高考物理一轮复习讲义专题11.2　光的干涉、衍射和偏振（原卷版）

专题11.2光的干涉、衍射和偏振【讲】【讲核心素养】1.物理观念：干涉、衍射、激光、偏振、电磁波。 （1）观察光的干涉、衍射和偏振现象，了解这些现象产生的条件，知道其在生产生活中的应用。知道光是横波。（2）通过实验，了解激光的特性。能举例说明激光技术在生产生活中的应用。（3）.知道电磁波的发射、传播和接收。认识电磁波谱。知道各个波段的电磁波的名称、特征和典型应用。2.科学态度与责任：初步了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想，初步了解场的统一性与多样性，体会物理学对统一性的追求。【讲考点题型】【知识点一】光的干涉现象1.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，出现暗条纹，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；白光照射时，中央为白色亮条纹，其余为彩色条纹.2.双缝干涉（1）条纹间距：Δx＝eq\f(l,d)λ，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1所示，相干光源S1、S2发出的光到屏上P′点的路程差为Δr＝r2－r1.当Δr＝kλ（k＝0，1，2…）时，光屏上P′处出现明条纹.当Δr＝（2k＋1）eq\f(λ,2)（k＝0，1，2…）时，光屏上P′处出现暗条纹.【例1】（2022·山东·高三专题练习）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【素养升华】本题考察的学科素养主要是科学思维及物理观念。【变式训练1】（2022·上海徐汇·三模）如图是单色光的“杨氏双缝干涉实验”，若要使干涉条纹变宽，可以（）A．增大单缝到双缝之间的距离B．减小单缝到双缝之间的距离C．增大双缝到屏幕之间的距离D．减小双缝到屏幕之间的距离【归纳总结】（1）相邻两条亮（暗）条纹间的距离公式：Δx＝eq\f(l,d)λ，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）亮暗条纹的判断方法如图所示，相干光源S1、S2发出的光到屏上P′点的路程差为Δr＝r2－r1。当Δr＝kλ（k＝0，1，2，…）时，光屏上的P′点处出现亮条纹。当Δr＝（2k＋1）eq\f(λ,2)（k＝0，1，2，…）时，光屏上的P′点处出现暗条纹。【知识点二】薄膜干涉（1）薄膜干涉形成原因：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）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Δr，等于薄膜厚度的2倍.在P1、P2处，Δr＝nλ（n＝1，2，3…），薄膜上出现明条纹.在Q处，Δr＝（2n＋1）eq\f(λ,2)（n＝0，1，2，3…），薄膜上出现暗条纹.【例2】（2022·天津·模拟预测）下列现象中可以用薄膜干涉来解释的是（）A．荷叶上的水珠在阳光下晶莹透亮B．雨后的彩虹C．透过昆虫的翅膀看阳光呈显彩色D．水面上的油膜在阳光照射下呈彩色【素养提升】本题考察的学科素养主要是物理观念。【变式训练2】（2022·上海奉贤区致远高级中学高二期末）如图，将点燃的酒精灯置于肥皂薄膜前，薄膜上会出现明暗相间的条纹。这是光的（

）A．干涉现象 B．衍射现象 C．反射现象 D．折射现象【归纳总结】薄膜干涉条纹特点①单色光：明暗相间的水平条纹。②白光：彩色水平条纹。【知识点三】光的衍射和偏振现象1.对光的衍射的理解（1）波长越长，衍射现象越明显。在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，光才可以看做是沿直线传播的。2.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3.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。4.光的偏振（1）自然光与偏振光的比较类别自然光（非偏振光）偏振光光的来源从普通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，光沿任意方向振动，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，光沿特定方向振动（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。【例3】（多选）（2022·山东·高考真题）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SKIPIF1<0，SKIPIF1<0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、SKIPIF1<0到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是暗条纹【素养升华】本题考察的学科素养主要是物理观念。【变式训练3】（多选）（2022·河南·模拟预测）下列说法中正确的是（

）A．光从折射率大的介质射向折射率小的介质时可能发生全反射B．光的偏振实验表明，光是一种纵波C．采用同一装置做双缝干涉实验，红光比紫光条纹宽度大D．由于超声波的频率很高，所以超声波容易发生衍射现象E．在同一种介质中，波长越短的光传播速度越小【必备知识】对偏振光的理解要点（1）当偏振光的偏振方向与偏振片的透振方向平行时，透射的光最强；当偏振光的偏振方向与偏振片的透振方向垂直时，光不能穿过偏振片。（2）当偏振光的偏振方向与偏振片的透振方向既不平行也不垂直时，仍会有部分光透过偏振片，只是透过的光的强度介于平行和垂直两种情况之间。【例4】（多选）（2022·新疆·叶城县第二中学高三期末）关于光现象及其应用，下列说法正确的是（）A．“海市蜃楼”是因为大气密度不均匀，物体反射的太阳光发生了色散现象B．拍摄玻璃橱窗内的物品时，在镜头前加一个偏振片可以减小玻璃表面反射光的强度C．通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹，这是光的偏振现象D．在站台上听到驶来的火车汽笛声音调变高，是声波的多普勒效应E．一束单色光由空气射入玻璃，这束光的速度变慢，波长变短【素养升华】本题考察的学科素养主要是物理观念。【变式训练4】（多选）（2022·福建·上杭一中模拟预测）以下说法中不正确的是（）A．图甲可知，系统发生共振时驱动力的频率为f0B．图乙是双缝干涉示意图，若只将光源由红色光改为绿色光，两相邻亮条纹间距离SKIPIF1<0增大C．图丙是用干涉法检测工件表面平整程度时得到的干涉图样，若只增大薄片的厚度，条纹间距将变大D．图丁中的M、N是偏振片，P是光屏。当M固定不动，缓慢转动N时。从图示位置开始转动90°时，光屏P上的光亮度最暗【必备知识】1．现象：各种不同形状的障碍物也能使光发生衍射，使影的轮廓模糊不清。若在单色光传播途中，放一个较小的不透明的圆形障碍物，会发现在阴影中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑，如图所示。2．小障碍物的衍射图样的特点：圆形阴影中心有一亮斑，圆板阴影的边缘是模糊的，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环。与小孔衍射图样有明显区别。【知识点四】电磁振荡、电磁波1.麦克斯韦电磁场理论变化的磁场能够在周围空间产生电场，变化的电场能够在周围空间产生磁场.2.电磁波（1）电磁场在空间由近及远地向周围传播，形成电磁波.（2）电磁波的传播不需要介质，可在真空中传播，在真空中不同频率的电磁波传播速度相同（都等于光速）.（3）不同频率的电磁波，在同一介质中传播，其速度是不同的，频率越高，波速越小.（4）v＝λf，f是电磁波的频率.3.电磁波的发射与接收（1）发射电磁波需要开放的高频振荡电路，并对电磁波根据信号的强弱进行调制（两种方式：调幅、调频）.（2）接收电磁波需要能够产生电谐振的调谐电路，再把信号从高频电流中解调出来，调幅波的解调也叫检波.4.电磁波谱按照电磁波的频率或波长的大小顺序把它们排列成谱.按波长由长到短排列的电磁波谱为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线.5.对麦克斯韦电磁场理论的理解6.电磁波与机械波的比较名称项目电磁波机械波产生由周期性变化的电场、磁场产生由质点（波源）的振动产生传播介质不需要介质（在真空中仍可传播）必须有介质（真空中不能传播）波的种类横波既有横波也有纵波速度特点由介质和频率决定，在真空中等于光速（c＝3×108m/s）仅由介质决定能量都能携带能量并传播能量速度公式v＝λf遵循规律都能发生反射、折射、干涉、衍射等现象【例5】（2022·浙江·高三开学考试）无线话筒是LC振荡电路的一个典型应用。在LC振荡电路中，某时刻磁场方向如图所示，且电容器上极板带正电，下列说法正确的是（）A．电容器正在放电 B．振荡电流正在减小C．电流流向沿a到b D．电场能正在向磁场能转化【素养提升】本题考察的学科素养主要是物理观念。【变式训练5】（2022·安徽省临泉第一中学高三开学考试）