高考物理一轮复习讲义光学专题（二）光的色散干涉衍射和偏振

光的色散、干涉、衍射和偏振光的色散1.光的色散(1)现象：一束白光通过三棱镜后在屏上会形成彩色光带。(2)成因：棱镜材料对不同色光的折射率不同，对红光的折射率最小，红光通过棱镜后的偏折程度最小，对紫光的折射率最大，紫光通过棱镜后的偏折程度最大，从而产生色散现象。2．各种色光的比较分析颜色红橙黄绿青蓝紫频率ν低→高同一介质中的折射率小→大同一介质中的速度大→小同一介质中的波长大→小通过同一棱镜的偏折角小→大同一介质中的临界角大→小同一装置的双缝干涉条纹间距大→小3.平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制特点平行玻璃砖三棱镜圆柱体(球)结构玻璃砖上下表面是平行的横截面为三角形的三棱镜横截面是圆对光线的作用通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向，但要发生侧移通过三棱镜的光线经两次折射后，出射光线向棱镜底面偏折圆界面的法线是过圆心的直线，光线经过两次折射后向圆心偏折应用测定玻璃的折射率全反射棱镜，改变光的传播方向改变光的传播方向二、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。三、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)。3．单缝衍射与双缝干涉的比较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，亮度基本相同相同点干涉、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4．光的干涉和衍射的本质光的干涉和衍射都属于波的叠加，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。四、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。五、针对练习1.（多选）由图所示，自左向右依次固定放置半圆形玻璃砖、足够长的竖立的长方体玻璃砖和光屏，BC、MN、PQ三个表面相互平行。一点光源可沿着圆弧BAC移动。从点光源发出的一束白光始终正对圆心O射入半圆形玻璃砖，经过长方体玻璃砖后，打在光屏上。已知玻璃对紫光的折射率为n＝1.532。若不考虑光在各个界面的反射，则下列说法正确的是()A．点光源从B移动到C的过程中，光屏上总有彩色光斑B．点光源从B移动到C的过程中，光屏上红色光斑的移动速率比紫色光斑的小C．点光源在A点时，光屏上红色光斑在紫色光斑的上方D．点光源在A点时，若撤除长方体玻璃砖，光屏上红色光斑将向上移动E．点光源在A点时，若将光屏稍向右平移，光屏上红色光斑与紫色光斑的间距将增大2.（多选）如图所示，两束平行的黄光射向截面ABC为正三角形的玻璃三棱镜，已知该三棱镜对该黄光的折射率为eq\r(2)，入射光与AB界面夹角为45°，光经三棱镜后到达与BC界面平行的光屏PQ上，下列说法中正确的是()A．两束黄光从BC边射出后仍是平行的B．黄光经三棱镜折射后偏向角为30°C．改用红光以相同的角度入射，出射光束仍然平行，但其偏向角大些D．改用绿光以相同的角度入射，出射光束仍然平行，但其偏向角大些3、如图所示，一束可见光穿过玻璃三棱镜后，变为a、b、c三束单色光。如果b光是绿光，则以下说法正确的是（）A．a光可能是蓝光 B．c光可能是红光C．a光的频率小于b光的频率 D．c光的波长大于b光的波长4、（多选）如图10，一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖，在玻璃砖底面上的入射角为θ，经折射后射出a、b两束光线。则()A．在玻璃中，a光的传播速度小于b光的传播速度B．在真空中，a光的波长小于b光的波长C．玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率D．若改变光束的入射方向使θ角逐渐变大，则折射光线a首先消失5、足够长的光屏竖直放置，屏右侧紧贴屏放置一个半圆柱形匀质透明砖，如图所示。O为截面的圆心，AB为与光屏垂直的直径，OO'垂直于AB。一束白光沿半径方向射入O点，与O'的夹角为。下列说法正确的是（）A．可能观察到光屏上A点上、下各有一个白色光斑B．可能观察到光屏上A点上、下各有一个彩色光带C．可能观察到光屏上A点上方有一个白色光斑、下方有一个彩色光带D．可能观察到光屏上只有A点上方有一个彩色光带6、（多选）如图所示为钻石的某个截面，其中B、C、D处均为直角。一束复色光由AB面入射，从CD面出射时分开成a、b、c三种单色光。用这三种单色光分别照射金属钾板，其中b光恰好可使钾板产生光电效应。下列说法正确的是（）A．a光在棱镜中的速度最小B．c光打出的光电子的遏止电压最大C．同一装置条件下c光双缝干涉条纹宽度最大D．从CD面出射时a光、b光、c光互相平行7、双缝干涉实验装置的截面图如图所示。光源S到S1、S2的距离相等，O点为S1、S2连线中垂线与光屏的交点。光源S发出的波长为λ的光，经S1出射后垂直穿过玻璃片传播到O点，经S2出射后直接传播到O点，由S1到O点与由S2到O点，光传播的时间差为Δt。玻璃片厚度为10λ，玻璃对该波长光的折射率为1.5，空气中光速为c，不计光在玻璃片内的反射。以下判断正确的是()A．Δt＝eq\f(5λ,c) B．Δt＝eq\f(15λ,2c)C．Δt＝eq\f(10λ,c) D．Δt＝eq\f(15λ,c)8、某一质检部门为检测一批矿泉水的质量，利用干涉原理测定矿泉水的折射率．方法是将待测矿泉水填充到特制容器中，放置在双缝与荧光屏之间(之前为真空)，如图所示，特制容器未画出，通过对比填充后的干涉条纹间距x2和填充前的干涉条纹间距x1就可以计算出该矿泉水的折射率．单缝S0、双缝中点O、屏上的P0点均位于双缝S1和S2的中垂线上，屏上P点处是P0上方的第3条亮条纹(不包括P0点处的亮条纹)的中心．已知入射光在真空中的波长为λ，真空中的光速为c，双缝S1与S2之间距离为d，双缝到屏的距离为L，则下列说法正确的是()A．来自双缝S1和S2的光传播到P点处的时间差为eq\f(3λ,c)B．x2>x1C．该矿泉水的折射率为eq\f(x1,x2)D．仅将单缝S0向左(保持S0在双缝的中垂线上)移动的过程中，P点处能观察到暗条纹9、如图所示，某同学用三根黑色的细塑料条制成一个如图甲所示的简易的双缝，用激光笔射出的激光穿过双缝到达平整的墙面，在墙面上呈现出如图乙所示的明暗相间的条纹，下列相关说法正确的是（）A．仅增大墙面与双缝的距离，条纹间距变小B．仅增大激光笔与双缝的距离，条纹间距变大C．仅减小双缝间距，条纹间距变大D．条纹间距与所使用的激光颜色无关10、（多选）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11、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12、如图所示为一束红光经过狭缝装置得到的图样，下列说法正确的是（）A．图为干涉图样B．图为衍射图样C．只减小狭缝宽度，中央亮纹宽度会变窄D．当狭缝宽度调到很窄时，中央亮条纹亮度升高13、（多选）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14、利用薄膜干涉可检查工件表面的平整度，如图（a）所示，现使透明标准板M和待检工件N间形成一楔形空气薄层，并用单色光照射，可观察到如图（b）所示的干涉条纹，条纹的弯曲处P和Q对应于A和B处，C、D两点表示亮条纹的正中间，下列判断中正确的是（）A．N的上表面A处向上凸起B．N的上表面B处向下凹陷C．C、D两点对应MN板所形成的空气薄膜厚度差D．C、D两点对应MN板所形成的空气薄膜厚度差15、（多选）光在科学技术，生产和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是()A．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象B．用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象C．在光导纤维束内传送图象是利用光的全反射现象D．用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象答案1.BCE【解析】当入射光与BC垂直时，光线不发生偏折，在光屏上没有彩色光斑，故A错误；由于红光的折射率比紫光的折射率小，红光通过半圆形玻璃砖后折射角比紫光的小，则点光源在A点时，光屏上红色光斑在紫色光斑的上方，故C正确；点光源从B移动到C的过程中，光屏上红色光斑的移动距离比紫色光斑小，红色光斑移动速率比紫色光斑的小，故B正确；点光源在A点时，光线通过长方体玻璃砖后会向上发生移动，若撤除长方体玻璃砖，光屏上红色光斑将向下移动，故D错误；点光源在A点时，若将光屏稍向右平移，出射光线方向不变，根据几何关系可知，光屏上红色先斑与紫色光斑的间距将增大，故E正确。2.ABD【解析】如图所示，由折射率公式n＝eq\f(sini,sinr)可知r＝30°，由几何关系可知折射光线在三棱镜内平行于底边AC，由对称性可知其在BC边射出时的出射角也为i＝45°，因此光束的偏向角为30°，且两束光平行，则A、B正确；由于同种材料对不同颜色的光折射率不同，相对于黄光而言红光的折射率较小，绿光的折射率较大，因此折射后绿光的偏向角大些，红光的偏向角小些，则C错误，D正确；3.C【解析】AB．因b光是绿光，则a光可能红、橙、黄光，不可能是蓝光，c光可能蓝、靛、紫光，不可能是红光，故AB错误；C．由光路图可知，a光的折射率小于b光，则a光的频率小于b光的频率，故C正确；D．由光路图可知，c光的折射率大于b光，c光的频率大于b光，c光的波长小于b光的波长，故D错误。故选C。4.ABD【解析】由题图知，光从玻璃砖射出时，入射角相同，a光的折射角大于b光的折射角，玻璃砖对a光的折射率大于对b光的折射率，a光在玻璃中的传播速度比b光的小，a光的频率比b光的大，在真空中，a光的波长较短，a光形成的干涉条纹间距较小，选项A、B正确，C、错误；a光的全反射临界角较小，当入射角θ增大时，a光先发生全反射，其折射光线先消失，选项D正确。5.C【解析】入射光沿着半径方向入射，各色光的反射光线沿着相同的方向反射到A点上方的同一位置，在A点上方形成白色的光斑。折射时，不同颜色的光折射率不同，折射角也不同，所以在A点下方形成彩色的光带；若不断增大入射角θ，光线可能发生全反射，可能观察到光屏上只有A点上方有一个白色光斑。故选C。6.BD【解析】A．由图中各色光的折射程度可知c光的折射率最大，根据可知，c光在棱镜中的速度最小，故A错误；B．c光的折射率最大，则频率最大，根据光电效应方程可知c光打出的光电子的遏止电压最大，故B正确；C．c光的频率最大，则波长最小，根据干涉条纹间距公式可知c光双缝干涉条纹宽度最小，故C错误；D．C处均为直角，根据光的反射定律结合几何关系可知从CD面出射时a光、b光、c光互相平行，故D正确；故选BD。7.A【解析】波长为λ的光在玻璃片中的传播速度v＝eq\f(c,n)，通过10λ的距离，光传播的时间差Δt＝eq\f(10λn,c)－eq\f(10λ,c)＝eq\f(5λ,c)，选项A正确。8.C【解析】第三条亮条纹对应路程差s＝3λ，但光在介质中的传播速度小于c，故A错误；由x＝eq\f(L,d)λ，n＝eq\f(c,v)＝eq\f(λ,λ0)可知(λ0为光在矿泉水中的波长)，光在矿泉水中的波长小于真空中的波长，所以x2<x1，故B错误；由n＝eq\f(c,v)＝eq\f(λ,λ0)，x1＝eq\f(L,d)λ，x2＝eq\f(L,d)λ0，得n＝eq\f(x1,x2)，故C正确；由Δx＝eq\f(L,d)λ可知，向左移动S0对观察结果没有影响，故D错误．9.C【解析】根据条纹间距表达式可知，A．仅增大墙面与双缝的距离l，条纹间距变大，选项A错误；B．仅增大激光笔与双缝的距离，条纹间距不变，选项B错误；C．仅减小双缝间距d，条纹间距变大，选项C正确；D．条纹间距与所使用的激光的波长有关，即与激光的颜色有关，选项D错误。故选C。10.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sinC＝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