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第30讲 光的干涉、衍射和偏振-2024年高考物理一轮考点复习精讲精练(全国通用)(原卷版)
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TOC \ "1-3" \h \z \u \l "_Tc134649557" 考点一 光的双缝干涉现象 PAGEREF _Tc134649557 \h 1
\l "_Tc134649558" 考点二 薄膜干涉现象 PAGEREF _Tc134649558 \h 1
\l "_Tc134649559" 考点三 光的干涉和衍射的比较 PAGEREF _Tc134649559 \h 4
\l "_Tc134649560" 考点四 光的偏振现象 PAGEREF _Tc134649560 \h 6
\l "_Tc134649561" 练出高分 PAGEREF _Tc134649561 \h 9
考点一 光的双缝干涉现象
1.产生条件
两列光的频率相同,振动方向相同,且具有恒定的相位差,才能产生稳定的干涉图样.
2.杨氏双缝干涉
(1)原理图如图1所示
图1
(2)亮、暗条纹的条件.
①单色光:形成明暗相间的条纹,中央为亮条纹.
a.光的路程差Δr=r2-r1=kλ(k=0,1,2…),光屏上出现亮条纹.
b.光的路程差Δr=r2-r1=(2k+1)eq \f(λ,2)(k=0,1,2…),光屏上出现暗条纹.
②白光:光屏上出现彩色条纹,且中央亮条纹是白色(填写颜色).
③条纹间距公式:Δx=eq \f(l,d)λ.
(2022•徐汇区三模)如图是单色光的“杨氏双缝干涉实验”,若要使干涉条纹变宽,可以( )
A.增大单缝到双缝之间的距离
B.减小单缝到双缝之间的距离
C.增大双缝到屏幕之间的距离
D.减小双缝到屏幕之间的距离
(2022•天津二模)如图是a、b两光分别经过同一双缝干涉装置后在屏上形成的干涉图样,则( )
A.从同种介质射入真空发生全反射时,a光临界角大
B.照射在同一金属板上发生光电效应时,a光的饱和电流一定大
C.在同种均匀介质中,a光的传播速度比b光的大
D.若两光均由氢原子能级跃迁产生,产生a光的能级能量差大
(2022•江苏模拟)某小组用图甲装置进行双缝干涉实验,调节完毕后,在屏上观察到如图乙所示的竖直条纹。下列说法正确的是( )
A.装置中的双缝沿水平方向放置
B.仅向右移动单缝,使之靠近双缝,干涉条纹间距将变大
C.仅更换双缝间距更小的双缝,干涉条纹间距将变大
D.仅将红色滤光片换为绿色滤光片,干涉条纹间距将变大
水中的点光源S沿各个方向射出a、b两种单色光,其中沿SO方向射到水面上的光路如图所示。则下列说法正确的是( )
A.水中的反射光是b单色光
B.a、b光在水中的传播速度关系为va<vb
C.用同一双缝干涉装置进行实验可看到a光产生的干涉条纹间距比b光产生的干涉条纹间距小
D.若a、b两单色光的折射率为na、nb,则在水面上有a、b光射出的面积之比为(nb2﹣1):(na2﹣1)
(多选)(2023•和平区校级模拟)如图所示是1834年爱尔兰物理学家劳埃德观察到光的干涉现象的原理图。线光源S发出波长为600nm的光有一部分直接射到足够大的屏D上,另一部分经镜面M反射到屏D上,对镜面的入射角接近90°,这两部分光重叠产生干涉,在屏D上出现明暗相间的干涉条纹,这称之为劳埃德镜干涉,劳埃德镜干涉的条纹间距与波长的关系与杨氏双缝干涉相同,则( )
A.若改为紫光照射,条纹间距会增大
B.相邻的两条明条纹间距约为5.7×10﹣4m
C.屏D上出现干涉亮条纹的条数约为13条
D.屏D上出现干涉条纹的区域长度约为6.3×10﹣3m
考点二 薄膜干涉现象
1.薄膜干涉现象
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.
2.薄膜干涉原理分析
(1)相干光:光照射到透明薄膜上,从薄膜的两个表面反射的两列光波.
(2)图样特点:同双缝干涉,同一条亮(或暗)条纹对应的薄膜的厚度相等.单色光照射薄膜时形成明暗相间的条纹,白光照射薄膜时形成彩色条纹.
3.薄膜干涉的应用
干涉法检查平面的平整程度如图所示,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,我们会观察到平行且等间距的明暗相间的条纹;若被检查平面不平整,则干涉条纹发生弯曲.
(多选)(2023•市中区校级一模)光的干涉现象在工业技术中有重要应用,例如检查平面的平整程度。如图甲所示,把一透明板压在另一透明板上,一端用薄片垫起,构成空气劈尖,让红光和蓝光分别从上方射入,得到明暗相间的条纹如图乙所示。下列说法正确的是( )
A.a图是红光,b图是蓝光
B.将两种颜色的光分别通过狭窄的单缝,也能得到如图所示的条纹
C.条纹间距之比等于波长之比
D.若将薄片的厚度增加,则条纹间距减小
(2023•泰安一模)利用薄膜干涉可以测量圆柱形金属丝的直径。已知待测金属丝与标准圆柱形金属丝的直径相差很小(约为微米量级),实验装置如图甲所示,T1和T2是具有标准平面的玻璃平晶,A0为标准金属丝,直径为D0;A为待测金属丝,直径为D;两者中心间距为L。实验中用波长为λ的单色光垂直照射平晶表面,观察到的干涉条纹如图乙所示,测得相邻明条纹的间距为ΔL。则以下说法正确的是( )
A.|D−D0|=λΔLLB.|D−D0|=λLΔL
C.|D−D0|=2LλΔLD.|D−D0|=λL2ΔL
(多选)(2023•浙江模拟)如图所示,把一矩形均匀薄玻璃板ABCD压在另一个矩形平行玻璃板上,BC一侧用薄片垫起,将红单色光从上方射入,这时可以看到明暗相间的条纹,下列关于这些条纹的说法中正确的是( )
A.条纹与AD边平行
B.看到的条纹是由薄玻璃板ABCD的上下两个界面的反射光叠加而成的
C.如果用手用力捏右侧三层,会发现条纹保持间距不变,整体向AD侧移动
D.看到的条纹越多,说明薄片的厚度越厚
(2022•红桥区校级二模)光的干涉现象在技术中有许多应用。如图甲所示是利用光的干涉检查某精密光学平面的平整度,下列说法正确的是( )
A.图甲中上板是待检查的光学元件,下板是标准样板
B.若换用波长更短的单色光,其它条件不变,则图乙中的干涉条纹变密
C.若出现图丙中弯曲的干涉条纹,说明被检查的平面在此处有向上的凸起
D.用单色光垂直照射图丁中的牛顿环,可以得到间距相等的明暗相间的同心圆环
考点三 光的干涉和衍射的比较
1.衍射与干涉的比较
注意 1.白光发生光的干涉、衍射和光的色散都可出现彩色条纹,但光学本质不同.
2.区分干涉和衍射,关键是理解其本质,实际应用中可从条纹宽度、条纹间距、亮度等方面加以区分.
2.干涉与衍射的本质
光的干涉条纹和衍射条纹都是光波叠加的结果,从本质上讲,衍射条纹的形成与干涉条纹的形成具有相似的原理.在衍射现象中,可以认为从单缝通过两列或多列频率相同的光波,它们在屏上叠加形成单缝衍射条纹.
(2022•西青区校级模拟)下列说法中正确的是( )
A.图甲是一束复色光进入水珠后传播的示意图,其中a束光在水珠中传播的速度一定小于b束光在水珠中传播的速度
B.图乙是一束单色光进入平行玻璃砖后传播的示意图,当入射角 i 逐渐增大到某一值后不会再有光线从bb′面射出
C.图丙是双缝干涉示意图,若只减小屏到挡板间的距离L,两相邻亮条纹间距离将减小
D.图丁是检测工件表面平整程度时得到的图样,利用了光的衍射原理
(2023•静安区二模)单色光分别入射到直径为dA和dB的圆孔,形成如图所示的图A和图B,由图可知( )
A.A图是衍射图像,dA<dBB.A图是干涉图像,dA>dB
C.B图是衍射图像,dA<dBD.B图是干涉图像,dA>dB
(2023•奉贤区二模)一束激光照在很小的圆盘上,在屏上观察到如图所示的图样,在阴影中心有一个亮斑,这就是著名的“泊松亮斑”。下列说法正确的是( )
A.圆盘中心有个小孔,这是光的衍射现象
B.圆盘中心有个小孔,这是光的干涉现象
C.圆盘中心是不透光的,这是光的衍射现象
D.圆盘中心是不透光的,这是光的干涉现象
某同学用下图实验装置观察光现象:平面镜水平放置,单色线光源S垂直于纸面放置,S发出的光有一部分直接入射到竖直放置的光屏上,一部分通过平面镜反射后再到光屏上,则( )
A.光现象为干涉现象,光屏上的条纹与平面镜垂直
B.光现象为衍射现象,光屏上的条纹与平面镜平行
C.将光屏沿水平方向远离平面镜,相邻条纹间距增大
D.将光源沿竖直方向靠近平面镜,相邻条纹间距减小
(多选)(2022•绍兴二模)如图所示,一束宽度为d的平行光沿水平方向传播,经过不透光的挡板后照射到竖直墙面上,过挡板上边缘的水平延长线与竖直墙面相交于O点,下列说法正确的是( )
A.由于光的衍射,可能会进入到O点下方的墙上
B.光只会沿直线前进,一定不会进入到O点下方的墙上
C.光的波长越长,光线进入到O点下方墙上的区域越大
D.光的能量越大,光线进入到O点下方墙上的区域越大
(2023•南京二模)国产新能源汽车安装了“防撞预警安全系统”。如图所示,其配备的雷达会发射毫米级电磁波(毫米波),并对前车反射的毫米波进行处理。下列说法正确的是( )
A.毫米波是由于原子核受到激发而产生
B.毫米波由空气进入水时传播速度会变小
C.毫米波遇到前车时会发生明显衍射现象
D.毫米波不能发生偏振现象
考点四 光的偏振现象
1.偏振:光波只沿某一特定的方向的振动.
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,这种光叫做自然光.
3.偏振光:在垂直于传播方向的平面上,只沿某个特定方向振动的光.光的偏振证明光是横波.自然光通过偏振片后,就得到了偏振光.
4.偏振光的理论意义及应用
(1)理论意义:光的干涉和衍射现象充分说明了光是波,但不能确定光波是横波还是纵波.光的偏振现象说明了光波是横波.
(2)应用:照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等.
(2021•海淀区模拟)关于自然光和偏振光,以下说法正确的是( )
A.自然光包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光,但是沿各个方向振动的光波的强度可以不同
B.自然光透过一个偏振片后就成为偏振光,偏振光经过一个偏振片后又还原为自然光
C.垂直于传播方向上,只沿着某一特定方向振动的光是偏振光
D.太阳、电灯等普通光源发出的光都是偏振光
(2020•浙江模拟)偏振光通过不加电压的液晶时,光的偏振方向会被液晶旋转,这种性质叫液晶的旋光性。用人工方法也可以产生旋光效应,其中最重要的是磁致旋光效应。当偏振光沿着(或逆着)磁场方向透过样品时,偏振方向会旋转一个角度α。实验表明,磁致旋光效应有如下规律:①对于给定的介质,偏振方向转过的角度α与样品的长度l和磁感应强度B的乘积成正比,即:α=klB,k为比例系数;②偏振光沿着磁场方向通过样品,逆着光的传播方向看,偏振方向顺时针转过一个角度;逆着磁场方向通过样品,逆着光的传播方向看,偏振方向逆时针转过一个角度。利用磁致旋光的这一特点可以制成光隔离器,即只允许光从一个方向通过而不能从反方向通过。现使一束激光(偏振光)通过一偏振片(偏振方向与透振方向平行),沿着磁场方向通过某一样品后垂直射到一玻璃砖,会有部分光反射,如图所示,为了消除反射光对前面装置的影响,那么所加磁场至少多大。已知该种样品的k=15°/(cmT),样品的长度l为3cm,玻璃砖反射不改变偏振方向( )
A.0.5TB.1TC.1.5TD.2T
练出高分
一.选择题(共12小题)
1.立体电影(3D电影),观看3D电影时,需要戴上一种偏光3D眼镜,此时能给人一种立体感。下列说法中正确的是( )
A.不戴3D眼镜,看到的电影画面也很清晰,只是没有立体感
B.用3D眼镜观看3D电影应用了光的偏振现象
C.观看3D电影所用的3D眼镜与普通眼镜的功能是一样的
D.戴上3D眼镜观看3D电影时,左右两眼看到的画面是一模一样的
2.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将增大
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凸起的
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
3.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.镀膜使图像清晰的原理是利用了光的偏振
B.镀膜的目的是尽可能让入射的红外线反射
C.镀膜的厚度应该是红外线在薄膜中波长的四分之一
D.镀膜的镜头看起来是有颜色的,是因为增透了这种光的缘故
4.在水槽里放两块挡板,中间留一个狭缝,观察水波通过狭缝后的传播情况,图(一)是保持水波的波长不变,改变狭缝的宽度,观察水波的传播情况变化;图(二)是实验时拍摄波长不同的水波通过宽度一定的狭缝的照片,在甲、乙、丙三幅照片中,波长分别是狭缝宽度的710、510、310,对比这三张照片观察衍射现象与波长、狭缝宽度的关系。该实验现象表明( )
A.只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸比波长大,才能观察到明显的衍射现象
B.只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多或比波长更小,才能观察到明显的衍射现象
C.图(二)丙图可以得出,波长比狭缝小太多就不会发生衍射现象
D.图(一)甲可以看出,狭缝宽度再增加就不会发生衍射现象
5.2022年9月10日是农历八月十五日的中秋望月,各地月出时刻约为18点10~20分,所以傍晚升起的月亮可以说是最圆的月亮,关于光现象及其应用,下列说法正确的是( )
A.海市蜃楼是由于光在不均匀介质中发生光的折射造成的
B.光的衍射现象说明光具有粒子性,全息照相主要是利用了光的衍射现象
C.无影灯是应用光的衍射现象,分光镜是利用光的全反射原理
D.红黄绿交通信号灯中,红光波长最短,最不易发生明显衍射
6.如图甲所示,每年夏季我国多地会出现日晕现象,日晕是太阳光通过卷层云时,发生折射或反射形成的。一束太阳光射到截面为六角形的冰晶上发生折射,其光路图如图乙所示,a、b为其折射出的光线中两种单色光,下列说法正确的是( )
A.在冰晶中,b光的传播速度较大
B.从同种玻璃中射入空气发生全反射时,a光的临界角较大
C.通过同一装置发生双缝干涉,a光的相邻条纹间距较小
D.用同一装置做单缝衍射实验,b光的中央亮条纹更宽
7.如图甲所示,用单色光照射透明标准板来检查平面N的上表面的平滑情况,观察到现象如图乙所示的条纹中的A和B的情况,这说明( )
A.N的上表面A处向上凸起B.M的上表面B处向上凸起
C.N的上表面A处向下凹陷D.N的上表面B处向下凹陷
8.如图所示是研究光的双缝干涉的示意图,S1和S2为挡板上的两条狭缝,O为S1、S2连线中垂线与光屏的交点,当频率为5.0×1014Hz的单色光垂直射向挡板时,光屏上P处是O上方的第2条暗条纹的中心。已知真空中光速c=3×108m/s,则S1、S2到P点的距离之差为( )
A.3×10﹣7mB.6×10﹣7mC.9×10﹣7mD.1.2×10﹣6m
9.煤矿中瓦斯爆炸危害极大.某同学查资料得知含有瓦斯的气体的折射率大于干净空气的折射率,于是,他设计了一种利用光的干涉监测矿井瓦斯浓度的仪器,原理如图所示.在双缝前面放置两个完全相同的透明容器A、B,容器A与干净的空气相通,在容器B中通入矿井中的气体,观察屏上的干涉条纹,就能够监测瓦斯浓度.以下说法正确的是( )
A.如果屏的正中央是亮纹,说明B中的气体与A中的空气成分相同,不含瓦斯
B.如果屏的正中央是暗纹,说明B中的气体与A中的空气成分不相同,可能含有瓦斯
C.如果屏上干涉条纹不停地移动,说明B中的气体瓦斯含量稳定
D.只有用单色光照射单缝时,才可能在屏上出现干涉条纹
10.大蓝闪蝶以它熠熠生辉的蓝色翅磅而著名,如图为显微镜下其翅膀的光学结构示意图。大蓝闪蝶翅膀上的鳞片本身是无色的,但当白光照在翅膀的鳞片上时,会在其一系列薄薄的鳞片上反射,反射光彼此干涉,从而显现出蓝色的光泽。下列说法中正确的是( )
A.闪蝶翅膀显示出蓝色的光泽属于光的偏振现象
B.闪蝶翅膀上下鳞片间的距离d近似等于蓝光在空气中的波长的二分之一的整数倍
C.闪蝶翅膀上下鳞片间的距离d近似等于蓝光在空气中的波长的四分之一的奇数倍
D.除蓝光外的其他色光,在大蓝闪蝶的翅膀上不发生干涉
11.光在生产、生活中有着广泛的应用,下列对光的应用的说法正确的是( )
A.光学镜头上的增透膜是利用光的衍射现象
B.光导纤维传输信号利用的是光的全反射现象
C.3D电影技术利用了光的干涉现象
D.全息照相利用了光的偏振现象
12.甲、乙两种单色光分别通过同一双缝干涉装置得到的干涉图样如图甲、图乙所示,图丙中有半圆形玻璃砖,O是圆心,MN是法线,PQ是足够长的光屏,甲单色光以入射角i由玻璃砖内部从O点射出,折射角为r。则下列说法正确的是( )
A.乙光以图丙的i入射时可能会发生全反射
B.甲光的频率比乙光的频率小
C.甲光更容易发生明显衍射
D.甲光在该玻璃砖中的临界角C甲满足sinC甲=sinisinr
两种现象
比较项目
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
2024年高考物理第一轮考点复习精讲精练(全国通用) 第30讲 光的干涉、衍射和偏振(原卷版+解析): 这是一份2024年高考物理第一轮考点复习精讲精练(全国通用) 第30讲 光的干涉、衍射和偏振(原卷版+解析),共36页。试卷主要包含了产生条件,杨氏双缝干涉,薄膜干涉的应用,偏振光的理论意义及应用,煤矿中瓦斯爆炸危害极大等内容,欢迎下载使用。
第36讲 物理实验(一)-2024年高考物理一轮考点复习精讲精练(全国通用)(原卷版): 这是一份第36讲 物理实验(一)-2024年高考物理一轮考点复习精讲精练(全国通用)(原卷版),共26页。
第38讲 物理实验(三)-2024年高考物理一轮考点复习精讲精练(全国通用)(原卷版): 这是一份第38讲 物理实验(三)-2024年高考物理一轮考点复习精讲精练(全国通用)(原卷版),共20页。试卷主要包含了实验原理,实验器材,实验步骤,数据处理,注意事项等内容,欢迎下载使用。