第五章 光的波动性
章末整合提升
一、光的干涉
1．产生干涉的条件：两列频率相同、相位差恒定、振动情况相同的光．
2．产生亮、暗条纹的条件：当Δr＝kλ(k＝0,1,2,3…)时出现亮条纹；当Δr＝(2k－1)(k＝1,2,3…)时出现暗条纹．
相邻亮(或暗)条纹间距：Δx＝λ
3．双缝干涉图样的特点：单色光照射时为间距相同的明暗相间的条纹，白光照射时为彩色条纹．
4．双缝干涉法测光波的波长：相邻亮(或暗)条纹间距Δx＝λ，得：λ＝Δx.
5．薄膜干涉
(1)薄膜干涉中的条纹是从薄膜前、后两个表面反射的光在光源这一侧干涉形成的．
(2)同一条纹上的点厚度相同，所以若用肥皂薄膜做实验，条纹为水平条纹．
例1 如图1所示为双缝干涉实验，甲图为用绿光照射时的结果，a为中央亮条纹，a′为相邻亮条纹；乙图为换用另一种单色光照射的结果，a为中央亮条纹，a′为相邻亮条纹，两次实验中双缝间距和双缝到屏的距离相等，以下说法正确的是( )
图1
A．乙图可能是用红光照射，表明红光波长较长
B．乙图可能是用紫光照射，表明紫光波长较长
C．乙图可能是用紫光照射，表明紫光波长较短
D．乙图可能是用红光照射，表明红光波长较短
解析 由题图知甲图中条纹间距大，由Δx＝λ可知，在l和d相同的情况下，Δx大，则λ大；Δx小，则λ小；所以乙图中所用单色光波长较短，因紫光比绿光波长短，故选项C正确．
答案 C
例2 利用双缝干涉测量光的波长实验中，双缝间距d＝0.4 mm，双缝到光屏间的距离l＝0.5 m，用某种单色光照射双缝得到干涉条纹如图2所示，分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数如图中(a)、(b)所示给出，则：
图2
(1)分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数分别为xA＝__________mm，xB＝__________mm，相邻两条纹间距Δx＝__________mm；
(2)波长的表达式λ＝________(用Δx、l、d表示)，该单色光的波长λ＝________m；
(3)若改用频率较高的单色光照射，得到的干涉条纹间距将________(填“变大”“不变”或“变小”)．
解析 游标卡尺读数时：一要注意精确度，二要注意读数时主尺读数应为游标尺零刻度线所对主尺位置的读数；三要注意单位，无论是主尺读数还是游标尺读数要以mm为单位读取．本题中还要注意主尺上的数字单位是cm，不是mm.由Δx＝λ可知，波长越长的光，干涉条纹间距越大．根据频率、光速与波长的关系可知，频率越大的光，波长越短，所以干涉条纹间距越小．
答案 (1)11.1 15.8 0.78 (2)Δx 6.24×10－7 (3)变小
例3 劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图3甲所示．将一块平板玻璃放置在另一块平板玻璃上，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的劈形空气薄膜后，从上往下看到的干涉条纹( )
图3
A．变疏 B．变密
C．不变 D．消失
解析 由薄膜干涉的原理和特点可知，干涉条纹是由膜的上、下表面反射的光叠加干涉而形成的，某一亮条纹或暗条纹的位置就由上、下表面反射光的路程差决定，且相邻亮条纹或暗条纹对应的路程差是恒定的，而该路程差又决定于条纹下对应膜的厚度，即相邻亮条纹或暗条纹
下面对应的膜的厚度也是恒定的．当抽去一纸片后，劈形空气膜的劈尖角(上、下表面所夹的角)变小，相同的厚度差对应的水平间距离变大，所以相邻的亮条纹或暗条纹间距变大，即条纹变疏．A正确.
答案 A
二、单缝衍射与双缝干涉的比较
两种现象
比较项目
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
频率相同的两列相干光波相遇叠加
条纹特点
条纹宽度和亮度不等，中央条纹最宽最亮，两侧条纹逐渐变窄变暗
条纹宽度相等，各条纹间距相等，亮度基本不变
相同点
都是明暗相间的条纹，条纹都是光波叠加时加强或削弱的结果；都是波特有的现象，表明光是一种波
例4 如图4所示，a、b、c、d四个图是不同的单色光形成的双缝干涉或单缝衍射图样，分析各图样的特点可以得出的正确结论是( )
图4
A．a、b是光的干涉图样
B．c、d是光的干涉图样
C．形成a图样的光的波长比形成b图样光的波长短
D．形成c图样的光的波长比形成d图样光的波长短
解析 干涉条纹是等间距的条纹，因此，a、b图是干涉图样，c、d图是衍射图样，故A项正确，B项错误；由公式Δx＝λ可知，条纹宽的入射光的波长长，所以a图样的光的波长比b图样的光的波长长，故C项错误；c图样的光的波长比d图样的光的波长长，故D项错误．
答案 A
第1讲 光的干涉
[目标定位] 1.知道光的干涉现象，知道光是一种波.2.理解相干光源和产生干涉现象的条件.3.理解明暗条纹的成因及出现明暗条纹的条件.4.理解薄膜干涉的成因，知道薄膜干涉的现象和应用．
一、双缝干涉
1．1801年，英国物理学家托马斯·杨在实验室里成功地观察到了光的干涉．
2．双缝干涉：红色激光束垂直射到两条狭缝上，在它的后面的屏幕上看到了明暗相间的条纹，且条纹间距相等，这表明两束光在叠加区域内发生了干涉．
3．出现明、暗条纹的条件：
光从两狭缝到屏上某点的路程差为半波长的偶数倍(即波长λ的整数倍)时，这些点出现明条纹；当路程差为半波长的奇数倍时，这些点出现暗条纹．
4．光干涉的必要条件是两列光的频率相同．
5．光的干涉现象充分表明光是一种波．
二、薄膜干涉
1．原理：以肥皂膜为例，单色光平行入射到肥皂泡液薄膜上，由液膜前后两个表面反射回来的两列光是相干光，它们相互叠加产生干涉，肥皂泡上就出现了明暗相间的条纹或区域．
2．应用：检查平面的平整程度.
一、双缝干涉实验
1．实验装置示意图
实验装置如图1所示，有光源、单缝、双缝和光屏．
图1
(1)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．也可用激光直接照射双缝．
(2)双缝的作用：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．产生干涉的条件：两列光的频率相同、相位相同、振动方向相同．本实验中是靠“一分为二”的方法获得两个相干光源的．
3．干涉图样
(1)若用单色光作光源，则干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹．
(2)若用白光作光源，则干涉条纹是彩色条纹，且中间条纹是白色的．
4．实验结论：证明光是一种波．
例1 在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏幕上观察到了彩色干涉条纹，若在双缝中的一缝前放一红色滤光片(只能透过红光)，另一缝前放一绿色滤光片(只能透过绿光)，已知红光与绿光频率、波长均不相等，这时( )
A．只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其他颜色的双缝干涉条纹消失
B．红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其他颜色的干涉条纹依然存在
C．任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮
D．屏上无任何光亮
解析 两列光波发生干涉的条件之一是频率相等，利用双缝将一束光分成能够发生叠加的两束光，在光屏上形成干涉条纹，但分别用绿色滤光片和红色滤光片挡住两条缝后，红光和绿光频率不等，不能发生干涉，因此屏上不会出现干涉条纹，但仍有光亮．
答案 C
借题发挥 明确两列光波发生干涉的条件，知道不同色光的频率不同，是对此类问题作出正确判断的关键.
二、双缝干涉图样中出现亮、暗条纹的条件
1．亮条纹的条件：屏上某点P到两条缝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：
|PS1－PS2|＝kλ＝2k·(k＝0,1,2,3，…)
k＝0时，PS1＝PS2，此时P点位于屏上的O处，为亮条纹，此处的条纹叫中央亮条纹或零级亮条纹．k为亮条纹的级次．
2．暗条纹的条件：屏上某点P到两条缝S1和S2的路程差正好是半波长的奇数倍．即：
|PS1－PS2|＝(2k－1)·(k＝1,2,3，…)
k为暗条纹的级次，从第1级暗条纹开始向两侧展开．
例2 如图2所示是双缝干涉实验装置，使用波长为600 nm的橙色光源照射单缝S，在光屏中央P处观察到亮条纹，在位于P点上方的P1点出现第一条亮条纹中心(即P1到S1、S2的路程差为一个波长)，现换用波长为400 nm的紫光源照射单缝，则( )
图2
A．P和P1处仍为亮条纹
B．P处为亮条纹，P1处为暗条纹
C．P处为暗条纹，P1处为亮条纹
D．P、P1处均为暗条纹
解析 从单缝S射出的光波被S1、S2两缝分成两束相干光，由题意知屏中央P点到S1、S2距离相等，即分别由S1、S2射出的光到P点的路程差为零，因此中心是亮条纹，因而，无论入射光是什么颜色的光，波长多大，P点都是中央亮条纹．而分别由S1、S2射出的光到P1点的路程差刚好是橙光的一个波长，即|P1S1－P1S2|＝600 nm＝λ橙，则两列光波到达P1点振动情况完全一致，振动得到加强，因此，出现亮条纹．当换用波长为400 nm的紫光时，|P1S1－P1S2|＝600 nm＝λ紫，则两列光波到达P1点时振动情况完全相反，即分别由S1、S2射出的光到达P1点时相互削弱，因此，在P1点出现暗条纹．综上所述，选项B正确．
答案 B
借题发挥 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)的路程差与半波长的比值，要记住路程差等于半波长偶数倍处出现亮条纹，等于半波长奇数倍处出现暗条纹，还要注意这一结论成立的条件是：两个光源情况完全相同．
针对训练 如图3所示，用频率为f的单色光(激光)垂直照射双缝，在光屏的P点出现第3条暗条纹，已知光速为c，则P到双缝S1、S2的距离之差|r1－r2|应为( )
图3
A． B．
C． D．
解析 出现暗条纹，说明S1、S2到P点距离之差为×(2k－1)＝λ而λ＝，所以|r1－r2|＝λ＝，因此D是正确的．
答案 D
三、对薄膜干涉的理解
1．现象：光照到薄膜上，从膜的前表面和后表面反射回来的光再次相遇而产生的干涉现象．两反射光的路程差等于膜厚度的2倍．
2．图样：以光照射肥皂泡为例，如果是单色光照射肥皂泡，肥皂泡上就会出现明暗相间的条纹或区域；如果是白光照射肥皂泡，液膜上就会出现彩色条纹，且每一条纹呈水平分布．
3．应用：用干涉法检查平面的平整程度；光学镜头上的增透膜．
例3 关于薄膜干涉，下列说法中正确的是( )
A．只有厚度均匀的薄膜，才会发生干涉现象
B．只有厚度不均匀的楔形薄膜，才会发生干涉现象
C．厚度均匀的薄膜会形成干涉条纹
D．观察肥皂液膜的干涉现象时，观察者应和光源在液膜的同一侧
解析 当光从薄膜的一侧照射到薄膜上时，只要前后两个面反射回来的光波的路程差满足振动加强的条件，就会出现明条纹，满足振动减弱的条件就会出现暗条纹．这种情况在薄膜厚度不均匀时才会出现；当薄膜厚度均匀时，不会出现干涉条纹，但也发生干涉现象．观察肥皂液膜的干涉现象时，观察者应和光源在液膜的同一侧．
答案 D
双缝干涉
1.(多选)双缝干涉实验装置如图4所示，调整实验装置使得像屏上可以见到清晰的干涉条纹．关于干涉条纹的情况，下列叙述正确的是( )
图4
A．若将像屏向右平移一小段距离，屏上仍有清晰的干涉条纹
B．若将像屏向左平移一小段距离，屏上的干涉条纹将不会发生变化
C．若将像屏向上平移一小段距离，屏上仍有清晰的干涉条纹
D．若将像屏向上平移一小段距离，屏上的干涉条纹不会发生变化
答案 ACD
明、暗条纹的判断
2．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点出现明、暗条纹的情况是( )
A．用单色光f1和f2分别照射时，均出现明条纹
B．用单色光f1和f2分别照射时，均出现暗条纹
C．用单色光f1照射时出现明条纹，单色光f2照射时出现暗条纹
D．用单色光f1照射时出现暗条纹，单色光f2照射时出现明条纹
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点到双缝的距离之差Δx1＝0.6 μm＝λ1，
所以用单色光f1照射时P处出现亮条纹．
Δx2＝0.6 μm＝λ2，
所以用单色光f2照射时P处出现暗条纹，故选项C正确．
答案 C
3.如图5所示，用单色光做双缝干涉实验，P处为第二条暗条纹，改用频率较低的单色光重做上述实验(其他条件不变)时，则同侧第二条暗条纹的位置( )
图5
A．仍在P处
B．在P点上方
C．在P点下方
D．要将屏向双缝方向移近一些才能看到
解析 由λ＝知f变小，λ变大．若出现第二条暗条纹，则P到双缝的路程差Δr＝λ，当λ变大时，Δr也要变大，故第二条暗条纹的位置向上移，在P点上方，B正确．
答案 B
薄膜干涉
4．如图6所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置，P是附有肥皂薄膜的铁丝圈，S是一点燃的酒精灯，往火焰上撒些盐后，在肥皂膜上观察到的干涉图样应是图中的( )
图6
解析 铁丝圈上的肥皂泡薄膜在重力作用下上薄下厚，在同一水平线上厚度基本一致，如果某一厚度处前后表面反射的同一列光波叠加得到加强，那么这一水平线上同一厚度处光波会加强，所以干涉条纹应是水平的．
答案 D
题组一 双缝干涉现象
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 两束光的相位差不恒定，且都不是单色光，故不是相干光源，因此不能产生干涉图样．
答案 D
2．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 单缝的作用是产生一个线光源，两个频率相同的光源称为相干光源，选项A错误；双缝的作用是产生两个频率相同、振动情况相同的相干光源，选项B正确；路程差等于半波长奇数倍处出现暗条纹，选项C错误；频率越高，波长越短，条纹宽度越窄，选项D错误．
答案 B
3．一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，其原因是( )
A．各色光的波长不同，因而各色光分别产生的干涉条纹间距不同
B．各色光的速度不同，造成条纹的间距不同
C．各色光的强度不同，造成条纹的间距不同
D．各色光通过双缝到达一确定点的距离不同
解析 各色光的频率不同，波长不同，在屏上得到的干涉条纹的宽度不同，各种颜色的条纹叠加后得到彩色条纹．
答案 A
4．在杨氏双缝干涉实验中，如果( )
A．用白光作为光源，屏上将呈现黑白相间的条纹
B．用红光作为光源，屏上将呈现红黑相间的条纹
C．用红光作为光源，屏上将呈现彩色条纹
D．用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色条纹
解析 用白光做杨氏双缝干涉实验，屏上将呈现彩色条纹，A错；用红光作为光源，屏上将呈现红色亮条纹与暗条纹(即黑条纹)相间，B对，C错；红光和紫光频率不同，不能产生干涉条纹，D错．
答案 B
题组二 明、暗条纹的判断
5．(多选)用单色光做双缝干涉实验时( )
A．屏上到双缝的路程差等于波长整数倍处出现明条纹
B．屏上到双缝的路程差等于半波长整数倍处，可能是明条纹，也可能是暗条纹
C．屏上的明条纹一定是两列光波的波峰与波峰相遇的地方
D．屏上的明条纹是两列光波的波峰与波谷相遇的地方
解析 在双缝干涉实验中，屏上到双缝的路程差等于波长整数倍处出现明条纹，则可能是两列光波的波峰与波峰或波谷与波谷相遇的地方，A选项正确，C选项错误；屏上到双缝的路程差等于半波长整数倍处，可能是半波长的奇数倍(暗条纹)，也可能是半波长的偶数倍(明条纹)，B选项正确；两列光波的波峰与波谷相遇的地方，应是暗条纹，D选项错误．
答案 AB
6．如图1所示是研究光的双缝干涉的示意图，挡板上有两条狭缝S1、S2，由S1和S2发出的两列波到达屏上时产生干涉条纹，已知入射激光的波长为λ，屏上的P点到两狭缝S1和S2的距离相等，如果把P处的亮条纹记作0号亮纹，由P向上数，与0号亮纹相邻的亮纹为1号亮纹，与1号亮纹相邻的亮纹为2号亮纹，则P1处的亮纹恰好是10号亮纹．设直线S1P1的长度为δ1，S2P1的长度为δ2，则δ2－δ1等于( )
图1
A．9λ B．10λ
C．11λ D．18λ
解析 若屏上的P点到两狭缝S1和S2的路程差是波长的整数倍，则屏上出现亮条纹．P1处的亮纹恰好是10号亮纹，δ2－δ1＝10λ，选项B正确．
答案 B
7．(多选)双缝干涉实验装置如图2所示，绿光通过单缝S后，投射到具有双缝的挡板上，双缝S1和S2与单缝S的距离相等，光通过双缝后在与双缝平行的屏上形成干涉条纹．屏上O点距双缝S1和S2的距离相等，P点是距O点最近的第一条亮条纹，如果将入射的单色光换成红光或蓝光，已知红光波长大于绿光波长，绿光波长大于蓝光波长，则下列说法正确的是( )
图2
A．O点是红光的亮条纹
B．红光的第一条亮条纹在P点的上方
C．O点不是蓝光的亮条纹
D．蓝光的第一条亮条纹在P点的上方
解析 由于O点到双缝的路程差为零，所以为各种色光的亮条纹，A正确；P点由于是绿光的第一条亮条纹，红光的波长大于绿光的波长，红光的条纹间距大于绿光的条纹间距，因此B也正确．故正确答案为A、B．
答案 AB
题组三 薄膜干涉
8．下列现象中与光的薄膜干涉有关的是( )
A．水面上的油膜在阳光照射下呈现彩色
B．水中的气泡看起来特别明亮
C．白光通过三棱镜后形成彩色光带
D．白光通过双缝后在光屏上形成彩色条纹
解析 水中的气泡看起来特别明亮是光的全反射，白光通过三棱镜后形成彩色光带是光的折射，白光通过双缝后在光屏上形成彩色条纹是光的双缝干涉，选项A正确．
答案 A
9．(多选)如图3所示，一束白光从左侧射入肥皂薄膜，下列说法中正确的是( )
图3
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，从左侧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，故正确答案为B、C．
答案 BC
10．(多选)把一平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上，一端用薄片垫起，构成空气劈尖，让单色光从上方竖直射入，如图4所示，这时可以看到明暗相间的条纹，下面关于条纹的说法中正确的是( )
图4
A．干涉条纹的产生是由于光在空气劈尖膜的上下两表面反射形成的两列光波叠加的结果
B．干涉条纹中的暗条纹是由于上述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果
C．将上玻璃板平行上移，条纹向着劈尖移动
D．观察薄膜干涉条纹时，应在入射光的另一侧
解析 根据薄膜干涉的产生原理，上述现象是由空气膜上下表面反射的两列光叠加而成的，当波峰与波峰、波谷与波谷相遇叠加时，振动加强，形成亮条纹，所以A项正确，B项错误；因相干光是反射光，故观察薄膜干涉时，应在入射光的同一侧，故D项错误；根据条纹的位置与空气膜的厚度是对应的，当上玻璃板平行上移时，同一厚度的空气膜向劈尖移动，故条纹向着劈尖移动，故C项正确．
答案 AC
11．市场上有种灯具俗称“冷光灯”，用它照射物品时能使被照物品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)，这种膜能消除不镀膜时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，用λ0表示此红外线在真空中的波长，则所镀薄膜的厚度最小应为( )
A．λ0 B．λ
C．λ D．λ0
解析 要消除反射回来的红外线，即从薄膜前后表面反射回来的红外线发生干涉，相互抵消，出现暗条纹，即2d＝，解得：d＝，选项B正确．
答案 B
12．用如图5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(在灯芯上撒些盐)，图(b)是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属丝圈．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5
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 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，仍然是水平的干涉条纹，A、B、C错误，D正确．
答案 D
13．(多选)如图6所示，用单色光照射透明标准板M来检查平面N的上表面的平滑情况，观察到如图所示条纹中的P和Q情况，这说明( )
图6
A．N的上表面A处向上凸起
B．N的上表面B处向上凸起
C．N的上表面A处向下凹陷
D．N的上表面B处向下凹陷
解析 空气厚度从左向右依次增大，则两表面的反射光的路程差自左向右依次增大．当＝kλ(k＝0,1,2…)时，出现亮条纹，当＝λ(k＝0,1,2…)时，出现暗条纹．同一条纹上的各点对应的厚度相同(类比于地理上的等高线)，当条纹向左弯由(P)说明等高线向左移动，即现在A处的高度和A处右边点的高度相同，因此高度变大，A处下凹．当条纹向右弯曲(Q)，说明等高线右移，即现在B处的高度和左边点的高度相同，B处上凸．B、C正确．
答案 BC
14．一个半径较大的透明玻璃球体，截去其下面的一部分，然后将这一部分放到标准的水平面上，现让单色光竖直射向截面，如图7所示，在反射光中看到的是( )
图7
A．平行的明暗相间的直干涉条纹
B．环形的明暗相间的干涉条纹
C．只能看到同颜色的平行反射光
D．一片黑暗
解析 这是薄膜干涉模型，由于以接触点为圆心的同一圆周上，光通过空气楔的路程差是相同的，故干涉条纹是环形的．
答案 B
第2讲 学生实验：用双缝干涉测量光的波长
[目标定位] 1.了解用双缝干涉测量光的波长的实验原理.2.知道影响干涉条纹间距的因素.3.观察白光及单色光的干涉图样.4.能够利用双缝干涉实验测量单色光的波长．
一、实验原理
相邻两条亮条纹(或暗条纹)的间距是Δx＝λ，根据这个公式，可以得出单色光的波长．
二、实验器材
双缝干涉实验仪(主要部件有遮光管、照明系统、双缝、观察筒及测量头．照明系统是指光源灯泡、透镜、遮光板，单缝及滤光片，测量头包括游标尺、分划板、滑块座、滑块、目镜、手轮等)．
三、条纹间距Δx的测定
测量时，先移动测量头上的手轮，把分划线对准某一条亮条纹(或暗条纹)，并记下它在游标尺上的读数x1，然后转动手轮，把分划线对准第n条干涉亮条纹(或暗条纹)，记下游标尺的读数xn，则相邻两条亮条纹(或暗条纹)之间的距离为Δx＝.
想一想 实验中为什么不直接测出相邻两条亮条纹间的距离Δx，而要测出n个亮条纹间的距离，再求平均值？
答案 由于光的波长很小，实验中条纹宽度很小，直接测出一条条纹的宽度不准确或较难实现，只能先测出n个条纹间距，再求相邻亮条纹间的距离，这样既便于测量，又可以减小误差．
一、实验原理
1．光源发出的光经滤光片成为单色光，单色光通过单缝后相当于线光源，经双缝产生稳定的干涉图样，通过屏可以观察到明暗相间的干涉条纹．
2．若双缝到屏的距离用l表示，双缝间的距离用d表示，相邻两条亮条纹间的距离用Δx表示，则入射光的波长为λ＝.实验中d是已知的，测出l、Δx即可测出光的波长λ.
二、实验步骤(如图1所示为安装仪器示意图)
图1
1．把遮光管架在支架环上，其轴线与光具座的导轨基本平行．
2．在遮光管的一端装上双缝，并转动双缝座，使双缝与水平面垂直．再装好单缝管．
3．让灯泡灯丝及透镜中心与单缝中心等高．灯丝与单缝之间的距离约为25 cm.点亮灯泡，上下或左右调节灯泡，使灯丝的放大像及缩小像均成在单缝中心．
4．在遮光管的另一端装上测量头．在单缝管上装上拨杆，边观察，边左右移动拨杆，以调节单缝与双缝平行，直至看到白光的干涉条纹最清晰．
5．测量单色光波长时，在单缝前面加上红色或绿色滤光片即可看到红黑相间或绿黑相间的干涉条纹，再调节目镜，就能同时清晰地看到分划线和干涉条纹，然后绕光轴转动测量头，使分划线与干涉条纹平行，固定好测量头后即可进行测量．
6．先移动测量头上的手轮，把分划线对准最左边的一条干涉亮条纹或者暗条纹，并记下它在标尺上的读数x1，然后转动手轮，把分划线移向右边，并对准第n条(一般n可取7左右)干涉亮条纹或者暗条纹，这时游标尺的读数为xn，则相邻两条亮条纹或暗条纹之间的距离为Δx＝.待测的光波波长为：λ＝＝·.式中d为双缝中心距离，其数值刻在双缝座上，一块为0.250 mm，另一块为0.200 mm.l为双缝至光屏(即分划板)之间的距离，当遮光管未接长管时，l＝600 mm；当遮光管接上长管后，l＝700 mm.
7．改变双缝间的距离d，重复上面步骤，再测量一次．
例1 某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到图2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2
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 由甲和乙两图可知改变条件以后条纹变宽，由Δx＝λ可知，只有B正确．
答案 B
三、注意事项与误差分析
1．注意事项
(1)单缝、双缝应相互平行，其中心位于遮光筒的中心轴线上，双缝到单缝的距离应相等．
(2)测双缝到屏的距离l时用毫米刻度尺多次测量取平均值．
(3)测条纹间距Δx时，用测量头测出n条亮条纹间的距离a，求出相邻两条亮条纹间的距离Δx＝.
2．误差分析
实验中的双缝间距d是器材本身给出的，因此本实验要注意Δx的测量．光波的波长很小，Δx的测量对波长的影响很大．
Δx利用测量头测量．可利用“累积法”测n条亮条纹间的距离a，再求Δx＝，并且采用多次测量求Δx的平均值的方法进一步减小误差．
例2 (多选)某同学在做双缝干涉实验时，按装置图安装好实验装置，在光屏上却观察不到干涉图样，这可能是由于( )
A．光束的中央轴线与遮光筒的轴线不一致，相差较大
B．没有安装滤光片
C．单缝与双缝不平行
D．光源发出的光束太强
解析 安装实验器材时要注意：光束的中央轴线与遮光筒的轴线要重合，光源与光屏正面相对，滤光片、单缝和双缝要在同一高度，中心位置在遮光筒轴线上，单缝与双缝要相互平行，才能使实验成功．当然还要使光源发出的光束不致太暗．综上所述，可知选项A、C正确．
答案 AC
实验原理与数据处理
1．图3为双缝干涉的实验示意图，光源发出的光经滤光片成为单色光，然后通过单缝和双缝，在光屏上出现明暗相间的条纹．若要使干涉条纹的间距变大，在保证其他条件不变的情况下，可以( )
图3
A．将光屏移近双缝
B．更换滤光片，改用波长更长的单色光
C．增大双缝的间距
D．将光源向双缝移动一小段距离
解析 由Δx＝λ可知，要使干涉条纹的间距变大，可增大l和λ，或减小d，选项B正确．
答案 B
2．在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，若已知双缝间的距离d.
(1)若测定绿光的波长，应选用________色的滤光片．实验时需要测定的物理量有________和________．
(2)已知双缝到光屏之间的距离l＝500 mm，双缝之间的距离d＝0.50 mm，单缝到双缝之间的距离s＝100 mm，某同学在用测量头测量时，调整手轮，在测量头目镜中先看到分划板中心刻线对准A条亮条纹的中心，然后他继续转动，使分划板中心刻线对准B条亮条纹的中心，前后两次游标卡尺的读数如图4所示．则入射光的波长λ＝________ m(结果保留两位有效数字)．
图4
(3)实验中发现条纹太密，难以测量，可以采用的改善办法有________．
A．改用波长较长的光(如红光)作为入射光
B．增大双缝到屏的距离
C．增大双缝到单缝的距离
D．增大双缝间距
解析 (1)由于测量绿光的波长，因此应用绿色滤光片．由Δx＝λ可知要想测λ必须测定双缝到屏的距离l和相邻亮(暗)条纹间距Δx.
(2)游标卡尺读数精确度为0.1 mm，A位置主尺读数为11 mm，游标尺读数为1，读数为x1＝11 mm＋1×0.1 mm＝11.1 mm，同理B位置读数为x2＝15.6 mm，则条纹间距Δx＝≈0.64 mm.利用λ＝Δx＝6.4×10－7 m.
(3)由Δx＝λ可知，要增大条纹间距，可用波长更长的入射光、增大双缝到屏的距离或减小双缝间距，故选项A、B正确．
答案 (1)绿 双缝到屏的距离 相邻亮(暗)条纹间距
(2)6.4×10－7 (3)AB
注意事项与误差分析
3．在双缝干涉实验中，实验装置如图5所示，下列说法正确的是( )
图5
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．测量某条亮条纹位置时，应使测量头分划板中心刻线与该亮条纹的中心对齐
C．为了减少测量误差，可用测量头测出第1条亮条纹与第n条亮条纹间的距离a，求出相邻两条亮条纹间距Δx＝
D．单缝、双缝和滤光片缺一不可，否则屏上不会出现干涉图样
解析 在不放置单缝和双缝时才能根据光屏上光斑的形状来判定光束是否沿遮光筒的轴线传播，故A错误．因条纹宽度是指相邻亮条纹中心或相邻暗条纹中心之间的距离，故B正确．微小量累积法可有效减小测量中的偶然误差，但相邻两条亮条纹间距应为Δx＝，C错误；在该实验中，若没有滤光片，在屏上会得到白光的干涉图样，即彩色条纹，D错误．
答案 B
题组一 实验原理、实验器材和实验现象
1．在双缝干涉实验中( )
A．入射光波长越长，干涉条纹间距越大
B．入射光波长越长，干涉条纹间距越小
C．把入射光由绿光变为紫光，干涉条纹间距变大
D．把入射光由绿光变为红光，干涉条纹间距变小
解析 由Δx＝λ得，双缝干涉条纹宽度与波长成正比，绿光比紫光的波长大，红光比绿光的波长大，故A正确．
答案 A
2．在双缝干涉实验中，以下说法正确的是( )
A．双缝屏的作用是使入射光到达双缝屏时，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，则像屏上的条纹是黑白相间的干涉条纹
C．像屏上某点到双缝的路程差为入射光波长的1.5 倍时，该点处一定是亮条纹
D．双缝干涉中相邻亮条纹之间的距离与相邻暗条纹之间的距离不相等
解析 分光法获得相干光源，所以A正确；白光的干涉条纹是彩色的，不是黑白相间的，B错；像屏上某点到双缝的路程差为波长的1.5 倍时，该处应是暗条纹，C错；相邻亮条纹间距等于相邻暗条纹间距，D错．
答案 A
3．在利用测量头测量条纹宽度时，最好应使分划板中心刻线( )
A．与亮条纹的边缘线对齐 B．与暗条纹的边缘线对齐
C．与亮条纹的中心位置对齐 D．与暗条纹的中心位置对齐
答案 C
4．利用图1中装置研究双缝干涉现象时，下面几种说法：
图1
A．将屏移近双缝，干涉条纹间距变窄
B．将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹间距变宽
C．将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽
D．换一个双缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变窄
E．去掉滤光片后，干涉现象消失
其中正确的是________．
解析 由条纹间距公式Δx＝λ(d指双缝间距离，l是双缝到屏的距离)，可知：A项中l减小，Δx变小；B项中λ变大，Δx变大；C项中Δx不变；D项中d变大，Δx变小，E项中去掉滤光片后，出现彩色条纹，故A、B、D正确．
答案 ABD
题组二 数据处理
5．某次实验中，测得第一级亮条纹和第三级亮条纹相距4.0×10－2 m，若双缝片间距为0.1 mm，缝到屏的距离为l＝4.0 m，则光波的波长为( )
A．8.0×10－8 m B．5.0×10－7 m
C．1.5×10－8 m D．1.0×10－7 m
解析 由公式Δx＝λ有λ＝，Δx＝＝2×10－2 m，l＝4.0 m，d＝0.1 mm＝10－4 m，得λ＝5.0×10－7 m.
答案 B
6．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，要把它们放在如图2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2
(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)测量数条亮条纹间的距离．
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条纹中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮条纹，此时手轮上的示数如图3甲所示．然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮条纹中心对齐，记下此时图乙中手轮上的示数______ mm，求得相邻亮条纹的间距Δx为________ mm.
图3
(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，最后成像在毛玻璃屏．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；要保证光源、滤光片、单缝、双缝和毛玻璃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Δx＝ mm＝2.310 mm.
(4)由条纹间距离公式Δx＝λ得：λ＝，代入数值得：λ＝6.6×10－7 m＝6.6×102 nm.
答案 (1)E、D、B
(2)放置单缝、双缝时，必须使缝平行 要保证光源、滤光片、单缝、双缝和毛玻璃屏的中心在同一轴线上
(3)13.870 2.310 (4) 6.6×102
7．在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，调节分划板的位置，使分划板的中心刻线对齐中央亮条纹的中心，此时螺旋测微器的读数如图4甲所示，转动手轮，使分划板向一侧移动，使分划板的中心刻线对齐第3条亮条纹的中心，此时螺旋测微器的读数如图乙所示．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4
解析 图甲读数为1.130 mm，图乙读数为1.760 mm.
相邻两条亮条纹的间距
Δx＝ mm＝0.210 mm.
由Δx＝λ得λ＝＝ m＝3.15×10－7 m.
答案 3.15×10－7 m
题组三 综合应用
8．在双缝干涉实验中，两狭缝间的距离为0.020 cm，双缝到观察干涉条纹的光屏的距离是100.00 cm，用一种单色光黄光做此实验，在光屏上测出21条黄色亮条纹间的距离是5.90 cm，试求：
(1)这种黄光的波长；
(2)如果换用一种频率为4.00×1014 Hz的红光做此实验，在光屏上6.00 cm范围内最多能有多少条暗条纹．
解析 (1)由题意可知，相邻的两条亮条纹间距
Δx＝＝ m＝2.95×10－3 m，
则黄光的波长λ＝＝ m＝5.90×10－7 m.
(2)红光波长λ′＝＝ m＝7.5×10－7 m，
又Δx′＝λ′＝ m＝3.75×10－3 m，
所以暗条纹数为n＝＝16条．
答案 (1)5.90×10－7 m (2)16条
第3讲 光的衍射与偏振
第4讲 激光
[目标定位] 1.知道光产生明显衍射现象的条件，了解几种不同衍射现象的图样.2.能用衍射知识对生活中的现象进行解释和分析.3.认识光的偏振现象，知道光是横波.4.知道偏振光和自然光的区别，能用偏振知识来解释生活中的一些常见光学现象.5.了解激光的特性及应用．
一、光的衍射
1．概念：光通过很小的狭缝(或圆孔)时，明显地偏离了直线传播方向，在屏上散开到相当大的范围，这种现象叫做光的衍射．
2．衍射图像
(1)定义：衍射时产生的明暗条纹或光环．
(2)特点：
①单色光：中央有一条较宽较亮的条纹，两边是对称而明暗相间的条纹，亮条纹的强度向两边很快减弱．
②白光：中央是一条白条纹，两边是很快减弱的彩色条纹．
3．光的衍射现象进一步证明了光具有波动性．
二、光的偏振
1．线偏振光：如果光振动的方向限在一个平面，这种光叫线偏振光．
2．自然光：通常光源发出的光(包括太阳光)是由大量的、振动方向不同而互不相干的线偏振光组成的，称为自然光．
3．光的偏振现象进一步证实光是横波．
三、激光
1．激光的特殊性质：强度大、方向性好、单色性好、相干性好、覆盖波段宽而且可调谐．
2．激光具有广泛的应用：如激光加工、激光全息照相、激光检测、激光通信、激光医学、激光照排、光盘等.
一、对光的衍射的理解
1．光产生明显衍射的条件
障碍物或小孔的尺寸可以跟光的波长相比，甚至比光的波长小．
2．衍射图样的特点
(1)单缝衍射：①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，两侧的亮条纹逐渐变暗变窄；白光通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹，中央为白条纹．
②波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，各条纹间距大；单缝不变时，光波波长大的中央条纹宽，条纹间距大．
图1
(2)圆孔衍射：光通过小孔(孔很小)时，在光屏上出现明暗相间的圆环，如图1所示．
(3)圆板衍射(泊松亮斑)
①若在单色光(如激光)传播途中放一个较小的圆形障碍物，会发现在影的中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑，衍射图样如图2所示．
图2
②中央是亮斑，圆板阴影的边缘是模糊的，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环．
例1 (多选)在单缝衍射实验中，下列说法正确的是( )
A．将入射光由黄光换成绿光，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 当单缝宽度一定时，波长越长，衍射现象越明显，即光偏离直线传播的路径越远，条纹间距也越大，A、C正确；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，B错误；光的波长一定、单缝宽度也一定时，增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距也会变宽，D正确．
答案 ACD
二、单缝衍射与双缝干涉的比较
1．不同点
(1)产生条件
(2)图样
2．相同点
(1)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．
(2)都是波特有的现象，表明光是一种波．
例2 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( )
解析 双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹，所有条纹宽度相同且等间距；波长越短，条纹间距越小，故A是蓝光的干涉图样，C是红光的干涉图样；单缝衍射条纹是中间亮且宽，越向两侧宽度越小越暗；波长越长，中央亮条纹越宽，故B、D是衍射图样；因紫光比黄光波长短，所以B是紫光的衍射图样，D是黄光的衍射图样．选项A正确．
答案 A
三、对光的偏振的理解
1．偏振片上的“狭缝”表示透振方向，而不是刻上的真实狭缝．
2．只要光的振动方向不与透振方向垂直，都可以不同程度地通过偏振片，不过强度要比振动方向与透振方向平行的光弱一些．
3．自然光和偏振光
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(与起偏器透振方向一致)
举例
太阳、电灯、蜡烛火焰等直接发出的光
自然光在介质表面反射和折射形成的光
4.偏振现象的应用举例
(1)在摄影中的应用：在镜头前安装一片偏振滤光片，可以阻挡反射光进入镜头．
(2)电子表的液晶显示屏：在两块透振方向垂直的偏振片当中插进一个液晶盒，可以控制光线显示数字．
(3)夜晚行车时，车灯眩光的消除用的就是光的偏振原理．
(4)立体电影也利用了光的偏振原理．
例3 如图3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3
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 白炽灯光包含各方向的光，且各个方向的光强度相等，所以旋转偏振片P时各方向透射光强度相同，故A点光的强度不变；白炽灯光经偏振片P后为偏振光，当P旋转时，透过Q的光的强度发生变化，因此B点的光强有变化，选项C正确．
答案 C
四、激光的应用
1．激光加工、激光医学(强度大、能量高度集中)．
2．激光雷达测距、测速、光盘(方向性好，结合多普勒效应)．
3．激光全息照相、激光检测(相干性好)．
4．激光通信(覆盖波段宽而且可调谐)．
例4 (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，有独特的特点
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，选项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，选项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，选项D正确；由于激光亮度高、能量大，在切割皮肤的同时，也能杀灭细菌，所以选项C正确．
答案 ACD
光的衍射现象
1．(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白暗相间的直条纹
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，说明光沿着直线传播，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明暗相间的直条纹．白光的衍射图样是彩色条纹．光照到不透明小圆盘上，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
单缝衍射与双缝干涉图样的比较
2．(多选)如图4所示，甲、乙为单色光通过窄缝后形成的明暗相间的两种条纹图样．下列判断正确的是(图中黑色表示亮条纹)( )
图4
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 双缝干涉图样的条纹间隔是均匀的，单缝衍射的条纹是中间宽、两侧逐渐变窄，由此可见选项A、B正确．
答案 AB
光的偏振
3．(多选)鉴别奶粉的质量，奶粉的碳水化合物(糖)的含量是一个重要指标，可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度，从而鉴定含糖量．偏振光通过糖的水溶液后，偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度α，这一角度α称为“旋光度”，α的值只与糖溶液的浓度有关，将α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所示，S是自然光源，A、B是偏振片，转动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( )
图5
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处光的强度仍为最大，偏振片B转过的角度等于α
D．将偏振片A转动一个角度，使得O处光的强度仍为最大，偏振片A转过的角度等于α
解析 自然光通过偏振片后得到垂直于光的传播方向与偏振片的透振方向平行的偏振光，该偏振光经被测样品后，其偏振方向发生了偏转，即相对于光的传播方向向左或向右旋转一个角度α，到达B的光的偏振方向与B的透振方向不完全一致，故O处光的强度会明显减弱，故A正确，B错误；若将A或B转动一个角度，使得O处光的强度仍为最大，说明它们转过的角度等于α，故C、D都正确．
答案 ACD
激光的应用
4．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( )
A．强度大 B．方向性好
C．相干性好 D．覆盖波段宽且可调谐
解析 频率相同的两束光相遇才能发生干涉，激光具有高度的相干性，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
题组一 光的衍射
1．(多选)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波长相比相差不大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沿直线传播的结论
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很多的情况下，光才可以看成是直线传播的，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．点光源照在一个剃须刀片上，在屏上形成了它的影子，其边缘较为模糊，原因是( )
A．光的反射 B．光强太小
C．光的干涉 D．光的衍射
答案 D
3．在一次观察光衍射的实验中，观察到如图1所示的清晰的明暗相间图样(黑线为暗条纹)，那么障碍物应是( )
图1
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．很大的不透明圆板
D．很大的中间有小圆孔的不透明的圆板
解析 由图可知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，且越向外，圆形条纹宽度越小，可判断此图样为圆孔衍射图样，故选项D正确；有的同学误选为A，要注意很小的不透明的圆板产生的图样中心也是亮点，但其周围有一个大的阴影区，在阴影区的边缘有明暗相间的圆环，它与圆孔衍射的图样是不同的．
答案 D
4．使太阳光垂直照射到一块遮光板上，板上有可以自由收缩的正方形孔，孔的后面放置一个光屏，在正方形孔逐渐变小直至闭合的过程中，光屏上依次可以看到几种不同的现象，试把下列现象依次排列________．
A．圆形光斑
B．明暗相间的彩色条纹
C．变暗消失
D．正方形光斑
E．正方形光斑由大变小
解析 由于光的波长很短，因此当孔很大时，不会发生明显的衍射现象，此时可看作光是近似沿直线传播的，在屏上得到孔的影；当孔继续减小时，虽不能使光发生明显的衍射现象，但可以在屏上得到太阳的像，即小孔成像；孔再继续减小时，光开始发生明显的衍射现象，出现明暗相间的彩色条纹；孔进一步减小直到闭合时，由于穿过光的能量减小而使光线变暗直至消失．
答案 DEABC
题组二 光的衍射与干涉的比较
5．(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．双缝干涉中也存在着光的衍射现象
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 干涉和衍射都是波叠加的结果，干涉中有衍射现象，衍射中也有干涉现象．当障碍物的尺寸远大于波长时，衍射现象不明显，因而形成影，但影的形成与衍射现象并不矛盾．
答案 AB
6．在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的明暗相间的图样，图2的四幅图片中属于光的单缝衍射图样的是( )
图2
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，双缝干涉条纹的特点是等间距的条纹，所以a是干涉条纹，b、d是单缝衍射条纹，c是水波的衍射图样．
答案 D
7．一束红光射向一块有双缝的不透光的薄板，在薄板后的光屏上呈现明暗相间的干涉条纹，现将其中一条窄缝挡住，让这束红光只通过一条窄缝，则在光屏上可以看到( )
A．与原来相同的明暗相间的条纹，只是明条纹比原来暗些
B．与原来不相同的明暗相间的条纹，而中央明条纹变宽些
C．只有一条与缝宽对应的明条纹
D．无条纹，只存在一片红光
解析 双缝为相干光源的干涉，单缝为光的衍射，且干涉和衍射的图样不同．衍射图样和干涉图样的异同点：中央都出现明条纹，但衍射图样中央明条纹较宽，两侧都出现明暗相间的条纹，干涉图样为等间距的明暗相间的条纹，而衍射图样两侧为不等间距的明暗相间的条纹，且亮度迅速减弱，所以本题正确选项为B．
答案 B
题组三 光的偏振
8．(多选)如图3所示，P是一偏振片，P的透振方向(用带有箭头的实线表示)为竖直方向．下列四种入射光束中，照射P时能在P的另一侧观察到透射光的是( )
图3
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 太阳光是自然光，照射P时能在P的另一侧观察到透射光，选项A正确；光的偏振方向与偏振片的透振方向相同时，透过偏振片的光最强，选项B正确；光的偏振方向与偏振片的透振方向垂直时，无法透过偏振片的光，选项C错误；光的偏振方向与偏振片的透振方向成一定角度时，可以透过偏振片，选项D正确．
答案 ABD
9．(多选)光的偏振现象说明光是横波，下列现象中能反映光的偏振特性的是( )
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，反射光线是偏振光
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 自然光通过第一个偏振片后形成单一振动方向的偏振光，再通过第二个偏振片时，若偏振片的透射方向与此偏振光的振动方向垂直，则无光透过第二个偏振片，若二者平行则透射光最强，故选项A反映了光的偏振现象；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垂直时，反射光线和折射光线都是偏振光且偏振方向垂直，选项B反映了光的偏振；拍摄水中景物或玻璃橱窗中景物时，由于水或玻璃表面反射光较强，使所拍摄景物不清晰，在照相机镜头前装上偏振片，使其透振方向与反射光的偏振方向垂直，可以有效防止反射光进入照相机，从而所拍景象更清晰，选项C反映了光的偏振；通过手指间的缝隙观察日光灯，看到彩色条纹是光的衍射现象．
答案 ABC
10．(多选)下面关于光的偏振现象的应用正确的是( )
A．自然光通过起偏器后成为偏振光，利用检偏器可以检验出偏振光的振动方向
B．立体电影利用了光的偏振现象
C．茶色眼镜利用了光的偏振现象
D．拍摄日落时水面下的景物时，在照相机镜头前装一个偏振片可减弱水面反射光的影响
答案 ABD
11．(多选)如图4所示，A、B为两偏振片，一束自然光沿OO′方向射向A，此时在光屏C上，透射光的强度最大，则下列说法中正确的是( )
图4
A．此时A、B的透振方向平行
B．只有将B绕OO′轴顺时针旋转90°，屏上透射光的强度最弱，几乎为零
C．不论将A或B绕OO′轴旋转90°，屏上透射光的强度最弱，几乎为零
D．将A沿顺时针旋转180°，屏上透射光的强度最弱，几乎为零
解析 当A、B两偏振片的透振方向平行时，光屏上的光强度最大；当二者透振方向垂直时，光屏上的光强度最小，几乎为零，由此可知A、C选项正确．
答案 AC
题组四 激光及应用
12．(多选)对于激光的认识，以下说法正确的是( )
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．激光已深入到我们生活的各个方面
解析 激光是人工产生的相干光，并不能由普通光源发出，激光在我们日常生活中有着重要的应用．
答案 CD
13．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或图像，这是利用激光的( )
A．方向性好，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．强度大，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 激光的特点之一是方向性好，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
题组五 综合应用
14．如图5所示，两束单色光a、b从水下射向A点，光线经折射后合成一束光c，则下列说法正确的是________．
图5
A．用同一双缝干涉实验装置分别以a、b光做实验，a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距
B．用a、b光分别做单缝衍射实验时它们的衍射条纹宽度都是均匀的
C．在水中a光的速度比b光的速度小
D．在水中a光的临界角大于b光的临界角
E．若a光与b光以相同入射角从水射向空气，在不断增大入射角时水面上首先消失的是a光
F．a比b更容易发生衍射现象
解析 假设a为红光，b为紫光，红光的波长最长，在介质中的速度最大，临界角最大，不易发生全反射，衍射本领最强．据此可判断选项C、E错误，D、F正确；波长越长，干涉条纹间距越大，选项A正确；光的衍射条纹宽度不均匀，选项B错误．
答案 ADF
