高考物理一轮复习核心考点突破练习专题94光的干涉、衍射和偏振（2份，原卷版+解析版）

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考点一 光的干涉 双缝干涉 薄膜干涉
1.光的干涉
1)定义：在两列光波叠加的区域，某些区域相互加强，出现亮条纹，某些区域相互减弱，出现暗条纹，且加强区域和减弱区域相互间隔的现象.
2)两束光干涉的条件：两束光的频率相同、相位差恒定。
2.双缝干涉
1)双缝干涉图样特点：①单色光照射时，形成明暗相间的等间距的干涉条纹；②白光照射时，中央为白色亮条纹，其余为彩色条纹.
2)条纹间距：Δx＝eq \f(l,d)λ，其中l是双缝到光屏的距离，d是双缝间的距离，λ是入射光的波长.
3)双缝干涉中亮、暗条纹的判断方法
①对于两个振动步调一致的光源，如图所示，光源S1、S2发出的光到屏上某点的路程差：
r2－r1＝kλ(k＝0,1,2，…)时，光屏上出现亮条纹.
r2－r1＝(2k＋1)eq \f(λ,2)(k＝0,1,2，…)时，光屏上出现暗条纹.
②对于两个振动步调反相的光源，产生亮、暗条纹的条件与上面的正好相反.
3．薄膜干涉
1)形成：如图所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形。光照射到薄膜上时，在膜的前表面AA′和后表面BB′分别反射回来，形成两列频率相同的光波，这两列光波在前表面AA′叠加形成明暗相间的条纹.
2)亮、暗条纹的判断方法
①在P1、P2处，两个表面反射回来的光波的路程差Δr等于波长的整数倍，即Δr＝nλ(n＝1,2,3，…)，薄膜上出现亮条纹.
②在Q处，两列反射回来的光波的路程差Δr等于半波长的奇数倍，即Δr＝(2n＋1)eq \f(λ,2)(n＝0,1,2,3，…)，薄膜上出现暗条纹.
3)用薄膜干涉检查平面平整度的原理：如图甲所示，两板之间形成一楔形空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检查平面是平整光滑的，会从标准样本的上方看到明暗相间的条纹；若被检查平面不平整，则干涉条纹发生弯曲。图甲中，如果被检测平面A处凹下，则A处的厚度增大对应条纹提前出现，在图乙的干涉条纹中表现为P处的条纹向劈尖一侧弯曲，同理可知B处存在凸起则对应条纹延后出现，在图乙的干涉条纹中表现为Q处的条纹向远离劈尖的一侧弯曲.
1．（2022·浙江·高考真题）关于双缝干涉实验，下列说法正确的是（ ）
A．用复色光投射就看不到条纹
B．明暗相间条纹是两列光在屏上叠加的结果
C．把光屏前移或后移，不能看到明暗相间条纹
D．蓝光干涉条纹的间距比红光的大
【答案】B
【解析】A．用复色光投射同样能看到条纹，A错误；
B．双缝干涉实验中，明暗相间条纹是两列光在屏上叠加的结果，B正确；
C．由条纹间Δx=Ldλ知，把光屏前移或后移，改变了L，从而改变了条纹间距，但还可能看到明暗相间条纹，C错误；
D．由条纹间Δx=Ldλ知，且λ蓝 < λ红，则蓝光干涉条纹的间距比红光的小，D错误。
故选B。
2．（2022·重庆模拟预测）在双缝干涉实验中，用绿色激光照射在双缝上，在缝后的屏幕上显示出干涉图样。若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距，下面不可选用的方法是（ ）
A．改用蓝色激光B．改用红色激光
C．减小双缝间距D．将屏幕向远离双缝的位置移动
【答案】A
【解析】根据双缝干涉条纹间距公式Δx=Ldλ知，减小入射光的波长、增大双缝间距，以及减小屏幕与双缝的距离，可以减小条纹的间距，改用红光，波长变大，改用蓝光，波长变小。本题若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距，选择不可选用的方法，故A正确，BCD错误。
故选A。
3．（2022·山东·泰安市基础教育教学研究室二模）如图是杨氏双缝干涉的示意图，挡板上有两条狭缝S1、S2，屏上O点到两缝S1和S2的距离相等。用波长为λ的激光照射双缝，屏上有明暗相间的干涉条纹，把O处的亮条纹记作第0号亮纹，由O向上数分别为1、2、3…号亮纹，第8号亮纹恰好在P处，则S2P−S1P为（ ）
A．4λB．5λC．8λD．10λ
【答案】C
【解析】出现明条纹的条件是光程差满足 Δx=nλ
当n=1时，出现1号亮纹……n=8时，出现第8号亮纹，故有 S2P−S1P=8λ
C正确，ABD错误；
故选C。
4．（2022·浙江·模拟预测）某一质检部门利用干涉原理测定矿泉水的折射率。如图所示，单缝S0、屏上的P0点位于双缝S1和S2的中垂线上，当双缝与屏之间的介质为空气或矿泉水时，屏上的干涉条纹间距分别为∆x1与∆x2.，当介质为矿泉水时，屏上P点处是P0上方的第4条亮条纹（不包括P0点处的亮条纹）的中心。已知入射光在真空中的波长为λ，真空中的光速为c，则（ ）
A．∆x2大于∆x1
B．该矿泉水的折射率为Δx2Δx1
C．当介质为矿泉水时，来自S1和S2的光传播到P点处的时间差为3λc
D．仅将S0水平向左移动的过程中，P点仍能观察到亮条纹
【答案】D
【解析】A．根据杨氏双缝干涉相邻条纹间距的公式有 Δx=Ldλ
当双缝与屏之间的介质为矿泉水时，波长会变小，而双缝间距d与双缝与屏之间的距离L相同，所以∆x2小于∆x1，故A错误；
B．设光在真空中的波长为λ、在介质中的波长为λ′，依题意有 Δx1=Ldλ Δx2=Ldλ′ λ′=λn
则可知 Δx1Δx2=n 故B错误；
C．P点处是P0上方的第4条亮条纹的中心，则光到双缝的光程差为光在矿泉水波长的4倍，则来自S1和S2的光传播到P点处的时间差为 t=4λ′cn=4λncc=4λc 故C错误；
D．将S0水平向左移动的过程中，P点与双缝光程差不会改变，据题仍是光在介质中波长的四倍，所以仍能观察到亮条纹，故D正确。
故选D。
5．（2021·浙江·高考真题）(多选)肥皂膜的干涉条纹如图所示，条纹间距上面宽、下面窄。下列说法正确的是（ ）
A．过肥皂膜最高和最低点的截面一定不是梯形
B．肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹
C．肥皂膜从形成到破裂，条纹的宽度和间距不会发生变化
D．将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动90°，条纹也会跟着转动90°
【答案】AB
【解析】A．肥皂膜因为自重会上面薄而下面厚，因表面张力的原因其截面应是一个圆滑的曲面而不是梯形，A正确；
B．薄膜干涉是等厚干涉，其原因为肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹，B正确；
C．形成条纹的原因是前后表面的反射光叠加出现了振动加强点和振动减弱点，形成到破裂的过程上面越来越薄，下面越来越厚，因此出现加强点和减弱点的位置发生了变化，条纹宽度和间距发生变化，C错误；
D．将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动90°，由于重力，表面张力和粘滞力等的作用，肥皂膜的形状和厚度会重新分布，因此并不会跟着旋转90°；D错误。
故选AB。
6．（2022·上海·二模）在竖直放置的铁圈上挂一层肥皂液薄膜，再点亮蜡烛。从蜡烛一侧能观察到薄膜上的图案是（ ）
A．B．
C．D．
【答案】B
【解析】液膜竖直放置时，由于重力作用，上面薄，下面厚，且厚度从上到下均匀增大，火焰发出的光在薄膜前后两表面的反射光发生干涉，当薄膜厚度为波长的整数倍时，两列反射光将干涉增强，当薄膜厚度为半波长的奇数倍时，两列反射光将干涉减弱，从而将形成明暗相间的条纹，所以观察到薄膜上的像是正立的且明暗相间的。
故选B。
7．（2022·江苏省昆山中学模拟预测）在薄膜干涉实验中，铁丝圈上附有肥皂膜，竖直放置，形成如图所示的肥皂膜侧视图，用黄色光从左侧照射薄膜，会观察到明暗相间的干涉条纹，则下列结论错误的是（ ）
A．实验者应该从薄膜右侧观察干涉图样 B．干涉条纹的分布上疏下密
C．任意两相邻亮条纹处对应的薄膜厚度之差不变 D．若换用红光照射，则条纹间距将变大
【答案】A
【解析】A．薄膜干涉是前后两个面的反射光叠加产生的，应该从入射光的同侧观察，故A说法错误，符合题意；
B．由于薄膜不是均匀增厚的，从上到下薄膜增厚的越来越快，所以明暗相间的条纹是不等间距的，而是上疏下密，故B说法正确，不符合题意；
C．任意相邻亮条纹处对应的薄膜厚度之差是半倍的波长，不变，故C说法正确，不符合题意；
D．光波的干涉条纹间距公式为 Δx=Ldλ，如果换成红光照射，则波长变长，相邻条纹间距变大，故D说法正确，不符合题意；
故选A。
8．（2022·辽宁大连·二模）光的干涉现象技术中行许多应用。图甲是利用干涉检查平面平整度装置，下列说法正确的是（ ）
A．图甲中上板是待检测的光学元件，下板是标准样板
B．若换用波长更长的单色光，其它条件不变，则图乙中的干涉条纹变密
C．若图丙为俯视图甲装置看到的干涉条纹，条纹弯曲说明被检查的平面在此处出现了凹陷而导致不平整
D．如图丁所示，把一个凸透镜压在一块平面玻璃。让单色光垂直从上方射入，从上往下看凸透镜，可以看到等间距的明暗相间的同心圆环
【答案】C
【解析】A．图甲中上板是标准样板，下板是待检测的光学元件，故A错误；
B．相邻亮条纹之间，空气膜的厚度差等于半个波长，若换用波长更长的单色光，其它条件不变，则图乙中的干涉条纹变疏，故B错误；
C．弯曲的条纹对应的被检查平面右边的空气膜厚度与末弯处平面的空气膜厚度相同，可知，对应的位置是凹陷的，故C正确；
D．空气膜的上下两个表面反射的两列光波发生干涉，依据光程差是光的半个波长的偶数倍即为明条纹，是光的半个波长的奇数倍即为暗条纹，因凸透镜压在平面玻璃上，空气薄膜不等间距，可以看到内疏外密的明暗相间的圆环状条纹，故D错误。
故选C。
9．（2022·辽宁·模拟预测）随着科技的发展，夜视技术越来越成熟。一切物体都可以产生红外线，即使在漆黑的夜里“红外监控”、“红外摄影”也能将目标观察得清清楚楚。为了使图像清晰，通常在红外摄像头的镜头表面镀一层膜，下列说法正确的是（ ）
A．镀膜的目的是尽可能让入射的红外线反射
B．镀膜的目的是尽可能让入射的所有光均能透射
C．镀膜的厚度应该是红外线在薄膜中波长的四分之一
D．镀膜的厚度应该是红外线在薄膜中波长的二分之一
【答案】C
【解析】AB．镀膜的目的是尽可能让红外线能够透射，而让红外线之外的光反射，从而使红外线图像更加清晰，故AB错误；
CD．当红外线在薄膜前、后表面的反射光恰好干涉减弱时，反射光最弱，透射光最强，根据干涉相消的规律可知，此时红外线在薄膜前、后表面反射光的光程差应为半波长的奇数倍，而为了尽可能增加光的透射程度，镀膜的厚度应该取最薄的值，即红外线在薄膜中波长的四分之一，故C正确，D错误。
故选C。
10．（2022·云南·二模）如图所示，在双缝干涉实验中，S1和S2为双缝，P是光屏上的一点，已知P点与S1和S2距离之差为1.5×10−6m，今分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验，在下列条件下，P点是亮条纹还是暗条纹？
（1）已知A光在折射率为n=1.5的介质中波长为4×10−7m；
（2）已知B光在某种介质中波长为3.0×10−7m，当B光从这种介质射向空气时，临界角为37°。sin37°=0.6,cs37°=0.8
【答案】（1）暗条纹；（2）亮条纹
【解析】（1）设A光在空气中波长为λ1，在介质中波长为λ2，由 n=cv=λ1λ2
得 λ1=nλ2=1.5×4×10−7m=6×10−7m
根据路程差 Δr=1.5×10−6m
所以 N1=Δrλ1=1.5×10−6m6×10−7m=2.5
由此可知，从S1和S2到P点的路程差Δr是波长λ1的2.5倍（半波长的奇数倍），所以P点为暗条纹。
（2）根据临界角与折射率的关系sinC=1n得 n=1sin37°=53
由此可知，B光在空气中波长 λ3=nλ介=53×3.0×10−7m=5.0×10−7m
所以 N2=Δrλ3=1.5×10−6m5.0×10−7m=3
可见，用B光作光源，从S1和S2到P点的路程差Δr是波长λ3的3倍（波长的整数倍），所以P点为亮条纹。
考点二 光的衍射 光的偏振
1.光的衍射
1)发生明显衍射的条件：只有当障碍物的尺寸与光的波长相差不多，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象才会明显.
2)单缝衍射和圆孔衍射图样的比较
3)泊松亮斑(圆盘衍射，如图丙所示)
当光照射到不透明的半径很小的小圆盘上时，在圆盘的阴影中心出现亮斑 ，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环.
2．光的偏振
1)自然光与偏振光的比较
2)偏振光的两种形成方式
①让自然光通过偏振片形成偏振光.
②让自然光在两种介质的界面发生反射和折射，反射光和折射光可以成为部分偏振光或完全偏振光.
3)光的偏振现象说明光是一种横波.
4)偏振光的应用：加偏振滤光片的照相机镜头、液晶显示器、立体电影、消除车灯眩光等.
11．（2022·北京·高考真题）下列现象能说明光是横波的是（ ）
A．光的衍射现象B．光的折射现象
C．光的偏振现象D．光的干涉现象
【答案】C
【解析】光的偏振现象能说明光是横波。
故选C。
12．（2022·上海·二模）如图，通过用两个刀片组成的宽度可以调节的狭缝观察日光灯光源时看到三个现象。在狭缝宽度逐渐变小过程中，所看到的三个图像的顺序可能是（ ）
A．abcB．bcaC．cabD．bac
【答案】D
【解析】随着宽度逐渐变小，最开始呈现的是光的直线传播，即b图的情况，随后变为衍射，且衍射所对应的狭缝越小，衍射现象越明显，故先后出现a与c图，故选D。
13．（2022·上海·二模）下列现象中属于光的衍射现象的是（ ）
A．在阳光照射下，充满雾气的瀑布上方常常会出现美丽的彩虹
B．太阳光通过透明的装满水的金鱼缸后在地面上出现彩色光带
C．通过遮光板上的小孔观察远处明亮的电灯，看到电灯周围有一圈彩色光环
D．观察紧叠在一起的两块平板玻璃，若板间存在薄空气层，从平板玻璃的上表面常会看到彩色条纹
【答案】C
【解析】A．在阳光照射下，充满雾气的瀑布上方常常会出现美丽的彩虹，这是光的折射造成的，选项A错误；
B．太阳光通过透明的装满水的金鱼缸后在地面上出现彩色光带，这是光的折射造成的，选项B错误；
C．通过遮光板上的小孔观察远处明亮的电灯，看到电灯周围有一圈彩色光环，这是光的衍射造成的，选项C正确；
D．观察紧叠在一起的两块平板玻璃，若板间存在薄空气层，从平板玻璃的上表面常会看到彩色条纹，这是光的干涉造成的，选项D错误。
故选C。
14．（2022·山东·模拟预测）下列光学现象说法正确的是（ ）
A．泊松亮斑是由于光线偏离了原来的直线传播方向，即发生了光的折射
B．胸透又称为X光透视，是利用了光的衍射
C．观看3D电影时，佩戴的偏振眼镜的两个镜片的透振方向相互垂直
D．两束频率不同的激光能产生明暗相间的干涉条纹
【答案】C
【解析】A．泊松亮斑是由于光的衍射，即光可以绕过障碍物继续传播，而光的折射是光从一种介质射向另一种介质的过程中，传播方向发生偏转的一种现象，故A错误；
B．胸透又称为X光透视，是利用了X射线的穿透性，故B错误；
C．观看3D电影时，佩戴的偏振眼镜的两个镜片的透振方向相互垂直，使双眼分别观察到两幅独立的画面并进行叠加，形成立体的视觉感受，故C正确；
D．两束激光产生干涉现象的条件是频率相同，所以两束频率不同的激光不能产生明暗相间的干涉条纹，故D错误。
故选C。
15．（2023·全国·高三专题练习）对于以下的光学现象说法中正确的是（ ）
A．图甲是双缝干涉示意图，若只增大两个狭缝S1、S2间的距离d，相邻亮条纹间距离Δx将减小
B．图乙是单色光单缝衍射实验现象，若在狭缝宽度相同情况下，上图对应光的波长较短
C．图丙是用干涉法检测工件表面平整程度时得到的干涉图样，弯曲的干涉条纹说明被检测的平面在此处是凹下的
D．图丁中的P、Q是偏振片，当P固定不动，缓慢转动Q时，光屏上的光亮度将一明一暗交替变化，此现象表明光波是纵波
【答案】A
【解析】A．根据 Δx=ldλ
可知只增大两个狭缝的距离d，相邻亮条纹间距离Δx将减小，A正确；
B．由图可知，上图的衍射现象比下图更明显，可知在狭缝宽度相同情况下，下图对应的光波长较短，B错误；
C．由图可知，条纹向空气薄膜较厚处发生弯曲，说明弯曲处的光程差变短，空气薄膜间距变小，则被检测的平面在此处是凸起的，C错误；
D．缓慢转动Q时，光屏上的光亮度将一明一暗交替变化，表明光波是横波，D错误。
故选A。
16．（2023·浙江杭州·一模）(多选)关于以下四张图片，下列说法正确的是（ ）
A．图甲所示疾驰而过的急救车使人感觉音调变化，是由于多普勒效应引起的
B．图乙所示竖直的肥皂膜看起来常常是水平彩色横纹，是由于光的衍射产生的
C．图丙所示现象说明光具有干涉的特性
D．图丁所示水中的气泡看上去特别明亮，是由于光的全反射引起的
【答案】AD
【解析】A．多普勒效应：观察者接收到的频率大于或小于波源的实际频率，音调即声音的频率，A正确；
BC．肥皂薄膜彩色条纹是光的干涉；牛顿环，镜头镀增透膜、增反膜，泊松亮斑是光的衍射；摄影师拍橱窗里面的景物时加一个消除反光的装置、立体电源、液晶屏幕是光的偏振，BC错误；
D．气泡特别明亮是光线从水射向气泡里的空气，是从光密介质到光疏介质，发生全反射，D正确。
17．（2022·山东·高考真题）(多选)某同学采用图甲所示的实验装置研究光的干涉与衍射现象，狭缝S1，S2的宽度可调，狭缝到屏的距离为L。同一单色光垂直照射狭缝，实验中分别在屏上得到了图乙，图丙所示图样。下列描述正确的是（ ）
A．图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，也发生了衍射
B．遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，其他条件不变，图丙中亮条纹宽度增大
C．照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距增大
D．照射两条狭缝时，若光从狭缝S1、S2到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是暗条纹
【答案】ACD
【解析】A．由图可知，图乙中间部分等间距条纹，所以图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，同时也发生衍射，故A正确；
B．狭缝越小，衍射范围越大，衍射条纹越宽，遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，则衍射现象减弱，图丙中亮条纹宽度减小，故B错误；
C．根据条纹间距公式Δx=Ldλ可知照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距增大，故C正确；
D．照射两条狭缝时，若光从狭缝S1、S2到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是暗条纹，故D正确。
故选ACD。
18．（2022·湖南·模拟预测）(多选)关于光的干涉和衍射，下列说法正确的是（ ）
A．增透膜、汽车前挡风玻璃消除车灯眩光都利用了光的干涉原理
B．用单色光照射位于竖直平面内的肥皂液薄膜，观察到的干涉条纹是水平的
C．夏日树下经常会看到茂密的树叶间有彩色的光环，这属于光的衍射现象
D．双缝干涉条纹宽度相等，各相邻条纹等间距，且中间条纹最亮，两边较暗
E．在双缝干涉实验中，其他条件不变，若改用频率更高的单色光照射，得到的干涉条纹间距变小
【答案】BCE
【解析】A．增透膜利用了光的干涉原理，而汽车前挡风玻璃消除车灯眩光利用的是光的偏振现象，A错误；
B．用单色光照射位于竖直平面内的肥皂液薄膜，所观察到的干涉条纹是水平的，B正确；
C．夏日树下经常会看到茂密的树叶间有彩色的光环，这属于光的衍射现象，C正确；
D．双缝干涉条纹宽度相等，各相邻条纹等间距，条纹清晰，亮度基本相同，D错误；
E．频率变高，波长变短，根据双缝干涉条纹的间距公式Δx=Ldλ
可知，干涉条纹间距变小，E正确。
故选BCE。
19．（2022·江苏南通·三模）如图所示，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，却看不到光亮，则（ ）
A．电灯S发出的光是偏振光 B．偏振片A起检偏器的作用
C．以SP为轴将A转过45°，在P处看到光亮 D．将B沿SP向A平移至某位置时，在P处看到光亮
【答案】C
【解析】A．电灯S发出的光，包含着垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同，属于自然光，故A错误；
B．自然光先经过偏振片A形成偏振光，当偏振片B的透振方向与A的透振方向不垂直时，才能从P点看到光亮，所以A是起偏振器，B是检偏振器，故B错误；
C．由于此时人眼在P处迎着入射光方向看不到光亮，说明A、B透振方向垂直，以SP为轴将A转过45°，则透过A的偏振光的振动方向将存在平行于B透振方向的分量，此时将有部分光可以透过B，在P处可以看到光亮，故C正确；
D．无论将B沿SP向A平移至何位置，透过A的偏振光的振动方向始终与B的透振方向垂直，在P处始终看不到光亮，故D错误。
故选C。
单缝衍射
圆孔衍射
单
色
光
中央为亮且宽的条纹，两侧为明暗相间的条纹，且越靠近两侧，亮条纹的亮度减弱，宽度越小 (如图甲所示)
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，宽度减小 (如图乙所示)；
②亮环或暗环间的距离随圆孔半径的增加而减小
白
光
中央为亮且宽的白色条纹，两侧为亮度逐渐变暗、宽度逐渐变窄的彩色条纹，其中最靠近中央的色光是紫光、离中央最远的是红光
中央是大且亮的白色亮斑，周围是不等间距的彩色的同心圆环
类别
自然光(非偏振光)
偏振光
光的来源
从普通光源发出的光
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，光振动沿任意方向，且沿各个方向振动的光的强度相同
在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿特定方向