2026年高考物理一轮复习精讲精练第68讲光的干涉衍射和偏振(讲义)(学生版+解析)

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考点一 光的干涉
基础过关
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.条件：两束光的频率相同、相位差恒定。
3.双缝干涉
图样特点：单色光照射时，形成明暗相间的等间距的干涉条纹。
(1)条纹间距：Δx＝ldλ，对同一双缝干涉装置，光的波长越长，干涉条纹的间距越大。
(2)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'处出现明条纹。
当Δr＝(2n＋1)λ2(n＝0，1，2…)时，光屏上P'处出现暗条纹。
4.薄膜干涉
(1)形成原因：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，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，并且叠加。
(2)明暗条纹的判断方法：
两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr等于薄膜厚度的2倍，光在薄膜中的波长为λ。
在P1、P2处，Δr＝nλ(n＝1，2，3…)，薄膜上出现明条纹。
在Q处，Δr＝(2n＋1)λ2(n＝0，1，2，3…)，薄膜上出现暗条纹。
(3)应用：增透膜、检查平面的平整度。
【例1】（2025·山东德州·三模）如图甲所示，凸透镜放置在水平玻璃板上，波长为的单色光竖直向下照射，呈现出如图乙所示的亮暗相间的同心圆环，P处位于亮环上。下列说法正确的是（ ）
A．仅更换形状相同、折射率更大的凸透镜，P处仍位于亮环上
B．对凸透镜施加向下的压力，同一级亮环的半径将变小
C．仅将入射光的波长调整为，则P处位于暗环上
D．空气膜厚度为（k=1，2，3…）的位置均位于暗环上
【例2】（2025·山东·模拟预测）如题所示，一束真空波长为λ的光射入双缝，双缝间距为d；距离双缝l远处平行放置一个光屏（l>d），双缝与光屏之间充满折射率为n的介质，则光屏上相邻亮条纹的间距是（ ）
A．B．C．D．
【例3】（2025·安徽阜阳·三模）研究光的干涉现象的原理图如图所示。光源S到双缝S1、S2的距离相等，S1、S2连线平行于光屏，O点为S1、S2连线中垂线与光屏的交点。光源S发出的单色光，在空气中的波长为λ，经S1、S2传播到光屏上的P点，S1P垂直于光屏，P为某亮条纹中心，O、P之间还有4条亮条纹。现紧贴S1放置一厚度d=10λ的玻璃薄片，光从S1垂直穿过玻璃薄片传播到P点的时间与光从S2直接传播到P点的时间相等。已知光在空气中的速度为c，不考虑光在玻璃薄片内的反射，则（ ）
A．未加玻璃薄片时，光从S1、S2传播到P点的时间差为
B．玻璃薄片对该单色光的折射率为1.4
C．光在玻璃薄片中的波长为
D．光在玻璃薄片中的传播速度为c
【例4】（2025·山东·模拟预测）在很多游乐场都设有"声控万花筒"游戏装置，该装置结构剖面图如图所示，在一个不透明圆筒内置有一个右端面为圆锥面的圆柱体，圆锥面的顶角接近180°，锥面反光性能良好，柱体直径略小于圆筒内径，圆筒右端装有玻璃，圆锥面与右侧玻璃间有微小间隙。在阳光明媚的天气，当游客对着圆筒左端大声喊叫时，柱体会沿圆筒微微左右振动，此时在玻璃上会看到魔幻般变化的环状彩色条纹。下列说法正确的是（ ）
A．每个彩色圆环的内缘为红色，外缘为紫色
B．玻璃上越接近圆心，相邻两彩色条纹间的距离越大
C．柱体向左移动时，玻璃上的环状条纹会变得密集
D．柱体向右移动时，玻璃上所有环状条纹会向外扩张
【例5】（2025·山东威海·三模）如图所示，将一个玻璃圆台放置在一块平面玻璃上，圆台的纵截面为等腰梯形。让红光垂直圆台的上表面入射，从上向下观察，可以看到明暗相间的同心圆环状条纹。下列说法正确的是（ ）
A．环状条纹是圆台上表面和侧面的反射光叠加形成的
B．从圆心向外环状条纹越来越稀疏
C．改用紫光入射，条纹间距变小
D．用同一单色光入射，圆台侧面与玻璃平面的夹角越小，条纹间距越小
精讲考点
1．对公式Δx＝eq \f(l,d)λ的理解
l是双缝到光屏的距离，d是双缝间的距离，λ是入射光波的波长。
2．亮、暗条纹的判断方法
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：
(1)r2－r1＝kλ(k＝0,1,2，…)时，光屏上出现亮条纹；
(2)r2－r1＝(2k＋1)eq \f(λ,2)(k＝0,1,2，…)时，光屏上出现暗条纹。
注意：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。
薄膜干涉
1．亮、暗条纹的判断
(1)在P1、P2处，两个表面反射回来的两列光波的路程差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。
注意：式中λ为光在薄膜中的波长。
2．薄膜干涉现象的应用
(1)增透膜：增透膜的厚度为透射光在薄膜中波长的四分之一，使薄膜前后两面的反射光的路程差为薄膜中波长的一半，故反射光叠加后减弱，透射光的强度增强。
(2)利用薄膜干涉检测平滑度：如图甲所示，两板之间形成一个空气薄层，用单色光从上向下照射，如果被检测表面是平滑的，得到的干涉图样必是等间距的。如果某处凹下，则对应亮纹(或暗纹)向左弯曲，如图乙所示；如果某处凸起来，则对应亮条纹(或暗条纹)向右弯曲，如图丙所示。
(3)楔形薄膜的干涉条纹间距：根据明暗条纹的形成条件可推知，光在薄膜中的波长为λ时，倾角为θ的楔形薄膜的条纹间距Δx＝eq \f(λ,2tan θ)。
考点二 光的衍射和偏振
基础过关
1．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，光才可以看作是沿直线传播的。
2．双缝干涉与单缝衍射的比较
3．光的干涉和衍射的本质
光的干涉和衍射都属于光的叠加，从本质上看，干涉条纹和衍射条纹的形成有相似的原理，都可认为是从单缝通过两列或多列频率相同的光波，在屏上叠加形成的。
4．自然光与偏振光的比较
【例6】（2025·全国·模拟预测）柔软的耳机线中有粗细均匀的细铜丝，这种细铜丝的加工要求非常高。工厂中利用图示装置，用激光器照射细铜丝，在光屏上形成稳定的衍射图样，当细铜丝变粗时，下列说法正确的是（ ）
A．中间亮条纹变窄，两侧暗条纹间距变小
B．中间亮条纹变宽，两侧暗条纹间距变小
C．整个图像向一侧偏移
D．图像没有明显变化
【例7】（2025·四川巴中·三模）2025年某科研团队在微观光学模拟实验中，研究激光照射球形水珠后不同波长光线的偏折行为。实验发现，同一入射光束经过水珠后产生不同颜色的出射光，如图中a、b两条光线所示，其中一条为红光，另一条为紫光。关于这两条光线，下列说法中正确的是（ ）
A．a光是红光
B．a、b两束光在真空中传播速度不同
C．b光发生衍射能力更弱
D．a光波长比b光短
【例8】（2025·山东济南·二模）图甲和图乙是红、蓝两种单色光用同样的仪器形成的单缝衍射图样，图丙和图丁是红、蓝两种单色光用同样的仪器形成的双缝干涉图样。甲、乙、丙、丁四幅图样中用红光形成图样的是（ ）
A．甲、丙B．乙、丁C．乙、丙D．甲、丁
【例9】（2025·天津滨海新·三模）图甲所示，光学传感器能够更加方便演示单缝衍射现象，测量出光屏上光强的分布。某次实验时，在电脑屏幕上得到图乙所示的两种光a、b的光强分布。下面说法正确的是（ ）
A．a光比b光的波长更大
B．上述实验，a光的衍射现象更明显
C．若以相同角度斜射到同一玻璃板透过平行表面后，a光侧移量大
D．分别照射在同一金属板，若a光能引起光电效应，b光也一定能
【例10】（2025·山东滨州·二模）某实验小组在激光的传播方向上分别放置单缝、双缝、小圆孔和小圆板后，得到如下四幅图样，下列说法正确的是（ ）
A．图甲是小圆板“泊松亮斑”衍射图样
B．图乙是小圆孔衍射图样
C．图丙是双缝干涉图样
D．图丁是双缝干涉图样
精讲考点
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改变时，波长改变，光速改变。
2.同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，由n＝cv知，n越大，传播速度越小。
3.光的频率、折射率、波速、波长的对应关系
核心考点
TOC \ "1-3" \h \z \u \l "_Tc18050" 考点一 光的干涉 PAGEREF _Tc18050 \h 1
\l "_Tc19285" 考点二 光的衍射和偏振 PAGEREF _Tc19285 \h 7
内容
干涉
衍射
产生条件
两束光频率相同、振动方向相同、相位差恒定
障碍物或孔的尺寸与波长差不多或更小
图样特点
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
相同点
干涉、衍射都是波特有的现象；干涉、衍射都有明暗相间的条纹
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
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
波长λ
大→小
临界角
大→小
通过棱镜的偏折角
小→大