻璃砖中传播时a的波速大于b的波速 [B组　综合提升练]8．(多选)煤矿中瓦斯爆炸危害极大。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，他设计了一种利用光的干涉监测矿井瓦斯的仪器，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，在容器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。下列说法正确的是()A．若屏的正中央仍是亮纹，说明B中的气体与A中的空气成分相同，不含瓦斯B．若屏的正中央是暗纹，说明B中的气体与A中的空气成分不相同，可能含有瓦斯C．如果屏上干涉条纹不停地移动，说明B中的气体瓦斯含量不稳定D．用频率更大的单色光照射单缝时，屏上出现的干涉条纹间距变大 9．在雪地训练、比赛时，运动员佩戴了一种利用薄膜干涉原理设计的眼镜，大大减小了紫外线对眼睛的伤害。该眼镜选用的薄膜材料的折射率为1．5，所要消除的紫外线的频率为8．1×1014Hz，那么这种“增反膜”的厚度至少是()A．1．23×10－7mB．1．85×10－7mC．9．25×10－8mD．6．18×10－8m 10．(多选)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，角度α为锐角，α的值只与糖溶液的浓度有关，将α的测量值与标度值相比较，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，最后将被测样品P置于A、B之间，则下列说法正确的是()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，转动角度为锐角，使得O处光强度最大，偏振片B转过的角度等于αD．将偏振片A转动一个角度，转动角度为锐角，使得O处光强度最大，偏振片A转过的角度等于α 解析：当在偏振片A、B间放糖溶液时，由于糖溶液的旋光作用，使通过偏振片A的偏振光振动方向转动了一定角度，到达O处的光强会明显减弱，A正确，B错误；但当将偏振片B转过一个角度，恰好使透振方向与经过糖溶液后的偏振光振动方向一致时，O处光强又为最强，故偏振片B的旋转角度等于α，同理转动偏振片A也可以达到相同的效果，C、D正确。 11．(2021·湖北高考)如图所示，由波长为λ1和λ2的单色光组成的一束复色光，经半反半透镜后分成透射光和反射光。透射光经扩束器后垂直照射到双缝上并在屏上形成干涉条纹。O是两单色光中央亮条纹的中心位置，P1和P2分别是波长为λ1和λ2的光形成的距离O点最近的亮条纹中心位置，反射光入射到三棱镜一侧面上，从另一侧面M和N位置出射，则()A．λ1＜λ2，M是波长为λ1的光出射位置B．λ1＜λ2，N是波长为λ1的光出射位置C．λ1＞λ2，M是波长为λ1的光出射位置D．λ1＞λ2，N是波长为λ1的光出射位置 12．如图所示，把一个底角很小的圆锥玻璃体倒置(上表面为圆形平面，纵截面为等腰三角形)，紧挨玻璃体下方有一平整矩形玻璃砖，它和圆锥玻璃体间有一层薄空气膜。现用红色光垂直于上表面照射，从装置正上方向下观察，可看到()A．一系列明暗相间的三角形条纹B．由中心向外，圆形条纹间距越来越大C．若换成顶角更大的圆锥玻璃体，亮条纹将变稀疏D．若将红光换成蓝光，亮条纹将变稀疏 [C组　拔尖培优练]13．(2024·湖南高考)(多选)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。下列说法正确的是()A．沿AO向左略微平移平面镜，干涉条纹不移动B．沿OA向右略微平移平面镜，干涉条纹间距减小C．若θ＝0°，沿OA向右略微平移平面镜，干涉条纹间距不变D．若θ＝0°，沿AO向左略微平移平面镜，干涉条纹向A处移动