三維設(shè)計2024高三物理總復(fù)習(xí) 第72課時 光的干涉、衍射和偏振 雙基落實課

第72課時光的干涉、衍射和偏振[雙基落實課]目錄CONTENT立足“四層”·夯基礎(chǔ)著眼“四翼”·探考點聚焦“素養(yǎng)”·提能力020301Part01立足“四層”·夯基礎(chǔ)??

（1）水面上的油膜呈現(xiàn)彩色是光的干涉現(xiàn)象。

（

√

）（2）用透明的標(biāo)準樣板和單色光檢查平面的平整度利用了光的干涉現(xiàn)象。

（

√

）（3）泊松亮斑是光的衍射現(xiàn)象。

（

√

）（4）立體電影利用了光的干涉現(xiàn)象。

（

×

）（5）拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時，往往在鏡頭前加裝一個偏振片利用了光的衍射現(xiàn)象。

（

×

）（6）將兩支鉛筆并排放置，其直縫與日光燈平行，通過直縫看到彩色條紋利用了光的偏振現(xiàn)象。

（

×

）（7）刮胡須的刀片的影子邊緣模糊不清利用了光的偏振現(xiàn)象。

（

×

）√√√××××Part02著眼“四翼”·探考點?

考點一

光的干涉現(xiàn)象

[多維探究類]

考法一

雙縫干涉【典例1】

（2022·浙江6月選考）關(guān)于雙縫干涉實驗，下列說法正確的是（

）A.用復(fù)色光投射就看不到條紋B.明暗相間條紋是兩列光在屏上疊加的結(jié)果C.把光屏前移或后移，不能看到明暗相間條紋D.藍光干涉條紋的間距比紅光的大

答案

B

【典例2】

如圖所示，在雙縫干涉實驗中，S1和S2為雙縫，P是光屏上的一點，已知P點與S1和S2距離之差為2.1×10－6m，今分別用A、B兩種單色光在空氣中做雙縫干涉實驗，問P點是亮條紋還是暗條紋？（1）已知A光在折射率為n＝1.5的介質(zhì)中波長為4×10－7m；

答案

（1）暗條紋

（2）已知B光在某種介質(zhì)中波長為3.15×10－7m，當(dāng)B光從這種介質(zhì)射向空氣時，臨界角為37°（sin37°＝0.6，cos37°＝0.8）；

答案

（2）亮條紋

（3）若用A光照射時，把其中一條縫遮住，試分析光屏上能觀察到的現(xiàn)象。解析

（3）若用A光照射時，把其中一條縫遮住，則會發(fā)生單縫衍射現(xiàn)象，即光屏上仍出現(xiàn)明暗相間的條紋，但中央條紋最寬最亮，兩邊條紋變窄、變暗。答案

（3）見解析｜解題技法｜亮、暗條紋的判斷方法對于兩個振動步調(diào)一致的光源，如圖所示，光源S1、S2發(fā)出的光到屏上某點的路程差：（1）r2－r1＝kλ（k＝0，1，2，…）時，光屏上出現(xiàn)亮條紋；

注意：對于兩個振動步調(diào)反相的光源，產(chǎn)生亮、暗條紋的條件與上面的正好相反?？挤ǘ?/p>

薄膜干涉【典例3】

（2021·山東等級考）用平行單色光垂直照射一層透明薄膜，觀察到如圖所示明暗相間的干涉條紋。下列關(guān)于該區(qū)域薄膜厚度d隨坐標(biāo)x的變化圖像，可能正確的是（

）

答案

D【典例4】

“牛頓環(huán)”又稱“牛頓圈”，如圖甲所示，牛頓環(huán)的上表面是半徑很大的玻璃球冠的平面，下表面是球冠的凸面，其工作原理為“薄膜干涉”?？梢杂脕砼袛嗤哥R表面曲率半徑和液體折射率等。把牛頓環(huán)與玻璃面接觸，在日光下或用白光照射時，可以看到明暗相間的彩色圓環(huán)；若用單色光照射，則會出現(xiàn)一些明暗相間的單色圓環(huán)，如圖乙所示。它們是由球面和被檢測面上反射的光相互干涉而形成的條紋，這些圓環(huán)的分布情況與球冠半徑及被測物品的表面情況有關(guān)。以下分析正確的是（

）A.圓環(huán)的間距大小與球冠半徑大小無關(guān)B.球冠的半徑越大，圓環(huán)的間距越小C.若觀察到的是規(guī)則圓環(huán)，則被檢測的面是均勻、對稱的D.被檢測的面必須是平的解析

若將玻璃球冠的半徑增大一些，則玻璃球冠與被檢測的平面的夾角將減小，它們之間的空氣膜的厚度的變化減慢，所以形成的同心圓環(huán)的間距增大，球冠的半徑越大，圓環(huán)的間距越大，選項A、B錯誤；牛頓環(huán)實驗不僅可以測平面還可以測球面，若觀察到的是規(guī)則圓環(huán)，則被檢測的面是均勻、對稱的，選項C正確，D錯誤。答案

C｜解題技法｜對薄膜干涉的理解和應(yīng)用（1）形成：如圖所示，豎直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形。光照射到薄膜上時，在膜的前表面AA'和后表面BB'分別反射回來，形成兩列頻率相同的光波，并且疊加。（2）亮、暗條紋的判斷①在P1、P2處，兩個表面反射回來的兩列光波的路程差Δr等于波長的整數(shù)倍，即Δr＝nλ（n＝1，2，3，…），薄膜上出現(xiàn)亮條紋。

（3）應(yīng)用：干涉法檢查平面如圖所示，兩板之間形成一楔形空氣膜，用單色光從上向下照射，如果被檢查平面是平整光滑的，我們會觀察到平行且等間距的明暗相間的條紋；若被檢查平面不平整，則干涉條紋發(fā)生彎曲?？键c二

光的衍射和偏振現(xiàn)象

[素養(yǎng)自修類]

1.[干涉、衍射圖樣的比較]圖甲為研究光的干涉與衍射現(xiàn)象的實驗裝置，狹縫S1、S2的寬度可調(diào)，狹縫到屏的距離為L。同一單色光垂直照射在狹縫上，實驗中分別在屏上得到了圖乙、圖丙所示圖樣（圖中陰影部分表示暗條紋）。下列說法正確的是（

）A.圖乙是光的雙縫干涉圖樣，圖丙是光的衍射圖樣B.遮住一條狹縫，僅減小另一狹縫的寬度，圖丙中亮條紋寬度將減小C.照射雙縫時，僅增加L，圖乙中相鄰亮條紋的中心間距減小D.照射雙縫時，若S1、S2到屏上P點的距離差為半波長的奇數(shù)倍，P點處是亮條紋

2.[衍射現(xiàn)象的應(yīng)用]（多選）抽制高強度纖維細絲可用激光監(jiān)控其粗細，如圖所示，激光束越過細絲時產(chǎn)生的條紋和它通過遮光板的同樣寬度的窄縫規(guī)律相同。觀察光束經(jīng)過細絲后在光屏上所產(chǎn)生的條紋即可判斷細絲粗細的變化，下列敘述中正確的是（

）A.這里應(yīng)用的是光的衍射現(xiàn)象B.這里應(yīng)用的是光的干涉現(xiàn)象C.如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲變粗D.如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲變細解析：AD

由于是激光束越過細絲即繞過障礙物，所以是光的衍射現(xiàn)象，當(dāng)抽制的絲變細的時候，絲的直徑較接近激光的波長，條紋間距變寬，A、D正確。3.[光的偏振現(xiàn)象及其應(yīng)用]（多選）光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波。下列現(xiàn)象能反映光的偏振特性及其應(yīng)用的是（

）A.一束自然光相繼通過兩個偏振片，以光束為軸旋轉(zhuǎn)其中一個偏振片，透射光的強度發(fā)生變化B.一束自然光入射到兩種介質(zhì)的分界面上，當(dāng)反射光線與折射光線之間的夾角恰好是90°時，反射光是偏振光C.日落時分，拍攝水面下的景物，在照相機鏡頭前裝上偏振濾光片可以使圖像更清晰D.通過手指間的縫隙觀察日光燈，可以看到彩色條紋解析：ABC

在垂直于傳播方向的平面上，沿著某個特定方向振動的光是偏振光，選項A、B反映了光的偏振特性；選項C是偏振現(xiàn)象的應(yīng)用；選項D是光的衍射現(xiàn)象。?1.單縫衍射與雙縫干涉的比較單縫衍射雙縫干涉不同點條紋寬度條紋寬度不等，中央最寬條紋寬度相等條紋間距各相鄰條紋間距不等各相鄰條紋等間距亮度情況中央條紋最亮，兩邊變暗條紋清晰，亮度基本相等相同點干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象，屬于波的疊加；干涉、衍射都有明暗相間的條紋2.光的干涉和衍射的本質(zhì)光的干涉和衍射都屬于光的疊加，從本質(zhì)上看，干涉條紋和衍射條紋的形成有相似的原理，都可認為是從單縫通過兩列或多列頻率相同的光波，在屏上疊加形成的。3.對光的偏振的理解（1）自然光與偏振光的比較類別自然光（非偏振光）偏振光光的來源從普通光源發(fā)出的光自然光通過起偏器后的光光的振動方向在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動沿任意方向，且沿各個方向振動的光的強度相同在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動沿特定方向（2）偏振光的應(yīng)用：加偏振濾光片的照相機鏡頭、液晶顯示器、立體電影、消除車燈眩光等。Part03聚焦“素養(yǎng)”·提能力?

1.以下說法中正確的是（

）A.對于同一障礙物，波長越小的光波越容易繞過去B.白光通過三棱鏡在屏上出現(xiàn)彩色條紋是光的一種干涉現(xiàn)象C.紅光由空氣進入水中，波長變長、顏色不變D.用透明的標(biāo)準樣板和單色光檢查平面的平整度是利用了光的干涉

2.（多選）可以用“旋光法”來測量糖溶液的濃度，從而鑒定含糖量。偏振光通過糖水溶液后，偏振方向會相對于傳播方向向左或向右旋轉(zhuǎn)一個角度α，角度α為銳角，α的值只與糖溶液的濃度有關(guān)，將α的測量值與標(biāo)度值相比較，就能確定被測樣品的含糖量了。如圖所示，S是自然光源，A、B是偏振片，轉(zhuǎn)動B，使到達O處的光最強，最后將被測樣品P置于A、B之間，則下列說法正確的是（

）A.到達O處光的強度會明顯減弱B.到達O處光的強度不會明顯減弱C.將偏振片B轉(zhuǎn)動一個角度，轉(zhuǎn)動角度為銳角，使得O處光強度最大，偏振片B轉(zhuǎn)過的角度等于αD.將偏振片A轉(zhuǎn)動一個角度，轉(zhuǎn)動角度為銳角，使得O處光強度最大，偏振片A轉(zhuǎn)過的角度等于α解析：ACD

當(dāng)在偏振片A、B間放糖溶液時，由于糖溶液的旋光作用，使通過偏振片A的偏振光振動方向轉(zhuǎn)動了一定角度，到達O處的光強會明顯減弱，故A正確，B錯誤；但當(dāng)將偏振片B轉(zhuǎn)過一個角度，恰好使透振方向與經(jīng)過糖溶液后的偏振光振動方向一致時，O處光強又為最強，故偏振片B的旋轉(zhuǎn)角度等于α，同理轉(zhuǎn)動偏振片A也可以達到相同的效果，故C、D正確。3.鐵絲圈上附有肥皂膜，豎直放置時，可以觀察到上疏下密的彩色條紋，下列說法正確的是（

）A.肥皂膜從形成到破裂，條紋的寬度和間距不會發(fā)生變化B.肥皂膜前后兩個面的側(cè)視形狀為上薄下厚的梯形C.肥皂膜上的條紋是前后表面反射光形成的干涉條紋D.將鐵絲圈右側(cè)的把柄向上轉(zhuǎn)動90°，條紋也會跟著轉(zhuǎn)動90°解析：C

肥皂膜上條紋的形成是因為肥皂膜的前后表面反射光形成干涉條紋，是薄膜干涉，選項C正確；形成條紋的原因是前后表面的反射光疊加出現(xiàn)了振動加強點和振動減弱點，形成到破裂的過程肥皂膜上面越來越薄，下面越來越厚，因此出現(xiàn)加強點和減弱點的位置發(fā)生了變化，條紋寬度和間距發(fā)生變化，選項A錯誤；肥皂膜因為自重會上面薄而下面厚，因表面張力的原因其前后兩個面的側(cè)視形狀應(yīng)是一個圓滑的曲面而不是梯形，選項B錯誤；將鐵絲圈右側(cè)的把柄向上轉(zhuǎn)動90°，由于重力、表面張力和粘滯力等的作用，肥皂膜的形狀和厚度會重新分布，因此并不會跟著旋轉(zhuǎn)90°，選項D錯誤。4.在薄膜干涉實驗中，鐵絲圈上附有肥皂膜，豎直放置，形成如圖所示的肥皂膜側(cè)視圖，用黃色光從左側(cè)照射薄膜，會觀察到明暗相間的干涉條紋，則下列結(jié)論錯誤的是（

）A.實驗者應(yīng)該從薄膜右側(cè)觀察干涉圖樣B.干涉條紋的分布上疏下密C.任意兩相鄰亮條紋處對應(yīng)的薄膜厚度之差不變D.若換用紅光照射，則條紋間距將變大

5.如圖所示，由兩種單色光組成的復(fù)色光，通過足夠大的長方體透明材料后分成a、b兩束，則（

）A.在該透明材料中，a光的傳播速度小于b光的傳播速度B.相同條件下，a光比b光衍射明顯C.只要滿足一定的條件，a、b兩束光可以發(fā)生干涉D.從該透明材料射入空氣發(fā)生全反射時，a光的臨界角較大

6.某同學(xué)采用如圖所示的實驗裝置測量單色光的頻率。讓一束單色光投射到一個有兩條狹縫S1和S2的擋板上，P處是光屏上中央亮條紋O上方的第2條暗條紋。已知從雙縫S1和S2發(fā)生的兩束相干光到P點的路程差為9×10－7m，光速c＝3×108m/s，則實驗所使用單色光的頻率為（

）A.6.7×1014HzB.5.0×1014HzC.1.0×1015HzD.1.7×1015Hz

7.兩塊標(biāo)準平面玻璃板形成一個劈形空間，內(nèi)部為空氣時，用單色光垂直照射玻璃板上表面，產(chǎn)生等間距的明暗相間的干涉條紋。若在劈形空間內(nèi)充滿水，則相鄰的條紋間距將（

）A.變小B.變大C.不變D.無法確定

?8.如圖所示，把一平凸透鏡置于一平板玻璃上方，如果用平行單色光垂直照射到平凸透鏡上，順著平行光入射的方向觀測可看到透鏡中央出現(xiàn)明暗相間的條紋，這種現(xiàn)象最早是牛頓發(fā)現(xiàn)的，因此稱為牛頓環(huán)。以下說法正確的是（

）A.牛頓環(huán)是光的衍射現(xiàn)象B.牛頓環(huán)是明暗相同、半徑均勻增大的同心圓條紋C.若在透鏡AB面施加向下的微小壓力，則可看到同心圓向外擴展D.若在C處不小心沾上了灰塵，明暗相間的同心圓條紋排列將比沒有灰塵時疏解析：C

在ACB球面和DE平面之間形成有空氣薄層，平行垂直進入透鏡的單色光，一部分在ACB球面發(fā)生反射，另有一部分在DE面發(fā)生反射，兩束反射光疊加，發(fā)生了干涉，形成明暗相間的條紋，干涉條紋的間距不是均勻增加，而是隨著空氣薄層的厚度變化，越向外增加得越快，所以干涉條紋不是疏密均勻的同心圓，故A、B錯誤；若在透鏡AB面上施加向下的微小壓力，滿足產(chǎn)生這一亮條紋的厚度向外移，即亮環(huán)向遠離圓心的方向平移，則可看到同心圓向外擴展，故C正確；若在C處不小心沾上了灰塵，空氣膜厚度相比無灰塵時增大，但光程差隨水平空間變化程度與無灰塵時并未發(fā)生改變，明暗相間的同心圓條紋排列不變，故D錯誤。9.（多選）通過如圖甲所示的裝置可以研究光的干涉和衍射現(xiàn)象。從光源發(fā)出的光經(jīng)過一縫板