考向二 光的干涉、衍射和偏振

(共40张PPT)
专题十四 光学
考向二 光的干涉、衍射和偏振
2025年高考物理专题复习资料
考点切片
考点1 光的干涉
1.（2024吉林卷）某同学自制双缝干涉实验装置：在纸板上割出一条窄缝，于窄缝中央
沿缝方向固定一根拉直的头发丝形成双缝，将该纸板与墙面平行放置，如图所示。用绿
色激光照射双缝，能够在墙面上观察到干涉条纹。下列做法可以使相邻两条亮条纹中心
间距变小的是( )
A
A.换用更粗的头发丝 B.换用红色激光照射双缝
C.增大纸板与墙面的距离 D.减小光源与纸板的距离
【解析】
相邻亮条纹中心 间距公式 换用更粗的头发丝,则双缝间距 增大 变小 A（√）
换用红色激光照射双缝,即光的波长 增大 变大 B（ ）
增大纸板与墙面的距离,即 增大 变大 C（ ）
减小光源与纸板的距离 不变 D（ ）
2.（2024山东卷）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 与待测滚珠
、 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即为合
格，下列说法正确的是( )
C
A.滚珠、均合格 B.滚珠、 均不合格
C.滚珠合格，滚珠不合格 D.滚珠不合格，滚珠 合格
【解析】 单色平行光垂直照射平板玻璃,上、下玻璃上表面的反射光在上玻璃上表面发
生干涉,形成干涉条纹,路程差为两块玻璃距离的两倍。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,即滚珠的直径与滚珠的相等,滚珠 合格；不同的干涉
条纹位置处光的路程差不同,则滚珠的直径与滚珠的不相等,即滚珠 不合格,C正确。
跳跳学长 有话说
通过从实际生产生活中提取情境,进而抽象出物理模型,考查考生对知识的理解和应用能
力,是新高考最常用的命题方式。本题以检测球形滚珠直径是否合格的装置为情境,设问
判断滚珠是否合格,考查光的干涉的知识,要求考生能够全面了解干涉条纹的特点,并能够
与滚珠合格的条件进行联系,强化了考生对所学知识在生产生活中应用的认知,引导考生
从关注“解题”能力到关注“解决问题”能力的转变。
3.（2024河南信阳模拟）如图所示，把一矩形均匀薄玻璃板 压在另一个矩形平行
玻璃板上， 一侧用薄片垫起，将红单色光从上方射入，这时可以看到明暗相间的条
纹，下列关于这些条纹的说法正确的是( )
D
A.条纹与 边平行
B.乙图弯曲条纹表示下方待测板在该处有凹陷
C.如果用手用力捏右侧三层，会发现条纹保持间距不变，整体向 侧移动
D.看到的条纹越多，说明薄片的厚度越厚
【解析】 空气层厚度相同处产生的条纹明暗情况相同,因此条纹应与 边平行。
根据薄膜干涉的产生原理可知,题图乙中弯曲条纹表示该处有凸起。
设亮纹间隔数为，每两条亮纹对应光的路程差为，故 ,如果用手用力捏
右侧三层,则减小，减小，亮纹间隔增大，所以条纹向着 侧移动。
看到的条纹越多,说明相邻亮条纹间距越小,干涉条纹越密,说明薄片的厚度越厚。
跳跳学长 传妙招
被测平面凹下或凸起的形象判断法
被测平面凹下或凸起的形象判断法——矮人行走法,即把干涉条
纹看成“矮人”的直立行走轨迹,让一个小矮人在两板间沿着一条
（1）若遇一凹下,他必向薄膜的尖端去绕,方可按上述要求过去,即条纹某处弯向薄膜尖
端,该处为凹下。
（2）若遇一凸起,他必向薄膜的底部去绕,方可按上述要求过去,即条纹某处弯向薄膜底
部,该处为凸起。因此,条纹向薄膜尖端弯曲时,说明凹下,反之,则凸起。
条纹直立行走,始终保持脚踏被测板,头顶样板,如图。在行走过程中：
4.［多选］（2024广西卷）如图所示，为单色光源， 发出的光一部分直接照在光屏上，
一部分通过平面镜反射到光屏上。从平面镜反射的光相当于 在平面镜中的虚像发出的，
由此形成了两个相干光源。设光源到平面镜和到光屏的距离分别为和， ，镜面
与光屏垂直，单色光波长为 。下列说法正确的是( )
AD
A.光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为
B.光屏上相邻两条暗条纹的中心间距为
C.若将整套装置完全浸入折射率为 的蔗糖溶液中，此时单色光
的波长变为
D.若将整套装置完全浸入某种透明溶液中，光屏上相邻两条亮条
纹的中心间距为，则该液体的折射率为
【解析】 根据光的反射对称性可知光源与平面镜中的虚像距离为 ,根据条
纹间距公式可知 。
若将整套装置完全浸入折射率为的蔗糖溶液中,光的频率不变,根据 ,
,其中为在真空中的光速,则 。
若将整套装置完全浸入某种透明溶液中,光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为 ,根
据条纹间距公式有,可得,结合C选项的分析可知 ,所以
。
跳跳学长 有话说
研究光的干涉现象时的三点注意：
1.只有相干光才能形成稳定的干涉图样,光的干涉是有条件的。
2.单色光形成明暗相间的干涉条纹,白光形成彩色条纹。
3.双缝干涉条纹间距：,其中是双缝到光屏的距离,是双缝间的距离, 是入射
光的波长。
考点2 光的衍射和偏振
5.（2024江苏卷）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( )
D
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,将手机屏幕旋
转 ,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。
6.（2024湖北武汉期末）用如图甲所示装置做圆孔衍射实验，在屏上得到的衍射图样如
图乙所示，实验发现，光绕过孔的边缘，传播到了相当大的范围。下列说法正确的是
( )
B
A.此实验说明了光沿直线传播
B.圆孔变小，衍射图样的范围反而变大
C.圆孔变小，中央亮斑和亮纹的亮度反而变大
D.用不同波长的光做实验，衍射图样完全相同
【解析】 此实验说明了光的衍射现象。
圆孔变小,衍射现象更明显,透光强度变小,中央亮斑和亮纹的亮度变小,衍射图
样的范围变大。
用不同波长的光做实验,衍射图样并不相同,因为对同一圆孔而言,波长越长的光,衍
射现象越明显。
觉醒集训
1.（2024天津南开中学模拟）关于甲、乙、丙、丁四个实验，以下
说法正确的是( )
D
A.四个实验产生的条纹均为干涉条纹
B.甲、乙两实验产生的条纹均为等距条纹
C.在丙实验中，产生的条纹间距越大，该光的频率越大
D.在丁实验中，适当减小单缝的宽度，中央条纹会变宽
【解析】 甲、乙、丙实验产生的条纹均为光的干涉条纹,而丁实验中产生的条纹是
光的衍射条纹。
甲实验产生的条纹为等距条纹,而乙实验中空气薄层非均匀变化,则干涉条纹间距不
相等。
根据干涉条纹间距公式 ,在丙实验中,产生的条纹间距越大,则波长越长,频
率越小。
在丁实验中,产生的明暗条纹间距不相等,若减小单缝的宽度,衍射更明显中央条纹会
变宽。
跳跳学长 有话说
光的干涉 薄膜干涉 由薄膜的前、后两个表面反射的光叠加形成干涉条纹。 应用 .可以作用于光学镜头上；
.可以检验工件表面是否平整。
双缝干涉 条纹等间隔,相邻亮纹（暗纹）间的距离为 ,用此公 式可以测定单色光的波长。 光的衍射 发生明显衍 射的条件 障碍物或小孔的尺寸跟光的波长相差不多,甚至比光的波长 还小。 光的偏振 光的偏振说明光波是横波。 2.（2024年6月浙江卷）如图为水流导光实验,出水口受激光照射,下面桶中的水被照亮,则
( )
B
A.激光在水和空气中速度相同 B.激光在水流中有全反射现象
C.水在空中做匀速率曲线运动 D.水在水平方向做匀加速运动
【解析】 由于水和空气的折射率不同,所以激光在水和空气中速度不相同。
水流导光的原理是激光在水流中发生全反射,出水口受激光照射,激光在水流中经过
多次全反射,照到下面桶中的水从而使其被照亮。
水在空中做平抛运动,速率不断增大。
水在水平方向做匀速运动,在竖直方向做匀加速运动。
3.（2024广东卷）如图所示，红绿两束单色光同时从空气中沿同一路径以角从 面
射入某长方体透明均匀介质，折射光束在面发生全反射，反射光射向面。若 逐
渐增大，两束光在 面上的全反射现象会先后消失。已知在该介质中红光的折射率小
于绿光的折射率。下列说法正确的是( )
B
A.在面上，红光比绿光更靠近 点
B. 逐渐增大时，红光的全反射现象先消失
C.逐渐增大时，入射光可能在 面发生全反射
D.逐渐减小时，两束光在 面的折射角逐渐增大
【解析】 已知红光的折射率小于绿光的折射率。在 面,两束光入射角相同,根据
折射定律,可知绿光在 面的折射角较小,根据几何关系可知绿光比红光更靠近
点。
根据全反射临界角公式,可知红光发生全反射的临界角较大, 逐渐增大时,
折射光线与面的交点左移,在 面的入射角先小于红光发生全反射的临界角,所以红
光的全反射现象先消失。（【快解】像这种判断两种色光哪一种全反射先消失的问题,
几乎都是折射率小的光全反射现象先消失。可以这样想,原来两种光线均能发生全反射,
说明在分界面的入射角均大于各自的临界角,而后光线在移动过程中,入射角在减小,而折
射率小的光线对应的临界角大,其入射角更容易减小到临界角,故全反射现象先消失。）
光从空气射入介质中,是从光疏介质到光密介质,无论多大,在 面都不可能发生
全反射。（【提醒】全反射的条件:①光必须从光密介质斜射入光疏介质,②入射角必须
大于或等于临界角。）
根据折射定律可知,逐渐减小时,两束光在 面的折射角逐渐减小。
. .
. .
4.［多选］（2024甘肃卷）如图为一半圆柱形均匀透明材料的横截
面，一束红光从空气沿半径方向入射到圆心。当 时，
反射光和折射光 刚好垂直。下列说法正确的是( )
ABC
A.该材料对红光的折射率为
B.若，光线 消失
C.若入射光变为白光，光线 为白光
D.若入射光变为紫光，光线和 仍然垂直
【解析】 根据几何关系可知,当入射角 时,折射角
,如图所示,根据折射定律可得 。
根据全反射临界角公式可知 ,由于
,则,因此时,光在 点发生全反
射,光线 消失。
光在界面处发生反射时,不改变光的颜色,则入射光的颜色与反射光的颜色相同。
若入射光 变为紫色,材料对该光的折射率增大,则光在界面处的折射角增大,反射角
不变,根据几何关系可知,光线和的夹角将小于 。
5.（2024山东省实验中学模拟）地球大气层对光线
的折射会使我们提前看到日出，称为蒙气差效应。
地理老师制作了教具来演示这一效应，如图所示为
教具中“地球”的北极俯视图，“地球”半径为 ，
绕“地轴”逆时针自转周期为，折射率为 的“大
B
A. B. C. D.
气层”厚度为 。以平行光入射充当“太阳光”，则由于“大气层”的存在，“地球赤道”
上的点相对于没有“大气层”将提前约多长时间看到“太阳光” （参考数据：
， ）( )
【解析】 由于光线发生折射,本来看不见太阳的地方看到了
太阳。要求“地球赤道”上的点相对于没有“大气层”提前多长
时间看到“太阳光”,我们可找到某一条“太阳光”经过大气层折
射后与“地球赤道”相切于点 （【点拨】此时在“地球赤道”的
点 的人正好可观察到第一道曙光。）。若没有“大气层”,该
点跟随“地球”自转经过一定时间到达某一点 时,“太阳光”能
第一次照射到点点。求出“地球”从点转到 的时间即可。(【点拨】此时在“地球赤
道”的点 的人正好可观察到第一道曙光。)
. .
. .
.
.
有“大 气层” 光路如图所示,点观察到第一道曙光时,设光在大气层外的入射角为 ,进入大
气层后的折射角为,由几何关系可得,解得 ,根
据,可得,解得 。
无“大 气层” 点需随地球转动到 点时才能观察到日出,由几何关系有
（【点拨】 ,
,。）,故提前看到“太阳光”的时间为 ,B正
确。
. .
6.（2025四川达州模拟）如图所示，一棱镜的横截面为直角三角形
,，斜边 。在此截面所在的平面内，一条光线沿
图示方向从边的中点射入棱镜，光线恰好垂直于 边射出。在截
面所在的平面内将入射光线绕点顺时针方向转动 角时，光线恰好
垂直于 边射出。不考虑光线沿原路返回的情况，已知棱镜对该光的
折射率，光在真空中的传播速度为 ,求:
（1） 光线绕点顺时针方向转过的角度 ;
【答案】
【解析】 光线垂直 边射出时的光路如图1所示,
图1
由几何关系得 ,
又,故 ,
可得 ,
光线垂直 边射出时的光路如图2所示,
图2
由几何关系得 ,
故 为等腰三角形,
,
又,故 ,
可得 ,
则入射光线绕 点顺时针方向转过的角度为
。
（2） 从边垂直射出的光线在棱镜中传播的时间 。
【答案】
【解析】 根据几何关系得
, ,
,
,
故 ,
光线在棱镜中传播的距离为 ,
又有, ,
联立解得 。
觉醒原创
1.［多选］如图，一横截面为直角三角形的玻璃砖，， ，一束
平行于边的单色光从边上的点射入玻璃砖，经边折射后打到边上的 点，
已知，，，光在真空传播的速度为，玻璃砖的折射率为 ，
则下列说法正确的是( )
AD
A.
B.如果逐渐增大光在点的入射角，光可能在 面上发生全反射
C.该单色光经边折射后在边上的 点射出玻璃砖
D.光从点入射到从玻璃砖射出所经历的最短时间为
【解析】 在三角形 中,根据余弦定理可知
,解得,所以三角形 为
等腰三角形,则,,作出过 点的法线,如图所
示,根据几何关系可得光线在点入射角为,折射角为 ,根
据光的折射定律,玻璃砖的折射率 。
光从光密介质射入光疏介质才可能发生全反射,光从光疏介质射入
光密介质时不可能发生全反射。
设发生全反射的临界角为,则,根据几何关系可得光在 面上的入射
角为（【易错】入射角是入射光线与法线的夹角,所以这里的入射角为 的余
角。）,,所以光在面上发生全反射,不从 面射出。
作出面上入射光线,如图所示,根据几何关系可得在面上的入射角为 ,
,所以在面上不发生全反射,光最先从 面射出,根据几何关系得
,所以光从 点入射到从玻璃砖射
出所经历的最短时间 。
. .
. .
2.某同学采用图甲所示的装置研究光的干涉现象，两狭缝、间距离、两狭缝 、
宽度和狭缝到光屏的距离 均可调，一束红光通过该装置得到的干涉图样如图乙所示。
则下列说法正确的是( )
A.干涉图样中相邻两个亮条纹中心的间距和相邻两个暗条纹中心的间距不相等
B.若只将红光换成绿光，其他条件不变，则干涉图样中相邻亮条纹间的距离 一定增大
C.若增大狭缝到光屏的距离，同时适当减小两狭缝、宽度 ，其他条件不变，则干
涉图样中相邻亮条纹间的距离 一定增大
D.若减小狭缝到光屏的距离，同时减小两狭缝、间距离 ，其他条件不变，则干涉
图样中相邻亮条纹间的距离 一定减小
√
【解析】 干涉图样中相邻的两个亮条纹中心间距和相邻的两个暗条纹中心间距是
相等的。
根据双缝干涉的条纹间距公式 ,可知对于同一双缝干涉实验装置,光的波长
越长,干涉条纹的间距越大,绿光的波长小于红光的波长,换成一束绿光后干涉图样中相邻
亮条纹间的距离 一定减小。
根据双缝干涉的条纹间距公式 ,可知相邻亮条纹间的距离与两狭缝 、
宽度无关,若增大狭缝到光屏的距离,相邻亮条纹间的距离 一定增大。
根据双缝干涉的条纹间距公式 ,可知狭缝到光屏的距离和、间距离
都变化时,相邻亮条纹间的距离取决于两量的比值,若减小狭缝到光屏的距离 ,同时减
小两狭缝、间距离,则干涉图样中相邻亮条纹间的距离 的变化不确定。
3.玻璃砖是一种光学性能较理想的装饰材料，在室内装饰装修中被广泛应用。如图所示，
一横截面为半圆形的透明玻璃砖，其圆心为，半径为， 为半圆的直径，一束红色
光从点垂直于直径射入玻璃砖，已知 ，光线第一次射到玻璃砖圆弧面
上时恰好在点发生全反射，光在真空中传播的速度大小为 。求:
（1） 玻璃砖相对于该红色光的折射率 ；
【答案】
【解析】 作出光线在玻璃砖内传播的光路图如图所示,光线在 点恰好
发生全反射,设在点的入射角为临界角,
根据几何关系可得
即
根据折射定律有
解得 。
（2） 红色光从点入射到第一次射出玻璃砖所经历的时间 。
【答案】
【解析】 根据光的反射定律可得,在中,则 为
等边三角形,光在点的入射角,则光线在 点也恰好发生全反射。根据光的
反射定律,在点的反射角,根据几何关系可得在点的入射角,
则光线在点也恰好发生全反射,根据光的反射定律可知光线在 点的反射角
,又因为,则光线最终垂直于 面射出玻璃砖,光路图如图所
示。
根据几何关系可得
光在玻璃砖中传播的速度大小为
传播的时间为
解得 。