干涉与衍射的比较
内容
干涉
衍射
现象
在光重叠区域出现加强或减弱的现象
光绕过障碍物偏离直线传播的现象
产生条件
两束光频率相同、相位差恒定，即必须是相干光源
障碍物或孔的尺寸与波长差不多(明显衍射的条件)
典型实验
杨氏双缝实验、薄膜干涉
单缝衍射(圆孔衍射、不透明圆盘衍射)
图样特点
中央明纹，两边等间距分布的明暗相间条纹
中央最宽最亮，两边不等间距分布的明暗相间条纹
应用
检查平面、增透膜、测定波长
(2010·上海高考)利用发波水槽得到的水面波形如图5－1a、b所示，则( )
图5－1
A．图a、b均显示了波的干涉现象
B．图a、b均显示了波的衍射现象
C．图a显示了波的干涉现象，图b显示了波的衍射现象
D．图a显示了波的衍射现象，图b显示了波的干涉现象
【解析】 图a中可以看出只有一条狭缝，水波发生明显的衍射；图b中有两个振源，有些区域振动加强，有些区域振动减弱，是干涉现象．故D项正确．
【答案】 D
1．如图5－2所示，在用单色光做双缝干涉实验中，若单缝S从双缝S1、S2的中央对称轴位置处稍微向上移动，则( )
图5－2
A．不再产生干涉条纹
B．仍可产生干涉条纹，且中央亮纹P的位置不变
C．仍可产生干涉条纹，中央亮纹P的位置略向上移
D．仍可产生干涉条纹，中央亮纹P的位置略向下移
【解析】 本实验中单缝S的作用是形成频率一定的线光源，双缝S1、S2的作用是形成相干光源．稍微移动S后，没有改变传到双缝的光的频率，由S1、S2射出的仍是相干光，由单缝S发出的光到达屏上P点下方某点的光程差为零，故中央亮纹下移，正确选项为D.
【答案】 D
光的波动性的应用
光是一种横波，光经过双缝时会发生双缝干涉，光经薄膜反射会发生薄膜干涉，光经过小孔或狭缝会发生衍射，光经过偏振片后的强度会发生变化，如何利用光的这些不同的特性呢？
1．利用光的双缝干涉测光的波长等物理量
单色光发生双缝干涉时会在屏上形成明暗相间的条纹，且条纹间距满足公式Δy＝λ；若已知Δy、l、d则可求λ，若已知l、d、λ则可求Δy.
2．利用光的薄膜干涉检查薄膜厚度变化或检查工件表面是否平整，还可使光增透或增反．
在薄膜干涉图样中，同一条纹对应同一厚度的薄膜，所以条纹形状与薄膜等厚线的形状一致．
3．利用单缝衍射确定缝宽
单缝衍射的条纹宽度与缝宽和波长有确定的关系，根据条纹宽度变化即可确定缝宽变化情况．
4．利用偏振片改变光的强度
自然光经镜面反射后的反射光为偏振光，偏振片的偏振化方向与光的偏振方向的夹角不同，透过偏振片的光强度也就不同，根据这一原理可以有效地减少反射光的影响．
(2013·福州二中检测)抽制细丝时可以用激光监控其粗细，如图5－3所示，激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板上的一条同样宽度的窄缝规律相同，则
图5－3
①这是利用光的干涉现象
②这是利用光的衍射现象
③如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗了
④如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细了
以上说法正确的是( )
A．①③ B．②④
C．①④ D．②③
【解析】 高强度纤维丝直径很小，用激光监控其粗细符合光的衍射条件，是利用了光的衍射现象，②正确．观察其衍射现象，根据其衍射现象判断其粗细程度，如果屏上条纹变宽，表明衍射现象更明显了，抽制的丝变细，④正确，故选B.
【答案】 B
2．(2010·江苏高考)如图5－4所示，在杨氏双缝干涉实验中，激光的波长为5.30×10－7 m，屏上P点距双缝S1和S2的路程差为7.95×10－7 m，则在这里出现的应是________(选填“亮条纹”或“暗条纹”)．现改用波长为6.30×10－7 m的激光进行上述实验，保持其他条件不变，则屏上的条纹间距将______(选填“变宽”、“变窄”或“不变”)．
图5－4
【解析】 ΔS＝7.95×10－7 m＝1.5 λ1，所以P点出现暗条纹，由条纹间距Δx＝λ知λ变大，Δx变大．所以条纹间距变宽．
【答案】 暗条纹 变宽
课件16张PPT。干涉与衍射的比较 光的波动性的应用 图5－4课件81张PPT。教师用书独具演示演示结束 光的干涉及其产生条件 明暗相间 波 波 频率 振动方向 恒定 科学探究——测定光的波长 两缝到光屏的距离 两缝间距离 光波的波长 薄膜干涉及其应用 两个面 色彩斑斓 五颜六色 平面平整程度检查 增透膜 透射光的能量 对光的干涉现象的理解 图5－1－4如何测定光的波长 图5－1－6图5－1－11薄膜干涉 图5－1－16课时作业（十二） 课件52张PPT。教师用书独具演示演示结束 光的衍射 改变 明暗 亮 彩色 白色 明暗 相差不多 小 障碍物 小孔 衍射 衍射对分辨率本领的影响及衍射光栅 分离开来 明显 等距离 增加 反射 透射 三种衍射图样的比较 图5－2－2图5－2－3综合解题方略——如何区分
单缝衍射与双缝干涉 课时作业（十三） 课件60张PPT。教师用书独具演示演示结束 光的偏振 干涉 衍射 偏振 大致均匀 透光 特定 起偏器 检偏器 偏振镜 立体电影 激光与全息照相 原子受激辐射 单色性好 方向性好 亮度高 全息照相 干涉 干涉 三维图像 偏振现象及应用 图5－3－2激光 激光全息照相与我们平时照相的区别 课时作业（十四）
第1节光的干涉
(教师用书独具)
●课标要求
知识与技能
1.知道什么是光的干涉现象，了解光的干涉产生的条件.
2.了解相干光源，相干条件等概念.
3.知道相干光源形成干涉的过程，能进行干涉条纹间距的计算.
4.知道薄膜干涉现象以及相关的应用．
过程与方法
通过观察、实验，并能将观察到的现象与以前学过的机械波的干涉进行类比学习．
情感态度与价值观
通过干涉图样的观察，提高学生在学习中体会物理知识之美.
●课标解读
1．知道光的干涉现象及干涉条件，并能从光的干涉现象中说明光是一种波．
2．了解相干光源，掌握产生干涉的条件．
3．理解杨氏干涉实验中亮(暗)纹产生的原因．
4．理解薄膜干涉及原理，并能解释相关的物理现象．
5．了解用双缝干涉测光的波长的原理，会用双缝干涉测定光的波长．
●教学地位
本节的主要内容是介绍光的特性之一——光的干涉．光的干涉属于近代物理知识，是学生进一步探究光的本性的基础．同时通过建立相位和周期的联系，光程差和相位差的联系，可以培养学生将物理问题数学化，从数学公式中了解物理含义的能力．
(教师用书独具)
●新课导入建议
演示吹肥皂泡的小实验，注意观察肥皂泡上面那变幻不定的奇异色彩？如何解释这一现象呢？通过学习光的干涉便可知道其中的奥妙？
●教学流程设计
???步骤3：师生互动完成“探究1”(除例1外可再变换命题角度，补充一个例题以拓展学生思路)
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?步骤9：先由学生自己总结本节的主要知识，教师点评，安排学生课下完成【课后知能检测】
课 标 解 读
重 点 难 点
1.认识光的干涉现象.
2.理解光的干涉产生的条件，知道相干光源.
3.掌握干涉条纹的特征.
4.理解双缝干涉实验的原理，并会用实验测定光的波长．
1.光的干涉及其产生条件．(重点)
2.双缝干涉及利用双缝干涉测定光的波长．(重点)
3.光的干涉条纹的形成原因以及条纹的特点．(难点)
4.薄膜干涉产生的原因．(难点)
光的干涉及其产生条件
1.基本知识
(1)干涉现象
两束光相遇时，如果满足一定的条件，就会产生干涉现象，在屏上出现明暗相间的干涉条纹．
(2)由干涉现象得出的结论
光具有波的特性，光是一种波．
(3)相干条件
要使两列光波相遇时产生干涉现象，两光源必须具有相同的频率和振动方向，还要满足相位差恒定．
2．思考判断
(1)如果两列光波到达某点时，路程差为波长的整数倍，这两列波互相加强，在那里就出现亮条纹．(√)
(2)在干涉条纹中，相邻两条亮纹或暗纹之间的距离是相等的．(√)
(3)光波的波长λ越大，相邻两条纹间的距离越小．(×)
3．探究交流
为什么一般情况下很难观察到光的干涉现象？
【提示】 由于不同光源发出的光的频率一般不同，即使是同一光源，它的不同部位发出的光也不一定有相同的频率和恒定的相位差，在一般情况下，很难找到那么窄的缝和那些特殊的装置，所以一般情况下很难观察到光的干涉现象．
科学探究——测定光的波长
1.基本知识
(1)在双缝干涉实验中，相邻两条亮纹或暗纹之间的距离：Δy＝λ，其中，l表示两缝到光屏的距离，d表示两缝间距离，λ表示光波的波长．
(2)测量光屏上亮(暗)条纹的宽度，为了减小误差，测出n条干涉条纹间的距离a，然后取平均值求出Δy.
2．思考判断
(1)在光的双缝干涉实验中，不需要单缝也能完成该实验．(×)
(2)双缝的作用是产生两列相干光．(√)
3．探究交流
在双缝干涉实验中，如果能够测出光屏上亮(暗)条纹的宽度，就可以利用公式λ＝Δy求出光波的波长．但是，单个条纹的间隔太密，测量很难准确．我们想一想，采用什么办法能够准确地测量出相邻两条亮(暗)纹的间距，进而算出光的波长呢？
【提示】 为了减小误差，应测量多条条纹的宽度，求平均值．
薄膜干涉及其应用
1.基本知识
(1)薄膜干涉
由薄膜两个面反射的光波相遇而产生的干涉现象．
(2)薄膜干涉实例
①色彩斑斓的肥皂泡；
②五颜六色的油膜．
(3)薄膜干涉现象的实用价值
①劈尖干涉是一种劈形空气薄膜干涉，可用于平面平整程度检查；
②在照相机、望远镜等高质量的光学仪器中，在其镜头的表面镀上透明的增透膜，用来增加透射光的能量．
2．思考判断
(1)薄膜干涉是通过两个表面折射的光线产生的．(×)
(2)薄膜干涉条纹应在反射光线一侧观察．(√)
(3)增透膜的厚度应等于光在空气中的波长的四分之一．(×)
3．探究交流
图5－1－1
在酒精灯的灯芯上撒一些食盐，灯焰就能发出明亮的黄光．把铁丝圈在肥皂水中蘸一下，让它挂上一层薄薄的液膜．如图5－1－1所示，把这层液膜当做一个平面镜，用它观察灯焰的像．这个像与直接看到的灯焰有什么不同？
【提示】 像上出现明暗相间的条纹．
对光的干涉现象的理解
【问题导思】
1．屏上出现亮、暗条纹的条件是什么？
2．条纹间距的计算公式是什么？
3．干涉图样有何特点？
1．双缝干涉的示意图(如图5－1－2所示)
图5－1－2
2．双缝屏的作用
平行光照射到单缝S上后，又照到双缝S1、S2上，这样一束光被分成两束频率相同和振动情况完全一致的相干光．
3．屏上某处出现亮、暗条纹的条件
频率相同的两列波在同一点引起的振动的叠加．如亮纹处某点同时参与的两个振动步调总是一致，即振动方向总是相同；暗条纹处振动步调总相反．具体产生亮、暗条纹的条件为：
(1)亮条纹的条件
屏上某点P到两缝S1和S2的路程差正好是波长的整数倍或半个波长的偶数倍．
即：|PS1－PS2|＝kλ＝2k·(k＝0，1，2，3…)
(2)暗条纹的条件
屏上某点P到两缝S1和S2的路程差正好是半个波长的奇数倍，即|PS1－PS2|＝(2k＋1)(k＝0，1，2，3…)
4．干涉图样中条纹间距的计算
在双缝间的距离d和双缝到光屏间的距离l不变的条件下，单色光产生的干涉条纹间距Δy(相邻两条亮条纹中心或相邻两条暗条纹中心间的距离)跟光的波长λ成正比，即Δy＝λ.
图5－1－3
5．干涉图样的特点
(1)单色光的干涉图样特点：中央为亮条纹，两边是明、暗相间的条纹，且相邻亮条纹与亮条纹中心间、相邻暗条纹与暗条纹中心间的距离相等．
(2)白光的干涉图样：若用白光做实验，则中央亮条纹为白色，两侧出现彩色条纹，彩色条纹显示不同颜色光的干涉条纹间距是不同的．
1．当n＝0时，即图中O点，S1和S2到达O点的光程差为零，O点是振动加强点，出现亮条纹，为中央亮纹．
当n＝±1时，为第一条亮纹……可知在O点上、下方有对称的亮条纹．
2．相邻两条亮纹(或暗纹)间的距离为Δy＝λ，用单色光做实验，红光条纹间距最大，紫光条纹间距最小．
3．用单色光做实验时干涉图样特点为：中央为亮纹，两边是明暗相间的条纹，且亮纹与亮纹间、暗纹与暗纹间的间距相等．
若用白光做实验：中央亮纹为白色，两侧出现彩色条纹，紫光最靠近中央．彩色条纹显示了不同颜色光的干涉条纹，其间距不同．
在双缝干涉实验中，光屏上某点P到双缝S1和S2的路程差为7.5×10－7 m，如果用频率为6.0×1014Hz的黄光照射双缝，试问：
(1)该黄光的波长是多少？
(2)试通过计算分析P点是出现亮条纹还是暗条纹？
【审题指导】 解答本题应注意以下三点：
(1)双缝干涉中的加强和减弱的条件．
(2)第n条亮纹处对应的Δy＝nλ.
(3)第n条暗纹处对应的Δy＝λ.
【解析】 λ＝＝ m＝5×10－7 m
Δy＝7.5×10－7 m＝λ，所以是暗条纹．
【答案】 5×10－7 m 暗条纹
判断干涉条纹亮、暗的方法
1．判断屏上某点为亮条纹还是暗条纹，要看该点到两个光源(双缝)的路程差(光程差)与波长的比值．
2．要记住：路程差等于波长整数倍处出现亮条纹，等于半波长奇数倍处出现暗条纹．
图5－1－4
1．在如图5－1－4所示的双缝干涉实验中，使用波长λ为600 nm的橙色光照射，在光屏中心P0点呈现亮条纹．若P0点上方的P点到S1、S2的路程差恰为λ，若改用波长为400 nm的紫光照射，则( )
A．P0和P都呈现亮条纹
B．P0为亮条纹，P为暗条纹
C．P0为暗条纹，P为亮条纹
D．P0和P都呈现暗条纹
【解析】 根据干涉知识知，当路程差δ＝·2k＝kλ(k＝0，±1，±2…)时，光屏出现亮纹．屏中心P0处δ＝0，无论用什么光均为亮纹，所以C、D不正确．
对于P点的路程差δ＝λ＝600 nm，用紫光λ1＝400 nm照射时＝3，即δ为半波长的奇数倍，应为暗条纹，所以B正确．
【答案】 B
如何测定光的波长
1.实验目的
(1)观察白光及单色光的双缝干涉图样．
(2)掌握用公式Δy＝λ测定单色光的波长的方法．
2．实验原理
如图5－1－5所示，与两缝之间的距离d相比，每个狭缝都很窄，宽度可以忽略．两缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P0，双缝到屏的距离OP0＝l.
图5－1－5
我们考察屏上与P0的距离为y的一点P1，两缝与P1的距离分别为P1S1＝r1、P1、S2＝r2.
在线段P1S2上作P1M＝P1S1，于是S2M＝r2－r1.由于两缝之间的距离远远小于缝到屏的距离，所以可近似认为△S1S2M是直角三角形，根据三角函数的关系，有r2－r1＝d sin θ
另一方面y＝l tan θ≈l sin θ
因此有r2－r1＝d
当两列波的路程差为波长的整数倍，即d＝±kλ(k＝0，1，2，…)时才会出现亮条纹，也就是说，亮条纹中心的位置为y＝±kλ
相邻两个亮纹或暗纹的中心间距是Δy＝λ
根据双缝干涉中条纹间距Δy＝λ得，波长λ＝Δy，已知双缝间距d，再测出双缝到屏的距离l和条纹间距Δy，就可以求得光波的波长．
测量Δy的方法
测量头由分划板、目镜、手轮等构成，如图所示，测量时先转动测量头，让分划板中心刻线与干涉条纹平行，然后转动手轮，使分划板向左(或向右)移动至分划板的中心刻线与条纹的中心对齐，记下此时读数，再转动手轮，用同样的方法测出n个亮纹间的距离a，则可求出相邻两亮纹间的距离Δy＝.
测量头 分划版中心刻线与条纹的中心对称
3．实验器材
双缝干涉仪(包括：光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏及测量头，其中测量头又包括：分划板、目镜、手轮等)、学生电源、导线、米尺．
4．实验步骤
(1)器材的安装与调整：
①先将光源(线状光源)、遮光筒依次放于光具座上，如图5－1－6所示，调整光源的高度，使它发出的一束光沿着遮光筒的轴线把屏照亮；
图5－1－6
②将单缝和双缝安装在光具座上，使线状光源、单缝及双缝三者的中心位于遮光筒的轴线上，如图5－1－7所示，并注意使双缝与单缝相互平行，调节分划板位置到分划板中心刻线位于光屏中央．
图5－1－7
(2)观察双缝干涉图样：
①调节单缝的位置，使单缝和双缝间距离保持在5～10 cm，使缝相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上，这时通过测量头上的目镜观察干涉条纹，若干涉条纹不清晰，可通过遮光筒上的调节长杆轻轻拨动双缝，即可使干涉条纹清晰明亮．在屏上就会看到白光的双缝干涉图样：
②将红色(或绿色)滤光片套在单缝前面，通过目镜可看到单色光的双缝干涉条纹；
③在光源及单缝之间加上一凸透镜，调节光源及单缝的位置，使光源灯丝成像于单缝上，可提高双缝干涉条纹的高度，使条纹更加清晰，如图5－1－8所示．
5－1－8
(3)测定单色光的波长：
①转动手轮，使分划板中心刻线对齐某条亮纹的中央，记下手轮上的读数a1；转动手轮，使分划板中心刻度线移动至另一条亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数a2；并记下两次测量的条纹数n，则相邻两亮条纹间距Δy＝；
②用刻度尺测量双缝到光屏的距离l(双缝间距d是已知的)；
③将测得的l、Δy代入Δy＝λ求出光的波长λ；
④多次重复上述步骤，求出波长的平均值；
⑤换用不同的滤光片，重复上述实验．
5．注意事项
(1)放置单缝和双缝时，必须使缝平行．
(2)要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一条轴线上．
(3)测量头的中心刻线要对应着亮(暗)纹的中心．
(4)要多测几个亮纹或暗纹中心间的距离，再求Δy.
(5)调节的基本依据是：照在光屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝、测量头、遮光筒不共轴所致；干涉条纹不清晰一般是因为单缝与双缝不平行．
(2012·福建高考)在“用双缝干涉测光的波长”实验中(实验装置如图5－1－9)：
图5－1－9
(1)下列说法哪一个是错误的________．(填选项前的字母)
A．调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，应放上单缝和双缝
B．测量某条干涉亮纹位置时，应使测微目镜分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐
C．为了减少测量误差，可用测微目镜测出n条亮纹间的距离a，求出相邻两条亮纹间距Δx＝
图5－1－10
(2)测量某亮纹位置时，手轮上的示数如图5－1－10，其示数为______________ mm.
【审题指导】 解答本题应注意以下三点：
(1)了解双缝干涉仪的构成、作用．
(2)测量条纹宽度，采取“积累法”减小测量误差．
(3)螺旋测微器的原理和读数方法，注意估读．
【解析】 应先调节光源高度、遮光筒中心及光屏中心后再放上单、双缝，A选项不正确．目镜分划板中心应与亮纹中心对齐，使得移动过程测出的条纹间距较为准确，B选项正确．目镜移过n条亮纹，则亮条纹间距Δx＝，C选项正确，故选A.
(2)主尺读数是1.5 mm，螺旋读数是47.0×0.01 mm，因此示数为1.970 mm.
【答案】 (1)A (2)1.970
2．在“双缝干涉测光的波长”实验中，调节分划板的位置，使分划板的中心刻线对齐中央明条纹的中心，此时螺旋测微器的读数如图5－1－11甲所示，转动手轮，使分划线向一侧移动，使分划板的中心刻线对齐第3条明条纹的中心，此时螺旋测微器的读数如图5－1－11乙所示．已知双缝间距d＝1.5 mm，双缝到屏的距离L＝1.00 m，则被测光的波长为多少？
图5－1－11
【解析】 图甲读数为1.130 mm，图乙读数为1.780 mm.
相邻两条明纹的间距Δx＝ mm＝0.325 mm.
由Δx＝·λ得λ＝ m＝ m＝4.875×10－7 m.
【答案】 4.875×10－7 m
薄膜干涉
【问题导思】
1．在薄膜干涉中，相干光是怎形成的？
2．增透膜的原理是什么？对膜厚有什么要求？
1．薄膜干涉的成因
图5－1－12
如图5－1－12所示，竖直放置的肥皂薄膜由于受到重力的作用，下面厚、上面薄．因此，在薄膜上不同的地方，从膜的前、后表面反射的两列光波叠加，在某些位置，这两列波叠加后互相加强，出现亮条纹；在另一些地方，叠加后互相削弱，出现暗条纹．故在单色光照射下，就出现了明暗相间的干涉条纹．若在白光照射下，则出现彩色干涉条纹．光程差是薄膜厚度的2倍．当光程差等于该光在薄膜中波长的整数倍时，两列反射光叠加会加强．当光程差等于半波长的奇数倍时，两列光叠加会互相减弱．
2．薄膜干涉的应用
(1)增透膜
照相机、望远镜的镜头表面常镀一层透光的膜，膜的上表面与玻璃表面反射的光发生干涉，由于只有一定波长(一定颜色)的光干涉时才会相互加强，所以镀膜镜头看起来是有颜色的．镀膜厚度不同，镜头的颜色也不一样，一般增透膜的厚度是光在薄膜介质中传播的波长的，即d＝.
增透膜的“增透”应理解为：两束反射光相互抵消，反射光的能量减少，由于总的能量是守恒的，反射光的能量被削弱了，透射光的能量就必然得到增强．增透膜是通过“消反”来确保“增透”的．
甲 乙
图5－1－13
(2)用干涉法检查平面平整度
如图5－1－13甲所示，两板之间形成一层空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检测平面是光滑的，得到的干涉图样必是等间距的．如果被测表面某处凹下，则对应亮条纹(或暗条纹)提前出现，如图乙中P条纹所示；如果某处凸起来，则对应条纹延后出现，如图乙中Q所示．
(注：“提前”与“延后”不是指在时间上，而是指由左右的位置顺序上)
劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图5－1－14甲所示，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如图乙所示，干涉条纹有如下特点：(1)任意一条亮条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；(2)任意相邻亮条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定．现若在图甲装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹( )
甲 乙
图5－1－14
A．变疏 B．变密
C．不变 D．消失
【审题指导】 条纹的疏密也就是干涉条纹宽度的问题，也相当于干涉条纹是否明显的问题，既然是薄膜干涉，越薄应越明显，当然最好回顾一下产生薄膜干涉的原理．
【解析】 光线在空气膜的上、下表面发生反射，并发生干涉，从而形成干涉条纹．设空气膜顶角为θ，d1、d2处为两相邻亮条纹，如图所示，则此两处的光程分别为δ1＝2d1，δ2＝2d2.
因为光程差δ2－δ1＝λ，所以d2－d1＝λ.
设此两相邻亮纹中心的距离为Δl，则由几何关系得＝tan θ，即Δl＝当抽去一张纸片θ减小，Δl增大，故选A.
【答案】 A
3．如图5－1－15所示是用干涉法检查某块厚玻璃板的上表面是否平整的装置，所用单色光为普通光加滤光片产生的，检查中所观察到的条纹是由下列哪两个表面反射的光线叠加而成的( )
图5－1－15
A．a的上表面和b的下表面
B．a的上表面和b的上表面
C．a的下表面和b的上表面
D．a的下表面和b的下表面
【解析】 样板和厚玻璃之间存在楔形空气薄层，用单色光从这个空气薄层上表面照射，入射光从空气薄层的上、下表面反射回两列光波形成干涉条纹．空气薄层的上、下表面就是a的下表面和b的上表面．故正确答案为C.
【答案】 C
【备课资源】(教师用书独具)
镀膜眼镜
千里冰封的白色世界是相当动人的．人们都知道，这样的景色绝不可以尽情地欣赏，如果你想睁大眼睛饱览一下这个银装素裹的景色，那皑皑的白雪会刺得你睁不开眼．时间久了，刺目的寒光不仅会使你头晕目眩，还可能使你终身双目失明，这就是所谓的雪盲．
你一定以为，造成头晕目眩的原因是雪地上的反光太强了，这样回答并不完全对．强烈的反光固然刺目，但仔细分析起来，并不是所有波长的光都能引起刺目的效果．造成雪盲的罪魁祸首在于紫外线和白光中的一种绿光，它的波长为550 nm.紫外线可以伤害我们的眼睛，强烈的绿光对眼睛的伤害力也很大，如果用几种同样强度但颜色不同的光去照射你的眼睛，你会感觉绿光比其他波长的光(如黄光、红光、紫光)要亮得多．美国五角大楼的一些决策者试图把这种绿光用于军事目的，如果把绿色的强光发射器装在飞机上，只要双方的射手朝向它瞄准，就不可避免地受到强绿光的刺激，射手的眼睛就会受到严重的损害，在一个相当长的时间之内，不能恢复正常视力，甚至终身致残．一个丧失了视力的射手，又怎么能够 投入战斗呢？可以设想，这种不动声色的武器一旦付诸使用，会大大削弱对方的战斗力，人们称它为“绿色的武器”．
地处高原的雪山上，紫外线和绿光都很强烈，它们对人眼有很大的危害．用什么办法削弱它们呢？人们利用蒸镀的方法、使眼镜片覆盖一层薄薄的氟化镁薄膜，适当地掌握这个薄膜的厚度，使紫外线和绿光在薄膜的两个反射面上反射以后，均产生干涉加强．因此，绿光和紫外线在反光中的比例加大，透过镜片的比例自然就减少了，进入眼睛的光线就弱得多了．为了同时使两种不同波长的光都得到反射加强，常常把两种不同的材料交替蒸镀在镜片，制成多层干涉滤光膜，这就是多层干涉滤光片，它比单层滤光片的效果更好．薄膜的厚度、所选择的材料要根据反射加强的波长而定．眼镜片上的这层薄薄的干涉滤光膜就像一对忠实的门卫，它们防守着大门，把伤害眼睛的光拒之门外，使眼睛能够长时间地正常工作．
1．从两只相同的手电筒射出的光，当它们在某一区域叠加后，看不到干涉图样，这是因为( )
A．手电筒射出的光不是单色光
B．干涉图样太细小看不清楚
C．周围环境的光太强
D．这两束光为非相干光源
【解析】 两只手电筒的光不满足光的干涉的条件：相同频率，振动方向相同，相位差恒定，故不是相干光源，D项正确．
【答案】 D
2．能发生干涉的两束光应是( )
A．亮度一样 B．颜色一样
C．频率相等，振动方向一致 D．传播方向相同
【解析】 产生干涉的条件是两光源的频率相同，振动方向一致．
【答案】 C
图5－1－16
3．(2013·海口检测)如图5－1－16所示是双缝干涉实验装置的示意图，S为单缝，S1、S2为双缝，P为光屏．用绿光从左边照射
单缝S时，可在光屏P上观察到干涉条纹，能使条纹间距变大的措施是( )
A．增大双缝间的距离
B．增大双缝到屏的距离
C．将绿光换为紫光
D．将装置从空气改为放置水中
【解析】 根据公式Δy＝λ，要增大条纹间距，可以增大l，减小d，换波长更长的单色光．如果将装置从空气改为放置水中时，不能使条纹间距变大，故只有B选项正确．
【答案】 B
4．在双缝干涉实验中，用红光照射双缝得到的干涉图样是( )
A．一系列明暗相间的同心圆
B．一些杂乱无章的点
C．平行、等间距的明暗相间的条纹
D．条纹中间宽、两边窄
【解析】 单色光的双缝干涉条纹为平行、等距、明暗相间的条纹．故C对，A、B、D错．
【答案】 C
1．下列关于双缝干涉实验的说法中，正确的是( )
A．单缝的作用是获得频率保持不变的相干光源
B．双缝的作用是获得两个振动情况相同的相干光源
C．光屏上距两缝的路程差等于半波长的整数倍处出现暗条纹
D．照射单缝的单色光的频率越高，光屏上出现的条纹宽度越宽
【解析】 在双缝干涉实验中，单缝的作用是获得一个线光源，双缝的作用是获得两个振动情况完全相同的相干光源，故选项A错误，B正确．光屏上距两缝的路程差为半波长的奇数倍处出现暗纹，选项C错误．照射单缝的单色光频率越高，两相干光的波长越短，屏上的条纹应越窄，故选项D错误．
【答案】 B
2．(多选)下列与光的干涉有关的事实是( )
A．用光导纤维传播信号
B．用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度
C．一束白光通过三棱镜形成彩色光带
D．水面上的油膜呈现彩色
【解析】 光导纤维是利用光的全反射，故选项A错误；白光通过三棱镜出现彩色光带是色散现象，故C错；用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度、水面上的油膜呈现彩色是光在前后两个表面反射的光干涉形成的，故选项B、D正确．
【答案】 BD
3．某同学自己动手利用如图5－1－17所示器材，观察光的干涉现象．其中，A为单缝屏，B为双缝屏，C为像屏．当他用一束阳光照射到A上时，屏C上并没有出现干涉条纹．他移走B后，C上出现一窄亮斑．分析实验失败的原因，最大的可能是( )
图5－1－17
A．单缝S太窄
B．单缝S太宽
C．S到S1和S2距离不等
D．阳光不能作光源
【解析】 双缝干涉中单缝的作用是获得线光源，而线光源可以看作是由许多个点光源沿一条线排列组成的．这里观察不到光的干涉现象是由于单缝太宽，不能获得线光源，不满足相干条件．故B正确．
【答案】 B
图5－1－18
4．(多选)(2013·陕西师大附中检测)如图5－1－18所示，一束白光从左侧射入肥皂薄膜，下列说法中正确的是( )
A．人从右侧向左看，可以看到彩色条纹
B．人从左侧向右看，可以看到彩色条纹
C．彩色条纹水平排列
D．彩色条纹竖直排列
【解析】 一束白光射到薄膜上，经前后两个面反射回来的光相遇，产生干涉现象，我们由左向右看，可看到彩色条纹．又由于薄膜同一水平线上的厚度相同，所以彩色条纹是水平排列的，故选B、C.从右向左看到的是折射光，折射光的偏折角与介质厚度有关，光经过薄膜后的偏折角很小，大面积光束照射后，各单色光的折射光相互重叠，所以难以看到折射后的色散现象．
【答案】 BC
5．(多选)下列说法正确的是( )
A．用白光做光的干涉实验时，偏离中央明条纹较远的是紫光
B．用白光做光的干涉实验时，偏离中央明条纹较远的是红光
C．涂有增透膜的照相机镜头，增强了对照射光的透射程度
D．从竖立肥皂膜上看到的彩色条纹是从膜的两表面反射的光相干涉的结果
【解析】 由于干涉实验中，有Δy＝λ，即条纹间距与光波长成正比，而红光波长最长，故偏离中央明条纹最远的是红光，B对；增透膜增加了透射光的能量，且应该增透的是对人的视觉最敏感的绿光，从而才能使所成的像既亮又清晰；肥皂膜上的条纹是由于光从膜前、后表面反射后，相干而形成的，C、D对．
【答案】 BCD
6．一束白光通过双缝后在屏上观察到干涉条纹，除中央白色条纹外，两侧还有彩色条纹，是因为( )
A．各色光的波长不同，因而各色光产生的干涉条纹间距不同
B．各色光的速度不同，造成条纹间距不同
C．各色光的强度不同
D．各色光通过双缝的距离不同
【解析】 用白光做双缝干涉实验时，除中央白色条纹外，两侧出现彩色条纹，是因为条纹的间距与波长有关，各种色光的波长不同，条纹间距不同，使中央条纹外的各色条纹不能完全重合，出现彩色，所以A正确；在真空中，各种色光的速度相同，仍有彩色条纹出现，可见B错误；各色光的强度调成相同，仍有彩色条纹，故彩色条纹的出现也与强度无关，C错误；与各色光通过双缝的距离无关，D错误．
【答案】 A
7．(2013·连云港高二检测)用单色光做双缝干涉实验，在光屏上某点P，从中央O点开始计数，P点恰好第三条亮纹，现改用波长较短的单色光照射，其他的条件不变，那么( )
A．P处仍为第三条亮纹
B．P处可能是第四条亮纹
C．P处可能是第二条亮纹
D．若将光屏向双缝移近一些，在P处可能看到第二条亮纹
【解析】 波长短，双缝到P点光程差不变，故A、C错，B对；若将光屏向双缝移近一些，条纹间距变小，故D错．
【答案】 B
8．在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P点的距离之差为0.6 μm.若分别用频率为f1＝5.0×1014 Hz和f2＝7.5×1014 Hz的单色光垂直照射双缝，则P点出现亮、暗条纹的情况是( )
A．单色光f1和f2分别照射时，均出现亮条纹
B．单色光f1和f2分别照射时，均出现暗条纹
C．单色光f1照射时出现亮条纹，单色光f2照射时出现暗条纹
D．单色光f1照射时出现暗条纹，单色光f2照射时出现亮条纹
【解析】 单色光f1的波长：λ1＝＝ m＝0.6×10－6 m＝0.6 μm.单色光f2的波长：λ2＝＝m＝0.4×10－6 m＝0.4 μm.因P到双缝的距离之差δ＝0.6 μm＝λ1，所以用f1照射时P处出现亮纹．δ＝0.6 μm＝λ2，所以用f2照射时P处出现暗纹，故选项C正确．
【答案】 C
9．登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射，尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射，否则将会严重地损伤视力．有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能大大减少紫外线对眼睛伤害的眼镜．他选用的薄膜材料的折射率为n＝1.5，所要消除的紫外线的频率为f＝8.1×1014 kHz，那么他设计的这种“增反膜”的厚度至少是( )
A．9.25×10－8 m B．1.85×10－7 m
C．1.23×10－7 m D．6.18×10－8 m
【解析】 为了减少进入眼睛的紫外线，应使入射光分别从该膜的前后两个表面反射出来形成的光叠加后加强，则光程差(大小等于薄膜厚度d的2倍)应等于光在薄膜中的波长λ′的整数倍，即2d＝Nλ′(N＝1，2，…)因此，薄膜的厚度至少是紫外线在膜中波长的.紫外线在真空中的波长是λ＝＝3.7×10－7 m，在膜中的波长是λ′＝＝2.47×10－7 m，故膜的厚度至少是1.23×10－7 m.
【答案】 C
10．现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在图5－1－19所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长．
图5－1－19
(1)将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，表示各光学元件的字母排列顺序为C、________、________、________、A.
(2)本实验的步骤有：
①取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮；
②按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上；
③用米尺测量双缝到屏的距离；
④用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮纹间的距离．
在操作步骤②时还应注意________和________．
(3)将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图5－1－20甲所示．然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，记下此时图乙中手轮上的示数________ mm，求得相邻亮纹的间距Δx为________ mm.
图5－1－20
(4)已知双缝间距d为2.0×10－4 m，测得双缝到屏的距离l为0.700 m，由计算式λ＝________，求得所测红光波长为________ nm.
【解析】 (1)滤光片E是从白光中选出单色红光，单缝屏是获取线光源，双缝屏是获得相干光源，最后在毛玻璃屏上成像．所以排列顺序为：C、E、D、B、A.
(2)在操作步骤②时应注意的事项有：放置单缝、双缝时，必须使缝平行，单缝、双缝间距离大约为5～10 cm；要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一轴线上．
(3)螺旋测微器的读数应该：先读整数刻度，然后看半刻度是否露出，最后看可动刻度．图乙读数为13.870 mm，图甲读数为2.320 mm，所以相邻条纹间距
Δy＝ mm＝2.310 mm
(4)由条纹间距公式Δy＝λ得：λ＝，
代入数值得：λ＝6.6×10－7m＝6.6×102 nm
【答案】 见解析
11．为了减少光在透镜表面由于反射带来的损失，可在透镜表面涂上一层增透膜，一般用折射率为1.38的氟化镁，为了使波长为5.52×10－7 m的绿光在垂直表面入射时使反射光干涉相消，求所涂的这种增透膜的厚度．
【解析】 由于人眼对绿光最敏感，所以通常所用的光学仪器其镜头表面所涂的增透膜的厚度只使反射的绿光干涉相消，但薄膜的厚度不宜过大，只需使其厚度为绿光在膜中波长的，使绿光在增透膜的前后两个表面上的反射光互相抵消．而光从真空进入某种介质后，其波长会发生变化．
若绿光在真空中波长为λ0，在增透膜中的波长为λ，由折射率与光速的关系和光速与波长及频率的关系得：
n＝＝，
即λ＝，那么增透膜厚度
h＝λ＝＝ m＝1×10－7 m.
【答案】 1×10－7 m
第2节光的衍射
(教师用书独具)
●课标要求
知识与技能
1.知道光的衍射的物理过程和衍射图样.
2.知道衍射条纹与干涉条纹的区别.
3.学会用光的衍射原理解释相关物理现象
4.了解衍射对分辨本领的影响，知道衍射光栅．
.
过程与方法
1.通过类比机械波学习衍射.
2.培养学生观察实验现象，分析和解决问题的能力.
情感态度与价值观
1.培养学习坚定的自信心和踏实勤奋的态度.
2.重视理论的指导作用和实践的检验作用.
●课标解读
1．知道光的衍射现象的物理过程及衍射图样．
2．理解光产生衍射的条件．
3．知道光的衍射条纹与干涉条纹的区别．
4．了解衍射对分辨本领的影响及衍射光栅．
●教学地位
通过对本节内容的学习可以使学生对光的特性有更全面的学习．通过对干涉，衍射图样的对比更能深刻理解本质．也使得学生对波的波动性有了深刻的认识．
(教师用书独具)
●新课导入建设
演示水波的衍射现象，让学生回答并描述衍射现象的特征，唤起学生对机械波衍射的回忆，然后再例举声波的衍射事例指出一切波都能发生衍射，以及发生明显衍射的条件．水波、声波都会发生衍射现象，那么光作为一种波是否也会产生衍射现象？若会，那么衍射图样可能是什么样呢？
●教学流程设计
???步骤3：师生互动完成“探究1”(除例1外可再变换命题角度，补充一个例题以拓展学生思路)
?
???
?
步骤8：先由学生自己总结本节的主要知识，教师点评，安排学生课下完成【课后知能检测】
课 标 解 读
重 点 难 点
1.知道光的衍射现象，知道衍射图样.
2.知道产生明显衍射现象的条件.
3.知道光的衍射条纹与干涉条纹的区别.
4.了解衍射对分辨率本领的影响及衍射光栅．
1.理解光的衍射及几种不同的衍射现象的特点．(重点)
2.产生明显现象的条件．(重点)
3.掌握衍射条纹的特征．(难点)
4.衍射条纹与干涉条纹的区别．(难点)
光的衍射
1.基本知识
(1)光的衍射现象
光在传播过程中，遇到障碍物或小孔时，光将改变沿直线传播的规律而绕到障碍物后面传播的现象．
①单缝衍射：单色光通过狭缝时，在屏幕上出现明暗相间的条纹，中央为亮条纹，中央条纹最宽、最亮，其余条纹向两侧逐渐变窄、变暗；白光通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹，中央为白色条纹．
②圆孔衍射：光通过小孔时(孔很小)在屏幕上会出现明暗相间的圆环．
(2)产生明显衍射现象的条件
在障碍物或小孔的尺寸可以跟光的波长相差不多，甚至比光的波长还要小的时候，就会出现明显的衍射现象．
(3)光的衍射现象和光的直线传播的关系
光的直线传播只是一个近似的规律，当光的波长比障碍物或小孔小得多时，光可以看成沿直线传播；在孔或障碍物尺寸可以跟波长相比，甚至比波长还要小时，衍射现象就十分明显．
2．思考判断
(1)衍射和干涉条纹都是明暗相间的，所以二者是一样的．(×)
(2)只有波长长的光才发生明显的衍射现象．(×)
(3)所有光都能发生衍射现象．(√)
3．探究交流
图5－2－1
蜡烛照射到孔可调节大小的挡板上，当孔较大时光沿直线传播，在光屏上形成形状类似孔的亮斑；当孔变得较小时，则在屏上形成烛焰的像；当孔再变小时，在屏上形成比孔大许多的模糊区域，这是为什么呢？
【提示】 随着孔的缩小，光分别呈现出在不同条件下的传播特点：直线传播、小孔成像、发生衍射．
衍射对分辨率本领的影响及衍射光栅
1.基本知识
(1)一个光学仪器的分辨率本领是指将两个相互靠近的物体的像分离开来的能力．
(2)光学显微镜和望远镜等光学仪器，其透镜就相当于小圆孔，透镜直径越小，产生的衍射现象越明显，分辨本领就越低．
(3)衍射光栅
①结构：有许多等宽的狭缝等距离排列起来形成光学元件．狭缝的个数越多，衍射条件的宽度越窄，亮度越亮．
②衍射图样的特点：与单缝衍射相比，衍射条纹的宽度变窄，亮度增加．
③衍射光栅的种类：反射光栅和透射光栅．
2．思考判断
(1)显微镜的镜头越小其分辨本领越低．(√)
(2)多缝干涉的结果使光栅衍射的宽度比单缝衍射时更宽．(×)
3．探究交流
为什么通过光栅后得到的条纹与双缝干涉条纹不同？
【提示】 双缝干涉是由于干涉光源通过双缝后叠加产生的，通过光栅后在光屏上叠加的光具有同频率及相位差恒定的干涉特点，产生多缝干涉，也有单缝衍射．因此，其条纹是多缝干涉和单缝衍射条纹共同的结果，不同于双缝干涉条纹．
三种衍射图样的比较
【问题导思】
1．单缝衍射图样有何特点？
2．圆孔衍射图样有何特点？
3．不透明的小圆板衍射图样有何特点？
1．单缝衍射图样
(1)中央条纹亮而宽．
(2)两侧亮纹具有对称性，亮纹宽度逐渐变窄，亮度逐渐减弱．
(3)波长一定时，单缝较窄的中央条纹较宽，各条纹间距较宽；单缝宽度不变时，光波波长较长的中央条纹较宽，各条纹间距较宽．
(4)白光的单缝衍射条纹是中央为白色亮纹，两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近白色亮纹的条纹内侧为紫色．
图5－2－2
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．如图5－2－2所示．
(2)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)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)圆孔越小，中央亮斑的直径越大，同时亮度越弱．
3．不透明的小圆板衍射图样
(1)泊松亮斑图样中的亮环或暗环间距随半径增大而减小．
(2)与圆孔衍射图样比较
①均是明暗相间的圆形条纹，中心均有亮斑．
②圆孔衍射图样中心亮斑较大，而泊松亮斑较小．
③圆孔衍射图样中亮环或暗环间距随半径增大而增大，圆板衍射图样中亮环或暗环间距随半径增大而减小．
④圆孔衍射图样的外侧是黑暗的，而小圆板衍射图样的外侧是明亮的．
图5－2－3
在一次观察光的衍射的实验中，观察到如图5－2－3所示的清晰的明暗相间的图样，那么障碍物应是(黑线为暗线)( )
A．很小的不透明的圆板
B．很大的中间有大圆孔的不透明的圆板
C．很大的不透明的圆板
D．很大的中间有小圆孔的不透明的圆板
【审题指导】 解答本题时应把握以下两点：
(1)知道圆孔衍射和圆板衍射的图样特点．
(2)能够分辨两种衍射图样．
【解析】 图样为清晰的衍射图样，故B错；图样中心为亮斑，说明障碍物为D；若为A，则中央有一个小亮点，亮点外为大暗环；若为C，则图样为大暗斑，只是边缘稍模糊．
【答案】 D
区分圆孔衍射和不透光圆盘衍射的图样
1．观察中心圆心和中心圆环：中心圆心处为小亮斑且中心圆环为较宽的暗环时为圆盘衍射；若中心为大且亮的圆形亮斑，中心圆环为细而窄的暗纹时为圆孔衍射．
2．观察中心圆环外第一暗纹与周边暗纹：第一暗纹宽于周边暗纹的为圆孔衍射，第一暗纹细且暗的为圆盘衍射．
如图5－2－4所示，甲、乙两幅图是由单色光分别射到圆孔而形成的图象，其中图甲是光的______(填“干涉”或“衍射”)图象．由此可以判断出图甲所对应的圆孔的孔径_____(填“大于”或“小于”)图乙所对应的圆孔的孔径．
图5－2－4
【解析】 甲中出现明暗相间的条纹，是衍射现象；由于光波波长很短，约在10－7数量级上，只有障碍物或孔的尺寸与光波波长相差不多时，才能发生明显的衍射现象．图乙的形成可以用光的直线传播解释．所以图甲对应的圆孔的孔径比图乙所对应的圆孔的孔径小．
【答案】 衍射 小于
综合解题方略——如何区分单缝
衍射与双缝干涉
如图5－2－5所示是4幅明暗相间的条纹图样，分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮纹)．则下面的四幅图从左到右排列，亮条纹的颜色依次是( )
图5－2－5
A．红 黄 蓝 紫 B．红 紫 蓝 黄
C．蓝 紫 红 黄 D．蓝 黄 红 紫
【审题指导】 在分析干涉、衍射图像的区别时，主要注意图象条纹宽度的情况：若条纹宽度相等，则是干涉条纹，若中间条纹最宽，两边越来越窄，则是衍射条纹．
【规范解答】 双缝干涉条纹是等间距的条纹，单缝衍射条件是中间最宽、两边越来越窄的条纹，因此1、3是干涉条纹，2、4是衍射条纹．干涉条纹中，光的波长越长，条纹越宽，因此1是红光，3是蓝光．同一单缝衍射中，波长越长，条纹越宽，因此2是紫光，4是黄光．
【答案】 B
单缝衍射与双缝干涉的比较
项目
名称
单缝衍射
双缝干涉
不同点
产生条件
只要狭缝足够小，任何光都能发生
频率相同，振动方向一致的两列光波相遇叠加
条纹宽度
条纹宽度不等，中央最宽
条纹宽度相等
条纹间距
各相邻条纹间距不等
各相邻条纹等间距
亮度
中央条纹最亮，两边逐渐变暗
条纹清晰，亮度基本相等
相同点
成因
都有明暗相间的条纹，条纹都是光波叠加时加强或削弱的结果
意义
都是波特有的现象，表明光是一种波
【备课资源】(教师用书独具)
光学仪器的分辨本领
因为大多数光学仪器所用透镜的边缘都是圆形，圆孔的夫琅和费衍射对成像质量有直接影响．物体(光源)所发出的光经过狭缝或小圆孔并不聚焦成为几何像，而产生一衍射图样，如点光源成的像为一中心光斑(爱里斑)和周围明暗相间的同心圆环．因此，衍射限制了光学仪器的放大率和成像清晰度．
用透镜观察远处两物点时，在透镜焦平面的屏上将产生两个衍射环纹．由于这两个物点光源是不相干的，屏上的总光强是两个衍射条纹的光强直接相加．光学仪器(人眼)能否从总光强分布中辨认出两个物点的像，取决于两个亮度很大的爱里斑的重叠程度，重叠过多就不能分辨出两个物点．
对于光学仪器(透镜)的分辨极限，有一个瑞利判据：用某一光学仪器观察两个发光强度相等的物点(点光源)时，若一个爱里斑的边缘恰好与另一个爱里斑的中心重合时，两物点的像恰能为这一光学仪器所分辨．
图教5－2－1是两个恰能分辨(左)和能分辨(右)的两个物点通过光学仪器后的像．
图教5－2－1
满足瑞利判据的两物点间的距离就是光学仪器所能分辨的最小距离，此时它们对透镜中心所张的角ε0称为最小分辨角，对于直径为D的圆孔衍射图样来说，它就是爱里斑的半角宽度ε0＝1.22.将最小分辨角的倒数称为仪器的分辨本领，即＝.增大D或减小λ均可提高仪器的分辨本领．如天文望远镜的物镜的直径较大，有的达5 m以上；电子显微镜采用的是波长远小于可见光的电子波，能分辨相距10－10 m的两个物点，看到单个原子．
1．(多选)关于衍射，下列说法中正确的是( )
A．衍射现象中条纹的出现是光叠加后产生的结果
B．双缝干涉中也存在衍射现象
C．一切波都很容易发生明显的衍射现象
D．影的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实
【解析】 本题考查了衍射和干涉的内在联系，以及对干涉和衍射的本质是否了解．衍射图样是很复杂的光波的叠加现象，双缝干涉中光通过三个狭缝时均发生衍射现象，一般现象中既有干涉又有衍射．一切波都能发生衍射，但要发生明显的衍射，需要满足障碍物的尺寸小于或相当于波长的条件．
【答案】 AB
2．(多选)(2013·汉中检测)如图5－2－6甲、乙所示，是单色光通过窄缝后形成明暗相间的两种条纹图样，下列判断正确的是( )
图5－2－6
A．甲为单缝衍射的图样
B．乙为双缝干涉的图样
C．甲为双缝干涉的图样
D．乙为单缝衍射的图样
【解析】 甲图中的条纹宽度不等，中央宽，两侧窄，应为单缝衍射图样．乙图中的条纹等宽等距，应为双缝干涉图样，故A、B正确，C、D错误．
【答案】 AB
3．(多选)在单缝衍射实验中，下列说法中正确的是( )
A．将入射光由绿色换成黄色，衍射条纹间距变窄
B．使单缝宽度变小，衍射条纹间距变窄
C．换用波长较长的光照射，衍射条纹间距变宽
D．增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距变宽
【解析】 当光通过单缝发生衍射时，衍射现象明显与否、光屏上条纹宽度及亮度与入射光的波长、缝宽及缝到屏的距离有关．当单缝宽度一定时，波长越长，衍射现象越明显，条纹间距也越大，即光偏离直线传播的路径越远；当光的波长一定时，单缝宽度越小，衍射现象越明显，条纹间距越大；光的波长一定、单缝宽度也一定时，增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距会变宽．
【答案】 CD
4．(多选)光的衍射现象，下面说法正确的是( )
A．红光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹
B．白光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹
C．光照到不透明小圆盘上出现泊松亮斑，说明发生了衍射
D．光照到较大圆孔上出现大光斑，说明光沿直线传播，不存在光的衍射
【解析】 单色光照到狭缝上产生的衍射图样是亮暗相间的直条纹．白光的衍射图样是彩色条纹．光照到不透明圆盘上，在其阴影处出现亮点，是衍射现象．光的衍射现象只有明显与不明显之分，D项中屏上大光斑的边缘模糊，正是光的衍射造成的，不能认为不存在衍射现象．
【答案】 AC
1．(多选)(2013·海口一中检测)对于光的衍射现象的定性分析，下列说法正确的是( )
A．只有障碍物或孔的尺寸可以跟光波的波长相比甚至比波长还要小的时候，才能产生明显的衍射现象
B．光的衍射现象是光波相互叠加的结果
C．光的衍射现象否定了光的直线传播的结论
D．光的衍射现象说明了光具有波动性
【解析】 光的干涉现象和衍射现象无疑地说明了光具有波动性，而小孔成像说明光沿直线传播，而要出现小孔成像，孔不能太小，光的直线传播规律只是近似的，只有在光的波长比障碍物小的情况下，光才可以看做是直进的，所以光的衍射现象和直线传播是不矛盾的，它们是在不同条件下出现的两种现象，故上述选项中正确的是A、B、D.
【答案】 ABD
2．障碍物或孔的尺寸不同，光的一些行为有所不同，光的波长不同，发生的一些光行为也不同，下列说法中正确的是( )
A．波长越长的光，越容易发生衍射，因此要提高光学仪器的分辨率应尽量使用波长大的光或口径小的透镜
B．波长越短的光，衍射越不明显，越容易沿直线传播，因此遥感卫星应尽可能利用波长短的光
C．小孔成像的原理是光的直线传播，小孔衍射的原理也是光的直线传播
D．小孔衍射不遵守光的直线传播规律，也不遵守光路可逆原理．
【解析】 提高光学仪器的分辨本领应减小衍射影响，所以要利用波长短的光或口径大的透镜，故A错；卫星遥感要克服大气层对光的遮挡作用，因此应使用波长长的红外线，故B错；小孔衍射是一种衍射现象，不遵守光的直线传播规律，也不遵守光路可逆原理，故C错，D对．
【答案】 D
3．(多选)在城市交通中，用红灯表示禁止通行，其原理是( )
A．红光容易产生干涉
B．红光照射的距离大
C．红光容易引起人们的视觉反应
D．红光容易产生衍射
【解析】 红光在可见光中的波长最长，容易发生衍射，在发生雾天、雨天、沙尘暴等恶劣天气时，使司机和行人都能看到红灯，避免交通事故的发生；同时红光也容易引起人们的视觉反应．
【答案】 CD
4．在太阳光照射下肥皂膜呈现的彩色、瀑布在阳光下呈现的彩虹以及通过狭缝观察发光的日光灯时看到的彩色条纹，这些现象分别属于( )
A．光的干涉、色散和衍射现象
B．光的干涉、衍射和色散现象
C．光的衍射、色散和干涉现象
D．光的衍射、干涉和色散现象
【解析】 在太阳光照射下肥皂膜呈现彩色，是薄膜干涉现象；瀑布溅起的小水滴相当于棱镜，在阳光下呈现的彩虹是光的色散现象；通过狭缝观察发光的日光灯时看到的彩色是光的衍射现象．
【答案】 A
5．一束平行单色光，通过双缝后，在屏上得到明暗相间的条纹，则( )
A．相邻的明条纹或暗条纹的间距不等
B．将双缝中某一缝挡住，则屏上一切条纹将消失，而出现一亮点
C．将双缝中某一缝挡住，屏上出现间距不等的明、暗条纹
D．将双缝中某一缝挡住，屏上的明、暗条纹位置不变，但亮度减半
【解析】 分清双缝干涉与单缝衍射图样的特点．
【答案】 C
6．(2013·石家庄高二检测)观察单缝衍射现象时，把缝宽由0.2 mm逐渐增大到0.8 mm，看到的现象是( )
A．衍射条纹的间距逐渐变小，衍射现象逐渐不明显
B．衍射条纹的间距逐渐变大，衍射现象越来越明显
C．衍射条纹的间距不变，只是亮度增强
D．以上现象都不会发生
【解析】 由单缝衍射实验的调整与观察可知，狭缝宽度越小，衍射现象越明显，衍射条纹越宽，条纹间距也越大．将缝调宽，现象向相反方向变化．故选项A正确．
【答案】 A
图5－2－7
7．某同学使用激光器作光源，在不透光的挡板上开一条缝宽为0.05 mm的窄缝，进行光的衍射实验，如图5－2－7所示，则他在光屏上看到的条纹是( )
【解析】 单缝衍射条纹中间宽，两侧越来越窄，又由于单缝是水平的，衍射条纹也是水平的，故B对．
【答案】 B
8．(2013·福州高二检测)在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的亮暗相间的图样，如图5－2－8四幅图片中属于光的单缝衍射图样的是( )
图5－2－8
A．a、c B．b、c
C．a、d D．b、d
【解析】 单缝衍射条纹的特点是中央亮条纹最宽、最亮，双缝干涉条纹是等间距的条纹，所以a是干涉条纹，b、d是单缝衍射条纹，c是小孔衍射图样．
【答案】 D
9．用两支铅笔观察白光的衍射实验中：
(1)供观察者用的光源应用_______(选填“点光源”“线光源”或“面光源”)；
(2)铅笔狭缝应与光源________(选填“平行或垂直”)；
(3)观察的衍射图样中央条纹的颜色是________，两侧出现________；
(4)狭缝变窄时，条纹的间距变________，亮度变________．
【答案】 (1)线光源 (2)平行 (3)白色 彩色 (4)宽 暗
10．让日光通过窗上的小孔射进漆黑的室内，并落在光滑的反射面(如玻璃、瓷碗、镀铬器件或涂上油漆的门窗等)上．这时，你眯着眼并迎着反射方向看去，不但能看到反射面上的白点(太阳虚像)，同时还可以看到在它的两旁出现一排对称的彩带．眼缝越细，这种效应越显著，请分析这是为什么．
【解析】 反射面上的白光是太阳通过小孔在进入暗室内成像又被反射面反射回来，人看到的是通过反射面成的太阳的虚像；人眯着眼，睫毛交叉就形成了一系列的缝或障碍物形成光栅，光通过光栅衍射就形成了对称的彩带，眼缝越细，衍射现象越明显，彩带越清晰．
【答案】 见解析
第3节光的偏振
第4节激光与全息照相
(教师用书独具)
●课标要求
知识与技能
1.知道什么是偏振现象，了解偏振片的原理.
2.知道偏振光和自然光的区别，知道偏振是横波的特点.
3.知道激光及其特性.
4.了解激光的应用，知道全息照相．
过程与方法
通过机械波的偏振实验和光的偏振实验学习研究物理问题的类比方法．
情感态度与价值观
通过观察光的偏振现象培养学生联系实际学习物理的观念和习惯.
●课标解读
1．知道横波在振动中的偏振现象，知道偏振是横波特有的性质．
2．知道偏振光和自然光的区别．
3．了解偏振光在实际生活中的应用．
4．知道激光及其与自然光的区别．
5．了解激光的特点及其应用．
●教学地位
光的干涉、衍射现象为光的波动说提供了坚实的实验基础，使人们对光的波动性有了正确的认识．本节延续前面的探究，从光的偏振现象指出光是一种横波，偏振现象的研究使人类对光的波动性的认识更深入，更具体．
(教师用书独具)
●新课导入建议
3D电视逐渐普及，带上3D眼镜看电视，都有一种身临其境的感觉．小鸟在眼前飞翔，导弹曳着火花从头顶飞过，老虎张开血盒大口要把我们吃掉．这些画面为什么会产生立体感呢？3D眼镜发挥怎样的功能呢？
●教学流程设计
???步骤3：师生互动完成“探究1”(除例1外可再变换命题角度，补充一个例题以拓展学生思路)
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?步骤9：先由学生自己总结本节的主要知识，教师点评，安排学生课下完成【课后知能检测】
课 标 解 读
重 点 难 点
1.观察光的偏振现象，知道光是横波.
2.知道自然光和偏振光的区别，知道偏振现象的一些应用.
3.了解激光的特性和应用，用激光观察全息照片．
1.光波是电磁波，是横波，具有偏振现象．(重点)
2.激光的产生原理及其在全息照相中的应用．(重点)
3.全偏振光、部分偏振光．(难点)
4.激光产生的原理及其特点．(难点)
光的偏振
1.基本知识
(1)偏振现象
①光的干涉和衍射现象表明光具有波动性，光的偏振现象说明光是横波．
②自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，在垂直于传播方向的平面内，光波可沿任何方向振动，光振动在平面内的分布是大致均匀的，所以不显示偏振性，这样的光叫做自然光．
③偏振光：自然光垂直透过某一偏振片后，其振动方向沿着偏振片的透光方向，这样的光称为偏振光．
④偏振：横波只沿着某一个特定的方向振动的现象．
⑤起偏器和检偏器
用于获得偏振光的偏振片叫起偏器，用于检查通过起偏器的光是不是偏振光的偏振片叫检偏器．
(2)偏振现象在生产生活中的应用
偏振现象的主要应用有偏振镜、立体电影、地震预报等．
2．思考判断
(1)自然光是偏振光．(×)
(2)光的偏振现象说明光是横波．(√)
3．探究交流
图5－3－1
你看过立体电影吗？当你戴上一副特制的眼镜开始欣赏立体电影时，经历过敌人的拳头向你袭来的感受吗？(如图5－3－1)，这副特制的眼镜有什么作用？
【提示】 利用光的偏振使人感到图象立体化．
激光与全息照相
1.基本知识
(1)激光及其应用
①激光是原子受激辐射产生的．
②激光的三大特点分别是：单色性好、方向性好、亮度高．
(2)全息照相
①激光的应用
激光诞生后的一个很重大的应用是全息照相，它是应用光的干涉来实现的．
②作为光源的激光被分为两部分：一部分通过凹透镜发射后射到照相胶片上，另一部分射向一个平面镜，经反射后通过另一个凹透镜发散后射向被拍照的物体，该物体把光线反射到照相胶片上并与第一束光发生干涉，两束光干涉的结果就在照相胶片上记录下被拍摄物体的三维图像信息，这就是全息照相．
2．思考判断
(1)激光由于方向性强，所以能发生干涉．(×)
(2)激光由于有很多特点，所以在生活中有很多用途．(√)
(3)全息照相是利用激光单色性好的特点发生干涉．(√)
3．探究交流
取激光笔一支、手电筒一个．观察比较普通光和激光经三棱镜折射后的传播情况．你看到激光与普通光有什么不同？
【提示】 可以看到激光不发生色散、颜色纯正、亮度高．
偏振现象及应用
【问题导思】
1．什么是偏振现象？
2．自然光与偏振光有何区别？
3．偏振光的具体应用是什么？
1．偏振现象：对于横波通过狭缝的情况，只有狭缝的方向与横波质点的振动方向相同时，横波才能无阻碍地通过狭缝，而当狭缝的方向与横波质点的振动方向垂直时，横波不能通过狭缝，说明偏振是横波特有的现象．
2．自然光与偏振光的区别
自然光(非偏振光)
偏振光
光的来源
直接从光源发出的光
自然光通过起偏器后的光
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(与起偏器透振方向一致)
3.偏振片：由特殊材料制成的，只让某一方向振动的光通过，而不让其他振动方向的光通过的一种光学元件．偏振片上的“狭缝”若不借助特殊仪器，用肉眼无法观察到．
起偏器和检偏器都是偏振器．把偏振光能完全通过的方向称为这个偏振器的偏振化方向．
4．自然界中的起偏器：江湖或海洋的水面、皮革、鱼鳞、毛皮等．
5．偏振光的应用
(1)立体电影．
(2)摄影时利用偏振片消除反光．
(3)利用偏振现象检查应力的分布．
(4)汽车挡风玻璃上安装偏振片可减弱对面车灯射来的光．
(5)液晶显示也是利用了偏振现象．
1．我们平时所看到的光，除直接从光源射来的光，其他多为偏振光．
2．自然光经镜面反射后的反射光是偏振光．
3．只有横波才能发生偏振现象，光是横波．
图5－3－2
(多选)(2013·济宁高二检测)如图5－3－2所示，a是一偏振片，a的透振方向为竖直方向．下列四种入射光束哪几种照射a时能在a的另一侧观察到透射光( )
A．太阳光
B．沿竖直方向振动的光
C．沿水平方向振动的光
D．沿与竖直方向成45°的光
【审题指导】 解答本题应把握以下三点：
(1)自然光沿各个方向的振动强度相同．
(2)光的振动方向与偏振片的透振方向垂直时，光不能透过偏振片．
(3)光的振动方向与偏振片的透振方向平行时，透过的光最强．
【解析】 根据光的偏振知识，只要光的振动方向不与偏振片的透振方向垂直，光都能通过偏振片．当光的振动方向与偏振片的透振方向相同时，透射光最强，当二者垂直时，光完全不能透过．当二者间的夹角在0°～90°逐渐增加时，透射光逐渐减弱．太阳光、沿竖直方向振动的光、沿与竖直方向成45°角振动的光均能通过偏振片．
【答案】 ABD
获取偏振光的方法
1．让自然光通过一块偏振片．
2．让自然光射到两种介质的交界面上，使反射光与折射光垂直时，反射光就是偏振光．
3．让自然光射到两种介质的交界面上，当反射光与折射光垂直时，折射光经过多次折射以后就是偏振光．
1．两个偏振片紧靠在一起．将它们放在一盏灯的前面以致没有光通过．如果将其中的一片旋转180°，在旋转过程中，将会产生下述的哪一种现象( )
A．透过偏振片的光强先增强，然后又减小到零
B．透过偏振片的光强先增强，然后减小到非零的最小值
C．透过偏振片的光强在整个过程中都增强
D．透过偏振片的光强先增强，再减弱，然后又增强
【解析】 起偏器和检偏器的偏振方向垂直时，没有光通过，偏振方向互相平行时，光强度最大．当一个偏振片转动180°的过程中，两偏振片的偏振方向会由垂直到平行再到垂直，所以透过的光强先增强．又减小到零．答案为A.
【答案】 A
激光
【问题导思】
1．激光是如何产生的？
2．激光与普通光源发出的光有何区别？
3．激光有何特点？有何应用？
1．激光及其产生
激光是原子受激辐射产生的光．发光的方向、频率、偏振方向均相同，两列相同的激光相遇可以发生干涉，激光是相干光．在现代科学技术中用多次反射和折射在激光器内产生振荡而发出激光．激光是人工产生的光，自然界中的发光体不能发出激光．
2．激光是相干光，普通灯泡发出的光不是相干光
激光是从物质的原子中发出的，原子获得能量后，处于不稳定状态，它会以光子的形式把能量辐射出去．普通光源——灯泡，灯丝中的每个原子在什么时刻发光，朝哪个方向发光，都是不确定的，发光的频率也不一样．这样光在叠加时，一会在空间的某点加强，一会又在这点削弱，不能形成稳定的亮区和暗区，所以不能发生干涉，因而是非相干光．
激光的光源原子发生受激辐射跃迁时，发出的光子的频率、方向，都跟入射光子完全一样，能产生稳定的干涉图样，是相干光．
3．激光的特点及其应用
特点(与普通光相比)
特点内容
应用
相干性好
频率单一，相差恒定，易发生干涉现象，可像无线电波一样调制
光纤通信
光的干涉
激光全息照相
平行度好
激光的方向性非常好，是一束几乎不发散的平行光，可以会聚到很小的点上
测距和跟踪目标、DVD、CD唱片、计算机光盘
亮度高
激光能在很小的空间、很短的时间内集中很大的能量
“光刀”激发核反应
关于激光的应用问题，下列说法中正确的是( )
A．光纤通信是应用激光的平行度非常好的特点对信号进行调制，使其在光导纤维中进行信息传递
B．计算机内“磁头”读出光盘上记录的信息是应用了激光有相干性的特点来进行的
C．医学中用激光作“光刀”来切除肿瘤是利用了激光的亮度高的特点
D．“激光测距雷达”利用激光测量很远目标的距离是利用了激光亮度高的特点
【解析】 由激光的特点及应用可知光纤通信主要利用激光的相干性，故A错；计算机内“磁头”读出光盘上记录的信息主要应用了激光的平行度好，故B错；医学中用激光作“光刀”利用了激光的亮度高的特点，故C对；激光测距是利用了激光的平行度好．
【答案】 C
2．在演示双缝干涉的实验时，常用激光做光源，这主要是应用激光的什么特性( )
A．亮度高 B．平行性好
C．单色性好 D．波动性好
【解析】 频率相同的两束光相遇才能发生干涉，激光的单色性好，频率单一，通过双缝时能够得到两束相干光．故本题的正确答案是C.
【答案】 C
激光全息照相与我们平时照相的区别
【问题导思】
1．全息照相的原理是什么？
2．全息照相与平时照相相比有什么优点？
1．“全息”是指物体发出的光波的全部信息，既包括振幅和强度，也包括相位．
2．普通照相技术所记录的只是光波的能量强弱信息．(凸透镜成像原理)
3．所谓全息照相就是一种记录被摄物体反射(或透射)光波中全部信息的先进照相技术．全息照相不用一般的照相机，而要用一台激光器．激光束用分光镜一分为二，其中一束照到被拍摄的景物上．另一束直接照到感光胶片即全息胶片上．当光束被物体反射后，其反射光束也照射在胶片上，就完成了全息照相的摄制过程．
4．全息照相的优点
(1)它再现出来的像是跟原来物体一模一样的逼真的立体像，跟观察实物完全一样．
(2)把全息底片分成若干小块，每一小块都可以完整地现出原来物体的像，即使全息底片有缺损，也不会使像失真．
(3)在同一张感光片上可以重叠记录许多像，这些像能够互不干扰地单独显示出来．
(多选)全息照相利用了下列哪些原理( )
A．小孔成像 B．光的干涉
C．光的衍射 D．激光是一种相干光
【解析】 激光是一种人工产生的相干光，它的频率相同，偏振方向一致．全息照相就是利用参考光与物光的干涉，形成复杂的干涉条纹．因此，B、D正确，A、C错误．
【答案】 BD
3．(多选)下列说法中正确的是( )
A．普通照相技术所记录的只是光波的强弱信息，而全息照相技术还可以记录光波的相位信息
B．全息照片的拍摄利用了光的衍射原理
C．激光的出现使全息技术得到了长足的发展
D．立体电影的拍摄利用的是全息照相技术
【解析】 由全息照相的原理可知A正确，全息照相利用的是光的干涉，B错C正确，立体电影利用的是光的偏振，不是全息照相．故D错误．
【答案】 AC
【备课资源】(教师用书独具)
照耀未来的激光
激光自诞生以来，就在许多领域里大显身手：它能使不再年轻的面容重新焕发青春；让几个世纪以前的艺术品褪去陈旧的外貌而重放光彩；它能“俘获”闪电，并重新把它送回天空……这就是激光，一种直接从微观粒子中汲取的能量的集聚物．
激光并非只是科幻影片中最有用的射线．早在1917年，爱因斯坦最先提出这样一种假设：光的发射与吸收可经由受激吸收、受激辐射与自发辐射3种基本过程．但在这以后相当长的一段时间内，有关受激辐射的研究并未引起人们的足够重视．直到20世纪50年代，科学家才找到将它用在器件上的方法.1958年，应用这种理论研制出第一台激光装置；1960年，美国物理学家梅曼用一个红宝石棒制造出第一台激光器．在当时，激光仅是一种漂亮的发明，因为任何人，包括制造激光的科学家都没能提出激光实际应用的设想．几十年后的今天，形势完全变了，激光在各个领域得到了广泛的应用，已经成为一种不可替代的工具．从商品上的条形码到尖端的外科手术，从激光打印机到激光雷达，激光显然已经成为照耀现代科技的一道光芒．
激光是一种特殊的光，它能把巨大的能量投向一个很小的范围，这束光可能强到足以气化很硬或很耐热的材料．激光是强烈的单色光，即只有一种颜色，因此光子的能量也是一样的．激光不同于太阳光和灯光，因为后两种光是由各种类型的能量组成，具有各种颜色，而激发红宝石的电子得到的是红激光束，而绿或蓝激光束的获得是激发氩或氪的气体“云”．这样人们就可以根据不同颜色即不同能量，正确地应用激光．
1．纵波不可能产生的现象是( )
A．偏振现象 B．反射现象
C．折射现象 D．衍射现象
【解析】 反射、折射和衍射都是波的特征，所以横波、纵波都能产生这些现象，但只有横波能产生偏振现象，纵波不能，所以A正确．
【答案】 A
2．对于激光的认识，以下说法中正确的是( )
A．普通光源发出的光都是激光
B．激光是自然界普遍存在的一种光
C．激光是一种人工产生的相干光
D．激光一定比普通光的强度大
【解析】 激光是一种人工产生的光，且频率范围窄，是相干光，故C项正确，A、B两项错误．但它不一定比普通光的强度大，D项错误．
【答案】 C
3．(多选)下列说法正确的是( )
A．激光可用于测距
B．激光能量十分集中，只可用于加工金属材料
C．外科研制的“激光刀”可以有效地减少细菌的感染
D．激光可用于全息照相，记录下物体的三维信息
【解析】 激光平行度好，即使在传播了很远的距离之后，它仍保持一定的强度，此特点可用于激光测距，A正确．激光的亮度高，能量十分集中，可用于金属加工，激光医疗，激光美容，激光武器等，B错误．激光具有很高的相干性，可用于全息照相，由于它记录了光的相位信息，所以看起来跟真的一样，立体感较强，D正确．由于激光亮度高、能量大，在切割皮肤等的同时，也能杀灭细菌，所以C正确．
【答案】 ACD
4．下列应用激光的事例中错误的是( )
A．利用激光进行长距离精确测量
B．利用激光进行通信
C．利用激光进行室内照明
D．利用激光加工坚硬材料
【答案】 C
1．(多选)将激光束的宽度聚焦到纳米级(10－9m)范围内，可修复人体已损坏的器官，可对DNA分子进行超微型基因修复，把至今尚令人无奈的癌症、遗传疾病彻底根除，以上功能是利用了激光的( )
A．单色性好 B．平行度好
C．粒子性 D．高能量
【解析】 激光的平行度好，故可聚焦到很小的范围；激光的亮度高、能量大，故可修复器官．
【答案】 BD
2．让激光照到VCD机、CD机或计算机的光盘上，就可以读出盘上记录的信息，经过处理后还原成声音和图像，这是利用激光的( )
A．平行度好，可以会聚到很小的一点上
B．相干性好，可以很容易形成干涉图样
C．亮度高，可以在很短时间内集中很大的能量
D．波长短，很容易发生明显的衍射现象
【解析】 激光的特点之一是平行度好，它可以会聚到一个很小的点上，DVD、VCD、CD唱机或电脑上的光驱及刻录设备就利用了激光的这一特点，选项A正确，B、C、D错误．
【答案】 A
3．(多选)以下说法正确的是( )
A．光纤通信利用了激光相干性好的特点
B．激光武器利用了激光亮度高的特点
C．激光写、读利用了激光亮度高的特点
D．激光加工、激光手术和激光武器都利用了激光亮度高的特点
【解析】 由激光的几种特点及应用可知A、B、D正确．
【答案】 ABD
4．(多选)关于立体电影，以下说法正确的是( )
A．观众戴上特制眼镜是为了防止伤害眼睛
B．这副眼镜其实就是一对偏振方向互相垂直的偏振片
C．戴上特制眼镜的观众若只用一只眼睛看，则银幕上只是一片光亮而无图像
D．产生立体视觉是因人的两只眼睛同时观察物体时，形成的在视网膜上的像并不完全相同
【解析】 看立体电影必须用偏振片才能达到好的效果．
【答案】 BD
5．(多选)在垂直于太阳光的传播方向前后放置两个偏振片P和Q，在Q的后边放上光屏，以下说法正确的是( )
A．Q不动，旋转偏振片P，屏上光的亮度不变
B．Q不动，旋转偏振片P，屏上光的亮度时强时弱
C．P不动，旋转偏振片Q，屏上光的亮度不变
D．P不动，旋转偏振片Q，屏上光的亮度时强时弱
【解析】 P是起偏器，它的作用是把太阳光(自然光)变为偏振光，该偏振光的振动方向与P的透振方向一致，所以当Q与P的透振方向平行时，通过Q的光强最大；当Q与P的透振方向垂直时，通过Q光强最小，即无论旋转P或Q，屏上的光强都是时强时弱的．
【答案】 BD
6．(多选)(2013·宁德高二检测)如图5－3－3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，看不到光亮，则( )
图5－3－3
A．图中a光为偏振光
B．图中b光为偏振光
C．以SP为轴将B转过180°后，在P处将看到光亮
D．以SP为轴将B转过90°后，在P处将看到光亮
【解析】 自然光沿各个方向是均匀分布的，通过偏振片后，透射光是只有沿着某一特定方向振动的光．从电灯直接发出的光为自然光，则A错；它通过A偏振片后，即变为偏振光，则B对；设通过A的光沿竖直方向振动，若B偏振片只能通过沿水平方向振动的偏振光，则P点无光亮，将B转过180°后，P处仍无光亮，即C错；若将B转过90°，则该偏振片将变为能通过竖直方向上振动的光的偏振片，则偏振光能通过B，即在P处有光亮，即D对．
【答案】 BD
7．激光具有相干性好、平行度好、亮度高等特点，在科学技术和日常生活中应用广泛．下面关于激光的叙述正确的是( )
A．激光是纵波
B．频率相同的激光在不同介质中的波长相同
C．两束频率不同的激光能产生干涉现象
D．利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离
【解析】 光波都是横波，波长与频率和介质都有关，只有频率相同的光才能干涉．
【答案】 D
图5－3－4
8．(多选)(2013·青岛高二检测)奶粉的碳水化合物(糖)的含量是一个重要指标，利用旋光仪可以测量糖溶液的浓度，从而测定含糖量．其原理是：偏振光通过糖的水溶液后，若迎着射来的光线看，偏振光的偏振方向会以传播方向为轴线，旋转一个角度θ，这一角度称为“旋光角”，θ的值与糖溶液的浓度有关，将θ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5－3－4所示，S是自然光源，A、B是偏振片，绕中心轴转动偏振片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处光的强度最大，则偏振片B转动的角度等于θ
D．将偏振片A转动一个角度，使得O处光的强度最大，则偏振片A转过的角度等于θ
【解析】 根据题意可知，开始A、B两偏振片的透光方向相同，当被测样品置于A、B之间时，光线旋转一个角度θ，因此到达O处光的强度会明显减弱；为了使O处的光线强度最大，则必须将其中一个偏振片旋转角度θ，光线穿过偏振片时，光的偏振方向与偏振片的透光方向一致．
【答案】 ACD
9．(多选)激光器发光功率为P，发出的激光在折射率为n的介质中波长为λ，c表示光在真空中的速度，下列说法中正确的是( )
A．该光在真空中的波长为nλ
B．该光在真空中的波长为λ/n
C．该光的频率为c/λ
D．该光的频率为
【解析】 n＝，c＝fλ0，v＝fλ，所以λ0＝nλ
f＝＝.
【答案】 AD
10．(2013·四川高考)光射到两种不同介质的分界面，分析其后的传播情形可知( )
A．折射现象的出现说明光是纵波
B．光总会分为反射光和折射光
C．折射光与入射光的传播方向总是不同的
D．发生折射是因为光在不同介质中的传播速度不同
【解析】 光的折射不能反映光是纵波还是横波，由光的偏振现象可知光是横波，选项A错误；当光从光密介质射入光疏介质，且入射角大于等于临界角时，发生全反射现象，没有折射光，选项B错误；当光线垂直于界面入射时，折射光与入射光的传播方向相同，选项C错误；发生折射是因为光的传播速度在不同介质中不同，选项D正确．
【答案】 D
图5－3－5
11．(2013·攀枝花高二检测)如图5－3－5所示，杨氏双缝实验中，下述情况能否看到干涉条纹？说明理由．
(1)在单色自然光源S后加一偏振片P.
(2)在(1)情况下，再加偏振片P1、P2，P1与P2透光方向垂直．
【解析】 (1)到达S1、S2的光是从同一偏振光分解出来的，它们满足相干条件，能看到干涉条纹．且由于偏振片很薄，对光程差的影响可忽略，干涉条纹的位置与间距和没有P时基本一致，只是强度由于偏振片吸收而减弱．
(2)由于从P1、P2射出的光方向相互垂直，不满足干涉条件，故光屏被均匀照亮，无干涉现象．
【答案】 见解析
12．应用激光平行性好的特性，可以精确地测量距离．对准目标发射一个极短的激光脉冲，测量发射脉冲与收到反射脉冲的时间间隔，就可以求出激光器到目标的距离．若在地球上向月球发射一个激光脉冲，测得从发射到收到反射脉冲所用的时间为2.56 s，求月球到地球的距离大约是多少？
【解析】 真空中的光速c＝3.0×108 m/s，
从发射脉冲到收到反射脉冲所用时间t＝2.56 s，月球与地球距离为：
l＝ct＝×3.0×108×2.56 m＝3.84×105 km
【答案】 3.84×105 km
综合检测(五)
第5章 光的干涉 衍射 偏振
(分值：100分 时间：60分钟)
一、选择题(本题包括7小题，每小题6分，共42分，第1－4小题只有一项符合题目要求，第5－7小题有多项符合题目要求，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或不选的得0分)
1．光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是( )
A．用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象
B．用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象
C．在光导纤维束内传送图象是利用光的色散现象
D．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象
【解析】 用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用薄膜干涉的原理，选项A错；用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的色散，选项B错；在光导纤维束内传送图象是利用光的全反射，选项C错；光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，选项D对．
【答案】 D
2．光的偏振现象说明光是横波．下列现象中不能反映光的偏振特征的是( )
A．一束自然光相继通过两个偏振片，以光束为轴旋转其中一个偏振片，透射光的强度发生变化
B．一束自然光入射到两种介质的分界面上，当反射光线与折射光线之间的夹角恰好是90°时，反射光是偏振光
C．日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使景象更清晰
D．通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹
【解析】 在垂直于传播方向的平面上，只沿着某个特定方向振动的光是偏振光，A、B选项反映了光的偏振特性，C是偏振现象的应用，D是光的衍射现象．
【答案】 D
3．用单色光通过小圆盘与小圆孔做衍射实验时，在光屏上得到衍射图形，它们的特点是( )
A．用小圆盘时中央是暗的，用小圆孔时中央是亮的
B．中央均为亮点的同心圆形条纹
C．中央均为暗点的同心圆形条纹
D．用小圆盘时中央是亮的，用小圆孔时中央是暗的
【解析】 圆盘的衍射条纹中间为一亮斑且条纹外面是亮的，而小孔的衍射条纹外面是暗的．
【答案】 B
4．通过游标卡尺两脚间的狭缝观看与缝平行的红色灯泡的灯丝，可以看到亮暗相间的衍射条纹，如果将狭缝调整得更窄，衍射条纹的中央亮条纹宽度和亮度的变化情况是( )
A．变窄、变亮 B．变宽、变亮
C．变窄、变暗 D．变宽、变暗
【解析】 把狭缝调整到更窄时，衍射现象将明显，表现为中央亮条纹更宽．但由于狭缝更窄，透过光量减小，条纹将变暗．
【答案】 D
图1
5．用波长为λ的单色光照射单缝O，经双缝N、M在屏上产生亮暗相间的干涉条纹，如图1所示，图中a、b、c、d、e为相邻亮条纹的位置，c为中央亮条纹，则光从( )
A．O到达a、b的路程差为零
B．N、M到达b的路程差为λ
C．O到达a、c的路程差为4λ
D．N、M到达e的路程差为2λ
【解析】 干涉时出现亮条纹的条件是路程差为半个波长的偶数倍，出现暗条纹的条件是路程差为半个波长的奇数倍，而路程差是指双缝到屏的距离，故A、C错．
【答案】 BD
6．(2012·全国高考)在双缝干涉实验中，某同学用黄光作为入射光．为了增大干涉条纹的间距，该同学可以采用的方法有( )
A．改用红光作为入射光
B．改用蓝光作为入射光
C．增大双缝到屏的距离
D．增大双缝之间的距离
【解析】 根据Δx＝λ，要增大条纹间距Δx，将L、λ增大或将d减小均可以，红光比黄光波长大，故A选项正确；而蓝光比黄光波长小，故B选项错误；增大双缝到屏的距离L，则Δx增大，故C选项正确；增大双缝间距d，则Δx变小，故D选项错误．
【答案】 AC
7．用激光做单缝衍射实验和双缝干涉实验，比普通光源效果更好，图象更清晰．如果将感光元件置于光屏上，则不仅能在光屏上看到彩色条纹，还能通过感光元件中的信号转换，在电脑上看到光强的分布情况．下列说法正确的是( )
图2
A．当做单缝实验时，光强分布图如乙所示
B．当做单缝实验时，光强分布图如丙所示
C．当做双缝实验时，光强分布图如乙所示
D．当做双缝实验时，光强分布图如丙所示
【解析】 当做单缝实验时，中间是亮条纹，往两侧条纹亮度逐渐降低，且亮条纹的宽度不等，所以其光强分布图如乙所示，A项正确，B项错误；当做双缝实验时，在屏上呈现的是宽度相等的亮条纹，所以其光强分布图如丙所示，C项错误，D项正确．
【答案】 AD
二、非选择题(本题共5小题，共58分．按题目要求作答．解答题应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分．有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位．)
8．(13分)在双缝干涉实验中，要使屏上单色光的干涉条纹之间的距离变宽，可采取以下措施：
①_______________________________________________________________
②________________________________________________________________
③________________________________________________________________
为测量红光的波长，现测得屏上6条亮条纹间的距离为7.5 mm，已知双缝间的距离为0.5 mm，双缝到屏幕的距离为1 m，则此红光波长为________．
【解析】 在双缝干涉实验中，根据公式Δy＝λ可知，要使屏上单色光的干涉条纹之间的距离变宽，可以采取的措施是：①使用波长较长的单色光．②增加双缝到光屏间的距离或选用较长的遮光筒．③减小双缝之间的距离．
根据测量值，计算相邻条纹间的距离：
Δy＝＝mm＝1.5 mm
再代入公式求得该红光的波长为
λ＝Δy＝7.5×10－7 m
【答案】 使用波长较长的单色光 增加双缝到光屏间的距离或选用较长的遮光筒 减小双缝之间的距离
7．5×10－7 m
9．(9分)用干涉法检查平整的工作表面，产生的干涉条纹是一组平行的直线．若将标准样板向上平移，如图3甲所示，干涉条纹将________(选填“变密”“变疏”或“不变”，下同)；若增大标准样板与被检查平面间的角度，如下图乙所示，干涉条纹会________；若在楔形空气层内充满折射率为n的某种透明介质，如下图丙所示，干涉条纹会________．
甲 乙 丙
图3
【答案】 不变 变密 变密
10．(9分)用三角形单色光源照射带有圆孔的不透明挡板，当圆孔的直径分别为1 cm、1 mm和0.5μm时，圆孔后的光屏上分别出现_________、___________和_________图样．
【答案】 与圆孔形状相同的光斑 倒立的三角形光斑 中央为亮斑，周围有明暗相间的同心圆环
11．(13分)利用双缝干涉测定单色光波长，某同学在做该实验时，第一次分划板中心刻度对齐A条纹中心时(图4甲)，游标卡尺的示数如图丙所示，第二次分划板中心刻度对齐B条纹中心时(图乙)，游标卡尺的示数如图丁所示，已知双缝间距为0.5 mm，从双缝到屏的距离为1 m，则图丙中游标卡尺的示数为________ mm.图丁游标卡尺的示数为________ mm.在实验中，所测单色光的波长为________ m．在本实验中如果在双缝上各有一个红色和绿色滤光片，那么在光屏上将________(选填“能”或者“不能”)看到明暗相间的条纹．
图4
【解析】 根据游标卡尺的原理，可读出图丙的示数为11.4 mm；图丁的示数是16.8 mm.Δy＝ mm＝1.35 mm.又根据Δy＝λ，则λ＝＝6.75×10－7 m.
当在双缝上各有一个红色和绿色滤光片时，不满足干涉条件，故不能看到明暗相间的条纹．
【答案】 11.4 16.8 6.75×10－7 不能
12．(14分)如图5所示，在双缝干涉实验中，S1和S2为双缝，P是光屏上的一点，已知P点与S1和S2距离之差为2.1×10－6 m，今分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验．
(1)已知A光在折射率为n＝1.5的介质中波长为4×10－7 m.
(2)已知B光在折射率为5/3的介质中波长为3.15×10－7 m.
问P点是亮条纹还是暗条纹？
图5
【解析】 (1)设A光在空气中波长为λ1，在介质中波长为λ2，由n＝，得λ1＝nλ2＝1.5×4×10－7 m＝6×10－7 m.
根据光程差δ＝2.1×10－6 m．所以N1＝＝＝3.5.由此可知，从S1和S2到P点的光程差δ是波长λ1的3.5倍，所以P点为暗条纹．
(2)B光在空气中波长λ3为
λ3＝nλ介＝×3.15×10－7 m＝5.25×10－7 m.
由光程差δ和波长λ3的关系N2＝＝＝4，可知，用B光作光源，P点为亮条纹．
【答案】 (1)暗条纹 (2)亮条纹
