專題74光的干涉、衍射和偏振

導(dǎo)練目標(biāo)導(dǎo)練內(nèi)容

目標(biāo)1光的干涉

目標(biāo)2光的衍射

目標(biāo)3光的偏振

【知識導(dǎo)學(xué)與典例導(dǎo)練】

一、光的干涉

1.產(chǎn)生干涉的條件

兩列光的頻率相同，振動方向相同，且具有恒定的相位差，才能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣。

2.楊氏雙縫干涉

(1)原理如圖所示。

(2)形成亮、暗條紋的條件

匚單色光：形成明暗相間的條紋，中央為亮條紋。

光的路程差rz一門=以(4=0，1，2,...),光屏上出現(xiàn)亮條紋。

光的路程差小一片=(2"+喘(〃=0.1.2,光屏上出現(xiàn)暗條紋.

白光：光屏上出現(xiàn)彩色條紋，且中央亮條紋是白色(填寫顏色)。

匚條紋間距公式：—

3.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，在膜的前表面力大和后表面出r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

口在P、B處，兩個表面反射I可來的兩列光波的路程差加?等于波長的整數(shù)倍，即

=1,2,3,...)＞薄膜上出現(xiàn)亮條紋。

:在Q處，兩列反射回來的光波的路程差等于半波長的奇數(shù)倍，即Ar=(2〃+1)；(〃=

0,1,2,3,…),薄膜上出現(xiàn)暗條紋。

(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，我們會觀察到平行旦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。

【例I】某同學(xué)采用圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置研究光的干涉與衍射現(xiàn)象，狹縫5,s2的寬度d可調(diào),

狹縫到屏的距離為人同一單色光垂直照射狹縫，實(shí)驗(yàn)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()

乙丙

A.圖乙是光的衍射圖樣

B.照射兩條狹縫時，增加狹縫寬度，其他條件不變，圖乙中相鄰暗條紋的中心間距增大

C.照射兩條狹縫時，增加距離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，若光從狹縫力與到屏上Q點(diǎn)的路程差為半波長的奇數(shù)倍，夕點(diǎn)處一定

是明條紋

【答案】C

【詳解】A.圖乙中的條紋等間距，所以是雙縫干涉條紋圖樣，A錯誤；

BC.根據(jù)干涉公式&=與當(dāng)增加狹縫寬度d其他不變時，干涉條紋的中心間距減小，當(dāng)增

a

加距離L其他不變時，干涉條紋的中心間距增大，B錯誤，C正確；

D.光的路程差為半波長的奇數(shù)倍時，為相互減弱區(qū)，即暗條紋，故P點(diǎn)一定是暗條紋，D

錯誤。故選C。

【例2】把一個平行玻璃板壓在另一個平行玻璃板上，一端用薄片墊起，構(gòu)成空氣劈尖，讓

單色光從上方射入（如圖），這時可以看到明暗相間的條紋。下面關(guān)于條紋的說法中正確的

是（）

單色光

■-1,

，卜iI，,

匚士薄片

A.將薄片向著劈尖移動使劈角變大時，條紋變疏

B.將薄片遠(yuǎn)離劈尖移動使劈角變小時，條紋變疏

C.將薄片向著劈尖移動使劈角變大時，條紋變密

D.將薄片向著劈尖移動使劈角變大時，條紋不變

【答案】BC

【詳解】由于薄膜干涉中相鄰亮條紋對應(yīng)的薄膜厚度差恒定，將薄片向著劈尖移動使劈角變

大時，相鄰鳧條紋間距變小，所以干涉條紋會變密；將薄片遠(yuǎn)離劈尖移動使劈角變小時，相

鄰亮條紋間距變大，所以干涉條紋會變疏；故AD錯誤，BC正確。故選BC。

二、光的衍射

1.發(fā)生明顯衍射的條件：只有當(dāng)障礙物的尺寸與光的波長相差不多，甚至比光的波長還小

的時候，衍射現(xiàn)象才會明顯.

2.衍射條紋的特點(diǎn)

單縫衍射圓孔衍射圓盤衍射

⑴單縫衍射和圓孔衍射圖樣的比較

單縫衍射圓孔衍射

匚中央是大且亮的圓形亮斑，周圍分布著明暗

中央為鳧且寬的條紋，兩側(cè)為明暗相間的條相間的同心圓環(huán)，且越靠外，圓形痙條紋的

單色光紋，且越靠近兩側(cè)，亮條紋的亮度越弱，寬亮度越弱，寬度越小

度越小口亮環(huán)或暗環(huán)間的距離隨圓孔半徑的增加而

減小

中央為亮且寬的白色條紋，兩側(cè)為亮度逐漸

中央是大且亮的白色亮斑，周圍是不等間距

白光變暗、寬度逐漸變窄的彩色條紋，其中最靠

的彩色的同心圓環(huán)

近中央的色光是紫光、離中央最遠(yuǎn)的是紅光

（2）泊松亮斑（圓盤衍射）

當(dāng)光照射到不透明的半徑很小的圓盤上時，在圓盤的陰影中心出現(xiàn)亮斑（在陰影外還有不等

間距的明暗相間的圓環(huán)）。

【例3】小剛同學(xué)用光傳感器完成如圖甲有關(guān)光的實(shí)驗(yàn)，某次實(shí)驗(yàn)中，得到了如圖乙所示的

光強(qiáng)分布圖，則下列說法正確的是（）

乙

A.該同學(xué)觀察到的是光的干涉圖樣

B.該同學(xué)觀察到的是光的衍射圖樣

C.若僅減小激光器和中間縫屏的距離,則觀察到條紋的寬度將不變

D.若換用光強(qiáng)更大、頻率更低的激光,則觀察到條紋的寬度將變大

E.該實(shí)驗(yàn)證明了光的波粒二象性

【答案】BCD

【詳解】AB.根據(jù)題圖乙可知中央條紋比兩側(cè)條紋寬，所以該同學(xué)觀察到的是光的衍時圖

樣，故A錯誤，B正確；

C.衍射圖樣中條紋的寬度與縫屏到光屏之間的距離有關(guān)，與激光器到縫屏的距離無關(guān)，若

僅減小激光器和中間縫屏的距離，則觀察到條紋的寬度將不變，故C正確：

D.若換用光強(qiáng)更大、頻率更低的激光，則激光的波長更長，衍射現(xiàn)象將更加明顯，則觀察

到條紋的寬度將變大，故D正確；

E.該實(shí)驗(yàn)說明光具有波匆性，但不能說明光具有粒子性，故E錯誤。故選BCD。

三、光的偏振

1.偏振：光波只沿某一特定的方向振動。

2.自然光：太陽以及日光燈、發(fā)光二極管等普通光源發(fā)出的光，包含著在垂直于傳播方向

上沿一切方向振動的光，而且沿各個方向振動的光波的強(qiáng)度都相同，這種光叫作自然光。

3.偏振光：在垂直于傳播方向的平面上，只沿某個特定方向振動的光。光的偏振證明光是

橫波。自然光通過偏振片后，就得到了偏振光。

4.偏振光的應(yīng)用；應(yīng)用于照相機(jī)鏡頭、立體電影、消除車燈眩光等。

【例4】為了提高汽車夜間行車安全，有人提出設(shè)想：將汽車的擋風(fēng)玻璃和車燈罩做成偏振

片，使司機(jī)只看到自己車燈的光而看不見對面車燈發(fā)出的光，從而大大降低對面的車燈造成

的視線模糊.以下關(guān)于光的偏振的說法正確的是（）

A.只有振動方向和偏振片的透振方向?致的光才能順利透過偏振片

B.光的偏振現(xiàn)象證明了光是一種機(jī)械波

C.單色光就是偏振光

D.泊松亮斑屬于光的偏振現(xiàn)象

【答案】A

【詳解】A.根據(jù)光的偏振原理知，振動方向和偏振片的透振方向一致的光，才能順利透過

偏振片，A正確；

BC.光的偏振證明光是橫波，但光是電磁波不是機(jī)械波，單色光是指單一頻率（或波長）

的光，偏振光是指光波的振動方向單一，兩者無必然聯(lián)系，BC錯誤；

D.泊松亮斑是光的衍射現(xiàn)象，D錯誤。故選A。

【多維度分層專練】

1.在雪地訓(xùn)練、比賽時，運(yùn)動員佩戴了一種利用薄膜干涉原理設(shè)計(jì)的眼鏡，大大減小了紫

外線對眼睛的傷害。該眼鏡選用的薄膜材料的折射率為L5,所要消除的紫外線的頻率為

8.1X1（）'4HZ,那么這種"增反膜"的厚度至少是（）

A.1.23xl（T7mB.1.85xl0-7mC.9.25x10』I！D.6.18x10、！

【答案】A

【詳解】為了減小紫外線對眼睛的傷害，應(yīng)使入射光分別從該膜的前后兩個表面反射的光疊

加后加強(qiáng)，則路程差（大小等于薄膜厚度d的2倍）應(yīng)等于光在薄膜中的波K人的整數(shù)倍，

即2d=nX（〃=1,2,...）

當(dāng)“增反膜〃的厚度最小時，n=l,即2d=4其中2=2=9則

f舊

3x10s

m=1.23x10-m

2xl.5x8.lxl0'4

故詵Ao

2.圖甲是用光的干涉法來檢查物體平面平整程度的裝置，其中A為標(biāo)準(zhǔn)平板，B為待檢查

的物體，C為入射光，圖乙為觀察到的干涉條紋，下列說法正確的是（）

條紋III川

乙

A.入射光C可采用復(fù)色光

B.圖乙條紋是由A的下表面反射光和B的上表面反射光發(fā)生干涉形成的

C.當(dāng)A、B之間某處距離為入射光的半波長奇數(shù)倍時，對應(yīng)條紋是暗條紋

D.由圖乙條紋可知，被檢查表面上有洞狀凹陷

【答案】B

【詳解】A.入射光C應(yīng)采用單色光，波長一定，不會出現(xiàn)干涉條紋重合，若采用復(fù)合光則

會出現(xiàn)干涉條紋重合的現(xiàn)象，選項(xiàng)A錯誤；

B.干涉條紋是由A的下表面反射光和B的上表面反射光發(fā)生干涉產(chǎn)生的，選項(xiàng)B正確；

C.當(dāng)A、B之間某處距離為入射光的半波長奇數(shù)倍時，則兩列光波的光程差為半波長的偶

數(shù)倍，所以對應(yīng)條紋是亮條紋，選項(xiàng)C正確；

D.薄膜干涉是等厚干涉，即明條紋處空氣膜的厚度相等，明條紋右偏說明被檢查物體表面

上有凸起，選項(xiàng)D錯誤。故選B。

3.在利用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測波長時，用波長為4的單色光實(shí)驗(yàn)，屏上的尸點(diǎn)為中央亮條紋，

。點(diǎn)為第一級亮條紋，如圖所示。則下列說法正確的是（）

A.用波長為2/1的光實(shí)驗(yàn)時，P、。一定為亮條紋

B.用波長為22的光實(shí)驗(yàn)時，第一級亮紋向下稍微移動一些

C.用波長為1的光實(shí)驗(yàn)時，。點(diǎn)仍為亮條紋

D.用波長為（的光實(shí)驗(yàn)時，P、。間沒有亮條紋

【答案】C

【詳解】AB.P點(diǎn)為中央亮條紋，說明P點(diǎn)到兩狹縫的距離差等于0,。為第一級亮條紋，

說明。點(diǎn)到心〃兩狹縫的距離差等于波長的一倍，即為義。用波長為24的光實(shí)驗(yàn)時，夕點(diǎn)

到兩狹縫的距離差仍為0,。點(diǎn)到兩狹縫的距離差仍為/，為半波長的?倍，則。點(diǎn)為暗條

紋；第一級亮條紋應(yīng)向上移動，故AB錯誤；

CD.用波長為g的光實(shí)驗(yàn)時，。點(diǎn)到兩狹縫的距離差仍為4,且該距離差等于波長的兩倍,

此時。點(diǎn)為第二級亮條紋，所以P、。間還有一條亮條紋，故C正確，D錯誤。故選C。

4.如圖所示為雙縫干涉部分示意圖，雙縫間距為乩雙縫至屏的距離為/,整個裝置處于折

射率為〃的均勻透明介質(zhì)中。若單色光在真空中波長為兒，則相鄰條紋間距今為（）

【答案】C

【詳解】設(shè)單色光在透明介質(zhì)中的波長為1，由〃=2二%可得/=-根據(jù)公式A.V=可

v/.Jnd

得緲=，7義故C正確，A3D錯誤。故選C。

nd

5.某同學(xué)用下圖實(shí)驗(yàn)裝置觀察光現(xiàn)象：平面鏡水平放置，單色線光源S垂直于紙面放置，S

發(fā)出的光有?部分直接入射到豎直放置的光屏匕?部分通過平面鏡反射后再到光屏.匕則

()

A.光現(xiàn)象為干涉現(xiàn)象.光屏卜的條紋與平面鏡垂百

B.光現(xiàn)象為衍射現(xiàn)象，光屏上的條紋與平面鏡平行

C.將光屏沿水平方向遠(yuǎn)離平面鏡，相鄰條紋間距增大

D.將光源沿豎直方向靠近平面鏡，相鄰條紋間距減小

【答案】C

【詳解】如圖所示

AB.題目中的裝置可等效力上圖，為雙縫干涉，則該現(xiàn)象為干涉現(xiàn)象，光屏上的條紋與鏡

面平行，故AB錯誤：

CD.根據(jù)雙縫干涉條紋間距公式&r=《2將光屏沿水平方向遠(yuǎn)離平面鏡，則L增大，所以相

a

鄰條紋間距增大，將光源-沿豎直方向靠近平面鏡，則d減小，所以相鄰條紋間距增大，故C

正確，D錯誤。故選C。

6.如圖所示，普通的DVD采用紅色激光器作為讀寫光源，而藍(lán)光光盤（BD—ROM）則采

用藍(lán)色激光器，由于讀取激光的波長越短，則盤的記錄層記錄的最小凹坑長度越小，所以

藍(lán)光光盤單面最高容量比普通DVD存儲最大得多，下列說法中正確的是（）

DVD與藍(lán)光光盤之間的結(jié)構(gòu)對比

最小凹坑0.15

長度0.4微米微米……-/

記錄層

光學(xué)傳輸和保護(hù)層

藍(lán)色激光藍(lán)色激光

A.紅光頻率高，藍(lán)光頻率低

B.在光盤的透明光學(xué)傳輸介質(zhì)層中，紅光束比藍(lán)光束傳播速度更快

C.若紅藍(lán)光束先后通過同一單縫衍射裝置，紅藍(lán)光束的中央亮紋一樣寬

D.藍(lán)光和紅光的復(fù)合光經(jīng)過三棱鏡折射后，紅光偏折程度較大

【答案】B

【詳解】A.紅光頻率低，藍(lán)光頻率高，A錯誤:

B.根據(jù)】，=￡在光盤的透明光學(xué)傳輸介質(zhì)層中，紅光束的折射率小，紅光比藍(lán)光束傳播速度

n

更快，B正確；

C.若紅藍(lán)光束先后通過同一單縫衍射裝置，紅光的波長比藍(lán)光長，紅光的條紋寬，所以紅

藍(lán)光束的中央亮紋不一樣寬，紅光的中央亮紋寬，C錯誤；

D.藍(lán)光和紅光的復(fù)合光經(jīng)過三棱鏡折射后，紅光的折射率較小，偏折程度較小，D錯誤。

故選Bo

7.光程是光學(xué)中的概念，定義為光在介質(zhì)中經(jīng)過的幾何路程與該介質(zhì)折射率的乘積。當(dāng)兩

束相干光的光程差為波長的整數(shù)倍時，在屏幕上出現(xiàn)亮條紋。瑞利干涉儀就是利用這個原理

測量氣體的折射率。如圖甲所示，兩束光的光程差為零時，屏幕上。點(diǎn)為零級干涉亮條紋。

將長度為/、裝有待測氣體的透明薄管放在與后面，如圖乙所示，零級亮條紋移至屏幕上的

0'點(diǎn)，。點(diǎn)為第k級干涉亮條紋。已知空氣的折射率為%,所用光的波長為入，待測氣體的

折射率為（）

B.竽+%

【答案】B

【詳解】乙圖中兩束光到。點(diǎn)的光程差為M=kA根據(jù)題意得加=(〃-%)/聯(lián)立可得

〃=-j~+%故選Bo

8.如圖，一束白光垂直直角邊射向直角三棱鏡，從其斜邊射出后，在屏幕上形成一條彩帶,

其中兩種單色光x和丫的分布如圖所示。已知該屏幕恰好在三棱鏡的頂點(diǎn)。處且與三棱鏡

的另一直角邊垂直。下列說法正確的是()

A.單色光X的頻率小于F的頻率

B.單色光x與y在三棱鏡中傳播的速度相同

C.通過同一個小孔，單色光x比y的衍射現(xiàn)象更明顯

D.用同一個雙^進(jìn)行干涉實(shí)驗(yàn)，單色光x干涉條紋間的距離比丫的大

E.在兩種介質(zhì)的分界面上發(fā)生全反射時，單色光x與y的臨界角相同

【答案】ACD

【詳解】A.由圖可知，單色光X的偏折角小于單色光兀則單色光X的折射率小于單色光

Y,即〃X<nY

因此單色光x的頻率小于單色光丫的頻率，故A正確;

B.由〃=-可知，單色光x與y在三棱鏡中的傳播速度也〉心故B錯誤；

V

C.由于單色光x的頻率小于丫的頻率，根據(jù)光的頻率與波長的關(guān)系可知，單色光X的波長

大于單色光丫的波長，因此通過同一個小孔，單色光x比y的衍射現(xiàn)象更明顯，故c正確;

D.由于％x>&，根據(jù)—二44可知，用同一個雙縫進(jìn)行干涉實(shí)驗(yàn)，單色光X干涉條紋間的

a

距離比丫的大，故D正確；

E.由廣〃x<〃丫，根據(jù)臨界角公式sinC=,可知，在兩種介質(zhì)的分界面上發(fā)生全反射時，單

n

色光X的臨界角大于單色光丫的臨界角，故E錯誤。故選ACD。

9.如圖所示，兩塊相同的等腰三棱鏡力8c置下空氣中，兩者的4C面相互平行放置，由紅

光和藍(lán)光組成的細(xì)光束平行于面從尸點(diǎn)射入，通過兩棱鏡后，變?yōu)閺?。、兩點(diǎn)射出的

單色光，對于這兩束單色光（）

A.紅光在玻璃中傳播速度比藍(lán)光大

B.從4點(diǎn)射出的為紅光，從8點(diǎn)射出的為藍(lán)光

C.通過狹縫時，》光比。光更容易發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象

D.分別用。、6光在同一個雙縫干涉實(shí)驗(yàn)室裝置上做實(shí)驗(yàn)，。光的干涉條紋間距小于6光的

干涉條紋間距

E.從八〃兩點(diǎn)射出的單網(wǎng)光平行，且平行于“C

【答案】ABE

【詳解】A.紅光的折射率小于藍(lán)光的折射率，由公式-=￡可知，紅光在玻璃中傳播速度比

n

藍(lán)光大，A正確；

B.紅光的折射率小于藍(lán)光的折射率，光線經(jīng)三棱鏡48c后，紅光的偏折角小于藍(lán)光的偏折

角，再經(jīng)二棱鏡。比4后，從。點(diǎn)射出的為紅光，從力點(diǎn)射出的為藍(lán)光，B正確：

C.〃光的波長比。光的波長小，通過狹縫時，。光比力光更容易發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象，c錯誤;

D.分別用〃、人光在同?個雙縫干涉實(shí)驗(yàn)室裝置上做實(shí)驗(yàn)，由條紋間距公式Ax=^/l可知，

a

。光的波長大于人光，所以。光的干涉條紋間距大于力光的干涉條紋間距，D錯誤；

E.由光路可逆性原理可知，紅光和藍(lán)光組成的細(xì)光束平行于8C面從P點(diǎn)射入，則有從

兩點(diǎn)射出的單色光平行，且平行于4C,E正確。故選ABE。

10.藍(lán)光光盤是利用波長較短的藍(lán)色激光讀取和寫入數(shù)據(jù)的光盤，而傳統(tǒng)DVD光盤需要光

盤發(fā)出紅色激光來讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)。對于光存儲產(chǎn)品來說，藍(lán)光光盤比傳統(tǒng)DVD光盤的存

儲容量大很多。如圖由紅、藍(lán)兩種單色光組成的復(fù)合光束射入一玻璃球體，當(dāng)入射角潸于

60。時，其折射光束和出射光束如圖所示。已知。光束第一次射出此玻璃球體后的出射光束

相對復(fù)合光束的偏折角也為60。，則下列說法正確的是1)

A.該玻璃球體對〃光的折射率為石

B.a光在玻璃中的傳播時間長

C.用。光可在光盤上記錄更多的數(shù)據(jù)信息

D.通過同一單縫分別進(jìn)行衍射實(shí)驗(yàn)時，。光中央亮條紋更寬

【答案】AD

【詳解】A.由光路圖可知，光線。射到玻璃球上的入見角U60。，折射角為片30。，則折射

率為

n==73,A正確；

sinr

b

0O

B.因〃光的偏折程度較小，折射率較小，根據(jù)丫=￡可知，a光在玻璃球內(nèi)的傳播速度較大,

n

因〃光在玻璃球內(nèi)的傳播速度較短，可知。光在玻璃中的傳播時間短，B錯誤：

C.因頻率越大的光記錄的數(shù)據(jù)量越大，因b光頻率較大，可知用〃光可在光盤上記錄更多

的數(shù)據(jù)信息，C錯誤；

D.因?yàn)椤９獾念l率較小，波長較長，則通過同一單縫分別進(jìn)行衍射實(shí)驗(yàn)時，衍射現(xiàn)象更明

顯，即〃光中央亮條紋更寬，D正確。故選AD。

11.食品安全檢驗(yàn)中碳水化合物（糖）的含量是一個重要指標(biāo)，可以用“旋光法”來測量糖溶

液的濃度，從而鑒定含糖量。偏振光通過糖的水溶液后，偏振方向會相對于傳播方向向左或

向右旋轉(zhuǎn)?個角度a，這?角度a稱為“旋光度"，a的值只與糖溶液的濃度有關(guān)，將a的測

最值與標(biāo)準(zhǔn)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，力、B是

偏振片，轉(zhuǎn)動8,使到達(dá)。處的光最強(qiáng)，然后將被測樣品P置于4、8之間。以下說法中正

確的是（）

A.到達(dá)。處光的強(qiáng)度會明顯減弱

B.到達(dá)。