高考物理一轮复习精品讲练测(全国通用)16.2光的干涉、衍射和偏振(讲)(原卷版+解析)

这是一份高考物理一轮复习精品讲练测(全国通用)16.2光的干涉、衍射和偏振(讲)(原卷版+解析)，共11页。


【网络构建】
专题15.2 光的干涉、衍射和偏振
考点一 光的干涉现象
1．双缝干涉
(1)光能够发生干涉的条件：两光的频率相同，振动步调相同．
(2)双缝干涉形成的条纹是等间距的，两相邻亮条纹或相邻暗条纹间距离与波长成正比，即Δx＝eq \f(l,d)λ.
(3)用白光照射双缝时，形成的干涉条纹的特点：中央为白条纹，两侧为彩色条纹．
2．亮暗条纹的判断方法
(1)如图所示，光源S1、S2发出的光到屏上某点的路程差r2－r1＝kλ(k＝0,1,2，…)时，光屏上出现亮条纹．
(2)光的路程差r2－r1＝(2k＋1)eq \f(λ,2)(k＝0,1,2，…)时，光屏上出现暗条纹．
3．条纹间距：Δx＝eq \f(l,d)λ，其中l是双缝到光屏的距离，d是双缝间的距离，λ是光波的波长．
4．薄膜干涉
(1)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)光照射到薄膜上时，在膜的前表面AA′和后表面BB′分别反射出来，形成两列频率相同的光波，并且叠加，两列光波同相叠加，出现明纹；反相叠加，出现暗纹．
(3)条纹特点：①单色光：明暗相间的水平条纹；②白光：彩色水平条纹．
考点二 光的衍射和光的偏振现象
1．对光的衍射的理解
(1)衍射是波的特征，波长越长，衍射现象越明显．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．自然光和偏振光的比较
高频考点一 光的干涉现象
例1、如图所示是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．在同种均匀介质中，a光的传播速度比b光的大
B．在真空中a、b两光传播速度相同
C．从真空射入同种介质发生全反射时，a光全反射临界角小
D．从同种介质射入真空发生全反射时，a光全反射临界角小
E．在相同的条件下，b光比a光更容易产生明显的衍射现象
【变式训练】 (1)杨氏干涉实验证明光的确是一种波，一束单色光投射在两条相距很近的狭缝上，两狭缝就成了两个光源，它们发出的光波满足干涉的必要条件，则两列光的________相同。如图所示，在这两列光波相遇的区域中，实线表示波峰，虚线表示波谷，如果放置光屏，在______(选填“A”“B”或“C”)点会出现暗条纹。
(2)在上述杨氏干涉实验中，若单色光的波长λ＝5.89×10－7 m，双缝间的距离d＝1 mm，双缝到屏的距离l＝2 m。求第1个亮条纹到第11个亮条纹的中心间距。
高频考点二 光的衍射和光的偏振现象
例2、光的偏振现象说明光是横波．下列现象中能反映光的偏振特性的是( )
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像更清晰
D．通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹
E．阳光在水面的反射光是自然光
【变式训练】光的偏振现象说明光是横波。下列现象中能反映光的偏振特性的是( )
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像更清晰
D．通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹
E．阳光在水面的反射光是自然光
近5年考情分析
考点要求
等级要求
考题统计
2022
2021
2020
2019
2018
光的反射和折射
Ⅱ
2022·重庆卷·T16
2022·海南卷·T3
2022·江苏卷·T12
2022·辽宁卷·T5
2022·山东卷·T7
2022·浙江6月卷·T8
2022·浙江1月卷·T11
2022·全国乙卷·T34（2）
2021·北京卷·T2
2021·海南卷·T6
2021·湖北卷·T5
2021·江苏卷·T7
2021·辽宁卷·T4
2021·浙江省6月卷·T12
2020·山东卷·T9
2020·浙江1月卷·T12
2020·浙江7月卷·T13
2019·全国 = 1 \* ROMAN \* MERGEFORMAT I卷·T34
2019·全国 = 3 \* ROMAN \* MERGEFORMAT III卷·T34
2019·海南卷·T18
2018·海南卷·T16
2018·江苏卷·T16
2018·全国 = 1 \* ROMAN \* MERGEFORMAT I卷·T34
2018·全国 = 2 \* ROMAN \* MERGEFORMAT II卷·T34
光的干涉衍射和偏振
Ⅱ
2022·北京卷·T2
2022·上海卷·T3
2022·山东卷·T10
2022·浙江1月卷·T16
2021·浙江省6月卷·T1
2021·山东卷·T7
2020·海南卷·T5
2020·山东卷·T3
2020·浙江1月卷·T1
2019·北京卷·T14
2018·北京卷·T15
实验十五：测定玻璃砖的折射率
2019·天津卷·T23
实验十六：用双缝干涉测光的波长
2022·海南卷·T14
2022·浙江6月卷·T4
2021·浙江省6月卷·T18
2019·全国 = 2 \* ROMAN \* MERGEFORMAT II卷·T34
核心素养
物理观念：1.理解折射率、光的折射和全反射；2.掌握光的折射和全反射的应用方法；3.进一步增强物质观念，认识光的物质性和波动性．
科学思维：1.通过光的干涉、衍射等论证光具有波动性，增强证据意识及科学论证能力；2.利用光的折射和全反射规律求解问题．
科学探究：通过实验，观察光的干涉、衍射和偏振等现象，了解激光的特性，认识波动性．
科学态度与责任：应用本专题知识解决生活中由光带来的折射问题，形成探索自然的内在动力．
命题规律
命题分析：光的折射定律、折射率、全反射现象的考查常以计算题形式出现，是命题热点、常考点；光的干涉、衍射和相对论基本假设则常以选择题形式出现．
趋势分析：预计以后高考对本专题的考查仍然以光的折射、全反射等光的传播规律作为主要命题方向，但对于光的干涉、衍射、偏振等内容的重要结论也需识记．
备考策略
该部分内容主要以几何光学为主，以光的折射现象、全反射现象为主要命题点，需要理解光的干涉、衍射、偏振等；对于本部分的实验，要注意对其原理、器材、步骤、数据处理方法、误差分析等的理解。
常见题型有：①光的折射和全反射；②光的干涉和衍射；③光学与数学知识的综合应用；④电磁场理论与电磁波的性质；⑤电磁振荡与电磁波谱；⑥对相对论的初步认识。
自然光(非偏振光)
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
第十六章 光学
【网络构建】
专题15.2 光的干涉、衍射和偏振
考点一 光的干涉现象
1．双缝干涉
(1)光能够发生干涉的条件：两光的频率相同，振动步调相同．
(2)双缝干涉形成的条纹是等间距的，两相邻亮条纹或相邻暗条纹间距离与波长成正比，即Δx＝eq \f(l,d)λ.
(3)用白光照射双缝时，形成的干涉条纹的特点：中央为白条纹，两侧为彩色条纹．
2．亮暗条纹的判断方法
(1)如图所示，光源S1、S2发出的光到屏上某点的路程差r2－r1＝kλ(k＝0,1,2，…)时，光屏上出现亮条纹．
(2)光的路程差r2－r1＝(2k＋1)eq \f(λ,2)(k＝0,1,2，…)时，光屏上出现暗条纹．
3．条纹间距：Δx＝eq \f(l,d)λ，其中l是双缝到光屏的距离，d是双缝间的距离，λ是光波的波长．
4．薄膜干涉
(1)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)光照射到薄膜上时，在膜的前表面AA′和后表面BB′分别反射出来，形成两列频率相同的光波，并且叠加，两列光波同相叠加，出现明纹；反相叠加，出现暗纹．
(3)条纹特点：①单色光：明暗相间的水平条纹；②白光：彩色水平条纹．
考点二 光的衍射和光的偏振现象
1．对光的衍射的理解
(1)衍射是波的特征，波长越长，衍射现象越明显．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．自然光和偏振光的比较
高频考点一 光的干涉现象
例1、如图所示是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．在同种均匀介质中，a光的传播速度比b光的大
B．在真空中a、b两光传播速度相同
C．从真空射入同种介质发生全反射时，a光全反射临界角小
D．从同种介质射入真空发生全反射时，a光全反射临界角小
E．在相同的条件下，b光比a光更容易产生明显的衍射现象
【答案】：BDE
【解析】：根据题图可知，b光的干涉条纹间距大于a光的干涉条纹间距．由双缝干涉条纹间距公式Δx＝eq \f(l,d)λ可知，b光的波长比a光的大．由λ＝eq \f(c,f)可知，b光的频率比a光的小，则在同种介质中，b光的折射率小于a光，根据n＝eq \f(c,v)可知，在介质中，a光的传播速度比b光的小，选项A错误；在真空中a、b两光传播速度相同，均为光速，选项B正确；从真空射入同种介质不会发生全反射，选项C错误；由介质射入真空发生全反射的临界角公式sin C＝eq \f(1,n)可知，a光折射率较大，从同种介质射入真空发生全反射时a光全反射临界角小，选项D正确；由于b光的波长比a光的大，根据发生明显衍射现象的条件可知，在相同的条件下，b光比a光更容易产生明显的衍射现象，选项E正确．
【变式训练】 (1)杨氏干涉实验证明光的确是一种波，一束单色光投射在两条相距很近的狭缝上，两狭缝就成了两个光源，它们发出的光波满足干涉的必要条件，则两列光的________相同。如图所示，在这两列光波相遇的区域中，实线表示波峰，虚线表示波谷，如果放置光屏，在______(选填“A”“B”或“C”)点会出现暗条纹。
(2)在上述杨氏干涉实验中，若单色光的波长λ＝5.89×10－7 m，双缝间的距离d＝1 mm，双缝到屏的距离l＝2 m。求第1个亮条纹到第11个亮条纹的中心间距。
【答案】 (1)频率 C (2)1.178×10－2 m
【解析】 (1)要形成光的干涉，两列光的频率应该相同，在题图所示的干涉区域放置光屏，波峰与波谷相遇的C点会出现暗纹。
(2)相邻的亮条纹的中心间距Δx＝eq \f(l,d)λ
由题意知，亮条纹的数目n＝10
则第1个亮条纹到第11个亮条纹的中心间距x＝eq \f(nlλ,d)
代入数据得x＝1.178×10－2 m
高频考点二 光的衍射和光的偏振现象
例2、光的偏振现象说明光是横波．下列现象中能反映光的偏振特性的是( )
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像更清晰
D．通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹
E．阳光在水面的反射光是自然光
【答案】：ABC
【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，D项错误；阳光在水面的反射光是偏振光，故选项E错误．
【变式训练】光的偏振现象说明光是横波。下列现象中能反映光的偏振特性的是( )
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像更清晰
D．通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹
E．阳光在水面的反射光是自然光
【答案】 ABC
【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，D项错误；阳光在水面的反射光是偏振光，故选项E错误。
近5年考情分析
考点要求
等级要求
考题统计
2022
2021
2020
2019
2018
光的反射和折射
Ⅱ
2022·重庆卷·T16
2022·海南卷·T3
2022·江苏卷·T12
2022·辽宁卷·T5
2022·山东卷·T7
2022·浙江6月卷·T8
2022·浙江1月卷·T11
2022·全国乙卷·T34（2）
2021·北京卷·T2
2021·海南卷·T6
2021·湖北卷·T5
2021·江苏卷·T7
2021·辽宁卷·T4
2021·浙江省6月卷·T12
2020·山东卷·T9
2020·浙江1月卷·T12
2020·浙江7月卷·T13
2019·全国 = 1 \* ROMAN \* MERGEFORMAT I卷·T34
2019·全国 = 3 \* ROMAN \* MERGEFORMAT III卷·T34
2019·海南卷·T18
2018·海南卷·T16
2018·江苏卷·T16
2018·全国 = 1 \* ROMAN \* MERGEFORMAT I卷·T34
2018·全国 = 2 \* ROMAN \* MERGEFORMAT II卷·T34
光的干涉衍射和偏振
Ⅱ
2022·北京卷·T2
2022·上海卷·T3
2022·山东卷·T10
2022·浙江1月卷·T16
2021·浙江省6月卷·T1
2021·山东卷·T7
2020·海南卷·T5
2020·山东卷·T3
2020·浙江1月卷·T1
2019·北京卷·T14
2018·北京卷·T15
实验十五：测定玻璃砖的折射率
2019·天津卷·T23
实验十六：用双缝干涉测光的波长
2022·海南卷·T14
2022·浙江6月卷·T4
2021·浙江省6月卷·T18
2019·全国 = 2 \* ROMAN \* MERGEFORMAT II卷·T34
核心素养
物理观念：1.理解折射率、光的折射和全反射；2.掌握光的折射和全反射的应用方法；3.进一步增强物质观念，认识光的物质性和波动性．
科学思维：1.通过光的干涉、衍射等论证光具有波动性，增强证据意识及科学论证能力；2.利用光的折射和全反射规律求解问题．
科学探究：通过实验，观察光的干涉、衍射和偏振等现象，了解激光的特性，认识波动性．
科学态度与责任：应用本专题知识解决生活中由光带来的折射问题，形成探索自然的内在动力．
命题规律
命题分析：光的折射定律、折射率、全反射现象的考查常以计算题形式出现，是命题热点、常考点；光的干涉、衍射和相对论基本假设则常以选择题形式出现．
趋势分析：预计以后高考对本专题的考查仍然以光的折射、全反射等光的传播规律作为主要命题方向，但对于光的干涉、衍射、偏振等内容的重要结论也需识记．
备考策略
该部分内容主要以几何光学为主，以光的折射现象、全反射现象为主要命题点，需要理解光的干涉、衍射、偏振等；对于本部分的实验，要注意对其原理、器材、步骤、数据处理方法、误差分析等的理解。
常见题型有：①光的折射和全反射；②光的干涉和衍射；③光学与数学知识的综合应用；④电磁场理论与电磁波的性质；⑤电磁振荡与电磁波谱；⑥对相对论的初步认识。
自然光(非偏振光)
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