新高考物理一轮复习知识梳理+分层练习专题74 光的干涉、衍射和偏振（含解析）

2023届高三物理一轮复习多维度导学与分层专练专题74光的干涉、衍射和偏振导练目标导练内容目标1光的干涉目标2光的衍射目标3光的偏振【知识导学与典例导练】光的干涉1．产生干涉的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)原理如图所示。(2)形成亮、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。光的路程差r2－r1＝kλ(k＝0，1，2，…)，光屏上出现亮条纹。光的路程差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。3．薄膜干涉的理解和应用(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。(3)应用：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；若被检查平面不平整，则干涉条纹发生弯曲。【例1】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SKIPIF1<0的宽度d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（）A．图乙是光的衍射图样B．照射两条狭缝时，增加狭缝宽度，其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距增大C．照射两条狭缝时，增加距离L，其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距增大D．照射两条狭缝时，若光从狭缝SKIPIF1<0到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是明条纹【答案】C【详解】A．图乙中的条纹等间距，所以是双缝干涉条纹图样，A错误；BC．根据干涉公式SKIPIF1<0当增加狭缝宽度d其他不变时，干涉条纹的中心间距减小，当增加距离L其他不变时，干涉条纹的中心间距增大，B错误，C正确；D．光的路程差为半波长的奇数倍时，为相互减弱区，即暗条纹，故P点一定是暗条纹，D错误。故选C。【例2】把一个平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上，一端用薄片垫起，构成空气劈尖，让单色光从上方射入（如图），这时可以看到明暗相间的条纹。下面关于条纹的说法中正确的是（）A．将薄片向着劈尖移动使劈角变大时，条纹变疏B．将薄片远离劈尖移动使劈角变小时，条纹变疏C．将薄片向着劈尖移动使劈角变大时，条纹变密D．将薄片向着劈尖移动使劈角变大时，条纹不变【答案】BC【详解】由于薄膜干涉中相邻亮条纹对应的薄膜厚度差恒定，将薄片向着劈尖移动使劈角变大时，相邻亮条纹间距变小，所以干涉条纹会变密；将薄片远离劈尖移动使劈角变小时，相邻亮条纹间距变大，所以干涉条纹会变疏；故AD错误，BC正确。故选BC。光的衍射1．发生明显衍射的条件：只有当障碍物的尺寸与光的波长相差不多，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象才会明显。2．衍射条纹的特点(1)单缝衍射和圆孔衍射图样的比较单缝衍射圆孔衍射单色光中央为亮且宽的条纹，两侧为明暗相间的条纹，且越靠近两侧，亮条纹的亮度越弱，宽度越小①中央是大且亮的圆形亮斑，周围分布着明暗相间的同心圆环，且越靠外，圆形亮条纹的亮度越弱，宽度越小②亮环或暗环间的距离随圆孔半径的增加而减小白光中央为亮且宽的白色条纹，两侧为亮度逐渐变暗、宽度逐渐变窄的彩色条纹，其中最靠近中央的色光是紫光、离中央最远的是红光中央是大且亮的白色亮斑，周围是不等间距的彩色的同心圆环(2)泊松亮斑(圆盘衍射)当光照射到不透明的半径很小的圆盘上时，在圆盘的阴影中心出现亮斑(在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环)。【例3】小刚同学用光传感器完成如图甲有关光的实验，某次实验中，得到了如图乙所示的光强分布图，则下列说法正确的是（）A．该同学观察到的是光的干涉图样B．该同学观察到的是光的衍射图样C．若仅减小激光器和中间缝屏的距离，则观察到条纹的宽度将不变D．若换用光强更大、频率更低的激光，则观察到条纹的宽度将变大E．该实验证明了光的波粒二象性【答案】BCD【详解】AB．根据题图乙可知中央条纹比两侧条纹宽，所以该同学观察到的是光的衍射图样，故A错误，B正确；C．衍射图样中条纹的宽度与缝屏到光屏之间的距离有关，与激光器到缝屏的距离无关，若仅减小激光器和中间缝屏的距离，则观察到条纹的宽度将不变，故C正确；D．若换用光强更大、频率更低的激光，则激光的波长更长，衍射现象将更加明显，则观察到条纹的宽度将变大，故D正确；E．该实验说明光具有波动性，但不能说明光具有粒子性，故E错误。故选BCD。光的偏振1．偏振：光波只沿某一特定的方向振动。2．自然光：太阳以及日光灯、发光二极管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，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫作自然光。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．偏振光的应用：应用于照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等。【例4】为了提高汽车夜间行车安全，有人提出设想：将汽车的挡风玻璃和车灯罩做成偏振片，使司机只看到自己车灯的光而看不见对面车灯发出的光，从而大大降低对面的车灯造成的视线模糊.以下关于光的偏振的说法正确的是（）A．只有振动方向和偏振片的透振方向一致的光才能顺利透过偏振片B．光的偏振现象证明了光是一种机械波C．单色光就是偏振光D．泊松亮斑属于光的偏振现象【答案】A【详解】A．根据光的偏振原理知，振动方向和偏振片的透振方向一致的光，才能顺利透过偏振片，A正确；BC．光的偏振证明光是横波，但光是电磁波不是机械波，单色光是指单一频率（或波长）的光，偏振光是指光波的振动方向单一，两者无必然联系，BC错误；D．泊松亮斑是光的衍射现象，D错误。故选A。【多维度分层专练】1．在雪地训练、比赛时，运动员佩戴了一种利用薄膜干涉原理设计的眼镜，大大减小了紫外线对眼睛的伤害。该眼镜选用的薄膜材料的折射率为1.5，所要消除的紫外线的频率为SKIPIF1<0，那么这种“增反膜”的厚度至少是（）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<0【答案】A【详解】为了减小紫外线对眼睛的伤害，应使入射光分别从该膜的前后两个表面反射的光叠加后加强，则路程差（大小等于薄膜厚度d的2倍）应等于光在薄膜中的波长λ的整数倍，即2d=nλ（n=1，2，…）当“增反膜”的厚度最小时，n=1，即SKIPIF1<0其中SKIPIF1<0则SKIPIF1<0故选A。2．图甲是用光的干涉法来检查物体平面平整程度的装置，其中A为标准平板，B为待检查的物体，C为入射光，图乙为观察到的干涉条纹，下列说法正确的是（）A．入射光C可采用复色光B．图乙条纹是由A的下表面反射光和B的上表面反射光发生干涉形成的C．当A、B之间某处距离为入射光的半波长奇数倍时，对应条纹是暗条纹D．由图乙条纹可知，被检查表面上有洞状凹陷【答案】B【详解】A．入射光C应采用单色光，波长一定，不会出现干涉条纹重合，若采用复合光则会出现干涉条纹重合的现象，选项A错误；B．干涉条纹是由A的下表面反射光和B的上表面反射光发生干涉产生的，选项B正确；C．当A、B之间某处距离为入射光的半波长奇数倍时，则两列光波的光程差为半波长的偶数倍，所以对应条纹是亮条纹，选项C正确；D．薄膜干涉是等厚干涉，即明条纹处空气膜的厚度相等，明条纹右偏说明被检查物体表面上有凸起，选项D错误。故选B。3．在利用双缝干涉实验测波长时，用波长为SKIPIF1<0的单色光实验，屏上的P点为中央亮条纹，Q点为第一级亮条纹，如图所示。则下列说法正确的是（）A．用波长为SKIPIF1<0的光实验时，P、Q一定为亮条纹B．用波长为SKIPIF1<0的光实验时，第一级亮纹向下稍微移动一些C．用波长为SKIPIF1<0的光实验时，Q点仍为亮条纹D．用波长为SKIPIF1<0的光实验时，P、Q间没有亮条纹【答案】C【详解】AB．P点为中央亮条纹，说明P点到两狭缝的距离差等于0，Q为第一级亮条纹，说明Q点到a、b两狭缝的距离差等于波长的一倍，即为SKIPIF1<0。用波长为SKIPIF1<0的光实验时，P点到两狭缝的距离差仍为0，Q点到两狭缝的距离差仍为SKIPIF1<0，为半波长的一倍，则Q点为暗条纹；第一级亮条纹应向上移动，故AB错误；CD．用波长为SKIPIF1<0的光实验时，Q点到两狭缝的距离差仍为SKIPIF1<0，且该距离差等于波长的两倍，此时Q点为第二级亮条纹，所以P、Q间还有一条亮条纹，故C正确，D错误。故选C。4．如图所示为双缝干涉部分示意图，双缝间距为d，双缝至屏的距离为SKIPIF1<0，整个装置处于折射率为SKIPIF1<0的均匀透明介质中。若单色光在真空中波长为SKIPIF1<0，则相邻条纹间距SKIPIF1<0为（）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<0【答案】C【详解】设单色光在透明介质中的波长为SKIPIF1<0，由SKIPIF1<0可得SKIPIF1<0根据公式SKIPIF1<0可得SKIPIF1<0故C正确，ABD错误。故选C。5．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【答案】C【详解】如图所示AB．题目中的装置可等效为上图，为双缝干涉，则该现象为干涉现象，光屏上的条纹与镜面平行，故AB错误；CD．根据双缝干涉条纹间距公式SKIPIF1<0将光屏沿水平方向远离平面镜，则SKIPIF1<0增大，所以相邻条纹间距增大，将光源沿竖直方向靠近平面镜，则SKIPIF1<0减小，所以相邻条纹间距增大，故C正确，D错误。故选C。6．如图所示，普通的DVD采用红色激光器作为读写光源，而蓝光光盘（BD－ROM）则采用蓝色激光器，由于读取激光的波长越短，则盘的记录层记录的最小凹坑长度越小，所以蓝光光盘单面最高容量比普通DVD存储量大得多，下列说法中正确的是（

）A．红光频率高，蓝光频率低B．在光盘的透明光学传输介质层中，红光束比蓝光束传播速度更快C．若红蓝光束先后通过同一单缝衍射装置，红蓝光束的中央亮纹一样宽D．蓝光和红光的复合光经过三棱镜折射后，红光偏折程度较大【答案】B【详解】A．红光频率低，蓝光频率高，A错误；B．根据SKIPIF1<0在光盘的透明光学传输介质层中，红光束的折射率小，红光比蓝光束传播速度更快，B正确；C．若红蓝光束先后通过同一单缝衍射装置，红光的波长比蓝光长，红光的条纹宽，所以红蓝光束的中央亮纹不一样宽，红光的中央亮纹宽，C错误；D．蓝光和红光的复合光经过三棱镜折射后，红光的折射率较小，偏折程度较小，D错误。故选B。7．光程是光学中的概念，定义为光在介质中经过的几何路程与该介质折射率的乘积。当两束相干光的光程差为波长的整数倍时，在屏幕上出现亮条纹。瑞利干涉仪就是利用这个原理测量气体的折射率。如图甲所示，两束光的光程差为零时，屏幕上O点为零级干涉亮条纹。将长度为SKIPIF1<0、装有待测气体的透明薄管放在S1后面，如图乙所示，零级亮条纹移至屏幕上的O'点，O点为第SKIPIF1<0级干涉亮条纹。已知空气的折射率为SKIPIF1<0，所用光的波长为SKIPIF1<0，待测气体的折射率为（）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<0【答案】B【详解】乙图中两束光到O点的光程差为SKIPIF1<0根据题意得SKIPIF1<0联立可得SKIPIF1<0故选B。8．如图，一束白光垂直直角边射向直角三棱镜，从其斜边射出后，在屏幕上形成一条彩带，其中两种单色光X和Y的分布如图所示。已知该屏幕恰好在三棱镜的顶点P处且与三棱镜的另一直角边垂直。下列说法正确的是（）A．单色光X的频率小于Y的频率B．单色光X与Y在三棱镜中传播的速度相同C．通过同一个小孔，单色光X比Y的衍射现象更明显D．用同一个双缝进行干涉实验，单色光X干涉条纹间的距离比Y的大E．在两种介质的分界面上发生全反射时，单色光X与Y的临界角相同【答案】ACD【详解】A．由图可知，单色光X的偏折角小于单色光Y，则单色光X的折射率小于单色光Y，即SKIPIF1<0因此单色光X的频率小于单色光Y的频率，故A正确；B．由SKIPIF1<0可知，单色光X与Y在三棱镜中的传播速度SKIPIF1<0故B错误；C．由于单色光X的频率小于Y的频率，根据光的频率与波长的关系可知，单色光X的波长大于单色光Y的波长，因此通过同一个小孔，单色光X比Y的衍射现象更明显，故C正确；D．由于SKIPIF1<0，根据SKIPIF1<0可知，用同一个双缝进行干涉实验，单色光X干涉条纹间的距离比Y的大，故D正确；E．由于SKIPIF1<0，根据临界角公式SKIPIF1<0可知，在两种介质的分界面上发生全反射时，单色光X的临界角大于单色光Y的临界角，故E错误。故选ACD。9．如图所示，两块相同的等腰三棱镜ABC置于空气中，两者的AC面相互平行放置，由红光和蓝光组成的细光束平行于BC面从P点射入，通过两棱镜后，变为从a、b两点射出的单色光，对于这两束单色光（）A．红光在玻璃中传播速度比蓝光大B．从a点射出的为红光，从b点射出的为蓝光C．通过狭缝时，b光比a光更容易发生明显衍射现象D．分别用a、b光在同一个双缝干涉实验室装置上做实验，a光的干涉条纹间距小于b光的干涉条纹间距E．从a、b两点射出的单色光平行，且平行于BC【答案】ABE【详解】A．红光的折射率小于蓝光的折射率，由公式SKIPIF1<0可知，红光在玻璃中传播速度比蓝光大，A正确；B．红光的折射率小于蓝光的折射率，光线经三棱镜ABC后，红光的偏折角小于蓝光的偏折角，再经三棱镜CBA后，从a点射出的为红光，从b点射出的为蓝光，B正确；C．b光的波长比a光的波长小，通过狭缝时，a光比b光更容易发生明显衍射现象，C错误；D．分别用a、b光在同一个双缝干涉实验室装置上做实验，由条纹间距公式SKIPIF1<0可知，a光的波长大于b光，所以a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距，D错误；E．由光路可逆性原理可知，红光和蓝光组成的细光束平行于BC面从P点射入，则有从a、b两点射出的单色光平行，且平行于BC，E正确。故选ABE。10．蓝光光盘是利用波长较短的蓝色激光读取和写入数据的光盘，而传统DVD光盘需要光盘发出红色激光来读取或写入数据。对于光存储产品来说，蓝光光盘比传统DVD光盘的存储容量大很多。如图由红、蓝两种单色光组成的复合光束射入一玻璃球体，当入射角等于60°时，其折射光束和出射光束如图所示。已知a光束第一次射出此玻璃球体后的出射光束相对复合光束的偏折角也为60°，则下列说法正确的是（）A．该玻璃球体对a光的折射率为SKIPIF1<0B．a光在玻璃中的传播时间长C．用a光可在光盘上记录更多的数据信息D．通过同一单缝分别进行衍射实验时，a光中央亮条纹更宽【答案】AD【详解】A．由光路图可知，光线a射到玻璃球上的入射角i=60°，折射角为r=30°，则折射率为SKIPIF1<0，A正确；B．因a光的偏折程度较小，折射率较小，根据SKIPIF1<0可知，a光在玻璃球内的传播速度较大，因a光在玻璃球内的传播速度较短，可知a光在玻璃中的传播时间短，B错误；C．因频率越大的光记录的数据量越大，因b光频率较大，可知用b光可在光盘上记录更多的数据信息，C错误；D．因为a光的频率较小，波长较长，则通过同一单缝分别进行衍射实验时，衍射现象更明显，即a光中央亮条纹更宽，D正确。故选AD。11．食品安全检验中碳水化合物（糖）的含量是一个重要指标，可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度，从而鉴定含糖量。偏振光通过糖的水溶液后，偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度α，这一角度α称为“旋光度”，α的值只与糖溶液的浓度有关，将α的测量值与标准值相比较，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，然后将被测样品P置于A、B之间。以下说法中正确的是（）A．到达O处光的强度会明显减弱B．到达O处光的强度不会明显减弱C．将偏振片B转动一个角度，使得O处光强度最强