2024届高考物理第一轮复习重难点练习：第十四章 第2讲　光的干涉、衍射和偏振

第2讲光的干涉、衍射和偏振

旧标要求】1.知道什么是光的干涉、衍射和偏振2掌握双缝干涉中出现亮、暗条纹的条件.

3.知道发生明显衍射的条件.

考点一光的干涉现象

■梳理必备知识

光的干涉

(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

现膻条纹，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.

•判断正误

1.光的颜色由光的频率决定.(V)

2.频率不同的两列光波不能发生干涉.(V)

3.在“双缝干涉”实验中，双缝的作用是使白光变成单色光.(X)

4.在“双缝干涉”实验中，双缝的作用是用“分光”的方法使两列光的频率相同.(V)

・提升关键能力

1.双缝干涉

(1)条纹间距：©=夕，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&、S2发出的光到屏上P'点的路程差为Ar=r2-b

当Ar=/d(〃=O,1,2,…)时，光屏上P'处出现明条纹.

当△r=(2〃+l%=0,l,2,…)时，光屏上P处出现暗条纹.

2.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A4'和后表面B8'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Ar等于薄膜厚度的2倍，光在薄膜中的波长为2.

在尸1、P2处,△r=〃2(〃=1,2,3,…)，薄膜上出现明条纹.

在Q处，Ar=(2"+l)/(〃=0,l,2,3,“・)，薄膜上出现暗条纹.

(3)应用：增透膜、检查平面的平整度.

考向1双缝干涉

【例11在图示的双缝干涉实验中，光源S到缝$、S2距离相等，Po为&、S2连线的中垂线与

光屏的交点.用波长为400nm的光实验时，光屏中央网处呈现中央亮条纹(记为第0条亮条

纹)，尸处呈现第3条亮条纹.当改用波长为600nm的光实验时，P处将呈现()

A.第2条亮条纹B.第3条亮条纹

C.第2条暗条纹D.第3条暗条纹

答案A

解析由公式可知华^焉，当改用波长为600nm的光实验时，则有^3=夕2,即弥

广=工，解得"=2,即尸处将呈现第2条亮条纹，A正确.

42OUU

考向2薄膜干涉

【例2】(多选)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应采用单色光

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4、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AB

【例3】(2021•江苏卷・6)铁丝圈上附有肥皂膜，竖直放置时，肥皂膜上的彩色条纹上疏下密,

由此推测肥皂膜前后两个面的侧视形状应当是()

答案C

解析薄膜干涉为前后两个面反射回来的光发生干涉形成干涉条纹，当入射光为复色光时，

出现彩色条纹.由于重力作用，肥皂膜前后表面的厚度从上到下逐渐增大，从而使干涉条纹

上疏下密，由于表面张力的作用，使得肥皂膜向内凹陷，故C正确，A、B、D错误.

考点二光的衍射和偏振现象

必备知识

1.光的衍射

发生明显衍射现象的条件：只有当障碍物或狭缝的尺寸足够小的时候，衍射现象才会明显.

2.光的偏振

(1)自然光：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.

(2)偏振光：在垂直于光的传播方向的平面上，只沿着某个特定的方向振动的光.

(3)偏振光的形成

①让自然光通过偏振片形成偏振光.

②让自然光在两种介质的界面发生反射和近射，反射光和折射光可以成为部分偏振光或完全

偏振光.

(4)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.

(5)光的偏振现象说明光是一种攫波.

-判断正误

1.阳光下茂密的树林中，地面上的圆形亮斑是光的衍射形成的.（X）

2.泊松亮斑是光的衍射形成的.（V）

3.光遇到障碍物时都能产生衍射现象.（V）

4.自然光是偏振光.（X）

■提升关键能力

1.单缝衍射与双缝干涉的比较

单缝衍射双缝干涉

条纹宽度条纹宽度不等，中央最宽条纹宽度相等

不同点条纹间距各相邻亮条纹间距不等各相邻亮（暗）条纹等间距

亮度情况中央条纹最亮，两边变暗条纹清晰，亮度基本相同

干涉、衍射都是波特有的现象，都属于波的叠加；干涉、

相同点

衍射都有明暗相间的条纹

2.光的干涉和衍射的本质

从本质上看，干涉条纹和衍射条纹的形成有相似的原理，光的干涉和衍射都属于光波的叠加,

干涉是从单缝通过两列频率相同的光在屏上叠加形成的，衍射是由来自单缝上不同位置的光

在屏上叠加形成的.

考向1单缝衍射与双缝干涉的比较

【例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（）

IIIIIIII

m1m2IIIIIII3Ili4n

A.红黄蓝紫B.红紫蓝黄

C.蓝紫红黄D.蓝黄红紫

答案B

解析双缝干涉条纹是等间距的，而单缝衍射条纹除中央亮条纹最宽、最亮之外，两侧条纹

亮度、宽度都逐渐减小，因此1、3为双缝干涉条纹，2、4为单缝衍射条纹.相邻亮条纹间

距揖=夕，红光波长比蓝光波长长，则红光干涉条纹间距大于蓝光干涉条纹间距，即1、3

分别对应红光和蓝光.而在单缝衍射中，当单缝宽度一定时，波长越长，衍射越明显，即中

央条纹越宽越亮，黄光波长比紫光波长长，即2、4分别对应紫光和黄光.综上所述，1、2、

3、4四幅图中亮条纹的颜色依次是：红、紫、蓝、黄，B正确.

考向2光的偏振

【例51奶粉的碳水化合物(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a,这一角度a称为“旋光度”，a的值只与糖溶液的浓度有关，将a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。处的光最强，然后将被测样品P置于A、B之间.

寿

SAP

自然光源偏振片被测样品偏振片

(1)偏振片A的作用是.

(2)偏振现象证明了光是一种.

(3)以下说法中正确的是.

A.到达。处光的强度会减弱

B.到达。处光的强度不会减弱

C.将偏振片8转动一个角度，使得。处光强度最强，偏振片8转过的角度等于a

D.将偏振片A转动一个角度，使得。处光强度最强，偏振片4转过的角度等于a

答案(1)把自然光变成偏振光(2)横波

(3)ACD

解析(1)自然光通过偏振片后变为偏振光，故A的作用是把自然光变成偏振光.

(2)偏振现象证明光是一种横波.

(3)偏振片只能让一定偏振方向的光通过，没有样品时，要使到达。处的光最强，偏振片A、

8的透光方向应相同；当放入样品时，由于样品的“旋光度”是a,即偏振方向不再与3的

透光方向平行，到达0处光的强度会减弱，A正确，B错误；偏振片B转过的角度等于a,

并使偏振片B的透振方向与偏振光的偏振方向平行时，光到达。处的强度将再次最大，C正

确；同理，D正确.

考点三几何光学与物理光学的综合应用

【例6】如图所示，不同波长的两单色光4、匕沿同一方向从空气射向半圆形玻璃破，入射点

。在直径的边缘，折射光线分别为040B,则()

0空气

K”玻璃

A.4单色光的频率比b单色光的频率小

B.当〃、方两束光由玻璃射向空气中，4光临界角比〃光临界角大

C.在玻璃砖中a单色光从。到4的传播时间不等于匕单色光从0到B的传播时间

D.用“、〃两束光在相同条件下做双缝干涉实验，。光产生的干涉条纹间距比人光小

答案D

解析因为“光的偏折程度大于匕光，所以根据折射定律得知：玻璃对〃光的折射率大于对

b光的折射率，所以a单色光的频率比。单色光的频率大，故A错误；根据全反射临界角公

式sinC=[,可知，a光的折射率大，则。光的临界角小于人光的临界角，故B错误；对于

任一光束研究：设入射角为i,折射角为r,玻晡砖的半径为R,则折射率为〃=黑，光在

玻璃中传播速度为。=彳，光在玻璃中传播距离为s=2Rsin厂，光在玻璃中传播时间为

联立以上可得1=箸皿，八R、c均相等，所以在玻璃碍中a单色光从。到A的传播时间等

于6单色光从。到B的传播时间，故C错误；根据折射率大，频率高，波长短，可知a光的

折射率大于6光的折射率，则。光在真空中的波长小于b光在真空中的波长，根据双缝干涉

条纹间距公式，可知a光产生的干涉条纹间距比人光小，故D正确.

【例7】如图所示，截面为等腰直角三角形ABC的玻璃砖，NB=90。，一束频率为/=6X10"

Hz的光线从AB面中点处垂直射入棱镜，在AC面发生全反射，从8c面射出后，进入双缝

干涉装置.已知AC长度L=0.3m,双缝间距"=0.2mm,光屏与双缝间距离/=1.0m,光在

真空中的传播速度为c=3.0X108m/s.求：

(1)玻璃砖对该光线的折射率的最小值n；

(2)光线在玻璃砖中传播的最短时间r；

⑶光屏上相邻亮条纹的间距AA-

答案(1)72(2)lX10-9s(3)2.5mm

解析(1)由几何关系知，光线在AC面发生全反射的入射角为45。，可知临界角CW45。时,

折射率有最小值，由sinC=:得"，正，即最小折射率为啦.

(2)由几何关系可知，光线在玻3离砖中传播距离

s=^L,光线在玻璃砖中的传播速度。=彳

传播时间t=~

代入数据解得最短时间f=lXIO"S

(3)由%=}

联立代入数据解得AA-=2.5mm.

课时精练

C基础落实练

1.下列有关光学现象说法中正确的是()

甲乙丙丁

A.甲中荷叶上的露珠显得特别“明亮”是由于水珠将光线会聚而形成的

B.乙中将双缝干涉实验中的双缝间距调小，则干涉条纹间距变小

C.丙中用加有偏振滤光片的相机拍照，可以拍摄清楚汽车内部的情景

D.丁中肥皂膜在阳光下呈现彩色条纹是光的衍射现象

答案C

解析题图甲中荷叶上的露珠显得特别“明亮”是由于水珠对光线的全反射形成的，故A错

误；在双缝干涉实验中，条纹间距Ax=),若将双缝间距d调小，则条纹间距Ax变大，故

B错误；在照相机镜头前加装偏振滤光片拍摄汽车内部情景，滤去了汽车外玻璃的反射光，

使景象清晰，故C正确；肥皂膜表面可看到彩色条纹，是因为肥皂膜的前后两面反射回来的

两列光发生干涉时形成的，故D错误.

2.(2019・北京卷,14)利用图示的装置(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()

光屏

p

光源口…]……----

IIIIIIlllllll

甲乙

A.甲对应单缝，乙对应双缝

B.甲对应双缝，乙对应单缝

C.都是单缝，甲对应的缝宽较大

D.都是双缝，甲对应的双缝间距较大

答案A

解析由题图中给出的甲、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，

A项正确，B、C、D项错误.

3.（多选）（2023•河北张家口市模拟）通过如图甲所示的装置可研究光的干涉和衍射现象.从光

源发出的光经过一缝板，在缝板后有一装有感光元件的光屏，通过信号转换，可在电脑上看

到屏上的光强分布情况.图乙分别显示出A光和8光通过同一缝板得到的光强分布情况.下

列有关A、8两种色光的说法正确的有（）

A.光通过的可能是缝板上的单缝

B.A光的波长比B光的波长长

C.A光在玻璃中的传播速度大于B光在玻璃中的传播速度

D.A光比8光更容易发生明显的衍射现象

答案BCD

解析从光的强度分布可以看出，光屏上的光是等间距、等亮度的，所以是光通过双缝产生

的干涉现象，A错误；由题图乙可看出，A光的条纹间距大于B光的，由叔=方可知，A光

的波长大于B光的波长，B正确；A光的频率小于B光的频率，则玻璃对4光的折射率小于

对B光的折射率，所以A光在玻璃中的传播速度大于B光在玻埔中的传播速度，C正确；由

于A光的波长较长，所以更容易发生明显的衍射现象，D正确.

4.（2023•江苏海安市检测）如图所示，a、6两束不同单色光相互平行，从平行玻璃砖表面

入射，从面出射时变为一束光c,则下列说法正确的是（）

pQ

A.a、匕中有一束光在MN面发生了全发射

B.在玻璃中a光传播速度大于b光的传播速度

C.在同一个双缝干涉装置中，。光干涉条纹间距较大

D.减小玻璃砖的厚度，光从MN面出射时变为两束平行光

答案D

解析根据光路的可逆性原理可知，对于平行玻璃砖界面来说，能够射进玻璃砖的光线，在

另一个界面绝对不会发生全反射，因此无论是a光线还是b光线，都不可能在面发生全

反射现象，A错误；画出光路图如图甲所示，根据折射定律有sini="“sini“，sini=〃%sin

由图可知法〉说则根据波速与折射率的关系有〃=宗则。方＞改“B错误；由波长与

折射率的关系可知4＞儿，根据干涉条纹间距公式Ax=f,则C错误；如图乙所

示减小玻璃砖的厚度，下边界变为M'N',则出射时变为两束平行光，D正确.

5.（2023•浙江绍兴市模拟）如图所示，把一个底角很小的圆锥玻璃体倒置（上表面为圆形平面，

纵截面为等腰三角形）紧挨玻璃体下放有一平整矩形玻璃砖，它和圆锥玻璃体间有一层薄空气

膜.现用红色光垂直于上表面照射，从装置的正上方向下观察，可以看到（）

A.一系列不等间距的三角形条纹

B.一系列明暗相间的等间距圆形条纹

C.若将红光换成白光，则看到黑白相间的条纹

D.若将红光换成紫光，则看到的亮条纹数将变少

答案B

解析由于截面是等腰三角形，从圆心向外，经过相同的宽度空气膜厚度增加量相同，根据

光的干涉原理，从装置的正上方向下观察，可以看到一系列明暗相间的等间距圆形条纹，A

错误，B正确；若将红光换成白光，则看到明暗相间的彩色条纹，C错误；由于红光的波长

比紫光的长，若将红光换成紫光，则条纹间距减小，看到的亮条纹数将增多，D错误.

6.（2021・湖北卷-5）如图所示，由波长为力和勿的单色光组成的一束复色光，经半反半透镜

后分成透射光和反射光.透射光经扩束器后垂直照射到双缝上并在屏上形成干涉条纹.。是

两单色光中央亮条纹的中心位置，Pl和P2分别是波长为九和22的光形成的距离O点最近的

亮条纹中心位置.反射光入射到三棱镜一侧面上，从另一侧面M和N位置出射，则（）

A.九＜12,M是波长为方的光出射位置

B.为"2,N是波长为九的光出射位置

C.九＞彩，”是波长为九的光出射位置

D.力＞义2,N是波长为九的光出射位置

答案D

解析由双缝干涉条纹间距公式入*=g可知，当两种色光通过同一双缝干涉装置时，波长越

长相邻两亮条纹间距越宽，由屏上亮条纹的位置可知九＞的，反射光经过三棱镜后分成两束色

光，由题图可知从N位置出射的光的折射角大，又由折射定律可知，入射角相同时，折射率

越小的色光折射角越大，由于九＞/12,则m＜〃2,所以N是波长为九的光出射位置，故D正确，

A、B、C错误.

过能力综合练

7.（多选）（2022.山东卷.10）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

Si、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（）

A.图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，也发生了衍射

B.遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，其他条件不变，图丙中亮条纹宽度增大

C.照射两条狭缝时，增加其他条件不变，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$、$到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一

定是暗条纹

答案ACD

解析题图乙中间部分为等间距条纹，所以题图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，

同时也发生衍射，故A正确；狭缝越小，衍射范围越大，衍射条纹越宽，遮住一条狭缝，另

一狭缝宽度增大，则衍射现象减弱，题图丙中亮条纹宽度减小，故B错误；根据条纹间距公

式有©=，，则照射两条狭缝时，增加乙，其他条件不变，题图乙中相邻暗条纹的中心间距

增大，故C正确；照射两条狭缝时，若光从狭缝S、S2到屏上P点的路程差为半波长的奇数

倍，尸点处一定是暗条纹，故D正确.

8.（2023•辽宁省模拟）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.镀膜的目的是尽可能让入射的红外线反射

B.镀膜的目的是尽可能让入射的所有光均能透射

C.镀膜的厚度应该是红外线在薄膜中波长的四分之一

D.镀膜的厚度应该是红外线在薄膜中波长的二分之一

答案C

解析镀膜的目的是尽可能让红外线能够透射，而让红外线之外的光反射，从而使红外线图

像更加清晰，故A、B错误；当红外线在薄膜前、后表面的反射光恰好干涉减弱时，反射光

最弱，透射光最强，根据干涉相涉的规律可知，此时红外线在薄膜前、后表面反射光的光程

差应为半波长的奇数倍，而为了尽可能增加光的透射程度，镀膜的厚度应该取最薄的值，即

红外线在薄膜中波长的四分之一，故C正确，D错误.

9.（2023•福建龙岩市质检）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，一端用薄片垫起，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.条纹方向与AB边平行

B.条纹间距不是均匀的，越靠近BC边条纹间距越大

C.减小薄片的厚度，条纹间距变小

D.将红单色光换为蓝单色光照射，则条纹间距变小

答案D

解析薄膜干涉的光程差As=24（d为薄膜厚度），厚度相同处产生的条纹明暗情况相同，因

此条线应与3c边平行，故A错误：因为两玻璃间形成的空气膜厚度均匀变化，因此条纹是

等间距的，故B错误；减小薄片厚度，条纹间距将增大，故C错误；将红光换成蓝光照射，

入射光波长减小，条纹间距将减小，故D正确.

10.（2021・山东卷・7）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（）

min।

OX

答案D

N素养提升练

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、8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（）

光屏