第十四章光学第72课时光的干涉、衍射和偏振2025高考物理二轮专题

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　以下四图均来自人教版选择性必修第一册：图甲（P95）、图乙 （P100）、图丙（P106）、图丁（P108）。
判断下列说法的正误：（1）图甲中的肥皂膜呈现彩色条纹是光的干涉现象。（　√　）
（2）图乙中用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度利用了薄 膜干涉现象。（　√　）
（3）图丙中泊松亮斑是光的偏振现象。（　×　）
（4）图丁中的立体电影利用了光的衍射现象。（　×　）
考向二　双缝干涉中明暗条纹的判断
【典例2】　如图所示，用频率为f的单色光（激光）垂直照射双缝， 在光屏的P点出现第3条暗条纹，已知光速为c，则P到双缝S1、S2的距 离之差｜r1－r2｜应为（　　）
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；
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。
考向三　薄膜干涉【典例3】　（2021·山东高考7题）用平行单色光垂直照射一层透明 薄膜，观察到如图所示明暗相间的干涉条纹。下列关于该区域薄膜厚 度d随坐标x的变化图像，可能正确的是（　　）
【解题技法】对薄膜干涉的理解　
（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。
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）亮、暗条纹的判断
考向四　应用薄膜干涉检查平面【典例4】　（多选）利用光的干涉规律可以检测工件表面的平整度 与设计要求之间的微小差异。现将精度很高的标准玻璃板（样板）， 放在被检查工件上面，如图甲所示，在样板的左端垫薄片，使标准玻 璃板与被检查平面之间形成一楔形空气膜。用平行单色光向下照射， 检查不同平面时可观察到图乙或图丙的干涉条纹。下列说法正确的是 （　　 ）
【解题技法】干涉法检查平面如图所示，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；若被检查平面是不平整的，则干涉条纹发生弯曲。
考向五　牛顿环问题【典例5】　如下图甲所示，牛顿环的上表面是半径很大的玻璃球冠的 平面，下表面是球冠的凸面，其工作原理为“薄膜干涉”。可以用来 判断透镜表面曲率半径和液体折射率等。把牛顿环与玻璃面接触，在 日光下或用白光照射时，可以看到明暗相间的彩色圆环；若用单色光 照射，则会出现一些明暗相间的单色圆环，如下图乙所示。它们是由球 面和被检测面上反射的光相互干涉而形成的条纹，这些圆环的分布情 况与球冠半径及被测物品的表面情况有关。以下分析正确的是（　 ）
解析：若将玻璃球冠的半径增大一些，则玻璃球冠与被检测的平面的 夹角将减小，它们之间的空气膜的厚度的变化减缓，所以形成的同心 圆环的间距增大，球冠的半径越大，圆环的间距越大，选项A、B错 误；牛顿环实验不仅可以测平面还可以测球面，若观察到的是规则圆 环，则被检测的面是均匀、对称的，选项C正确，D错误。
考点二　光的衍射现象　[素养自修类]
1. 【单缝衍射与双缝干涉的比较】
（多选）（2022·山东高考10题）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（　　）
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（　　 ）
解析：　图A中出现的是明暗相间的圆环，是明显的衍射现象， 孔的直径较小；图B出现圆形亮斑，没有明显的衍射现象是因为孔 的直径较大，光沿直线传播，所以图A所对应的圆孔的直径小于图 B所对应的圆孔的直径，即dA＜dB，故A正确，B、C、D错误。
3. 【小圆板衍射】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（　　 ）
解析：　当用激光照射直径接近或小于激光的波长的不透明圆盘 时，在圆盘后屏上的阴影中心出现了一个亮斑，亮斑的周围是明暗 相间的环状条纹，这就是泊松亮斑，说明光线偏离原来的直线方向 传播，是激光绕过不透光的圆盘发生衍射现象形成的，泊松最初做 本实验的目的是推翻光的波动性，而实验结果却证明了光的波动 性，故A、B、D错误，C正确。
1. 单缝衍射与双缝干涉的特点比较
2. 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。
考点三　光的偏振现象　[素养自修类]1. 【光的偏振现象的理解】（多选）如图所示，电灯S发射的光先后经过偏振片A和B，人眼在 P处迎着入射光方向，看不到光亮，则（　　 ）
解析：　电灯直接发出的光为自然光，A错误；它通过A偏振片 后，即变为偏振光，B正确；设通过A的光沿竖直方向振动，若B偏 振片只能通过沿水平方向振动的光，则P点无光亮，将B转过90° 时，偏振光的振动方向与B偏振片的透振方向平行，偏振光就能通 过偏振片，在P处就可看到光亮，C错误，D正确。
2. 【光的偏振现象的应用】（多选）光的偏振现象说明光是横波。下列现象能反映光的偏振特 性及其应用的是（　　 ）
解析：　在垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定方向振动 的光是偏振光，选项A、B反映了光的偏振特性；选项C是偏振现象 的应用；选项D是光的衍射现象，故选A、B、C。
1. 自然光与偏振光的比较
2. 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。
巧学 妙解 应用
考点一　光的干涉现象1. （2022·浙江6月选考4题）关于双缝干涉实验，下列说法正确的是 （　　）
2. 在图示的双缝干涉实验中，光源S到缝S1、S2距离相等，P0为S1、S2 连线的中垂线与光屏的交点。用波长为400 nm的光实验时，光屏中 央P0处呈现中央亮条纹（记为第0条亮条纹），P处呈现第3条亮条 纹。当改用波长为600 nm的光实验时，P处将呈现（　　 ）
3. （多选）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（　　 ）
解析：　上板是标准样板，下板是待检测板，故A正确；设空气 膜厚度为d，则出现亮条纹时需满足2d＝nλ，换用频率更大的单色 光，则单色光波长变短，亮条纹左移，条纹变窄，故B错误；题图 丙条纹向左弯曲，说明亮条纹提前出现，说明被检查的平面在此处 出现了凹陷，故C正确；牛顿环中的空气厚度不是均匀变化的，空 气膜厚度增加的越来越快，则亮条纹提前出现，得到的条纹是随离 圆心的距离增加而逐渐变窄的，同心圆环间距不相等，故D错误。
考点二　光的衍射现象4. 如图所示的4种明暗相间的条纹分别是红光、蓝光各自通过同一个 双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝 形成的衍射图样（黑色部分表示亮条纹）。在下面的4幅图中从左 往右排列，亮条纹的颜色依次是（　　 ）
5. 利用图所示的装置（示意图），观察光的干涉、衍射现象，在光屏 上得到如图中甲和乙两种图样。下列关于P处放置的光学元件说法 正确的是（　　 ）
解析：　单缝衍射图样的中央条纹亮且宽，相邻条纹间距不 等；双缝干涉图样中相邻条纹间距相等。根据题目中给出的 甲、乙两种图样可知，甲是单缝衍射的图样，乙是双缝干涉的 图样，选项A正确。
6. （多选）抽制高强度纤维细丝可用激光监控其粗细，如图所示，激 光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板的同样宽度的窄缝规律 相同。观察光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可判断细丝粗 细的变化，下列叙述中正确的是（　　 ）
解析：　由于是激光束越过细丝即绕过障碍物，所以是光的衍 射现象，当抽制的丝变细的时候，丝的直径较接近激光的波长，条 纹间距变宽，A、D正确。
考点三　光的偏振现象7. 关于自然光和偏振光，以下说法正确的是（　　 ）
解析：　自然光沿各振动方向的光波的强度相同，故A错误；自 然光透过偏振片后成为偏振光，偏振光透过偏振片后不能还原为自 然光，故B错误；根据偏振光的特点可知，偏振光在垂直于传播方 向上，只沿某一特定方向振动，故C正确；太阳、电灯等普通光源 发出的是非偏振光，故D错误。
8. （多选）可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度，从而鉴定含糖 量。偏振光通过糖水溶液后，偏振方向会相对于传播方向向左或向 右旋转一个角度α，角度α为锐角，α的值只与糖溶液的浓度有关， 将α的测量值与标度值相比较，就能确定被测样品的含糖量了。如 图所示，S是自然光源，A、B是偏振片，转动B，使到达O处的光最 强，最后将被测样品P置于A、B之间，则下列说法正确的是（　　 ）
解析：　当在偏振片A、B间放糖溶液时，由于糖溶液的旋光 作用，使通过偏振片A的偏振光振动方向转动了一定角度，到达O 处的光强会明显减弱，故A正确，B错误；但当将偏振片B转过一个 角度，恰好使透振方向与经过糖溶液后的偏振光振动方向一致时， O处光强又为最强，故偏振片B的旋转角度等于α，同理转动偏振片 A也可以达到相同的效果，故C、D正确。
9. 增透膜是一种表面镀层，它利用光的干涉原理减少反射光来增加光 在表面的透过率。某同学的眼镜片镀有一层材料为氟化镁的增透 膜，反射光呈现蓝紫色，已知绿光的频率为5.45×1014 Hz，在真空 中的波速为3×108 m/s，氟化镁对绿光的折射率为1.38，为增加绿光 的透过率，该增透膜的最小厚度约为（　　 ）
10. 如图所示，一束含有两种频率的复色光斜射向一块厚玻璃砖，玻璃砖的另一面涂有水银，光线经折射、反射、再折射后从玻璃砖入射面一侧射出，分成了两束单色光a和b，则下列说法正确的是（　 ）
解析：　作出光路图如图所示。因为a、b两光在刚开始射入左边表面的折射角与反射后在左边表面的入射角均相等，可知出射光束
11. 单缝衍射实验中所产生图样的中央亮条纹宽度的一半与单缝宽 度、光的波长、缝屏距离的关系，和双缝干涉实验中所产生图样 的相邻两亮条纹间距与双缝间距、光的波长、缝屏距离的关系相 同。利用单缝衍射实验可以测量金属的线膨胀系数，线膨胀系数 是表征物体受热时长度增加程度的物理量。如下图是实验的示意 图，挡光片A固定，挡光片B放置在待测金属棒上端，A、B间形成 平直的狭缝，激光通过狭缝，在光屏上形成衍射图样。温度升 高，金属棒膨胀使得狭缝宽度发生变化，衍射图样也随之发生变 化。在激光波长已知的情况下，通过测量缝屏距离和中央亮条纹 宽度，可算出狭缝宽度及变化，进而计算出金属的线膨胀系数。 下列说法正确的是（　　 ）
12. （多选）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600 nm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（　　 ）