2027年高考物理一轮专题复习学案第13章　第2讲　光的干涉、衍射和偏振（含答案）

这是一份2027年高考物理一轮专题复习学案第13章　第2讲　光的干涉、衍射和偏振（含答案），共13页。

活动一 分析光的干涉现象
一、 双缝干涉
1 [2025扬州高邮检测]如图所示为双缝干涉测波长的实验装置，双缝间距为d，到光屏的距离为l，O处为中央亮纹(也叫零级亮纹)，A处为二级亮纹的中心位置，入射光的波长为λ，求：
(1) A点到S1和S2的路程差Δr；
(2) OA间的距离x.
1. 双缝干涉亮暗条纹的判断方法
如图所示，光源S1、S2发出的光到屏上某点，当：
(1) 光的路程差r2－r1＝____________时，光屏上出现亮条纹．
(2) 光的路程差r2－r1＝____________时，光屏上出现暗条纹．
2. 条纹间距：Δx＝ eq \f(l,d)λ，其中l是双缝到________的距离，d是________的距离，λ是入射光波的________．
在例1中，若让A光照射S1，B光照射S2，试分析光屏上能观察到的现象．
即时训练1 [2026宿迁联考]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．用绿色激光照双缝，能在墙面上观察到干涉条纹．下列做法可以使相邻两条亮纹中央间距变小的是( )

A. 换用更粗的头发丝
B. 换用红色激光照双缝
C. 增大纸板与墙面的距离
D. 减小光源与纸板的距离
即时训练2 [2025山东模拟]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．当双缝与屏之间为真空时，屏上P点处是P0上方的第3条亮条纹(不包括P0点处的亮条纹)的中心，当双缝与屏之间为矿泉水时，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，求：
(1) 矿泉水的折射率；(结果可用分数表示)
(2) 当双缝与屏之间为矿泉水时，来自S1和S2的光传播到P点处的时间差．
二、 薄膜干涉
2 [2021江苏卷]铁丝圈上附有肥皂膜，竖直放置时，肥皂膜上的彩色条纹上疏下密，由此推测肥皂膜前后两个面的侧视形状应当是( )
INCLUDEPICTURE "21WLYL-130.tif" INCLUDEPICTURE "21WLYL-131.tif" INCLUDEPICTURE "21WLYL-132.tif"
A B C D
薄膜干涉的理解
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，并且叠加．
2. 亮、暗条纹的判断：如果膜的厚度为h，折射率为n，前、后表面的反射光的路程差为2h.若满足2h为膜中波长的整数倍时，该处出现________条纹；满足2h为膜中半波长的奇数倍时，该处出现________条纹．其中真空中波长是膜中波长的________倍．
即时训练3 [2025南京模拟]用牛顿环可测量平凹透镜球面的曲率半径，如图所示，平凹透镜与一块平板玻璃接触，用单色光垂直于透镜的平面向下照射，会观察到明暗相间的同心圆环，根据圆环半径可计算出球面的曲率半径R，则( )
A. 形成同心圆环属于光的色散现象
B. 同心圆环内疏外密
C. 曲率半径R越大圆环越紧密
D. 圆环疏密程度与透镜的折射率有关

薄膜干涉的应用
1. 检查精密零件的表面是否平整
如图甲所示，在检查平面和透明标准样板间垫一薄片，使标准样板的平面与被检查平面间形成一个楔形空气薄层，单色光从上面照射，入射光在空气层的上表面a和下表面b反射出两列光波叠加，从反射光中看到干涉条纹，根据干涉条纹的形状来确定工件表面的情况．
甲
若被检查平面平整，则干涉图样是等间距明暗相间的平行直条纹；若某处凹下，则对应亮(暗)条纹提前出现，如图乙所示；若某处凸起，则对应亮(暗)条纹延后出现，如图丙所示．
INCLUDEPICTURE "2026YYWL-152.TIF"
乙 丙
2. 增透膜
在光学元件(透镜、棱镜)的表面涂上一层薄膜(如氟化镁)，当薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长的 eq \f(1,4) 时，在薄膜的两个面上的反射光的光程差恰好等于半个波长，因而相互抵消，达到减小反射光、增大透射光强度的目的．
即时训练4 市场上有种灯具俗称“冷光灯”，用它照射物品时能使被照物品处产生的热效应大大降低，从而广泛地应用于博物馆、商店等处，如图所示．这种灯降低热效应的原因之一是在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面上镀一层薄膜(例如氟化镁)，这种膜能消除不镀膜时玻璃表面反射回来的热效应最显著的红外线．以λ表示红外线的波长，则所镀薄膜的最小厚度应为( )
A. eq \f(1,8)λ B. eq \f(1,4)λ
C. eq \f(1,2)λ D. λ
活动二 分析光的衍射和偏振现象
一、 光的衍射
3 下列所示的图片、示意图大都来源于课本，关于这些图的判断中，准确无误的是( )
INCLUDEPICTURE "N1253.tif" INCLUDEPICTURE "N1254.tif" INCLUDEPICTURE "N1255.tif"
甲 乙 丙 丁
A. 图甲是“泊松亮斑”
B. 图乙是小孔衍射的图样
C. 图丙是双缝干涉图样
D. 图丁是双缝干涉图样

1. 光的衍射
光照射到孔或障碍物上时，离开直线路径绕到孔或障碍物的阴影里去，形成________的条纹或光环的现象．
2. 发生明显衍射的条件
障碍物或小孔的尺寸跟光的波长________，甚至比光的波长________时，衍射现象明显．
3. 对光的衍射的理解
(1) 波长越长，衍射现象越明显．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) 衍射现象说明“光沿直线传播”只是一种特殊情况，只有在光的波长比障碍物小得多时，光才可以看成是沿直线传播的．
单缝衍射与双缝干涉的比较
即时训练5 [2025江苏卷]如图所示，一束激光射入肥皂泡后(入射激光束未在图中标出)，肥皂膜内出现一亮环．肥皂膜内的激光( )
A. 波长等于亮环的周长
B. 频率比在真空中的大
C. 在肥皂膜与空气的界面上发生衍射
D. 在肥皂膜与空气的界面上发生全反射
即时训练6 用红光、蓝光分别做双缝干涉实验，用黄光、紫光分别做单缝衍射实验，得到的图样如图所示(黑色部分表示亮纹).则在下面的四个图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是( )

A. 红、黄、蓝、紫
B. 红、紫、蓝、黄
C. 蓝、紫、红、黄
D. 蓝、黄、红、紫
二、 光的偏振现象
4 [2024江苏卷]用观看立体电影的特制眼镜去观察手机液晶屏幕上的图片，透过左镜片的图片明亮、右镜片的灰暗．现在将手机屏幕旋转90°，透过两镜片的图片( )
A. 均变明亮
B. 均变灰暗
C. 亮度均无变化
D. 左镜片的变暗，右镜片的变亮

1. 偏振光的形成
(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．
2. 光的偏振现象说明光是一种横波．
自然光和偏振光的比较
即时训练7 有关光的偏振现象，下列说法中错误的是( )
A. 一束自然光相继通过两个偏振片，以光束为轴旋转其中一个偏振片，透射光的强度发生变化
B. 一束自然光入射到两种介质的分界面上，当反射光线与折射光线之间的夹角恰好是90°时，反射光是偏振光
C. 日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使景象更清晰
D. 阳光在水面的反射光是自然光
即时训练8 [2025南通海门中学模拟]在“用双缝干涉实验测量光的波长”的实验中，在激光器和双缝之间加入一个与光束垂直放置的偏振片，则在光屏上与不加偏振片时相比( )
A. 亮度变亮 B. 亮度不变
C. 条纹间距不变 D. 条纹间距变小
活动三 分析激光的特性和应用
5 关于激光的应用问题，下列说法中正确的是( )
A. 光纤通信是应用激光平行度非常好的特点对信号进行调制，使其在光导纤维中传递信息的
B. 光驱的读写头读出光盘上记录的信息是应用激光有相干性的特点
C. 医学中用激光做“光刀”来切除肿瘤是应用了激光亮度高的特点
D. “激光测距雷达”利用激光测量很远目标的距离是应用了激光亮度高的特点
激光具有的特点：(1) 具有高度的相干性．(2) 平行度非常好．(3) 亮度高．
第2讲 光的干涉、衍射和偏振
【活动一】
(1) 双缝干涉实验中，当屏上某点到双缝的路程差为波长的整数倍时，出现亮条纹，对于第n级亮条纹，则其到双缝的路程差即为Δr＝nλ，
故A点到S1和S2的路程差Δr＝2λ.
(2) 从中央亮条纹到第n级亮条纹中心的距离x＝nΔx，
OA间的距离x＝2Δx，
又因为Δx＝ eq \f(l,d)λ，
联立解得x＝ eq \f(2l,d)λ.
总结提升：1 (1) kλ(k＝0，1，2，…)
(2) (2k＋1) eq \f(λ,2)(k＝0，1，2，…)
2 光屏 双缝间 波长
思维拓展：由于A、B光的频率不同，这时不能发生干涉，此时在光屏上只能观察到亮光．
即时训练1 A 由于干涉条纹间距Δx＝ eq \f(l,d)λ，可知换用更粗的头发丝，双缝间距d变大，则相邻两条亮纹中心间距Δx变小，A正确；换用红色激光照双缝，波长变长，则相邻两条亮纹中央间距Δx变大，B错误；增大纸板与墙面的距离l，则相邻两条亮纹中心间距Δx变大，C错误；减小光源与纸板的距离，不会影响相邻两条亮纹中心间距Δx，D错误．
即时训练2 (1) 根据干涉条纹间距的公式可知，PP0之间的距离PP0＝3 eq \f(L,d)λ＝4 eq \f(L,d)λ水，
根据f＝ eq \f(c,λ)＝ eq \f(v,λ水)，
折射率n＝ eq \f(c,v)，
联立解得n＝ eq \f(4,3).
(2) 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中波长的4倍，则来自S1和S2的光传播到P点处的时间差t＝ eq \f(4λ水,v)，
解得t＝ eq \f(4λ,c).
C 薄膜干涉为前后两个面反射回来的光发生干涉形成干涉条纹，在复色光时，出现彩色条纹，由于重力作用，肥皂膜前后表面的厚度从上到下逐渐增大，由于干涉条纹的间距上疏下密，所以由上到下薄膜的厚度增加得越来越快．故C正确．
总结提升：2 亮 暗 n
即时训练3 B 形成同心圆环由光的叠加原理形成，属于光的薄膜干涉现象，故A错误；明暗相间的同心圆环是由透镜和玻璃板之间的空气膜上下两表面的反射光发生干涉后形成的，同一亮圆环(或暗圆环)处空气膜的厚度相等，相邻的两个明圆环处，空气膜的厚度差等于半个波长，离圆心越远的位置，空气膜的厚度减小得越快，则圆环越密，所以同心圆环内疏外密，故B正确；透镜的曲率半径R变大，空气膜的厚度变化越慢，其形成的圆环比曲率半径小的透镜形成的圆环稀疏，故C错误；圆环由薄膜干涉原理形成，其疏密程度与光的波长及空气膜的厚度变化情况有关，与透镜的折射率无关，故D错误．
即时训练4 B 当薄膜的厚度与波长的关系满足2d＝(2n＋1) eq \f(λ,2)(n＝0，1，2，…)时，两个界面上的反射光相干涉后互相抵消，从而减少了反射光，从而减少了反射光的能量，n＝0时，d＝ eq \f(λ,4) 最小．故B正确．
【活动二】
C “泊松亮斑”是“小圆盘”产生的衍射现象，形成的衍射图样是阴影中心有一个“亮斑”，小孔衍射的图样是中间有“亮斑”，无阴影，A、B错误；图丙很明显是双缝干涉的图样，因为干涉图样中的条纹间距是相等的，单缝衍射图样中的条纹间距是不相等的，中间最宽、最亮，图丁是单缝衍射图样，C正确，D错误．
总结提升：1 明暗相间 2 差不多 还小
即时训练5 D 激光在不同的介质中传播时，频率相同，波长不同，激光波长与亮环周长无关，故A、B错误；一束激光打进一个肥皂泡(图中未画出入射光线)，发现在肥皂泡内测出现一个亮环，是因为激光在空气与肥皂膜分界面处发生了全反射，故C错误，D正确．
即时训练6 B 双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹，所有亮条纹宽度相同且等间距，根据双缝干涉条纹间距Δx＝ eq \f(l,d)λ可知，波长λ越大，Δx越大，故左边第一个是红光的，第三个是蓝光的．单缝衍射条纹是中间明亮且宽大，越向两侧宽度越小越暗，而波长越大，中央亮条纹越粗，故左边第二个是紫光的，第四个是黄光的，所以B正确．
D
即时训练7 D 一束自然光相继通过两个偏振片，自然光通过第一个偏振片形成偏振光，以光束为轴旋转其中一个偏振片，透射光的强度会发生变化，A正确；一束自然光入射到两种介质的分界面上，无论折射光线与反射光线是否垂直，反射光都是偏振光，B正确；C是偏振现象的应用，C正确；阳光在水面的反射光是偏振光，D错误．故选D．
即时训练8 C 与偏振方向相同的光才能通过偏振片，故通过偏振片后光的强度会减弱，所以干涉条纹亮度要变暗，故A、B错误；加偏振片不会改变光的波长，因此条纹间距不变，故C正确，D错误．
【活动三】
C 由激光的特点及应用可知光纤通信主要利用了激光的相干性，A错误；光驱的读写头读出光盘上的信息主要应用了激光的平行度好，B错误；医疗中用激光做“光刀”来切除肿瘤是利用了激光亮度高的特点，C正确；“激光测距雷达”利用的是激光的平行度好的特点，D错误．
单缝衍射
双缝干涉
不同点
条纹宽度
条纹宽度不等，中央最宽
条纹宽度相等
条纹间距
各相邻条纹间距不等
各相邻条纹等间距
亮度情况
中央条纹最亮，两边变暗
条纹清晰，亮度基本相等
相同点
干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；干涉、衍射都有明暗相间的条纹
自然光
偏振光
光的来源
直接从光源发出的光
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
例
1
例
2
例
3
例
4
例
5