第十四章光第35講光的干涉、衍射和偏振知識梳理·易錯辨析核心考點·重點突破名師講壇·素養(yǎng)提升提能訓練練案[70]知識梳理·易錯辨析一、光的干涉1．定義：在兩列光波疊加的區(qū)域，某些區(qū)域相互加強，出現__________，某些區(qū)域相互減弱，出現__________，且加強區(qū)域和減弱區(qū)域相互________的現象。2．條件：兩束光的頻率________、相位差________。亮條紋暗條紋間隔相同恒定3．雙縫干涉(1)原理如圖所示。(2)條紋特點①單色光：形成____________的條紋，中央為亮條紋。②白光：光屏上出現________條紋，且中央亮條紋是________(填寫顏色)。③相鄰兩個亮條紋或暗條紋的中心間距公式：Δx＝___________。明暗相間彩色白色4．薄膜干涉(1)相干光：光照射到透明薄膜上，從薄膜的兩個表面________的兩列光波。(2)圖樣特點：同雙縫干涉，同一條亮(或暗)條紋對應薄膜的______相等。單色光照射薄膜時形成明暗相間的條紋，白光照射薄膜時形成彩色條紋。反射厚度二、光的衍射偏振1．光的衍射發(fā)生明顯衍射的條件：只有當障礙物的尺寸與光的波長____________，甚至比光的波長________的時候，衍射現象才會明顯。2．三種衍射圖樣的比較(1)單縫衍射：中央亮條紋又寬又亮，兩側有明暗相間的條紋；白光衍射時，中央仍為白光，最靠近中央的是紫光，最遠離中央的是紅光。(2)圓孔衍射：中央為一亮斑，亮斑周圍出現明暗相間的不等距圓環(huán)。相差不多還小(3)泊松亮斑(圓盤衍射)：當光照到__________(選填“透明”或“不透明”)的半徑很小的圓盤上時，在圓盤的陰影中心出現________(在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環(huán))。不透明亮斑3．光的偏振現象(1)偏振：光波只沿____________的方向的振動。(2)自然光：太陽、電燈等普通光源發(fā)出的光，包括在垂直于傳播方向上沿____________振動的光，而且沿各個方向振動的光波的________都相同，這種光叫作自然光。(3)偏振光：在________于傳播方向的平面上，只沿某個特定方向振動的光。自然光通過偏振片后，就得到了偏振光。某一特定一切方向強度垂直(4)偏振光的形成①讓自然光通過__________形成偏振光。②讓自然光在兩種介質的界面發(fā)生反射和________，反射光和折射光可以成為部分偏振光或完全偏振光。(5)光的偏振現象說明光是一種______波。偏振片折射橫三、激光的特點及應用1．傳播方向、偏振、相位等性質完全________，可以進行光纖通信。2．平行度好，可以進行精確的________。3．亮度高，可以進行切割、焊接以及在很硬的材料上打孔，醫(yī)學上可以做“光刀”。相同測距1．光的顏色取決于折射率。()2．只有頻率相同的兩列光波才能產生穩(wěn)定的干涉圖樣。()3．在雙縫干涉實驗中，雙縫的作用是使白光變成單色光。()4．陽光下茂密的樹蔭中地面上的圓形亮斑是光的衍射形成的。()5．自然光是偏振光。()6．光學鏡頭上的增透膜利用的是光的干涉現象。()7．光的雙縫干涉實驗中，若僅將入射光從紅光改為紫光，則相鄰亮條紋間距一定變小。()×√×××√√核心考點·重點突破1光的干涉現象

(能力考點·深度研析)?考向1雙縫干涉2．亮、暗條紋的判斷方法對于兩個振動步調一致的光源，如圖所示，光源S1、S2發(fā)出的光到屏上某點的路程差：注意：對于兩個振動步調反相的光源，產生亮、暗條紋的條件與上面的正好相反。(2023·江蘇卷)用某種單色光進行雙縫干涉實驗，在屏上觀察到的干涉條紋如圖甲所示，改變雙縫間的距離后，干涉條紋如圖乙所示，圖中虛線是亮紋中心的位置。則雙縫間的距離變?yōu)樵瓉淼?)B【跟蹤訓練】(亮暗條紋的判斷)激光作為單色性極好的光源而得到廣泛應用。如圖所示，用頻率為ν的激光照射雙縫干涉實驗裝置，光屏上出現明暗相間的干涉條紋。圖中的P點為第14級暗條紋的位置。已知真空中的光速為c，則P點到雙縫的距離之差r2－r1為()A?考向2薄膜干涉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等于波長的整數倍，即Δr＝nλ(n＝1,2,3，…)，薄膜上出現亮條紋。注意：式中λ為光在薄膜中的波長。3．薄膜干涉現象的應用(1)增透膜：增透膜的厚度為透射光在薄膜中波長的四分之一，使薄膜前后兩面的反射光的路程差為薄膜中波長的一半，故反射光疊加后減弱，透射光的強度增強。(2)利用薄膜干涉檢測平滑度：如圖甲所示，兩板之間形成一個空氣薄層，用單色光從上向下照射，如果被檢測表面是平滑的，得到的干涉圖樣必是等間距的。如果某處凹下，則對應亮紋(或暗紋)向左彎曲，如圖乙所示；如果某處凸起來，則對應亮條紋(或暗條紋)向右彎曲，如圖丙所示。(2023·山東卷)如圖所示為一種干涉熱膨脹儀原理圖。G為標準石英環(huán)，C為待測柱形樣品，C的上表面與上方標準平面石英板之間存在劈形空氣層。用單色平行光垂直照射上方石英板，會形成干涉條紋。已知C的膨脹系數小于G的膨脹系數，當溫度升高時，下列說法正確的是()A．劈形空氣層的厚度變大，條紋向左移動B．劈形空氣層的厚度變小，條紋向左移動C．劈形空氣層的厚度變大，條紋向右移動D．劈形空氣層的厚度變小，條紋向右移動A[解析]

由題知，C的膨脹系數小于G的膨脹系數，當溫度升高時，G增長的高度大于C增長的高度，則劈形空氣層的厚度變大，且同一厚度的空氣膜向劈尖移動，則條紋向左移動。故選A。【跟蹤訓練】(2023·河北卷)制造某型芯片所使用的銀灰色硅片覆上一層厚度均勻的無色透明薄膜后，在自然光照射下硅片呈現深紫色。關于此現象，下列說法正確的是()A．上述現象與彩虹的形成原理相同B．光在薄膜的下表面發(fā)生了全反射C．薄膜上下表面的反射光發(fā)生了干涉D．薄膜厚度發(fā)生變化，硅片總呈現深紫色C[解析]

上述現象是由于光的干涉造成的，彩虹的形成原理主要為光的折射，上述現象與彩虹的形成原理不相同，故A錯誤；硅片呈現深紫色的原因是薄膜的厚度正好使紫光在薄膜上下表面的反射光發(fā)生干涉，振動加強，故B錯誤，C正確；根據光的干涉中相互加強的條件，可知當薄膜的厚度發(fā)生變化時，滿足加強條件的波長也會發(fā)生改變，導致硅片呈現不同的顏色，故D錯誤。故選C。2光的衍射和偏振現象(基礎考點·自主探究)1．對光的衍射的理解(1)波長越長，衍射現象越明顯。在任何情況下都可以發(fā)生衍射現象，只是明顯與不明顯的差別。(2)衍射現象說明“光沿直線傳播”只是一種特殊情況，只有在光的波長比障礙物小得多時，光才可以看作是沿直線傳播的。2．雙縫干涉與單縫衍射的比較內容干涉衍射現象在光疊加區(qū)域出現加強或減弱的現象光繞過障礙物偏離直線傳播的現象產生條件兩束光頻率相同、振動方向相同、相位差恒定障礙物或孔的尺寸與波長差不多或更小典型實驗楊氏雙縫干涉單縫衍射(圓孔衍射、圓盤衍射)內容干涉衍射圖樣特點不同點條紋寬度條紋寬度相等條紋寬度不等、中央最寬條紋間距各相鄰條紋間距相等各相鄰條紋間距不等亮度情況清晰條紋，亮度基本相等中央條紋最亮，兩邊變暗相同點干涉、衍射都是波特有的現象；干涉、衍射都有明暗相間的條紋3．光的干涉和衍射的本質光的干涉和衍射都屬于光的疊加，從本質上看，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。4．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，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，光振動沿特定方向(2)偏振光的應用：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?！靖櫽柧殹?對衍射條件的理解)用單色紅光通過不同形狀的小孔，光屏上呈現出如圖的圖樣，則小孔形狀，判斷正確的是()

A

B

C

DB[解析]

由圖發(fā)現，橫向的衍射現象比縱向的衍射現象更明顯，根據發(fā)生明顯衍射的條件可知，橫向的小孔長度應該小于縱向的小孔長度。故選B。(干涉和衍射的比較)(多選)(2022·山東卷，10)某同學采用圖甲所示的實驗裝置研究光的干涉與衍射現象，狹縫S1、S2的寬度可調，狹縫到屏的距離為L。同一單色光垂直照射狹縫，實驗中分別在屏上得到了圖乙、圖丙所示圖樣。下列描述正確的是()A．圖乙是光的雙縫干涉圖樣，當光通過狹縫時，也發(fā)生了衍射B．遮住一條狹縫，另一狹縫寬度增大，其他條件不變，圖丙中亮條紋寬度增大C．照射兩條狹縫時，增加L，其他條件不變，圖乙中相鄰暗條紋的中心間距增大D．照射兩條狹縫時，若光從狹縫S1、S2到屏上P點的路程差為半波長的奇數倍，P點處一定是暗條紋ACD(對偏振光的認識)(多選)關于光的偏振，下列說法正確的是()A．自然光通過偏振片后，就得到了偏振光B．拍攝水面下的景物時，加偏振片可使像更清晰C．所有的波都具有偏振現象D．自然光射到兩種介質的界面上，折射光是偏振光，反射光不是偏振光AB[解析]

自然光透過偏振片后的光振動方向只沿著偏振片的透振方向，故自然光透過偏振片后變?yōu)槠窆?，故A項正確；拍攝水面下的景物時，加偏振片可以防止反射光的干擾，使像更清晰，故B項正確；只有橫波才有偏振現象，故C項錯誤；自然光射到兩種介質的界面上，調整入射角的大小，可以使得折射光和反射光都為偏振光，故D項錯誤。(觀察光的偏振現象)如圖所示，人眼隔著偏振片B、A去看一只電燈泡S，一束透射光都看不到，那么，以下說法中正確的是()A．使A和B同時轉過90°，能夠看到透射光B．單使B轉過90°過程中，看到光先變亮再變暗C．單使B轉過90°過程中，看到光逐漸變亮D．單使A轉動時，始終看不到透射光

C[解析]

使A和B同時轉過90°，仍不能看到透射光，原來人眼隔著檢偏器B、起偏器A去看一只電燈泡S，無法看到透射光。說明兩個偏振片正好相垂直，現在同時轉依然看不到，故A項錯誤；單使B轉過90°過程中，看到光逐漸變亮，故B項錯誤，C項正確；單使A轉動時，漸漸看到透射光，故D項錯誤。故選C。名師講壇·素養(yǎng)提升幾何光學與物理光學的綜合應用