第5章 光的干涉 衍射 偏振
干涉与衍射的比较
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
1．图5-1是研究光的双缝干涉的示意图。不透光的挡板上有两条平行狭缝S1、S2，用单色红光照射双缝，由S1和S2发出的红光到达屏上时会产生干涉条纹，则以下说法正确的是
( )
图5-1
A．若只减小两条狭缝S1、S2之间的距离，条纹间距将增大
B．若只减小两条狭缝与屏之间的距离，条纹间距将增大
C．若只在两条狭缝与屏之间插入一块与屏平行的平板玻璃砖，条纹间距将增大
D．若只把用红光照射改用绿光照射，条纹间距将增大
解析：由Δy＝λ，d减小，Δy增加，故A对；若减小狭缝与屏间距l，Δy减小，故B错；若在狭缝与屏间放一平行玻璃砖，光在玻璃砖中的路程为原来的n倍，由此可知P1S2－P1S1＞λ，故中间条纹不动，一级条纹应靠近中央条纹，条纹间距变小，故C错；将红光换成绿光后，λ变小，Δy变小，故D错。
答案：A
光的波动性的应用
(1)利用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，还可以使光增透或增反。
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，根据条纹宽度的变化情况即可确定缝宽的变化情况。
(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，则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。
2．下列关于光的现象的说法中正确的是( )
A．用白光做双缝干涉实验时，屏上从中央条纹向外，紫光的亮条纹偏离中央的距离最大
B．白光单缝衍射时，偏离中央亮条纹远的是红光
C．白光经三棱镜折射发生色散，红光偏向角最大
D．涂有增透膜的照相机镜头看上去呈淡紫色，说明增透膜增强了对淡紫色光的透射
解析：白光中紫光的波长最短，根据双缝干涉实验知，明(暗)条纹间距Δy与波长λ成正比，由此可知紫光的亮条纹间距最小，因而其亮条纹偏离中央亮条纹的距离最小。单缝衍射中，红光波长最长，其偏离中央亮条纹最远。白光经三棱镜色散，因为紫光折射率最大，所以紫光的偏向角最大。涂有增透膜的照相机镜头呈淡紫色，是因为薄膜干涉使白光中的绿光透射多，而红光和紫光反射较多。故选项B正确。
答案：B
(时间：60分钟 满分：100分)
一、选择题(共8小题，每小题6分，共48分，每小题只有一个选项正确。)
1．有两个不同光源所发出的两束白光落在同一点上，不会产生干涉现象。这是因为( )
A．两个光源发出的光的频率不同
B．两个光源发出的光的强度不同
C．两个光源的光速不同
D．这两个光源是彼此独立的，不是相干光源
解析：选D 本题考查相干光的条件。题中两光源发出的光都是白光，频率不确定没法比较，选项A错误；光的强度对光是否产生干涉没有影响，所以B错误；光速在真空中是确定的，但它对光的干涉也没有影响，选项C错误；题中所给的是两个独立光源，二者产生的光不是相干光，选项D正确。
2．如图1所示，一束自然光通过起偏器照射到光屏上，则图中光屏上不发亮的是(起偏器上用箭头表示其透射方向)( )
图1
解析：选C 自然光通过起偏器后成为偏振光，当偏振光的振动方向与偏振方向平行时能够通过，垂直时不能通过，故A、B、D能发亮，C不能。
3．(大纲全国卷)在双缝干涉实验中，一钠灯发出的波长为589 nm的光，在距双缝1.00 m的屏上形成干涉图样。图样上相邻两明纹中心间距为0.350 cm，则双缝的间距为( )
A．2.06×10－7 m B．2.06×10－4 m
C．1.68×10－4 m D．1.68×10－3 m
解析：选C 根据双缝干涉图样的相邻两明条纹间距公式Δy＝λ ，可得：d＝λ＝ m＝1.68×10－4 m，选项C正确，ABD错误。
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
解析：选C 利用激光的方向性强可进行长距离测距；利用激光通过光导纤维以及光的全反射原理进行光纤通信；利用激光的高能量可加工坚硬材料，所以本题应选C。
5．如图2所示的四个图形中，著名的泊松亮斑的衍射图样是( )
图2
解析：选B 泊松亮斑的图样特点为中心是一个亮点，亮点周围有一个大的阴影区，然后才是明暗相间的条纹。
6.某研究性学习小组用激光束照射圆孔和不透明圆板后，分别得到如图3所示的衍射图样。据此可以判断出( )
图3
A．甲是光线射到圆孔后的衍射图样，乙是光线射到圆板后的衍射图样
B．乙是光线射到圆孔后的衍射图样，甲是光线射到圆板后的衍射图样
C．甲、乙都是光线射到圆孔后的衍射图样，甲孔的直径较大
D．甲、乙都是光线射到圆板后的衍射图样，乙板的直径较大
解析：选A 甲图的衍射图样为明暗相间的圆环，而乙图为在影的中心有一个亮斑——泊松亮斑，故甲为光线通过圆孔后形成的衍射图样，乙为光线射到不透光的圆板上形成的衍射图样，故A正确。
7．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信号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：选D 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薄膜干涉现象，故A错误。用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的折射形成的色散现象，故B错误。在光导纤维束内传送信号是利用光的全反射现象，故C错误。光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，故D正确。
8．如图4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( )
图4
A．增大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．将绿光换为紫光
解析：选C 由双缝干涉条纹间距公式Δy＝λ可知：增大S1与S2的间距d，Δy将减小，A项错误；减小双缝屏到光屏的距离l，Δy将减小，B项错误；红光波长大于绿光，λ变大，Δy将变大，C项正确；紫光波长小于绿光，λ变小，Δy将变小，D项错误。
二、非选择题(共4小题，共52分。解答题应写出必要的文字说明、方程式和演算步骤，有数值计算的要注明单位)
9．(8分)(上海高考)如图5，在“观察光的衍射现象”实验中，保持缝到光屏的距离不变，增加缝宽，屏上衍射条纹间距将________(选填：“增大”“减小”或“不变”)；该现象表明，光沿直线传播只是一种近似规律，只有在________________________________________
情况下，光才可以看作是沿直线传播的。
图5
解析：根据缝的宽度越小衍射现象越明显可知，增加缝宽，可以使条纹间距离减小；光遇到障碍物时，当障碍物的尺寸与波长接近时，会发生明显的衍射现象，当障碍物较大时，光近似沿直线传播。
答案：减小 光的波长比障碍物小得多
10．(16分)在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，某同学安装实验装置如图6所示，调试好后能观察到清晰的干涉条纹。
图6
(1)根据实验装置知，②③④依次是______、________、________。
(2)某次实验时，该同学调节分划板的位置，使分划板中心刻线对齐某亮纹的中心，如图7所示，此时螺旋测微器的读数为________ mm。
图7
(3)转动手轮，使分划线向一侧移动到另一条亮纹的中心位置，再次从螺旋测微器上读数。若实验测得4条亮纹中心间的距离为Δx＝0.960 mm，已知双缝间距为d＝1.5 mm，双缝到屏的距离为l＝1.00 m，则对应的光波波长λ应为多少？
解析：(1)滤光片 单缝 双缝
(2)螺旋测微器的读数为1.180 mm。
(3)相邻两条亮(暗)纹间的距离：
Δx′＝＝ mm＝0.320 mm
λ＝＝ mm＝4.8×10－4 mm。
答案：见解析
11．(14分)如图8所示，在真空中波长为600 nm的激光束从A点射入圆形玻璃介质。
图8
(1)试证明：无论入射角多大，该激光束都能从玻璃中射出。
(2)若该激光束经折射从B点射出，射出玻璃与射入玻璃的光线夹角为30°，AB弧所对的圆心角为120°，求该激光束在玻璃中的波长。
解析：(1)证明：设从A点入射的入射角为θ1，折射角为θ2，根据对称性，射出时的入射角也为θ2，＝n，
sin θ2＝sin θ1＜，所以θ2＜C，所以无论入射角多大，该激光束都能从玻璃中射出。
(2)由几何关系得：激光进入玻璃时，入射角θ1＝45°，折射角θ2＝30°。
根据折射定律：＝n，得n＝。
激光在玻璃中的波长λ＝＝300 nm。
答案：(1)见解析 (2)300 nm
12．(14分)在做双缝干涉实验时，用波长λ1＝0.60 μm的光和另一波长未知的光一起照射到两个间距未知的狭缝上，结果发现已知波长的第4级明条纹和未知波长的第5级明条纹重合，则未知光的波长是多少？
解析：设未知光的波长为λ2，根据条纹间距公式Δy＝λ，
有y4＝
y5′＝
依题意有y4＝y5′
故λ2＝λ1＝×0.6 μm＝0.48 μm。
答案：0.48 μm
第1节 光的干涉
1．杨氏双缝干涉实验证明光是一种波。
2．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。
3．在双缝干涉实验中，相邻两条亮纹或暗纹间的距离Δy＝λ，可利用λ＝Δy测定光的波长。
4．由薄膜两个面反射的光波相遇而产生的干涉现象叫薄膜干涉。
光的干涉及其产生条件
[自读教材·抓基础]
1．实验现象
在屏上出现明暗相间的条纹。相邻两条亮纹或暗纹间的距离Δy＝λ，式中的d表示两缝间距，l表示两缝到光屏的距离，λ为光波的波长。
2．实验结论
证明光是一种波。
3．光的相干条件
相同的频率和振动方向。
[跟随名师·解疑难]
1．杨氏双缝干涉实验原理透析
(1)双缝干涉的装置示意图：实验装置如图5-1-1所示，有光源、单缝、双缝和光屏。
图5-1-1
(2)单缝的作用：获得一个线光源，使光源有唯一的频率和振动情况，如果用激光直接照射双缝，可省去单缝，杨氏那时没有激光，因此他用强光照亮一条狭缝，通过这条狭缝的光再通过双缝发生干涉。
(3)双缝的作用：平行光照射到单缝S上，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。
2．光屏上某处出现亮、暗条纹的条件
频率相同的两列波在同一点引起的振动发生叠加，如亮条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，总是同时过最高点、最低点、平衡位置；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：光屏上某点P到两缝S1和S2的路程差正好是波长的整数倍或半波长的偶数倍。
即|1－2|＝kλ＝2k·(k＝0,1,2,3，…)
(2)暗条纹的条件：光屏上某点P到两缝S1和S2的路程差正好是半波长的奇数倍。
即|1－2|＝(2k＋1)(k＝0,1,2,3，…)
3．双缝干涉图样的特点
(1)单色光的干涉图样：
若用单色光作光源，则干涉条纹是明暗相间的条纹，且条纹间距相等。如图5-1-2所示中央为亮条纹，两相邻亮纹(或暗纹)间距离与光的波长有关，波长越大，条纹间距越大。
图5-1-2
(2)白光的干涉图样：若用白光作光源，则干涉条纹是彩色条纹，且中央条纹是白色的，这是因为：
①从双缝射出的两列光波中，各种色光都能形成明暗相间的条纹，各种色光都在中央条纹处形成亮条纹，从而复合成白色条纹。
②两相邻亮(或暗)条纹间距与各色光的波长成正比，即红光的亮条纹间距宽度最大，紫光的亮条纹间距宽度最小，即除中央条纹以外的其他条纹不能完全重合，这样便形成了彩色干涉条纹。
[特别提醒]
(1)双缝干涉实验的双缝必须很窄，且双缝间的距离必须很小。
(2)双缝干涉中，双缝的作用主要就是用双缝获得相干光源。
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试射手)
如图5-1-3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( )
图5-1-3
A．增大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．将绿光换为紫光
解析：选C 由双缝干涉条纹间距公式Δy＝λ可知，要增大条纹间距，可以增大双缝到屏的距离，减小双缝间距，选用波长更长的单色光，因此C项正确。
科学探究——测定光的波长
[自读教材·抓基础]
1．实验目的
(1)观察白光及单色光的干涉图样；
(2)掌握用公式Δy＝λ测定单色光的波长的方法。
2．实验原理
双缝间的距离d已知，双缝到屏的距离l可以测定，相邻两条亮纹或暗纹间的距离Δy根据手轮上的读数测出，根据公式λ＝Δy可计算波长λ。
3．实验步骤
(1)在光具座上只装上光源和遮光筒(不带单、双缝)，调节光源高度，使它发出的一束光能沿着遮光筒的轴线把屏照亮。
(2)放好单缝和双缝，其间距为5～10 cm，且使缝相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上。
(3)光源与单缝间放上滤光片，仔细调节目镜，观察单色光的干涉条纹。撤去滤光片，观察白光的干涉条纹。
(4)加上滤光片，通过目镜观察单色光的干涉条纹，同时调节手轮，使分划板的中心刻线对齐第1条亮条纹的中心，记下手轮的读数。然后继续转动手轮使分划板移动，直到分划板的中心刻线对齐第n条亮纹的中心，记下此时手轮的读数。
(5)将两次手轮的读数相减，求出n条亮纹间的距离a，则相邻亮纹间距Δy＝，利用公式λ＝Δy，求出此单色光的波长λ。(d、l在仪器中均可读出)
(6)换用不同的滤光片，观察干涉条纹间距离的变化，并求出相应的波长。
[跟随名师·解疑难]
1．注意事项
(1)调节双缝干涉仪时，要注意调节光源的高度，使它发出的一束光能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮。
(2)放置单缝和双缝时，缝要相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上，双缝到单缝的距离应相等。
(3)为了减小测量误差，测条纹间距Δy时，先测出n条亮(暗)纹间的距离a，再求出相邻的两条亮(暗)纹间的距离Δy＝。
(4)某种颜色的滤光片只能让这种颜色的光通过，其他颜色的光不能通过。因此，加装滤光片的目的是获得单色光。
2．误差分析
本实验为测量性实验，因此应尽一切办法减小有关测量的误差，即l和Δy的测量误差。
(1)l的测量误差：因本实验中，双缝到屏的距离非常长，l的测量误差不太大，但也应选用mm刻度尺测量，并用多次测量求平均值的办法减小误差。
(2)测条纹间距Δy带来的误差：①干涉条纹没有调到最清晰的程度。
②分划板刻线与干涉条纹不平行，中心刻线没有恰好位于条纹中心。
③测量多条亮条纹间距时读数不准确。
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
在双缝干涉实验中，以下说法正确的是( )
A．狭缝的作用是使入射光线到达双缝时，双缝就成了两个振动情况完全相同的光源
B．若入射光是白光，光屏上产生的条纹是黑白相间的干涉条纹
C．光屏上某点到双缝的距离差为入射光波长的1.5倍，该点处一定是亮条纹
D．双缝干涉图样中，亮条纹之间距离相等，暗条纹之间距离不相等
解析：选A 双缝干涉实验中，狭缝的作用就是产生一个线光源，使得光到达双缝时，使双缝振动情况完全相同，形成一对相干光源，选项A正确；由实验现象知，入射光是白光时，屏上产生的是彩色条纹，选项B错误；屏上某点到双缝的距离差为入射光波长的1.5倍，即半波长的奇数倍，应为暗条纹，选项C错误；由Δy＝λ知，干涉条纹不管是明条纹之间，还是暗条纹之间都是等间距的，选项D错误。
薄膜干涉及其应用
[自读教材·抓基础]
1．定义
由薄膜两个面反射的光波相遇而产生的干涉现象称为薄膜干涉。
2．应用
(1)检查平面的平整程度。
(2)光学镜头上的增透膜。
[跟随名师·解疑难]
1．薄膜干涉的成因
如图5-1-4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，这两列波叠加后相互加强，则出现亮条纹；在另一些地方，叠加后相互削弱，则出现暗条纹。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。
图5-1-4
说明：(1)眼睛应与光源在同一侧才能看到干涉条纹，因为条纹是由从薄膜前、后两表面反射的光发生干涉形成的，不是由通过薄膜的光形成的；
(2)每一条纹呈水平状态排列；
(3)由于各种色光干涉后相邻两亮纹中心的距离不同，所以若用白光做这个实验，会观察到彩色干涉条纹；
(4)两列光的路程差是薄膜厚度的两倍。
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薄膜，薄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＝，若厚度为绿光在薄膜中波长的，则镜头看起来呈淡紫色。
(2)用干涉法检查平面：如图5-1-5甲所示，被检查平面 B与标准样板A之间形成了一个楔形的空气薄膜，用单
色光照射时，入射光从空气薄膜的上、下表面反射出两列光波，形成干涉条纹。被检查平面若是平的，空气薄膜厚度相同的各点就位于一条直线上，干涉条纹平行；若被检查表面某些地方不平，那里的空气薄膜产生的干涉条纹将发生弯曲，如图乙所示。
图5-1-5
[特别提醒] 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，由于总能量守恒，透射光的能量必然得到增强。增透膜是通过“消反”来确保“增透”的。
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
如图5-1-6所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置，P是附有肥皂膜的铁丝圈，S是一点燃的酒精灯。往火焰上洒些盐后，在肥皂膜上观察到的干涉图样应是( )
图5-1-6
图5-1-7
解析：选D 薄膜竖直放置，上端薄，下端厚，同一水平位置的薄膜的厚度相同，出现的干涉条纹应是水平的，故选项D正确。
双缝干涉的规律
[典题例析]
1．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6.0×1014 Hz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？
[思路点拨]
(1)由c＝λf变换得λ＝，可求得波长；
(2)比较路程差Δs与波长λ的数量关系，确定P点出现亮条纹还是暗条纹。
解析：λ＝＝ m＝5×10－7 m
Δs＝7.5×10－7 m＝λ，所以是暗条纹。
答案：(1)5×10－7 m (2)暗条纹
[探规寻律]
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。
(3)上述结论成立的条件：两个光源情况完全相同。
[跟踪演练]
如图5-1-8所示，在用单色光做双缝干涉实验时，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5-1-8
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：选D 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。
对测定光的波长的考查
[典题例析]
2．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5-1-9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5-1-9
(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应为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条亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图5-1-10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Δy为________ mm。
图5-1-10
(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________ m。
[思路点拨]
(1)单缝和双缝间距离为5～10 cm，保持缝的相互平行。
(2)测量条纹宽度，采取“积累法”减小测量误差。
解析：(1)该实验仪器放置的顺序：C、E、D、B、A。
(2)在安装时，应注意单缝和双缝间距离为5～10 cm，保持缝的相互平行。
(3)图甲的读数是2.320 mm，图乙的读数是13.870 mm，则
Δy＝ mm＝2.310 mm。
(4)由公式Δy＝λ得λ＝Δy，代入数据解得λ＝6.6×10－7 m。
答案：(1)E、D、B (2)单缝和双缝间距离为5～10 cm 单缝和双缝保持缝的相互平行 (3)13.870 2.310 (4)Δy 6.6×10－7
[探规寻律]
测量条纹间距Δy的方法
若直接测相邻两条亮纹的间距Δy，相对误差较大，可如图5-1-11那样，转动手轮，使分划板中心刻线与左侧标1的那条清晰亮条纹的中心对齐，记下手轮上的读数y1；然后使分划板右移，让分划板中心刻线与标7的那条亮条纹的中心对齐，记下手轮上的读数y7，则Δy＝。
图5-1-11
[跟踪演练]
(福建高考)在“用双缝干涉测光的波长”实验中(实验装置如图5-1-12)：
图5-1-12
(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＝
(2)测量某亮纹位置时，手轮上的示数如图5-1-13，其示数为________mm。
图5-1-13
解析：(1)在“用双缝干涉测光的波长”实验中，首先应取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束直接沿遮光筒轴线把屏照亮，故选项A错误；根据实验操作可知选项B、C正确。
(2)读数为1.5 mm＋47.0×0.01 mm＝1.970 mm。
答案：(1)A (2)1.970
薄膜干涉的考查
[典题例析]
3．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互抵消，求所涂的这种增透膜的厚度。
[思路点拨] 解答本题时应注意以下两点：
(1)绿光在膜中的波长与在真空中的波长大小关系。
(2)薄膜厚度与绿光波长的大小关系。
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互抵消，但薄膜的厚度不宜过大，只须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，增透膜的厚度
h＝λ＝＝ m＝1×10－7 m
答案：1×10－7 m
[探规寻律]
增反膜、增透膜均是薄膜干涉现象的应用。增反膜是增加反射光，膜前后表面两次反射的光程差为光在该膜中波长的整数倍，反射光得到加强，膜的厚度至少为光在膜中波长的；而增透膜是为了增加透射光，减弱反射光，膜的厚度为光在膜中波长的。
[跟踪演练]
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( )
图5-1-14
A．变疏 B．变密
C．不变 D．消失
解析：选A 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。
[课堂双基落实]
1．光通过双缝后在屏上产生彩色条纹，若用红色和绿色玻璃各挡住一缝，则屏上将出现
( )
A．黄色的干涉条纹 B．红绿相间的条纹
C．黑白相间条纹 D．无干涉条纹
解析：选D 红光和绿光的频率不同，不能产生干涉现象。
2. (江苏高考)某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到图5-1-15甲所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如图乙所示。他改变的实验条件可能是( )
图5-1-15
A．减小光源到单缝的距离
B．减小双缝之间的距离
C．减小双缝到光屏之间的距离
D．换用频率更高的单色光源
解析：选B 根据条纹间距公式Δy＝λ可知，若增大条纹间距，可以采取的措施有：换用波长更长、频率更低的单色光源，减小双缝间的距离d，增大双缝到屏的距离l，故选项B正确。
3.如图5-1-16所示是用光学的方法来检查一物体表面平整程度的装置，其中A为标准平板，B为被检查其表面平整程度的物体，C为单色入射光，如果要说明能检查平面平整程度的道理，则需要用到下列哪些光学概念( )
图5-1-16
A．反射和干涉 B．全反射和干涉
C．反射和衍射 D．全反射和衍射
解析：选A 此装置是应用了薄膜干涉，在标准平板和被检查表面间有一楔形的空气薄膜，用单色光照射时，入射光从空气薄膜的上、下表面反射出两列光波，形成干涉条纹。若干涉条纹平行则表面平整，由以上分析可知，如果要说明能检查平面平整程度，需用到光的反射和光的干涉两个概念，A正确，B、C、D错误。
4．某同学在做双缝干涉实验时，测得双缝间距d＝3.0×10－3 m，双缝到光屏间的距离为1 m，前后两次测量手轮上的示数分别为0.6×10－3 m和6.6×10－3 m，两次分划板中心刻线间有5条暗条纹，求该单色光的波长。
解析：相邻两暗条纹间距
Δy＝＝ m＝1.5×10－3 m
由Δy＝λ得，该单色光的波长为
λ＝＝ m＝4.5×10－6 m
答案：4.5×10－6 m
[课下综合检测]
(时间：30分钟 满分：50分)
一、选择题(共6小题，每小题5分，共30分，每小题只有一个选项正确。)
1．双缝干涉实验中观察到红光的干涉图样是( )
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：选C 单色光的双缝干涉条纹为平行、等距、明暗相间的条纹，C正确，A、B、D错误。
2．(上海高考)白光通过双缝后产生的干涉条纹是彩色的，其原因是不同色光的( )
A．传播速度不同 B．强度不同
C．振动方向不同 D．频率不同
解析：选D 白光是由各种不同颜色的单色光组成的复色光，而光的颜色由频率决定，不同色光，频率不同，故D正确。
3．用如图1所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象。图(a)是点燃的酒精灯(在灯芯上洒些盐)，图(b)是竖立的附着一层肥皂液膜的金属丝圈。将金属丝圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是( )
图1
A．当金属丝圈旋转30°时干涉条纹同方向旋转30°
B．当金属丝圈旋转45°时干涉条纹同方向旋转90°
C．当金属丝圈旋转60°时干涉条纹同方向旋转30°
D．干涉条纹保持原来状态不变
解析：选D 金属丝圈的转动，改变不了肥皂液膜的上薄下厚的形状，由干涉原理可知干涉条纹与金属丝圈在该竖直平面内的转动无关系，仍然是水平的干涉条纹，D对。
4．如图2甲所示为双缝干涉实验的装置示意图，图乙为用绿光进行实验时，在屏上观察到的条纹情况，a为中央亮条纹；丙图为换用另一颜色的单色光做实验时观察到的条纹情况，a′为中央亮条纹，则下列说法正确的是( )
图2
A．丙图可能是用红光实验产生的条纹，表明红光波长较长
B．丙图可能是用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较长
C．丙图可能是用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较短
D．丙图可能是用红光实验产生的条纹，表明红光波长较短
解析：选A 由两单色光的干涉条纹可知Δya＜Δya′，又因Δy＝λ，所以λa＜λa′，A正确。
5．在双缝干涉实验中，当用波长为λ1的单色光照射时，观察到屏上P点处恰为从O数起的第三条亮条纹，如图3所示。当换用波长为λ2(λ2＞λ1)的单色光做实验时，从O点向上数起第三条亮纹的位置( )
图3
A．在P点上方 B．仍在P点
C．在P点下方 D．无法确定
解析：选A 由Δy＝λ可知，相邻两条亮条纹(或暗条纹)间的距离与波长λ有关，λ增大时，条纹间距Δy增大，故A正确。
6．市场上有一种灯具俗称“冷光灯”，用它照射物体时能使被照物体处产生的热效应大大降低，从而广泛地应用于博物馆、商店等处。这种灯降低热效应的原因之一是在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面上镀一层薄膜(例如氟化镁)，这种膜能消除玻璃表面反射回来的热效应最显著的红外线，以λ表示此红外线在薄膜中的波长，则所镀薄膜的厚度最小应为( )
A．λ/8 B．λ/4
C．λ/2 D．λ
解析：选B 要消除红外线的反射，必须使红外线在薄膜的两个面上反射光的路程差正好等于红外线半波长λ/2的奇数倍，即Δs＝(2k＋1)λ/2，其中Δs为光在薄膜两个面上反射的路程差，即Δs＝2d，Δs的最小值为λ/2，所以2d＝λ/2，即薄膜的最小厚度d为λ/4，答案B是正确的。
二、非选择题(共2小题，共20分)
7．(10分)用双缝干涉测光的波长，实验中采用双缝干涉仪，它包括以下元件：
A．白炽灯 B．单缝
C．光屏 D．双缝
E．滤光片(其中双缝和光屏连在遮光筒上)
(1)把以上元件安装在光具座上时，正确的排列顺序是：A________(A已写好)。
(2)正确调节后，在屏上观察到红光干涉条纹，用测量头测出10条红亮纹间的距离为a；改用绿色滤光片，其他条件不变，用测量头测出10条绿亮纹间的距离为b，则一定有________大于________。
解析：双缝干涉仪各组成部分在光具座上的正确排序为光源、滤光片、单缝、双缝、光屏。
由Δy＝λ知，波长越长，条纹越宽，间距越大，可得出a一定大于b。
答案：(1)E、B、D、C (2)a b
8．(10分)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，试分析判断P点应出现亮条纹还是暗条纹？分别为第几条亮条纹或暗条纹？
解析：如图所示，双缝S1、S2到光屏上任一点P的路程之差Δr＝S2S2′，当Δr等于单色光波长的整数倍时，S2和S1同时到达波峰或波谷，由S1和S2发出的光在P点互相加强，P点出现亮条纹；当Δr等于单色光半波长的奇数倍时，S2达到波峰时，S1达到波谷，这样由S1和S2发出的光在P点互相抵消，出现暗条纹。频率为f1的单色光的波长λ1＝＝ m＝0.6×10－6 m＝0.6 μm，频率为f2的单色光的波长λ2＝＝ m＝0.4×10－6 m＝0.4 μm。可见Δr1＝λ1，Δr2＝λ2。可见，用频率为f1的单色光照射时，P处应出现亮条纹，且为第一条亮条纹；用频率为f2的单色光照射时，P处应出现暗条纹，且为第二条暗条纹。
答案：见解析
第2节 光的衍射
1．光通过很窄的障碍物、缝或很小的孔时，不再沿直线传播，即发生了衍射现象。
2．当小孔或障碍物的尺寸比光的波长小或跟波长差不多时，会产生明显的衍射现象。
3．光学仪器上用的透镜相当于一个圆孔，透镜直径越小，产生的衍射现象越明显，分辨本领越低。
衍射现象
[自读教材·抓基础]
1．衍射现象
光在传播过程中，遇到障碍物或小孔时，光不再沿直线传播，而是绕到原来应该是阴影的范围之内；当小孔的直径取某些特定值时，在圆形亮斑的中心还会出现一个黑斑。这种现象称为光的衍射。
2．明显衍射条件
在障碍物或小孔的尺寸可以跟波长相比，甚至比波长还小的时候，衍射现象十分明显。
[跟随名师·解疑难]
1.单缝衍射的图样有哪些特点？
(1)中央条纹亮而宽。如图5-2-1所示。
(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5-2-1
2．圆孔衍射的图样有哪些特点？
(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。
图5-2-2
(2)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，波长越长，中央圆形亮斑的直径越大。
(3)同一种单色光，圆孔越小，中央亮斑半径越大，同时亮度越弱。
(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)只有当圆孔足够小时，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．圆盘衍射的图样又有哪些特点？
(1)圆盘衍射图样的中央有个亮斑——泊松亮斑，外侧为明、暗相间的同心圆，且亮度越来越暗，亮环或暗环间的距离随着半径的增大而减小，如图5-2-3所示。
图5-2-3
(2)多数情况下，光照到较大的障碍物或孔上时是按照直线传播的规律传播的，在它们的后面留下阴影或光斑。如果障碍物、缝或小孔都小到与照射光的波长差不多(或更小)，光就表现出明显的衍射现象，在它们的后面形成泊松亮斑、明暗相间的条纹或圆环。
[特别提醒] 光遇小孔、单缝或障碍物时，衍射现象只有明显不明显之分，无发生不发生之别。
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
下列说法不正确的是( )
A．当光的波长比圆孔的直径大时，可以产生明显的衍射现象
B．衍射现象的研究表明“光沿直线传播”只是一种近似规律
C．用平行的单色光垂直照射不透明的小圆板，在圆板的后面发现圆板阴影中心处有一亮斑，这是光的干涉现象
D．隔着帐幔看远处的灯，见到灯周围隔射彩色的光芒，这是光的衍射现象
解析：选C 产生明显衍射现象的条件是光波的波长与障碍物的尺寸相近，而一般物体的尺寸比光波的波长大得多，所以A、B正确；用平行的单色光垂直照射不透明的小圆板，在圆板的后面发现圆板阴影中心处有一亮斑，这是著名的泊松亮斑，是光的衍射现象，C错误；远处灯发出的光经过帐幔的缝隙产生衍射，因此可见灯周围辐射彩色的光芒，D正确。
衍射对分辨本领的影响
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。
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
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．小孔成像遵守光路可逆原理，单缝衍射和双缝干涉不遵守光路可逆
解析：选D 提高光学仪器的分辨本领应减少衍射影响，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。
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，衍射条纹的宽度越窄，亮度越高。
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。[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
孔雀开屏时羽毛上形成闪烁绚丽的色彩，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：选A 孔雀细密的羽毛就像有规律地排列在一起的反射光栅，使多束反射光相互干涉。瀑布溅起的小水滴相当于棱镜，在阳光下呈现的彩虹是色散现象。通过狭缝观察发光的日光灯时看到的彩色条纹是光的衍射现象，故A正确。
对衍射图样的考查
[典题例析]
1.在一次观察光的衍射的实验中，观察到如图5-2-4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)( )
图5-2-4
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
[思路点拨]
(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
[探规寻律]
区分圆孔衍射和不透光圆盘衍射的图样
中心圆心处为小亮斑(即泊松亮斑)且中心圆环为较宽的暗环时为圆盘衍射；若中心为大的圆形亮斑，中心圆环为细而窄的暗纹时为圆孔衍射。
[跟踪演练]
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5-2-5所示，则他在光屏上看到的条纹是( )
图5-2-5
图5-2-6
解析：选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。
单缝衍射与双缝干涉
[典题例析]
2．如图5-2-7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5-2-7
A．红 黄 蓝 紫 B．红 紫 蓝 黄
C．蓝 紫 红 黄 D．蓝 黄 红 紫
[思路点拨]看条纹宽度―→确定是干涉还是衍射―→条纹间距―→
解析：双缝干涉条纹是等间距的条纹，单缝衍射条纹是中间最宽、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
[探规寻律]
单缝衍射与双缝干涉的比较
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，两边最暗
条纹清晰，亮度基本相等
相同点
成因
明暗相间的条纹，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
[跟踪演练]
(上海高考)如图5-2-8为红光或紫光通过双缝或单缝所呈现的图样，则( )
图5-2-8
A．甲为紫光的干涉图样
B．乙为紫光的干涉图样
C．丙为红光的干涉图样
D．丁为红光的干涉图样
解析：选B 对于干涉条纹，明条纹和暗条纹在比较多的条数之内都保持宽度相等，且波长越大，条纹越宽；对于衍射条纹，条纹宽度中间大，两边逐渐减小。由于红光波长大于紫光波长，故红光条纹比紫光条纹宽，因此甲是红光干涉图样，乙是紫光干涉图样，丙是红光衍射图样，丁是紫光衍射图样，故选项B对，A、C、D错。
[课堂双基落实]
1．关于衍射，下列说法错误的是( )
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．一切波都能发生衍射现象
D．影的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实
解析：选D 衍射图样是很复杂的光波叠加现象，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。
2．春季我国沙尘天气较多，沙尘暴是由于土地沙化引起的一种恶劣的气象现象。发生沙尘暴时能见度只有几十米，天空变黄发暗，这是由于在这种情况下( )
A．只有波长较短的一部分光才能到达地面
B．只有波长较长的一部分光才能到达地面
C．只有频率较大的一部分光才能到达地面
D．没有光能够到达地面
解析：选B 发生沙尘暴时，由于沙尘悬浮在空中，只有波长较长的一部分光通过衍射才能到达地面。故选项B正确。
3．单色光源发出的光经一狭缝，照射到光屏上，在图5-2-9中可观察到的图象是( )
图5-2-9
解析：选A 光的双缝干涉条纹是等间距、等宽度的明暗相间的条纹，而在光的单缝衍射图样中，中间是宽度最大最亮的亮条纹，在中央条纹两边的亮条纹宽度越来越小，亮度也越来越低，故A正确。
4．如图5-2-10所示，A、B两幅图是由单色光分别入射到圆孔而形成的图样，其中图A是光的________(填“干涉”或“衍射”)图样。由此可以判断出图A所对应的圆孔的孔径________(填“大于”或“小于”)图B所对应的圆孔的孔径。
图5-2-10
解析：题图A中出现明暗相间的条纹，是衍射现象，题图B中出现圆形亮斑。只有障碍物或孔的尺寸比光波的波长小或跟波长相差不多时，才能发生明显的衍射现象。题图A是光的衍射图样，由于光波波长很短，约在10－7 m数量级上，所以题图A对应的圆孔的孔径比题图B所对应的圆孔的孔径小。题图B的形成可以用光的直线传播解释。
答案：衍射 小于
[课下综合检测]
(时间：30分钟 满分：60分)
一、选择题(共8小题，每小题5分，共40分，每小题只有一个选项正确。)
1．(大纲版全国卷)下列现象中，属于光的衍射的是( )
A．雨后天空出现彩虹
B．通过一个狭缝观察日光灯可看到彩色条纹
C．海市蜃楼现象
D．日光照射在肥皂膜上出现彩色条纹
解析：选B 本题考查光的衍射现象，意在考查考生对衍射现象的基本理解。雨后的彩虹是光的色散，则A错误；通过一个狭缝观察到的彩色条纹属于光的衍射，则B正确；海市蜃楼是全反射和折射，则C错误；日光下的肥皂膜出现的彩色条纹是薄膜干涉现象，则D错误。
2．用单色光分别通过小圆盘与小圆孔做衍射实验时，在光屏上得到衍射图样，它们的特点是( )
A．用前者做实验时中央是暗的，用后者做实验时中央是亮的
B．用前者做实验时中央是亮的，用后者做实验时中央是暗的
C．中央均为亮点的同心圆形条纹
D．中央均为暗点的同心圆形条纹
解析：选C 小孔衍射和圆盘衍射，图样中央均为加强点，故中央均为亮点，周围是以亮点为圆心的圆形条纹，故C正确，A、B、D均错误。
3．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：选A 观察衍射图样发现：狭缝的宽度逐渐变小，衍射现象越明显，衍射条纹间距变大。本题是缝宽增大，所以选项A正确。
4．在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的亮暗相间的图样，下列四幅图片中属于光的单缝衍射图样的是( )
图1
A．a、c B．b、c
C．a、d D．b、d
解析：选D 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。
5．在一个发光的小电珠和光屏之间放一个大小可以调节的圆形孔屏，在圆孔从较大调至完全闭合的过程中，在屏上看到的现象是( )
A．先是圆形亮区，最后完全黑暗
B．先是圆形亮区，再是圆形亮环，最后完全黑暗
C．先是圆形亮环，最后完全黑暗
D．先是圆形亮环，然后圆形亮区，最后完全黑暗
解析：选B 在圆孔由大到小调节过程中，当孔较大时，光沿直线传播，在屏上得到圆形亮斑；当孔的直径减小到与光波的波长相近时，产生光的衍射现象，屏上将出现明、暗相间的亮环，当孔继续减少到完全闭合，没有光到达屏上时，屏上完全黑暗。
6．抽制细丝时可以用激光监控其粗细，如图2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2
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，表明抽制的丝粗了 ④如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝细了
A．①③ B．②④
C．①④ D．②③
解析：选B 本题考查发生明显衍射现象的条件，上述现象符合光的明显衍射现象产生的条件，故②正确；由明显衍射现象产生的条件可知：丝越细衍射现象越明显，故④正确。
7．用点光源发出的光照射一个障碍物，在屏上形成的阴影的边缘部分模糊不清，产生的原因是( )
A．光的反射 B．光的折射
C．光的干涉 D．光的衍射
解析：选D 光发生衍射后会分散在一个区域内，这个区域都有部分光到达也就会出现不明不暗模糊不清的现象。
8．平行光通过小孔得到的衍射图样和泊松亮斑比较，下列说法 中正确的有( )
A．在衍射图样的中心都是亮斑
B．泊松亮斑中心亮点周围的暗环较宽
C．小孔衍射的图样的中心是暗斑，泊松亮斑图样的中心是亮斑
D．小孔衍射图样中亮、暗条纹间的间距是均匀的，泊松亮斑图样中亮、暗条纹间的间距是不均匀的
解析：选AB 小孔衍射的图样是中心亮点，向外依次为明暗相间的环状条纹；泊松亮斑的图样是中心亮点，向外是圆板的黑影，再向外是明暗相间的环状条纹。
二、非选择题(共2小题，共20分)
9．(10分)用某种单色光源垂直照射带有圆孔的不透明障碍板，下列几种情况中，在障碍板后面暗箱中的屏上各看到什么现象？
(1)小孔的直径为1 cm。
(2)小孔的直径为1 mm。
(3)小孔的直径为0.5 μm。
解析：(1)当圆孔的直径为1 cm时，在光屏上只能看到与圆孔形状相似的亮斑，这是光沿直线传播的结果。
(2)当圆孔的直径为1 mm时，在光屏上能看到单色光源倒立的像。这是小孔成像，也是光沿直线传播的结果。
(3)当圆孔的直径为0.5 μm时，在光屏上能看到衍射图样，这是由于小孔的尺寸与光波的波长差不多，光发生明显衍射的结果。
答案：见解析
10．(10分)分析以下现象产生的原因：
(1)通过盛水的玻璃杯，在适当的角度可以看到彩色光。
(2)菜汤上的油花呈现彩色。
(3)隔着帐幔看远处的灯，见到灯周围辐射彩色光芒。
(4)光线照在花布上，可以看见花布上的图样。
解析：(1)白光通过盛水的玻璃杯发生折射，产生色散，在适当的角度，各色光分离较大，可看到彩色光。
(2)光经过菜汤上油膜的前后两个表面发生反射，两列反射光相互叠加，产生干涉条纹，因此菜汤上的油花呈现彩色。
(3)远处灯发出的光经过帐幔的缝隙产生衍射，因此可看到灯周围辐射彩色的光芒。
(4)光线照在花布上看见花布的图样，是由于光的反射与吸收的结果。花布是由各种颜色的花纹组成的，当白光照在花布上时红色花纹反射红光，吸收其他颜色的光，这样我们在该位置只看到红色。同理可以看到各种花纹反射的颜色。这样我们就可以看到花布的图样。
答案：见解析
第3、4节 光的偏振__激光与全息照相
1．光的偏振说明光是横波，光的偏振应用很多，如照相机镜头前的偏振滤光片和立体电影等。
2．偏振片是一种特殊的光学元件，只能让某一方向的振动的光通过。
3．激光具有相干性高、平行度好、亮度高的特点，在生活中的各个领域，激光都有广泛的应用。
光的偏振
[自读教材·抓基础]
1．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，光振动在平面内是均匀分布的。
2．偏振光
自然光通过偏振片(起偏器)之后，只有振动方向与“狭缝”方向一致的光波才能通过。自然光通过偏振片后，就能获得偏振光。
3．起偏器和检偏器
(1)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)偏振器的偏振化方向：偏振光能完全通过的方向。
4．偏振现象的应用
(1)在照相机镜头前装一偏振片，并适当旋转偏振镜片，能够阻挡偏振光，消除或减弱光滑物体表面的反光或亮斑。
(2)利用偏振光通过受力的塑料或玻璃时，偏振化方向会发生变化，这一现象可以检查应力的分布情况以及用于地震预报。
(3)立体电影，液晶显示器，汽车挡风玻璃等。
[跟随名师·解疑难]
1．偏振现象
对横波，只有狭缝的方向与横波质点的振动方向相同时，横波才能毫无阻碍地通过狭缝；当狭缝的方向与质点的振动方向垂直时，横波就不能通过狭缝，这种现象叫做横波的偏振，偏振是横波特有的现象。
2．自然光和偏振光的比较
自然光
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(与起偏器的偏振化方向一致)
[特别提醒]
(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。
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
对于光的偏振，以下认识正确的是( )
A．振动方向在平行于传播方向的平面上，只沿特定方向振动的光是偏振光
B．从电灯等光源直接发出的光本身就是偏振光
C．通过偏振片去看电灯发出的光，看到透射光亮度无变化，说明透射光不是偏振光
D．光的偏振现象使人们认识到光是一种横波
解析：选D 由自然光和偏振光的关系可知A错误；平时我们看到的光，除直接从光源射来的光以外，几乎都是偏振光，所以B错误；透过偏振片后的光一定是偏振光，所以C错误；横波只沿某一特定方向振动，所以D正确。
激光与全息照相
[自读教材·抓基础]
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、方向性强、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散后射到照相胶片上，另一部分射向一个平面镜，经反散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。
[跟随名师·解疑难]
1．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
全息照相与普通照相的区别
全息照相
普通照相
原理不同
物理光学原理
几何光学原理
记录方法不同
记录的是物光与参考光相干涉的干涉条纹，同时记录了物光的振幅和相位
透镜成像在胶片上，只记录下物光的光强信息
成像性质不同
立体像
平面像
再现方法不同
用衍射方法再现
直接成像在感光面上，冲洗后即能看到像
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
全息照相利用了下列哪些原理( )
A．小孔成像 B．光的折射
C．光的衍射 D．激光是一种相干光
解析：选D 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。因此只有D正确。
对光的偏振现象的考查
[典题例析]
1．如图5-3-1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5-3-1
①图中a光为偏振光
②图中b光为偏振光
③以SP为轴将B转过180°后，在P处将看到光亮
④以SP为轴将B转过90°后，在P处将看到光亮
A．①③ B．①④
C．②③ D．②④
[思路点拨] 偏振片A为起偏器，B为检偏器，当A、B透振方向平行时透过B的亮度最大，垂直时没有光透过。
解析：自然光沿各个方向发散是均匀分布的。通过偏振片后，透射光是只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，选项①错误；它通过A偏振片后，即变为偏振光，选项②正确；设通过A的光沿竖直方向振动，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，选项③错误；若将B转过90°，则该偏振片将变为能通过沿竖直方向振动的光的偏振片，则偏振光能通过B，即在P处有光亮，选项④正确，故应选D。
答案：D
[探规寻律]
(1)偏振片是由特殊材料制成的，其“狭缝”用肉眼不能看见，它只允许振动方向与“狭缝”平行的光波通过。通过偏振片后，自然光就变成了偏振光。
(2)自然光射到两种介质的交界面上，如果入射的方向合适，使反射光和折射光之间的夹角恰好是90°时，反射光和折射光就都是偏振光，且偏振方向相互垂直。
[跟踪演练]
如图5-3-2所示，P是偏振片，P的偏振化方向(用不带箭头的实线表示)为竖直方向。下列四种入射光束中，哪种照射P时不能在P的另一侧观察到透射光( )
图5-3-2
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°角振动的光
解析：选C 根据光的偏振知识，只要光的振动方向不与偏振片的偏振化方向垂直，就有光能通过偏振片。当光的振动方向与偏振片的偏振化方向相同时，透射光最强，当二者垂直时，光完全不能透过。当二者间的夹角由0°至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。
对激光的应用的考查
[典题例析]
2．下列说法中正确的是( )
A．偏振光可以是横波，也可以是纵波
B．因为激光的方向性好，所以激光不能发生衍射现象
C．激光可以像刀子一样切除肿瘤
D．以上说法都不对
解析：光是一种横波，偏振光也是横波；激光也是光，因此具有光波的特性，能够发生衍射现象；激光有很多用途，可用来做手术，切除肿瘤。
答案：C
[探规寻律]
激光的特点
(1)激光首先是光，遵循光的一切规律，例如折射、反射、衍射、干涉等。
(2)激光是一种新型光源，具有一般光源所不具备的特点，例如单色性好、方向性强、亮度高等。
(3)针对激光的每一个特点，都有很多方面的应用。
[跟踪演练]
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：选C 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，故本题的正确选项是C。
[课堂双基落实]
1．关于自然光和偏振光，下列观点正确的是( )
A．自然光能产生干涉和衍射现象，而偏振光却不能
B．只有自然光透过偏振片才能获得偏振光
C．自然光只能是白色光，而偏振光不能是白色光
D．自然光和偏振光都能使感光底片感光
解析：选D 光振动沿各个方向均匀分布的光就是自然光，而振动沿着特定方向的光就是偏振光，但自然光和偏振光都能发生干涉、衍射，所以A错；光的偏振现象并不罕见，除了从光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光，都是偏振光，所以B错；光的颜色由光的频率决定，与光的振动方向无关，所以C错；自然光和偏振光都具有能量，都能使感光底片感光。
2．以下哪些现象可以说明光波是横波( )
A．光的干涉 B．光的偏振
C．光的色散 D．光的反射
解析：选B 光的干涉表明光的波动性，即光是一种波，选项A错；光的偏振表明光是横波，因为只有横波能发生偏振现象，选项B正确；光的色散可表明光是单色光还是复色光，选项C错；光的反射不能说明什么问题，选项D错。
3．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：选D 电磁波是横波，A项错；光在不同介质中传播速度不同，波长也不同，B项错；相干光的条件是频率相同，C项错，D项正确。
4．如图5-3-3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，下列说法中正确的是( )
图5-3-3
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
解析：选C 自然光在各方向的振动强度是相同的，当偏振片转动时。自然光透过偏振片的光的强度并不发生变化。
[课下综合检测]
(时间：30分钟 满分：50分)
一、选择题(共6小题，每小题5分，共30分，每小题只有一个选项正确。)
1．关于偏振光的下列说法正确的是( )
A．自然光就是偏振光
B．单色光就是偏振光
C．沿着一个特定方向传播的光叫偏振光
D．沿着一个特定方向振动的光叫偏振光
解析：选D 自然光和偏振光的根本区别是前者包含着沿任意方向(垂直光传播方向)振动的光，而且沿各个方向振动的光波强度相同，而偏振光只有沿着某一特定方向振动的光，与光的颜色无关。
2．如图1所示，让太阳光或白炽灯光通过偏振片P和Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片P或Q，可以看到透射光的强度会发生变化，这是光的偏振现象，这个实验表明( )
图1
A．光是电磁波 B．光是一种横波
C．光是一种纵波 D．光是概率波
解析：选B 偏振现象是横波特有的现象，题中实验表明光是一种横波，故应选B。
3．将激光束的宽度聚焦到纳米级(10－9 m)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．波动性好
C．粒子性 D．高能量
解析：选D 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。
4．在拍摄日落时水面下的景物时，应在照相机镜头前装一偏振片，其目的是( )
A．减弱反射光，从而使景象清晰
B．增强反射光，从而使景象清晰
C．增强入射光，从而使景象清晰
D．减弱入射光，从而使景象清晰
解析：选A 本题考查偏振的应用。由于反射光的干扰，景物的像常常比较模糊，装上偏振片的目的是减弱反射光，且透振方向与反射光的振动方向垂直，但不能增强透射光。
5．下列说法中正确的是( )
A．光的反射现象和折射现象说明光是横波
B．光的偏振现象说明光是一种纵波
C．激光通过狭缝时不可能产生衍射现象
D．应用光的偏振技术观看立体电影
解析：选D 光的偏振现象说明光是一种横波，光的反射和折射现象不能说明光是横波或纵波，A、B项全错；激光通过狭缝时可能产生衍射现象，C项错；应用光的偏振技术观看立体电影，D项正确。
6. (江苏高考)如图2所示，白炽灯的右侧依次平行放置偏振片P和Q，A点位于P、Q之间，B点位于Q右侧。旋转偏振片P，A、B两点光的强度变化情况是( )
图2
A．A、B均不变
B．A、B均有变化
C．A不变，B有变化
D．A有变化，B不变
解析：选C 因白炽灯发出的光为自然光，含各个方向的偏振光，且各个方向的偏振光的强度都相同，偏振片P和Q都只允许特定方向的偏振光通过，不管偏振片P旋转到任何位置都有光线通过，而且强度不变，所以A点的光的强度不变，当自然光通过偏振片P后变为偏振光，再通过偏振片Q，旋转偏振片P，当偏振片P和Q允许通过的方向相同，则B点最亮，当偏振片P和Q允许通过的方向垂直时，B点最暗，所以B点光的强度会发生变化。所以只有C正确。
二、非选择题(共2小题，共20分)
7．(10分)一台激光器，它的功率为P，如果它发射出的单色光在空气中的波长为λ，则这束单色光的频率是______，它在时间t内辐射的光能为________；如果已知这束单色光在某介质中的传播速度为v，那么这束单色光从该介质射向真空中发生全反射时的临界角为________。
解析：根据c＝λf可得这束光的频率为f＝，激光器在t时间内做的功W＝Pt转化为光能。这束单色光对该介质的折射率n＝，设它从该介质射向真空中发生全反射时的临界角为C，则sin C＝＝，所以C＝arcsin 。
答案： Pt arcsin
8. (10分)如图3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。
图3
(1)在单色自然光源S后加一偏振片P。
(2)移除偏振片P后，在双缝后面加偏振片P1、P2，且P1与P2的透光方向垂直。
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射出的光振动方向相互垂直，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
