2027年高考物理一轮复习学案练习含答案14-第十四章 光学 02-第2讲 光的波动性（教用）

这是一份2027年高考物理一轮复习学案练习含答案14-第十四章 光学 02-第2讲 光的波动性（教用），共16页。试卷主要包含了光的干涉现象，光的衍射和偏振现象，几何光学与物理光学的综合应用等内容，欢迎下载使用。
课标要求
观察光的干涉、衍射和偏振现象，了解这些现象产生的条件，知道其在生产生活中的应用；知道光是横波，会用双缝干涉实验测量光的波长。
考点一 光的干涉现象
回归教材 强基础
1．光的干涉
在两列光波叠加的区域，某些区域的光相互_ _ _ _ ，出现亮条纹，某些区域的光相互_ _ _ _ ，出现暗条纹，且_ _ _ _ 区域和_ _ _ _ 区域互相间隔的现象叫作光的干涉现象。
【答案】加强； 减弱； 加强； 减弱
2．干涉条件
两列光波的_ _ _ _ 相等，振动方向相同，且具有恒定的相位差，才能产生稳定的干涉现象。
【答案】频率
3．双缝干涉
（1）图样特点：单色光照射时，中央为亮条纹，两边是明暗相间的条纹，且相邻亮（暗）条纹间的距离相等。
（2）条纹间距：Δx=_ _ _ _ _ _ 。对同一双缝干涉装置，光的波长越长，干涉条纹的间距越大。
（3）明暗条纹的判断方法：
如图所示，相干光源S1、S2发出的光到屏上P′点的路程差为Δr=r2−r1。
当Δr=nλ(n=0,1,2,⋯)时，光屏上P′处出现_ _ _ _ 条纹。
当Δr=(2n+1)λ2(n=0,1,2,⋯)时，光屏上P′处出现_ _ _ _ 条纹。
【答案】ldλ； 亮； 暗
4.薄膜干涉
（1）相干光的获取：如图所示，竖直的肥皂液膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形。光照射到液膜上时，从膜的前表面AA′和后表面BB′分别反射回来，形成两列频率相同的光波，这两列光波即为相干光，并且叠加。
薄膜前后两个面的反射光发生了干涉
（2）应用：增透膜、检查平面的平整度等。
突破核心 提能力
考向1 双缝干涉
例1 （2024· 黑吉辽卷·4，4分）某同学自制双缝干涉实验装置：在纸板上割出一条窄缝，于窄缝中央沿缝方向固定一根拉直的头发丝形成双缝，将该纸板与墙面平行放置，如图所示。用绿色激光照射双缝，能够在墙面上观察到干涉条纹。下列做法可以使相邻两条亮条纹中心间距变小的是（ ）
A. 换用更粗的头发丝B. 换用红色激光照射双缝
C. 增大纸板与墙面的距离D. 减小光源与纸板的距离
【答案】A
【解析】根据双缝干涉条纹间距公式Δx=Ldλ ，换用更粗的头发丝，增大了双缝之间的距离d，可知相邻两条亮条纹中心间距变小，A正确；换用红色激光照射双缝，增大了光的波长λ ，而增大纸板与墙面的距离，是增大了双缝与光屏的距离L，可知都会使相邻两条亮条纹中心间距变大，B、C错误；减小光源与纸板的距离，不会引起条纹间距变化，D错误。
考向2 薄膜干涉
例2 （2025·山东济南模拟）如图所示，两块玻璃板左端搭在一起，右端夹住一金属小球，使两玻璃板间形成一楔形薄空气膜。小球直径会随着温度的升高而增大，玻璃板受温度的影响忽略不计。现用激光垂直照射玻璃板的上表面，会观察到明暗相间的干涉条纹。当温度逐渐升高时（ ）
A. 干涉条纹的间距变小，条纹向左移动
B. 干涉条纹的间距变小，条纹向右移动
C. 干涉条纹的间距变大，条纹向左移动
D. 干涉条纹的间距变大，条纹向右移动
【答案】A
【解析】当温度逐渐升高时，小球直径会随着温度的升高而增大，空气膜的劈角变大，空气膜厚度差等于半个波长的位置间距变小，所以相邻亮条纹间距应变小；空气膜厚度与原来相同的位置左移，所以条纹向左移动。故选A。
考点二 光的衍射和偏振现象
回归教材 强基础
1．光的衍射
（1）发生明显衍射的条件：障碍物或缝的尺寸_ _ _ _ _ _ 。在任何情况下都可以发生衍射现象，只是明显与不明显的差别。
（2）常见的三类衍射图样
【答案】足够小
2．光的偏振现象
（1） 偏振：横波在_ _ _ _ 于传播方向的平面上，只沿_ _ _ _ _ _ _ _ 的方向振动，叫作偏振。
（2） 自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着在垂直于传播方向上沿_ _ _ _ _ _ _ _ 振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫作自然光。
（3） 偏振光：在_ _ _ _ 于传播方向的平面上，沿某个特定方向振动的光。光的偏振证明光是_ _ _ _ 。
（4） 偏振光的两种形成方式：自然光通过偏振片后，就得到了偏振光；自然光在两种介质的界面发生反射和_ _ _ _ ，反射光和折射光都是偏振光。
（5）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。
易错辨析
1．横波、纵波都能发生偏振现象。（ ）
【答案】×
2．阳光下茂密的树林中，地面上的圆形亮斑是光的衍射形成的。（ ）
【答案】×
3．泊松亮斑是光的衍射形成的。（ ）
【答案】√
4．光遇到障碍物时都能产生衍射现象。（ ）
【答案】√
突破核心 提能力
例3 如图所示，挡板上安装有宽度可调的一条狭缝，缝后放一个光屏。用单色平行光照射狭缝，若狭缝宽度从0.8mm调整为0.4mm，光屏上可能呈现（ ）
A. 图样①变化为图样②B. 图样②变化为图样①
C. 图样③变化为图样④D. 图样④变化为图样③
【答案】D
总结归纳
光的双缝干涉和单缝衍射的比较
例4 如图甲所示的两幅图像，用手握住绳的一端，另一端固定，手沿垂直于绳方向上下抖动，在绳上就形成了一列横波，在绳波传播的路径中放置两个带有狭缝的栅栏；如图乙所示的两幅图像，透过两块偏振片P、Q观察日光灯灯光，保持P不动，旋转Q。下列说法正确的是（ ）
A. 图甲是来演示机械横波的衍射现象
B. 当栅栏的狭缝与绳的振动方向平行或垂直时，绳波都能通过狭缝
C. 图乙是来演示光的偏振现象，并由此说明光是一种纵波
D. 当Q与P平行时，透射光的强度最大，由此转过90∘ ，透射光的强度最小
【答案】D
【解析】对题图甲，手沿垂直于绳方向上下抖动，在绳上就形成了横波，当狭缝的方向与绳的振动方向相同时，绳上横波可以传过去，狭缝的方向与绳的振动方向垂直时，绳上横波不能通过，这种现象属于机械横波的偏振现象，故A、B错误；对题图乙，旋转Q，当Q与P平行，透射光的强度最大，由此转过90∘ ，透射光的强度最小，该现象表明光是一种横波，能发生偏振现象，故C错误，D正确。
考点三 几何光学与物理光学的综合应用
1.光从一种介质进入另一种介质时，频率不变，由v=λf知，当f不变时，波长改变，光速改变。
2.同一种介质中，频率越大的色光对应的折射率越大，由n=cv知，n越大，传播速度越小。
3.各种色光的比较
例5 多选 为了装点城市夜景，市政工作人员常在喷水池水下安装光源照亮水面。如图甲所示，水中有一点光源S，同时发出a、b两种不同颜色的光，在水面上形成了一个被照亮的圆形区域，俯视如图乙所示，环状区域只有b光，中间小圆为复合光，以下说法中正确的是（ ）
A. 水对a光的折射率大于对b光的折射率
B. 在水中a光波速大于b光
C. 用同一套装置做双缝干涉实验，a光相邻条纹中心间距更小
D. 通过b光观察到的光源S的位置比实际位置浅一些
【答案】ACD
【解析】根据题意可知，a光的全反射临界角小于b光，由sinC=1n可知，水对a光的折射率大于对b光的折射率，故A正确；由v=cn可知，在水中a光波速小于b光波速，故B错误；a光的频率大于b光的频率，根据λ=cf可知，同种介质中a光波长小于b光波长，根据Δx=ldλ 可知，用同一套装置做双缝干涉实验，a光相邻条纹中心间距更小，故C正确；光从水中射入空气中，折射角大于入射角，所以通过b光观察到的光源的位置比实际位置浅一些，故D正确。
例6 （2025·陕西咸阳模拟）为研究玻璃对某单色激光的折射率，某同学先用双缝干涉装置测量该激光的波长，激光通过间距为d=0.3mm的双缝后，投射到光屏上得到如图甲所示的干涉条纹，图甲中M、N两条亮条纹中心间距x=56mm，双缝到光屏的距离L=2.8m。然后，将该激光从截面为等边三角形ABC的玻璃砖的AC边中点D与AC边成30∘ 角入射，如图乙所示，光束平行底边BC射到AB边上的E点（图中未画出）并射出。已知等边三角形ABC边长为L′=203cm，求：
（1） 该激光的波长λ ；
（2） 玻璃砖对该激光的折射率n；
（3） 光在真空中的传播速度为c=3×108m/s，该激光在玻璃砖中的传播时间t。
【答案】（1） 7.5×10−7m
（2） 3
（3） 1.0×10−9s
【解析】
（1） 相邻两条亮条纹中心间的距离Δx=x8=7.0mm，
由Δx=Ldλ ，
可得λ=dΔxL=7.5×10−7m。
（2） 由几何关系得光从空气射入玻璃砖时，入射角θ=60∘ ，折射角为α=30∘ ，
则玻璃砖对该激光的折射率
n=sinθsinα=3。
（3） 光在玻璃砖中的传播速度为v=cn，
根据几何关系知DE=L′2，
激光在玻璃砖中的传播时间
t=DEv=L′2v=L′n2c=1.0×10−9s。
温馨提示 请完成《分层突破训练》课时作业73项目
双缝干涉
单缝衍射
图样不同点
条纹宽度
条纹宽度相等
条纹宽度不等，中央最宽
条纹间距
各相邻条纹间距相等
各相邻条纹间距不等
亮度情况
清晰条纹，亮度基本相等
中央条纹最亮，两边变暗
图样
相同点
干涉、衍射都是波特有的现象；干涉、衍射图样都有明暗相间的条纹
本质
光波叠加的结果
颜色
红橙黄绿蓝靛紫
频率f
低→高
同一介质中折射率n
小→大
同一介质中速度v
大→小
同一介质中波长λ
大→小
同一介质中临界角
大→小
通过同一棱镜的偏折角
小→大