高考物理一轮复习考点精讲精练第30讲　光的干涉、衍射和偏振（原卷版）

第30讲光的干涉、衍射和偏振1.理解光的干涉现象，掌握双缝干涉中出现亮暗条纹的条件.2.理解光的衍射现象，知道发生明显衍射的条件.3.知道光的偏振现象，了解偏振在日常生活中的应用．考点一光的双缝干涉现象1．产生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)原理图如图所示(2)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．a．光的路程差Δr＝r2－r1＝kλ(k＝0,1,2…)，光屏上出现亮条纹．b．光的路程差Δr＝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.（2024•深圳二模）1834年，洛埃利用单面镜同样得到了杨氏干涉的结果（称洛埃镜实验）。实验基本装置如图所示，单色光源S发出的光直接照在光屏上，同时S发出的光还通过平面镜反射在光屏上。从平面镜反射的光相当于S在平面镜中的虚像发出的，这样就形成了两个相干光源。设光源S到平面镜所在平面的距离和到光屏的距离分别为a和L，光的波长为λ。如果仅改变以下条件，关于光屏上相邻两条亮纹间距Δx的描述正确的是（）A．平面镜水平向左移动少许，Δx将变小 B．平面镜竖直向下移动少许，Δx将变小 C．光屏向左移动少许，Δx将变大 D．点光源S由红色换成绿色，Δx将变大（2024•黑龙江模拟）有a、b两束单色光从空气中平行照射在平行玻璃砖上，它们经玻璃折射后射入空气的光线如图示，则有关a、b光的说法正确的是（）A．在玻璃中传播时a光的速度较大 B．在同一双缝干涉实验装置发生干涉时a光的干涉条纹间距较大 C．从同一介质射向空气时a光发生全反射的临界角较小 D．a光和b光频率相同（2024•海口一模）用图甲所示装置探究光的波动现象，用红光照射挡板上的双缝，光屏上得到如图乙所示的图样。为使中央亮条纹变宽，下列办法中可行的是（）A．增大双缝间的距离 B．增大挡板和光屏间的距离 C．移动激光器远离光屏 D．将红色激光换成绿色激光考点二薄膜干涉现象1．薄膜干涉现象如图所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形．2．薄膜干涉原理分析(1)相干光：光照射到透明薄膜上，从薄膜的两个表面反射的两列光波．(2)图样特点：同双缝干涉，同一条亮(或暗)条纹对应的薄膜的厚度相等．单色光照射薄膜时形成明暗相间的条纹，白光照射薄膜时形成彩色条纹．3．薄膜干涉的应用干涉法检查平面的平整程度如图所示，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．（2024•枣庄一模）利用薄膜干涉原理可以测量金属丝的直径。将矩形的平行薄玻璃板AB放在水平标准工件的上面，右侧垫有粗细均匀的直金属丝，在标准工件与玻璃板之间形成一个楔形空气膜，其截面如图所示。用波长为λ的光，垂直标准工件方向射向玻璃板，在玻璃板上方形成平行条纹，测出相邻亮条纹中心间的距离为Δx，金属丝与标准工件的接触点D到楔形顶端C点的距离为L，以下说法正确的是（）A．条纹方向平行于CD B．金属丝的直径λL2ΔxC．当金属丝向右移动少许时，Δx变小 D．在同一位置换用更细的金属丝时，Δx变小（2024•苏州模拟）如图所示，两块标准平面玻璃板中间形成一个劈形空间，劈尖角θ＝2×10﹣4rad，（θ很小时，可认为sinθ≈tanθ≈θ）。用波长λ＝600nm的单色光从上方照射，从上往下看到干涉条纹。当在劈形空间内充满某种液体时，相邻亮条纹间距减小了0.5mm，则该液体的折射率为（）A．32 B．43 C．65（2024•潍坊一模）制造半导体元件，需要精确测定硅片上涂有的二氧化硅（SiO2）薄膜的厚度。把左侧二氧化硅薄膜腐蚀成如图甲所示的劈尖，用波长λ＝630nm的激光从上方照射劈尖，观察到在腐蚀区域内有8条暗纹，且二氧化硅斜面转为平面的棱MN处是亮纹，二氧化硅的折射率为1.5。则二氧化硅薄膜的厚度为（）A．1680nm B．1890nm C．2520nm D．3780nm考点三光的干涉和衍射的比较1．衍射与干涉的比较两种现象比较项目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，亮度基本相等相同点干涉、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注意1.白光发生光的干涉、衍射和光的色散都可出现彩色条纹，但光学本质不同．2．区分干涉和衍射，关键是理解其本质，实际应用中可从条纹宽度、条纹间距、亮度等方面加以区分．2．干涉与衍射的本质光的干涉条纹和衍射条纹都是光波叠加的结果，从本质上讲，衍射条纹的形成与干涉条纹的形成具有相似的原理．在衍射现象中，可以认为从单缝通过两列或多列频率相同的光波，它们在屏上叠加形成单缝衍射条纹．（2024•河西区二模）可见光为我们呈现了色彩斑斓的世界和各种有趣的现象。用红光和蓝光完成各种实验，以下说法中正确的是（）A．红光和蓝光分别射入同一块玻璃砖，蓝光在玻璃砖中的传播速度更大 B．红光和蓝光分别从纯水射向空气，蓝光发生全反射的临界角更大 C．用同样的装置进行双缝干涉实验，蓝光相邻两亮条纹间的间距更大 D．用红光进行单缝衍射实验，狭缝越窄，衍射后在屏上产生的中央亮条纹越宽（2024•重庆模拟）如图所示，ABCD为半圆柱体玻璃的横截面，O为圆心，CD为直径，E为直径上一点。一束由a、b两种光组成的复色光从真空中由E点射入玻璃，a光传播至A点，b光传播至B点。所有光线与半圆面平行，AB∥CD，∠DEA＝60°，∠DEB＝37°，sin53°＝0.8，cos53°＝0.6，则下列说法正确的是（）A．b光传播到B点会发生全反射 B．a光在玻璃中的传播速度小于b光 C．同一障碍物，a光的衍射现象比b光明显 D．a光沿EA传播的时间等于b光沿EB传播的时间（2024•辽宁模拟）光刻机是制作芯片的核心装置，主要功能是利用光线把掩膜版上的图形印制到硅片上。如图所示，DUV光刻机使用的是深紫外线，其波长为193nm。为提高投影精细图的能力，在光刻胶和投影物镜之间填充液体以提高分辨率，则与没加入液体相比，下列说法正确的是（）A．深紫外线进入液体后传播速度变大 B．传播相等的距离，深紫外线在液体中所需的时间更长 C．深紫外线光子的能量在液体中更大 D．深紫外线在液体中更容易发生衍射，能提高分辨率考点四光的偏振现象1．偏振：光波只沿某一特定的方向的振动．2．自然光：太阳、电灯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，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫做自然光．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．偏振光的理论意义及应用(1)理论意义：光的干涉和衍射现象充分说明了光是波，但不能确定光波是横波还是纵波．光的偏振现象说明了光波是横波．(2)应用：照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等．（2024•东城区一模）如图甲、图乙分别为研究光现象的两个实验，下列说法正确的是（）A．如图甲正中央的亮点是由于光通过小孔沿直线传播形成的 B．如图甲所示现象是光线通过一个不透光的圆盘得到的衍射图样，它与光通过圆孔得到的衍射图样是一样的 C．如图乙中的P、Q是偏振片，P固定不动，缓慢转动Q，只有如图中所示P、Q的“透振方向”相平行的位置时光屏才是亮的 D．如图乙所示现象可以表明光波是横波（2024•天津模拟）太赫兹通信作为实现6G（第六代通信技术）愿景的关键技术，已得到全球通信业认可。2023年4月，我国成功完成了太赫兹轨道角动量的实时无线传输通信实验，实现重大技术突破，为6G通信技术的发展提供了重要保障和支撑。该实验通信频率为1.1×105MHz，远远超出5G（第五代通信技术）信号频率。关于该实验信号与5G信号下列说法正确的是（）A．该实验信号和5G信号都属于电磁波，且都可能是纵波 B．该实验信号和5G信号都一定具有偏振现象 C．该实验信号相比5G信号光子能量更小 D．该实验信号相比5G信号在真空中的传播速度更小（2024•全国一模）光学既是物理学中一门古老的学科，又是现代科学领域中最活跃的前沿科学之一，具有强大的生命力和不可估量的发展前景，下列关于光学现象说法中正确的是（）A．“泊松亮斑”是圆孔衍射结果 B．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉原理 C．双缝干涉实验中，若只增大双缝的间距，则干涉条纹间距变大 D．汽车前窗玻璃使用偏振片是为了增加透射光的强度题型1杨氏双缝干涉（2024•惠州一模）某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到如图（a）所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如图（b）所示。他改变的实验条件可能是（）A．换用了波长更短的单色光 B．适当减小了双缝到光屏之间的距离 C．适当增大了双缝之间的距离 D．换用了频率更低的单色光（2024•金华二模）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光在真空中波长的整数倍时，在屏幕上出现亮条纹。瑞利干涉仪就是一种利用该原理测量气体折射率的仪器。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l、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k级干涉亮条纹。已知空气的折射率为n0，所用光在真空中的波长为λ，待测气体的折射率为（）A．(k−1)λl+n0C．kλl D．（2024•曲靖一模）半圆形玻璃砖在光学中有许多重要应用，可以用来做许多光学实验。如图所示，一束光由半圆形玻璃砖的左侧面沿半径射入，经AB界面折射后分为a、b两束光，则下列说法正确的是（）A．玻璃对b光的折射率大于对a光的折射率 B．现将入射光绕O点顺时针转动，则b光先消失 C．在半圆形玻璃中，b光的传播时间大于a光的传播时间 D．分别用a、b光在同一个装置上做双缝干涉实验，a光的干涉条纹间距小于b光的干涉条纹间距题型2薄膜干涉（2024•雨花区校级模拟）如图所示，将附有一层肥皂液膜的圆形铁丝圈竖直放置在红色光源的右侧，人在与光源同侧的位置观察液膜，下列说法正确的是（）A．若将该装置放在地球表面上观察，可看到竖直直条纹 B．若将该装置放在空间站上观察，可看到水平直条纹 C．若该装置在地球表面观察到的水平直条纹的间距为Δx1，在月球表面观察到的水平直条纹的间距为Δx2，则Δx1＜Δx2 D．若将红色光源换为蓝色光源，在地球表面观察到的水平直条纹的间距将增大（多选）（2024•乌鲁木齐二模）我国光伏发电技术处于世界领先地位。为提高光伏发电效率，需要在光伏玻璃的上表面涂一层增透膜，而增透膜材料的折射率对透光率有明显影响。我国某厂家发明了空心纳米粒子增透膜（内部呈蜂窝状结构），改变了材料的折射率，显著提高了透光率。若增透膜使用折射率为n1的实心纳米粒子材料制成，其最小厚度为d1；若增透膜使用折射率为n2的空心纳米粒子材料制成，其最小厚度为d2则（）A．n1＜n2 B．n1＞n2 C．n1d1＝n2d2 D．n1d1＞n2d2（2023•山东模拟）如图所示，P、M、N为三个透明平板，M与P的夹角α略小于N与P的夹角β，一束平行光垂直P的上表面入射，下列干涉条纹的图象可能正确的是（）A． B． C． D．题型3光的衍射（2024•揭阳二模）关于光学现象，下列说法正确的是（）A．图甲：光导纤维中，不管光的入射角多大，一定能发生全反射 B．图甲：若光源是白光，则射出光导纤维的光一定是彩色的 C．图乙：看到彩色条纹，是因为光发生了衍射现象 D．图乙：看到彩色条纹，是因为光发生了干涉现象（2024•湖北模拟）将塑料瓶下侧开一个小孔，瓶中灌入清水，水就从小孔流出。将激光水平射向塑料瓶小孔，观察到激光束沿水流方向发生了弯曲，光被完全限制在水流内，出现了“水流导光”现象。则下列说法正确的是（）A．“水流导光”是一种光的衍射现象 B．“水流导光”是一种光的全反射现象 C．改用折射率较小的液体，更容易发生“水流导光”现象 D．激光在水中的传播速度大于其在空气中的传播速度（2024•海安市校级模拟）如图所示，一束宽度为d的平行光沿水平方向传播，经过不透光的挡板后照射到竖直墙面上，过挡板上边缘的水平延长线与竖直墙面相交于O点，下列说法正确的是（）A．光线不会进入到O点下方的墙上 B．光只会沿直线前进，一定不会进入到O点下方的墙上 C．光的波长越长，光线进入到O点下方墙上的区域越大 D．光的能量越大，光线进入到O点下方墙上的区域越大题型4光的偏振（2024•西城区校级模拟）关于光的传播现象及应用，下列说法正确的是（）A．“3D电影”的播放和观看利用了光的干涉 B．水中的气泡看起来特别明亮，是因为光从水射向气泡时，一部分光在界面上发生了全反射的缘故 C．利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输 D．一束单色光由空气射入玻璃，这束光的波长变长（多选）（2024•汕头一模）下列四幅生活情景，关于光的理论，说法正确的是（）A．甲图，阳光照射下肥皂泡呈现彩色，是光的干涉现象 B．乙图，海市蜃楼是光的反射现象 C．丙图，茂密的树叶间有彩色的光环，是光的折射现象 D．丁图，偏光太阳镜可以减少炫光，是光的偏振现象（多选）（2024•顺庆区校级一模）下列说法正确的是（）A．若做简谐运动的弹簧振子的周期为T，振子动能大小的变化周期为0.5T B．若某一物体运动过程中沿运动方向的合外力F与位移x之间满足关系F＝kx，说明该物体可能做简谐运动 C．与超声波相比，在相同条件下，频率较低的次声波更加容易发生明显衍射 D．根据折射率的计算式n=cvE．可以通过偏振现象区分横波与纵波题型5电磁振荡物理量的变化、LC振荡电路的周期和频率（2024•通州区模拟）LC振荡电路中，此时电容器上极板带正电，电流方向如图所示，则（）A．线圈两端电压减小 B．线圈中的电流减小 C．线圈中的磁通量减小 D．线圈中的磁场能减小（2024•浙江模拟）如图甲为电容器上极板电量q随时间t在一个周期内的变化图线，如图乙为LC振荡电路的某一状态下磁感线的情况。则（）A．图乙状态一定发生在0～t1时间内 B．图乙状态一定发生在t3～t4时间内 C．t1～t2时间内电路中磁场能增强 D．t2～t3时间内自感电动势减小（2024•深圳二模）图甲为测量储罐中不导电液体高度的电路，将与储罐外壳绝缘的两块平行金属板构成的电容C置于储罐中，电容C可通过开关S与电感L或电源相连。当开关从a拨到b时，由电感L与电容C构成的回路中产生的振荡电流如图乙所示。在平行板电容器极板面积一定、两极板间距离一定的条件下，下列说法正确的是（）A．储罐内的液面高度降低时，LC回路振荡电流的频率将变小 B．t1﹣t2内电容器放电 C．t2﹣t3内LC回路中电场能逐渐转化为磁场能 D．该振荡电流的有效值为2题型6电磁场理论、电磁波谱（2022