第2讲 光的干涉、衍射和偏振
■目标要求
1.知道双缝干涉和薄膜干涉现象,掌握形成明暗条纹的条件。2.知道光的衍射、偏振现象,知道产生明显衍射现象的条件。3.会用双缝干涉测量光的波长。
考点1 光的干涉现象
必|备|知|识
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。
3.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;白光照射时,中央为 条纹,其余为 条纹。
4.薄膜干涉:利用薄膜(如肥皂液薄膜) 反射的光相遇而形成的。图样中同一条亮(或暗)条纹上所对应薄膜厚度 。
(1)频率不同的两列光波不能发生干涉现象()
(2)双缝干涉实验中,用单色光照射能形成明暗相间的干涉条纹,用白光照射时不能产生干涉现象()
(3)薄膜干涉是经薄膜前后表面反射光叠加后发生干涉的结果()
关|键|能|力
考向1 双缝干涉
1.条纹间距公式:Δx=λ,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.亮暗条纹的判断方法。
如图所示,光源S1、S2发出的光到屏上P'点的路程差为Δr=r2-r1。
(1)当Δr=kλ(k=0,1,2,…)时,光屏上P'处出现亮条纹。
(2)当Δr=(2k+1)(k=0,1,2,…)时,光屏上P'处出现暗条纹。
【典例1】 (多选)(2024·广西卷)如图,S为单色光源,S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S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S到平面镜和到光屏的距离分别为a和l,a l,镜面与光屏垂直,单色光波长为λ。下列说法正确的是( )
A.光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为λ
B.光屏上相邻两条暗条纹的中心间距为λ
C.若将整套装置完全浸入折射率为n的蔗糖溶液中此时单色光的波长变为nλ
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Δx,则该液体的折射率为λ
审题指导
序号 信息读取 信息加工
1 从平面镜反射的光相当于S在平面镜中的虚像发出的,由此形成了两个相干光源 等效于双缝干涉中双缝间距离d=2a
2 将整套装置完全浸入折射率为n的蔗糖溶液中 光在溶液中的波长λ'=
3 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Δx 相邻两条亮条纹中心间距Δx=λ2,λ2=
失分 剖析 (1)对双缝干涉的原理理解不到位;(2)不能认识到光在不同介质中的波长不同。
考向2 薄膜干涉
1.形成。
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,在膜的前表面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.亮、暗条纹的判断。
(1)在P1、P2处,两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr等于波长的整数倍,即Δr=nλ(n=1,2,3,…),薄膜上出现亮条纹。
(2)在Q处,两列反射回来的光波的路程差Δr等于半波长的奇数倍,即Δr=(2n+1)(n=0,1,2,3,…),薄膜上出现暗条纹。
【典例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( )
甲 乙
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
审题指导
序号 信息读取 信息加工
1 将标准滚珠a与待测滚珠b、c放置在两块平板玻璃之间 若合格,则两块玻璃之间的空气膜厚度相同;若不合格,则两块玻璃之间的空气膜厚度不相同
2 单色平行光垂直照射平板玻璃 空气膜的上、下表面的反射光叠加形成干涉条纹
失分 剖析 对薄膜干涉理解不到位,不能用该原理解决实际问题
考点2 光的衍射和偏振现象
必|备|知|识
1.光的衍射。
发生明显衍射的条件:只有当障碍物的尺寸与光的波长 ,甚至比光的波长 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相同。
(2)偏振光:在垂直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)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 ()
关|键|能|力
1.单缝衍射与双缝干涉的比较。
单缝衍射 双缝干涉
不同点 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
亮度情况 中央条纹最亮,两边变暗 条纹清晰,亮度基本相等
相同点 干涉、衍射都是波特有的现象,属于波的叠加;干涉、衍射都有明暗相间的条纹
2.光的干涉和衍射的本质。
光的干涉和衍射都属于光的叠加,从本质上看,干涉条纹和衍射条纹的形成有相似的原理,都可认为是从单缝通过两列或多列频率相同的光波,在屏上叠加形成的。
考向1 光的衍射
【典例3】 一束红光经过狭缝在光屏上得到如图所示的图样,则( )
A.该图样属于红光的干涉图样
B.狭缝宽度必远大于红光波长
C.光沿直线传播只是近似规律
D.减小狭缝宽度,条纹间距变窄
考向2 光的干涉和衍射的比较
【典例4】 如图所示的4种明暗相间的条纹,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)。则在下面的四个图中,哪个图是蓝光形成的干涉图样( )
A B C D
考向3 光的偏振
【典例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( )
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
考点3 几何光学与物理光学的综合应用
关|键|能|力
1.光从一种介质进入另一种介质时,频率不变,由v=λf知,当频率f不变时,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。
光的颜色 红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫
频率f 低→高
同一介质中折射率n 小→大
同一介质中传播速度v 大→小
波长λ 大→小
临界角C 大→小
通过棱镜的偏折角θ 小→大
【典例6】 夏季常出现如图甲所示的日晕现象,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时的光路图,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( )
甲 乙
A.在冰晶中,b光的波速比a光大
B.通过同一仪器发生双缝干涉,b光的相邻明条纹间距较大
C.若a光能使某金属发生光电效应,则b光也可以使该金属发生光电效应
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
第2讲 光的干涉、衍射和偏振
考点1
必备知识
1.亮 暗 2.相同 3.白色亮 彩色 4.前后表面 相同
微点辨析 (1)√ (2)× (3)√
关键能力
【典例1】 AD 解析 根据光的反射对称性可知光源S与平面镜中的虚像距离为2a,根据条纹间距公式可知Δx=λ=λ,A项正确,B项错误;若将整套装置完全浸入折射率为n的蔗糖溶液中,光的频率不变,根据λf=c,v=λ1f=,其中c为在真空中的光速,则λ1=,C项错误;若将整套装置完全没入某种透明溶液中,光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为Δx,根据条纹间距公式有Δx=λ2,可得λ2=,结合C项的分析可知λ2==,所以n'=λ,D项正确。
【典例2】 C 解析 单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a的直径与滚珠b的直径相等,即滚珠b合格,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c的直径不相等,即滚珠c不合格,C项正确。
考点2
必备知识
1.相差不多 还小 2.(1)一切方向 (2)特定 (3)①偏振片 ②折射 (4)横
微点辨析 (1)× (2)√ (3)√
关键能力
【典例3】 C 解析 红光通过单缝,产生中间宽、两边窄的衍射图样,A项错误;当缝的宽度与光波的波长接近或比光波的波长还小时能发生明显衍射现象,且减小狭缝宽度时,条纹间距变宽,B、D两项错误;光的波长比障碍物小得多时,可以把光的传播看作直线传播,故光沿直线传播只是近似规律,C项正确。
【典例4】 A 解析 干涉图样条纹间的距离都是相等的,衍射图样最中间的条纹最粗,向两旁依次变细,A、C是干涉图样,B、D是衍射图样;又由于蓝光波长较红光短,所以蓝光形成的干涉图样条纹间的距离较小,所以A是蓝光形成的干涉图样。
【典例5】 D 解析 立体影院的特殊眼镜是利用了光的偏振,其镜片为偏振片,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,说明左镜片的偏振方向与光的偏振方向相同,右镜片的偏振方向与光的偏振方向垂直,则将手机屏幕旋转90度后,左镜片变暗,右镜片变亮,D项正确。
考点3
关键能力
【典例6】 C 解析 由题图可知a光的偏折程度比b光的偏折程度小,则冰晶对b光的折射率比对a光的折射率大,根据棱镜色散规律可知a光的频率比b光的频率低,根据v=可知在冰晶中,b光的波速比a光小,A项错误;根据c=λf,a光的波长大于b光的波长,根据双缝干涉条纹间距公式Δx=λ,用同一装置做双缝干涉实验时,a光条纹间距更大,B项错误;由以上分析可知,a光折射率小,频率小,光子能量小,所以a光比b光不容易发生光电效应,若a光能使某金属发生光电效应,则b光也可以使该金属发生光电效应,C项正确;水对a光的折射率比对b光的折射率小,根据sin C=,从水中射入空气发生全反射时,a光的临界角较大,D项错误。(共37张PPT)
第2讲
第十四章 光学
光的干涉、衍射和偏振
目
标
要
求
1.知道双缝干涉和薄膜干涉现象，掌握形成明暗条纹的条件。2.知道光的衍射、偏振现象，知道产生明显衍射现象的条件。3.会用双缝干涉测量光的波长。
考点1 光的干涉现象
考点2 光的衍射和偏振现象
内容
索引
考点3 几何光学与物理光学的综合应用
光的干涉现象
考点1
必|备|知|识
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。
亮
暗
相同
3.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；白光照射时，中央为 条纹，其余为 条纹。
4.薄膜干涉：利用薄膜(如肥皂液薄膜) 反射的光相遇而形成的。图样中同一条亮(或暗)条纹上所对应薄膜厚度 。
白色亮
彩色
前后表面
相同
(1)频率不同的两列光波不能发生干涉现象( )
(2)双缝干涉实验中，用单色光照射能形成明暗相间的干涉条纹，用白光照射时不能产生干涉现象( )
(3)薄膜干涉是经薄膜前后表面反射光叠加后发生干涉的结果( )
考向1
双缝干涉
1.条纹间距公式：Δx=λ，对同一双缝干涉装置，光的波长越长，干涉条纹的间距越大。
关|键|能|力
2.亮暗条纹的判断方法。
如图所示，光源S1、S2发出的光到屏上P'点的路程差为Δr=r2-r1。
(1)当Δr=kλ(k=0，1，2，…)时，光屏上P'处出现亮条纹。
(2)当Δr=(2k+1)(k=0，1，2，…)时，光屏上P'处出现暗条纹。
【典例1】 (多选)(2024·广西卷)如图，S为单色光源，S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S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S到平面镜和到光屏的距离分别为a和l，a l，镜面与光屏垂直，单色光波长为λ。下列说法正确的是( )
A.光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为λ
B.光屏上相邻两条暗条纹的中心间距为λ
C.若将整套装置完全浸入折射率为n的蔗糖溶液中此时单色光的波长变为nλ
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Δx，则该液体的折射率为λ
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1 从平面镜反射的光相当于S在平面镜中的虚像发出的，由此形成了两个相干光源 等效于双缝干涉中双缝间距离d=2a
2 将整套装置完全浸入折射率为n的蔗糖溶液中
3 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Δx
失分剖析 (1)对双缝干涉的原理理解不到位；(2)不能认识到光在不同介质中的波长不同。 根据光的反射对称性可知光源S与平面镜中的虚像距离为2a，根据条纹间距公式可知Δx=λ=λ，A项正确，B项错误；若将整套装置完全浸入折射率为n的蔗糖溶液中，光的频率不变，根据λf=c，v=λ1f=，其中c为在真空中的光速，则λ1=，C项错误；若将整套装置完全没入某种透明溶液中，光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为Δx，根据条纹间距公式有Δx=λ2，可得λ2=，结合C项的分析可知λ2==，所以n'=λ，D项正确。
解析
考向2
薄膜干涉
1.形成。
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，在膜的前表面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.亮、暗条纹的判断。
(1)在P1、P2处，两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr等于波长的整数倍，即Δr=nλ(n=1，2，3，…)，薄膜上出现亮条纹。
(2)在Q处，两列反射回来的光波的路程差Δr等于半波长的奇数倍，即Δr=(2n+1)(n=0，1，2，3，…)，薄膜上出现暗条纹。
【典例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
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1 将标准滚珠a与待测滚珠b、c放置在两块平板玻璃之间 若合格，则两块玻璃之间的空气膜厚度相同；若不合格，则两块玻璃之间的空气膜厚度不相同
2 单色平行光垂直照射平板玻璃 空气膜的上、下表面的反射光叠加形成干涉条纹
失分剖析 对薄膜干涉理解不到位，不能用该原理解决实际问题 单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a的直径与滚珠b的直径相等，即滚珠b合格，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c的直径不相等，即滚珠c不合格，C项正确。
解析
光的衍射和偏振现象
考点2
必|备|知|识
1.光的衍射。
发生明显衍射的条件：只有当障碍物的尺寸与光的波长 ，甚至比光的波长 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相同。
相差不多
还小
一切方向
(2)偏振光：在垂直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)光的偏振现象说明光是一种 波。
特定
偏振片
折射
横
(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 ( )
关|键|能|力
1.单缝衍射与双缝干涉的比较。
单缝衍射 双缝干涉
不同点 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
亮度情况 中央条纹最亮，两边变暗 条纹清晰，亮度基本相等
相同点 干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；干涉、衍射都有明暗相间的条纹 2.光的干涉和衍射的本质。
光的干涉和衍射都属于光的叠加，从本质上看，干涉条纹和衍射条纹的形成有相似的原理，都可认为是从单缝通过两列或多列频率相同的光波，在屏上叠加形成的。
考向1
光的衍射
【典例3】 一束红光经过狭缝在光屏上得到如图所示的图样，则
( )
A.该图样属于红光的干涉图样
B.狭缝宽度必远大于红光波长
C.光沿直线传播只是近似规律
D.减小狭缝宽度，条纹间距变窄
红光通过单缝，产生中间宽、两边窄的衍射图样，A项错误；当缝的宽度与光波的波长接近或比光波的波长还小时能发生明显衍射现象，且减小狭缝宽度时，条纹间距变宽，B、D两项错误；光的波长比障碍物小得多时，可以把光的传播看作直线传播，故光沿直线传播只是近似规律，C项正确。
解析
考向2
光的干涉和衍射的比较
【典例4】 如图所示的4种明暗相间的条纹，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)。则在下面的四个图中，哪个图是蓝光形成的干涉图样( )
干涉图样条纹间的距离都是相等的，衍射图样最中间的条纹最粗，向两旁依次变细，A、C是干涉图样，B、D是衍射图样；又由于蓝光波长较红光短，所以蓝光形成的干涉图样条纹间的距离较小，所以A是蓝光形成的干涉图样。
解析
考向3
光的偏振
【典例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( )
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
立体影院的特殊眼镜是利用了光的偏振，其镜片为偏振片，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，说明左镜片的偏振方向与光的偏振方向相同，右镜片的偏振方向与光的偏振方向垂直，则将手机屏幕旋转90度后，左镜片变暗，右镜片变亮，D项正确。
解析
几何光学与物理光学的综合应用
考点3
关|键|能|力
1.光从一种介质进入另一种介质时，频率不变，由v=λf知，当频率f不变时，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。
光的颜色 红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫
频率f 低→高
同一介质中折射率n 小→大
同一介质中传播速度v 大→小
波长λ 大→小
临界角C 大→小
通过棱镜的偏折角θ 小→大
【典例6】 夏季常出现如图甲所示的日晕现象，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时的光路图，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.在冰晶中，b光的波速比a光大
B.通过同一仪器发生双缝干涉，b光的相邻明条纹间距较大
C.若a光能使某金属发生光电效应，则b光也可以使该金属发生光电效应
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
由题图可知a光的偏折程度比b光的偏折程度小，则冰晶对b光的折射率比对a光的折射率大，根据棱镜色散规律可知a光的频率比b光的频率低，根据v=可知在冰晶中，b光的波速比a光小，A项错误;根据c=λf，a光的波长大于b光的波长，根据双缝干涉条纹间距公式Δx=λ，用同一装置做双缝干涉实验时，a光条纹间距更大，
解析
B项错误；由以上分析可知，a光折射率小，频率小，光子能量小,所以a光比b光不容易发生光电效应，若a光能使某金属发生光电效应，则b光也可以使该金属发生光电效应，C项正确；水对a光的折射率比对b光的折射率小，根据sin C=，从水中射入空气发生全反射时，a光的临界角较大，D项错误。
解析微练48 光的干涉、衍射和偏振
梯级Ⅰ基础练
1.以下说法正确的是( )
A.光的偏振现象说明光是一种纵波
B.不透光圆片后面的阴影中心出现一个亮斑属于光的干涉现象
C.照相机镜头贴增透膜呈淡紫色属于光的衍射现象
D.用点光源照射小圆孔，后面屏上会出现明暗相间的圆环，这是圆孔衍射现象
2.(多选)(2024·江西卷)某同学用普通光源进行双缝干涉测光的波长实验。下列说法正确的是( )
A.光具座上依次摆放光源、透镜、滤光片、双缝、单缝、遮光筒、测量头等元件
B.透镜的作用是使光更集中
C.单缝的作用是获得线光源
D.双缝间距越小，测量头中观察到的条纹数目越多
3.2023年诺贝尔物理学奖颁发给“为研究物质中的电子动力学，而产生阿秒激光的实验方法”方面所做出贡献的三位科学家。下列激光的特性及其应用，正确的是( )
A.实验室里用激光更容易完成双缝干涉实验和衍射实验，是利用激光纯净度高
B.医学上用激光“焊接”剥落的视网膜，是利用激光的相干性
C.激光束很容易给坚硬的材料打孔，是利用激光的平行度好
D.激光能够比较精确测量地球到月球的距离，是利用激光的亮度高
4.如图甲为一显示薄膜干涉现象的实验装置，P是附有肥皂膜的竖直放置的金属线圈，由于重力作用，形成上薄下厚的楔形(如图乙所示)，S是一点燃的酒精灯，往火焰上撒些盐后，在肥皂膜上观察到干涉现象，若实验中将金属线圈在其所在的平面内缓慢旋转，观察到的现象是( )
A.干涉条纹保持不变
B.当金属线圈旋转30°时，干涉条纹同方向旋转30°
C.当金属线圈旋转45°时，干涉条纹同方向旋转90°
D.当金属线圈旋转60°时，干涉条纹同方向旋转30°
5.如图所示为红光、蓝光经过狭缝装置得到的三个图样，狭缝宽度为a，下列说法不正确的是( )
A.三个图均为衍射图样
B.三个图均为干涉图样
C.入射光的频率相同，狭缝越窄，中央亮纹的宽度越宽
D.狭缝宽度不变，入射光的波长越长，中央亮条纹的宽度越宽
6.(多选)(2025·运城模拟)在抽制很细的金属丝的过程中，可以用激光随时监测抽丝的粗细情况。其装置如图甲所示，在抽丝机的细丝出口附近，用一束激光沿与细丝垂直的方向照射细丝，在细丝的另一侧用光屏接收激光。工作人员通过观察光屏上明暗相间亮斑的情况(如图乙所示为沿激光传播方向看到的光屏情况)，便可知道抽制出的细丝是否合格。对于这种监控抽丝机的装置，下列说法正确的是( )
A.这是利用光的干涉现象
B.这是利用光的衍射现象
C.如果屏上条纹变宽，表明细丝粗了
D.如果屏上条纹变宽，表明细丝细了
7.(2024·黑吉辽卷)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，用绿色激光照射双缝，能够在墙面上观察到干涉条纹。下列说法可以使相邻两条亮条纹中心间距变小的是( )
A.使用更粗的头发丝
B.换用红色激光照射双缝头发丝
C.增大纸板与墙面间距离
D.减小光源与纸板间距离
8.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 nm
C.600 nm D.800 nm
梯级Ⅱ能力练
9.某卡片由内外两层胶合而成，内层为黑色塑料，外层为透明、硬质塑料。由于两层间左下角张开进入空气，在激光照射下仔细观察会看到明暗相间的条纹(如图甲所示)。已知任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等;任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定。现对卡片左下角施加压力F，如图乙所示。下列说法正确的是( )
A.条纹变疏，且向右上方移动
B.条纹变疏，且向左下方移动
C.条纹变密，且向左下方移动
D.条纹变密，且向右上方移动
10.(多选)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甲、乙两束光。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( )
甲
A.甲光的波长比乙光的长
B.甲光在棱镜中的传播速度比乙光的小
C.图乙中a是乙光的干涉图样
D.图乙中c是甲光的衍射图样
梯级Ⅲ创新练
11.光刻机是制作芯片的核心装置，主要功能是利用光线把掩膜版上的图形印制到硅片上。如图所示，DUV光刻机使用的是深紫外线，其波长为193 nm。为提高投影精细图的能力，在光刻胶和投影物镜之间填充液体以提高分辨率，则与没加入液体相比，下列说法正确的是( )
A.深紫外线进入液体后传播速度变大
B.传播相等的距离，深紫外线在液体中所需的时间更长
C.深紫外线光子的能量在液体中更大
D.深紫外线在液体中更容易发生衍射，能提高分辨率
微练48 光的干涉、衍射和偏振
1.D 解析 光的偏振现象说明光是一种横波,A项错误;不透光圆片后面的阴影中心出现一个亮斑,这是光的衍射现象,B项错误;贴有增透膜的照相机镜头看上去呈淡紫色,是因为增透膜对淡紫色光的透射较少,有一部分反射的紫光,C项错误;用点光源照射小圆孔,后面光屏上会出现明暗相间的圆环,这是圆孔衍射,D项正确。
2.BC 解析 进行双缝干涉测光的波长实验,光具座上依次摆放光源、透镜、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、测量头等元件,A项错误;透镜的作用是使光更集中,B项正确;单缝的作用是获得线光源,C项正确;根据条纹间距公式Δx=λ可知双缝间距d越小,相邻亮条纹的间距较大,测量头中观察到的条纹数目越少,D项错误。
3.A 解析 实验室里用激光更容易完成双缝干涉实验和衍射实验,是利用激光纯净度高,频率单一,相干性好的特点,A项正确;医学上用激光“焊接”剥落的视网膜,是利用激光的亮度高,强度大,能量集中的特点,B项错误;激光束很容易给坚硬的材料打孔,是利用激光的亮度高,强度大,能量集中的特点,C项错误;激光能够比较精确测量地球到月球的距离,是利用激光的平行度好,D项错误。
4.A 解析 在缓慢旋转金属线圈的过程中,由于两层薄膜的厚度不变,故反射光形成的光程差也不会发生变化,故产生的干涉条纹仍保持原来的状态不变,A项正确。
5.B 解析 题中三个图均为衍射图样,A项正确,B项错误;由前两个图样比较可知,入射光的频率相同,狭缝越窄,中央亮纹的宽度越宽,C项正确;红光的波长大于蓝光的波长,由第一个和第三个图样比较可知,狭缝宽度不变,入射光的波长越长,中央亮条纹的宽度越宽,D项正确。
6.BD 解析 由题意知条纹的形成属于单缝衍射,所以这种装置利用光的衍射现象,A项错误,B项正确;由单缝衍射可知,缝变窄,条纹宽度变宽,故如果屏上条纹变宽,表明细丝变细了,C项错误,D项正确。
7.A 解析 双缝干涉中相邻亮条纹间间距Δx=λ,要想使Δx减小,可减小双缝到墙面的距离l、换用波长λ更短的光或增大双缝间距离d,综上所述,A项正确。
8.B 解析 根据题图乙可得相邻亮条纹中心间距为Δx= μm=200 μm,由Δx=λ得λ=Δx=400 nm,B项正确。
9.B 解析 内、外两层间形成空气劈尖,光线在空气膜的上、下表面反射,并发生干涉,形成明暗相间的条纹,设空气膜顶角为θ,两相邻亮条纹的间距为Δl,如图所示,两处光的路程差分别为δ1=2d1,δ2=2d2,由δ2-δ1=λ得d2-d1=,由几何关系得tan θ=,即Δl=,当用力按压左下角时,θ角减小,Δl增大,条纹变疏。又任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等,可知条纹向左下方移动,B项正确。
10.AD 解析 由折射定律和反射定律可得,乙光的折射角小,折射率大,所以乙光的频率大,波长小,A项正确;由折射率n=得,甲光在棱镜中的传播速度比乙光的大,B项错误;干涉条纹间距与波长成正比,乙光的波长小,故a是甲光的干涉图样,C项错误;衍射图样中央亮条纹宽度与波长成正比,故图乙中c是甲光的衍射图样,D项正确。
11.B 解析 光在真空中传播速度c大于在介质中传播速度v,深紫外线进入液体后传播速度变小,A项错误;设传播距离为L,在真空中的时间t=,在液体中所需的时间t'=,t'>t,B项正确; 深紫外线进入液体中频率不变,根据E=hν可知光子能量不变,C项错误;深紫外线进入液体中频率不变,传播速度变小,波长变短,更不容易发生明显衍射,D项错误。(共27张PPT)
微练48
光的干涉、衍射和偏振
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1.以下说法正确的是( )
A.光的偏振现象说明光是一种纵波
B.不透光圆片后面的阴影中心出现一个亮斑属于光的干涉现象
C.照相机镜头贴增透膜呈淡紫色属于光的衍射现象
D.用点光源照射小圆孔，后面屏上会出现明暗相间的圆环，这是圆孔衍射现象
梯级Ⅰ 基础练
光的偏振现象说明光是一种横波，A项错误；不透光圆片后面的阴影中心出现一个亮斑，这是光的衍射现象，B项错误；贴有增透膜的照相机镜头看上去呈淡紫色，是因为增透膜对淡紫色光的透射较少，有一部分反射的紫光，C项错误；用点光源照射小圆孔，后面光屏上会出现明暗相间的圆环，这是圆孔衍射，D项正确。
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2.(多选)(2024·江西卷)某同学用普通光源进行双缝干涉测光的波长实验。下列说法正确的是( )
A.光具座上依次摆放光源、透镜、滤光片、双缝、单缝、遮光筒、测量头等元件
B.透镜的作用是使光更集中
C.单缝的作用是获得线光源
D.双缝间距越小，测量头中观察到的条纹数目越多
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进行双缝干涉测光的波长实验，光具座上依次摆放光源、透镜、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、测量头等元件，A项错误；透镜的作用是使光更集中，B项正确；单缝的作用是获得线光源，C项正确；根据条纹间距公式Δx=λ可知双缝间距d越小，相邻亮条纹的间距较大，测量头中观察到的条纹数目越少，D项错误。
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3.2023年诺贝尔物理学奖颁发给“为研究物质中的电子动力学，而产生阿秒激光的实验方法”方面所做出贡献的三位科学家。下列激光的特性及其应用，正确的是( )
A.实验室里用激光更容易完成双缝干涉实验和衍射实验，是利用激光纯净度高
B.医学上用激光“焊接”剥落的视网膜，是利用激光的相干性
C.激光束很容易给坚硬的材料打孔，是利用激光的平行度好
D.激光能够比较精确测量地球到月球的距离，是利用激光的亮度高
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实验室里用激光更容易完成双缝干涉实验和衍射实验，是利用激光纯净度高，频率单一，相干性好的特点，A项正确；医学上用激光“焊接”剥落的视网膜，是利用激光的亮度高，强度大，能量集中的特点，B项错误；激光束很容易给坚硬的材料打孔，是利用激光的亮度高，强度大，能量集中的特点，C项错误；激光能够比较精确测量地球到月球的距离，是利用激光的平行度好，D项错误。
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4.如图甲为一显示薄膜干涉现象的实验装置，P是附有肥皂膜的竖直放置的金属线圈，由于重力作用，形成上薄下厚的楔形(如图乙所 示)，S是一点燃的酒精灯，往火焰上撒些盐后，在肥皂膜上观察到干涉现象，若实验中将金属线圈在其所在的平面内缓慢旋转，观察到的现象是( )
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A.干涉条纹保持不变
B.当金属线圈旋转30°时，干涉条纹同方向旋转30°
C.当金属线圈旋转45°时，干涉条纹同方向旋转90°
D.当金属线圈旋转60°时，干涉条纹同方向旋转30°
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在缓慢旋转金属线圈的过程中，由于两层薄膜的厚度不变，故反射光形成的光程差也不会发生变化，故产生的干涉条纹仍保持原来的状态不变，A项正确。
解析
5.如图所示为红光、蓝光经过狭缝装置得到的三个图样，狭缝宽度为a，下列说法不正确的是( )
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A.三个图均为衍射图样
B.三个图均为干涉图样
C.入射光的频率相同，狭缝越窄，中央亮纹的宽度越宽
D.狭缝宽度不变，入射光的波长越长，中央亮条纹的宽度越宽
题中三个图均为衍射图样，A项正确，B项错误；由前两个图样比较可知，入射光的频率相同，狭缝越窄，中央亮纹的宽度越宽，C项正确；红光的波长大于蓝光的波长，由第一个和第三个图样比较可知，狭缝宽度不变，入射光的波长越长，中央亮条纹的宽度越宽，D项正确。
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6.(多选)(2025·运城模拟)在抽制很细的金属丝的过程中，可以用激光随时监测抽丝的粗细情况。其装置如图甲所示，在抽丝机的细丝出口附近，用一束激光沿与细丝垂直的方向照射细丝，在细丝的另一侧用光屏接收激光。工作人员通过观察光屏上明暗相间亮斑的情况(如图乙所示为沿激光传播方向看到的光屏情况)，便可知道抽制出的细丝是否合格。对于这种监控抽丝机的装置，下列说法正确的是 ( )
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A.这是利用光的干涉现象
B.这是利用光的衍射现象
C.如果屏上条纹变宽，表明细丝粗了
D.如果屏上条纹变宽，表明细丝细了
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由题意知条纹的形成属于单缝衍射，所以这种装置利用光的衍射现象，A项错误，B项正确；由单缝衍射可知，缝变窄，条纹宽度变宽，故如果屏上条纹变宽，表明细丝变细了，C项错误，D项正确。
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7.(2024·黑吉辽卷)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，用绿色激光照射双缝，能够在墙面上观察到干涉条纹。下列说法可以使相邻两条亮条纹中心间距变小的是( )
A.使用更粗的头发丝
B.换用红色激光照射双缝头发丝
C.增大纸板与墙面间距离
D.减小光源与纸板间距离
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双缝干涉中相邻亮条纹间间距Δx=λ，要想使Δx减小，可减小双缝到墙面的距离l、换用波长λ更短的光或增大双缝间距离d，综上所述，A项正确。
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8.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 nm
C.600 nm D.800 nm
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根据题图乙可得相邻亮条纹中心间距为Δx= μm=200 μm，由Δx=λ得λ=Δx=400 nm，B项正确。
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9.某卡片由内外两层胶合而成，内层为黑色塑料，外层为透明、硬质塑料。由于两层间左下角张开进入空气，在激光照射下仔细观察会看到明暗相间的条纹(如图甲所示)。已知任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定。现对卡片左下角施加压力F，如图乙所示。下列说法正确的是( )
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梯级Ⅱ 能力练
A.条纹变疏，且向右上方移动
B.条纹变疏，且向左下方移动
C.条纹变密，且向左下方移动
D.条纹变密，且向右上方移动
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内、外两层间形成空气劈尖，光线在空气膜的上、下表面反射，并发生干涉，形成明暗相间的条纹，设空气膜顶角为θ，两相邻亮条纹的间距为Δl，如图所示，两处光的路程差分别为δ1=2d1，δ2=2d2，由δ2-δ1=λ得d2-d1=，由几何关系得tan θ=，即Δl=，当用力按压左下角时，θ角减小，Δl增大，条纹变疏。
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又任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等，可知条纹向左下方移动，B项正确。
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10.(多选)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甲、乙两束光。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 ( )
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A.甲光的波长比乙光的长
B.甲光在棱镜中的传播速度比乙光的小
C.图乙中a是乙光的干涉图样
D.图乙中c是甲光的衍射图样
由折射定律和反射定律可得，乙光的折射角小，折射率大，所以乙光的频率大，波长小，A项正确；由折射率n=得，甲光在棱镜中的传播速度比乙光的大，B项错误；干涉条纹间距与波长成正比，乙光的波长小，故a是甲光的干涉图样，C项错误；衍射图样中央亮条纹宽度与波长成正比，故图乙中c是甲光的衍射图样，D项正确。
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11.光刻机是制作芯片的核心装置，主要功能是利用光线把掩膜版上的图形印制到硅片上。如图所示，DUV光刻机使用的是深紫外线，其波长为193 nm。为提高投影精细图的能力，在光刻胶和投影物镜之间填充液体以提高分辨率，则与没加入液体相比，下列说法正确的是( )
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梯级Ⅲ 创新练
A.深紫外线进入液体后传播速度变大
B.传播相等的距离，深紫外线在液体中所需的时间更长
C.深紫外线光子的能量在液体中更大
D.深紫外线在液体中更容易发生衍射，能提高分辨率
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光在真空中传播速度c大于在介质中传播速度v，深紫外线进入液体后传播速度变小，A项错误；设传播距离为L，在真空中的时间t=，在液体中所需的时间t'=，t'>t，B项正确； 深紫外线进入液体中频率不变，根据E=hν可知光子能量不变，C项错误；深紫外线进入液体中频率不变，传播速度变小，波长变短，更不容易发生明显衍射，D项错误。
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