主题1 光的干涉与衍射的比较
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或比波长更小(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 中央亮纹，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
【典例1】 (双选)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，图像更清晰。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( )
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
AD [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。]
如何分析干涉、衍射图样
在分析干涉、衍射图样时，主要注意图样条纹宽度的情况：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。
主题2 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。
【典例2】 关于光现象及其应用，下列说法正确的是( )
A．汽车灯光夜间照着自行车“尾灯”，就变得十分明亮，是利用了光的折射
B．照相机的镜头表面镀有一层膜，使照相效果更好，是利用了光的衍射
C．用透明的标准样板和单色光检查工件平面的平整度，利用了光的干涉
D．抽制高强度纤维细丝，可用激光监控其粗细，是利用了光的偏振
C [自行车“尾灯”为全反射棱镜，利用光的全反射现象，故A不符合题意；照相机镜头表面镀有一层增透膜是利用了光的薄膜干涉现象，故B不符合题意；用透明的标准样板和单色光检查工件平面的平整度，利用了光的薄膜干涉现象，故C符合题意；激光束越过细丝时产生的衍射条纹和它通过遮光板的同样宽度的窄缝规律相同。观察光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可判断细丝粗细的变化，故D不符合题意。]
章末综合测评(五) 光的干涉、衍射和偏振
(满分：100分)
一、单项选择题(本题共4小题，每小题4分，共16分。在每小题给出的四个选项中，只有一项符合题目要求)
1．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，如图所示，则他在光屏上看到的条纹是( )
A B C D
B [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。]
2．如图所示，让太阳光通过M上的小孔S后照射到M右方的一偏振片P上，P的右侧再放一光屏Q，现使P绕着平行于光传播方向的轴匀速转动一周，则关于光屏Q上光的亮度变化情况，下列说法正确的是( )
A．只有当偏振片转到某一适当位置时光屏被照亮，其他位置时光屏上无亮光
B．光屏上亮、暗交替变化
C．光屏上亮度不变
D．光屏上只有一条亮线随偏振片转动而转动
C [旋转P，自然光通过偏振片P后，在垂直于传播方向的平面上，只沿着某个特定的方向振动，太阳光是自然光，包含着在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。所以光屏上总是有沿着某个特定的方向振动的偏振光，光屏上亮度不变。]
3．如图所示，把酒精灯放在肥皂液膜前，从液膜上可看到明暗相间的条纹，能解释这一现象产生原因的示意图是(图中实线、虚线为光照射到液膜上时，从液膜的前后表面分别反射形成的两列波)( )
A B C D
C [看到的亮暗条纹是从液膜前后表面分别反射形成的两列相干波发生干涉形成的，而肥皂液膜在重力作用下导致从上至下的薄膜厚度不同，反射回来的两列波的同步性不同，亮条纹是相干加强形成的，暗条纹是相干减弱形成的，故C项正确。]
4．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
A [由题知，C的膨胀系数小于G的膨胀系数，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，且同一厚度的空气膜向劈尖移动，则条纹向左移动。故选A。]
二、双项选择题(本题共4小题，每小题6分，共24分。在每小题给出的四个选项中，有两项符合题目要求，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分)
5．有关光的应用，下列说法正确的是( )
A．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以增加反射光的强度
B．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象
C．用三棱镜观察白光看到的彩色图样是光的干涉形成的色散现象
D．在光导纤维束内传输信息是利用光的全反射原理
BD [拍摄玻璃橱窗内的物品时，在镜头前加一个偏振片减弱反射光的强度，故A错误；增透膜是利用薄膜干涉，故B正确；用三棱镜观察白光，由于三棱镜对不同色光的折射率不同，进出三棱镜的偏折角度不同，出现了不同色光的色散，故C错误；光导纤维束内传送图像是利用光的全反射原理，故D正确。]
6．下列四幅图为光的相关现象，关于它们说法正确的是( )
A．甲图是单色光通过双缝后得到的干涉条纹
B．乙图是叶片上的水珠特别明亮，是由于水珠将光线汇聚而成
C．丙图是薄膜干涉的应用，用来检测平面的平整程度
D．丁图是立体电影原理，利用了光的偏振现象
CD [干涉条纹是等宽、等亮度的，衍射条纹是中央条纹最亮、最宽，向两侧越来越暗，越来越窄，甲是单色光通过单缝后得到的衍射条纹，A错误；乙是叶片上的水珠特别明亮，是由于光发生全反射形成的，B错误；丙是薄膜干涉的应用，用来检测平面的平整程度，C正确；丁是立体电影原理，利用了光的偏振现象，D正确。故选CD。]
7．小明同学在假期旅游期间学习摄影，他发现照相机镜头呈现淡紫色。如图所示是他拍摄的两张照片：甲图的湖泊远景照中，能看到远处山峰的清晰倒影，看不到水面下景物：乙图的湖水近景照中，能清楚看到鱼、石头等水下景物，则( )
甲 乙
A．镜头呈现淡紫色是镜头表面所镀膜使光发生干涉的结果
B．甲图山峰倒影非常清晰是因为来自山峰的光在水面发生了全反射
C．乙图水下景物的光射到水面时因入射角较小致反射光强而折射光弱
D．拍摄乙图时若安装透振方向与水面反射光偏振方向垂直的偏振片将更清晰
AD [照相机镜头镀了增透膜，增强了可见光的透过性，由于高频的蓝光和紫光等并不能完全地干涉抵消，因此镜头呈现淡紫色，故A正确；题图甲中的倒影是因为来自山峰的光通过水面反射进入镜头而引起的，而全反射在光线由光密介质射入光疏介质时才可能发生，故B错误；当光从光密介质入射到光疏介质时，只有当入射角增大才会使反射光增强而折射光减弱，故C错误；拍摄题图乙时，来自水下鱼的光通过水面的折射再进入镜头，为了使照片更清晰，可以利用偏振片来减少在水面发生反射而进入镜头的光，故D正确。]
8．如图所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝S时，在光屏P上观察到干涉条纹。要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以( )
A．减小S1与S2的间距
B．减小双缝屏到光屏的距离
C．将绿光换为红光
D．将整个装置放在水中
AC [根据双缝干涉条纹的间距公式Δy＝λ知，减小双缝间的距离，即d变小，则干涉条纹间距变大，故A正确；根据双缝干涉条纹的间距公式Δy＝λ知，减小双缝到屏的距离，即l减小，干涉条纹间距减小，故B错误；根据双缝干涉条纹的间距公式Δy＝λ知，将绿光换为红光，波长变长，则干涉条纹间距变大，故C正确；因为v＝，λ＝，则光进入水中的波长λ′＝＝＝。光进入水中波长变短，根据双缝干涉条纹的间距公式Δy＝λ知，波长变短，则干涉条纹间距变小，故D错误。]
三、非选择题(共60分，其中9、10题为实验题，11、12、13题为计算题)
9．如图所示，在“用双缝干涉测光的波长”实验中，光具座上放置的光学元件依次为：①光源、②、③、④、⑤遮光筒、⑥毛玻璃。
(1)②、③、④三个光学元件依次为 (填正确答案的标号)；
A．滤光片、单缝、双缝 B．单缝、滤光片、双缝
C．单缝、双缝、滤光片 D．滤光片、双缝、单缝
(2)如果实验时将红光滤光片换为绿光滤光片，则相邻亮纹(暗纹)间的距离 ；(选填“变大”或“变小”)
(3)某次测量时，选用的双缝的间距为0.300 mm，测得屏与双缝间的距离为1.20 m，第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56 mm，则所测单色光的波长λ为 nm(结果保留3位有效数字)。
[解析] (1)为获取单色线光源，白色光源后面要有滤光片、单缝、双缝，故A正确。
(2)根据Δy＝λ知增大光屏到双缝的距离L或者减小双缝间距d，可以使条纹间距增大；当将红光滤光片换为绿光滤光片，即波长减小，则相邻亮纹(暗纹)间的距离变小。
(3)根据：Δy＝λ得：
λ＝＝ m＝0.63×10-6 m＝630 nm。
[答案] (1)A (2)变小 (3)630
10．(1)某同学用图甲所示的装置做“用双缝干涉测量光的波长”的实验，他采用了蓝色灯作为光源，在测量头目镜中观察到如图乙所示的蓝色条纹。在不改变其他实验条件的情况下，观察到目镜中的条纹如图丙所示，则可能的原因是 。
甲
乙
丙
A．单缝宽度变小了
B．双缝间距变小了
C．光源与单缝间的距离变大了
D．光源的发光强度变大了
(2)干涉条纹除了可以通过双缝干涉观察到，把一个凸透镜压在一块平面玻璃上(图甲)，让单色光从上方射入(示意图如图乙，其中R为凸透镜的半径)，从上往下看凸透镜，也可以观察到由干涉造成图丙所示的环状条纹，这些条纹叫作牛顿环。如果改用波长更长的单色光照射，观察到的圆环半径将 (选填“变大”“变小”或“不变”)；如果换一个曲率半径更大的凸透镜，观察到的圆环半径将 (选填“变大”“变小”或“不变”)。
甲 乙 丙
(3)采用波长为690 nm的红色激光作为单色入射光，牛顿环的两条相邻亮条纹位置所对应的空气膜的厚度差约为 。
A．345 nm B．690 nm
C．几微米 D．几毫米
[解析] (1)根据条纹间距公式Δx＝λ可知，当双缝间距d减小时，条纹间距增大，故选项B正确，A、C、D错误。
(2)当光程差为波长的整数倍时是亮条纹，当光程差为半个波长的奇数倍时是暗条纹；用波长变长的光照射，则出现亮条纹的这一厚度远离中心，则圆环的半径变大；换一个表面曲率半径更大的凸透镜，出现亮条纹的这一厚度偏移中心，知圆环的半径变大。
(3)由题意知相邻亮条纹对应的空气层的厚度差为半个波长，故为345 nm，故选项A正确，B、C、D错误。
[答案] (1)B (2)变大 变大 (3)A
11．一种红宝石激光器发射的激光是不连续的一道道闪光，每道闪光为一个(列)光脉冲，若这种激光器光脉冲的持续时间为1.0×10-11 s，波长为694.3 nm，发射功率为1.0×1010 W：
(1)每列光脉冲的长度是多少？
(2)用这种红宝石激光器照射皮肤上的色斑，每平方厘米色斑吸收能量达到60 J以后，色斑便逐渐消失，一块色斑的面积为，则它要吸收多少个(列)红宝石激光脉冲才能逐渐消失？
[解析] (1)光脉冲持续时间即为发射一个光脉冲所需的时间，所以一个光脉冲长度Δl＝c·Δt＝3×108×1.0×10-11 m＝3.0×10-3 m。
(2)面积为1 cm2的色斑吸收的能量E＝60 J，色斑便逐渐消失。而1个光脉冲的能量为
ΔE＝P·Δt＝1.0×1010×1.0×10-11 J＝0.1 J
消除50 mm2的色斑需要光脉冲数为
n＝＝＝300(个)。
[答案] (1)3.0×10-3 m (2)300 个
12．劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图甲所示，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会发生怎样变化？
甲 乙
[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，条纹变疏。
[答案] 干涉条纹会变疏
13．1801年，托马斯·杨用双缝干涉实验研究了光波的性质。1834年，洛埃利用单面镜同样得到了杨氏干涉的结果(称洛埃镜实验)。
(1)洛埃镜实验的基本装置如图所示，S为单色光源，M为一平面镜。试用平面镜成像作图法画出S经平面镜反射后的光与直接发出的光在光屏上相交的区域。
(2)设光源S到平面镜的垂直距离和到光屏的垂直距离分别为a和L，光的波长为λ，在光屏上形成干涉条纹。写出相邻两条亮纹(或暗纹)间距离Δx的表达式。
[解析] (1)①根据对称性作出光源S在平面镜中所成的像S′。②连接平面镜的最左端和光源，即为最左端的入射光线，连接平面镜的最左端和像点S′，并延长交光屏于一点，该点即为反射光线到达的光屏的最上端；同理连接平面镜的最右端和像点S′，即可找到反射光线所能到达的平面镜的最下端。故经平面镜反射后的光与直接发出的光在光屏上相交的区域如图所示。
(2)从光源直接发出的光和被平面镜反射的光实际上是同一列光，故是相干光，该干涉现象可以看作双缝干涉，所以SS′之间的距离为d，而光源S到光屏的距离可以看作双孔屏到像屏距离L，根据双缝干涉的相邻条纹之间的距离公式Δx＝λ，因为d＝2a，所以相邻两条亮纹(或暗纹)间距离Δx＝λ。
[答案] (1)见解析图 (2)Δx＝
12 / 12主题1 光的干涉与衍射的比较
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或比波长更小(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 中央亮纹，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
【典例1】 (双选)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，图像更清晰。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( )
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
[听课记录]
如何分析干涉、衍射图样
在分析干涉、衍射图样时，主要注意图样条纹宽度的情况：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。
主题2 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。
【典例2】 关于光现象及其应用，下列说法正确的是( )
A．汽车灯光夜间照着自行车“尾灯”，就变得十分明亮，是利用了光的折射
B．照相机的镜头表面镀有一层膜，使照相效果更好，是利用了光的衍射
C．用透明的标准样板和单色光检查工件平面的平整度，利用了光的干涉
D．抽制高强度纤维细丝，可用激光监控其粗细，是利用了光的偏振
[听课记录]
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