1、基础课时4 光的干涉、衍射和偏振知识梳理 知识点一、光的干涉 1.产生条件：两列光的_相同，振动方向_，且具有恒定的相位差，才能产生稳定的干涉图样。2.两种典型的干涉：(1)杨氏双缝干涉。原理如图1所示。频率相同图1 明、暗条纹的条件()单色光：形成_的条纹，中央为明条纹。a.光的路程差rr2r1k(k0，1，2，)，光屏上出现明条纹。明暗相间b.光的路程差rr2r1_(k0，1，2，)，光屏上出现暗条纹。(2k1)2()白光：光屏上出现_条纹，且中央亮条纹是_(填写颜色)。彩色白色相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距公式：x_。Ld(2)薄膜干涉。相干光：光照射到透明薄膜上，从薄膜的两个表面_的
2、两列光波。反射 图样特点：同双缝干涉，同一条亮(或暗)纹对应薄膜的_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。知识点二、光的衍射 偏振 1.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_，甚至比光的波长_的时候，衍射现象才会明显。(2)衍射条纹的特点：单缝衍射和圆孔衍射图样的比较。厚度相差不多还小 单缝衍射 圆孔衍射 单色光 中央为亮且宽的条纹，两侧为_的条纹，且越靠外，亮条纹的亮度_，宽度_ 中央是大且亮的圆形亮斑，周围分布着_的同心圆环，且越靠外，圆形亮条纹的亮度_，宽度_；亮环或暗环间的距离随圆孔半径的增大而_ 白光 中央为亮且宽的白色条纹
3、，两侧为亮度_、宽度_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_ 明暗相间越弱越小明暗相间越弱越小减小逐渐变暗变窄同心圆环 泊松亮斑(圆盘衍射)：当光照到_(选填“透明”或“不透明”)的半径很小的小圆盘上时，在圆盘的阴影中心出现_(在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环)。2.光的偏振现象(1)偏振 光波只沿_的方向的振动。(2)自然光 太阳、电灯等普通光源发出的光，包括在垂直于传播方向上沿_振动的光，而且沿各个方向振动的光波的_都相同，这种光叫做自然光。(3)偏振光 在_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
4、光是_。自然光通过偏振片后，就得到了偏振光。亮斑某一特定一切方向强度垂直横波不透明知识点三、实验：用双缝干涉测光的波长 1.实验原理：相邻两条明条纹间距x与入射光波长，双缝S1、S2间距d及双缝及屏的距离L满足的关系式为x_。Ld2.实验器材：双缝干涉仪、光具座、_、学生电源、导线、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头、刻度尺。3.实验步骤：(1)安装仪器。光源图2 将光源、遮光筒、_依次安放在光具座上。接好光源，打开开关，使白炽灯正常发光。调节各部件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏。安装单缝和双缝，中心位于遮光筒的轴线上，使双缝和单缝的缝_。(2)观察与记录。调单缝与双缝间
5、距为510 cm时，观察白光的_。在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。毛玻璃屏平行干涉条纹调节_刻度线对齐第 1 条亮条纹的中心，记下手轮上的读数 a1；转动手轮，使分划板向一侧移动，当分划板中心刻度线与第 n 条相邻的明条纹中心对齐时，记下手轮上的刻度数 a2，则相邻两条纹间的距离 x|a1a2|n1。测量头换用不同的滤光片，测量其他色光的波长。(3)数据处理：用刻度尺测量出双缝到光屏间的距离 L，由公式 dLx 计算波长，重复测量、计算，求出波长的平均值。思考 下列说法是否正确，正确的画“”，错误的画“”。(1)横波、纵波都能发生偏振现象。()(2)当振动情况完全相同的两个光源
6、与屏上某点的距离之差等于0时，出现亮条纹。()(3)在双缝干涉实验中，双缝的作用是使白光变成单色光。()(4)阳光下茂密的树荫中地面上的圆形亮斑是光的衍射形成的。()(5)阳光在水面的反射光是偏振光。()答案(1)(2)(3)(4)(5)诊断自测 1.(多选)下列属于光的干涉现象的是()解析 图A属于单缝衍射，图B属于薄膜干涉，图C属于薄膜干涉，图D属于白光的色散，故属于光的干涉现象的是B、C。答案 BC2.(多选)下述实验现象中，由于光的干涉而形成的现象有()A.水面上油膜的彩色条纹 B.肥皂泡上的彩色条纹 C.两块捏紧在一起的玻璃片上的彩色条纹 D.通过两支铅笔的狭缝所看到的远处日光灯的彩
7、色条纹 解析 水面上油膜、肥皂泡、两块捏紧在一起的玻璃片上产生的彩色条纹均为薄膜干涉。油膜上的彩色条纹是由于光经油膜上、下表面反射相遇干涉而形成的，肥皂泡上的彩色条纹是光经肥皂薄膜的前、后表面反射相遇干涉而形成的，两块捏紧在一起的玻璃片上的彩色条纹是光经玻璃片之间的空气层的上、下表面反射相遇干涉而形成的，而通过两支铅笔的狭缝所看到的日光灯的彩色条纹是单缝衍射的结果。答案 ABC 3.(多选)如图3所示，偏振片P的透振方向(用带有箭头的实线表示)为竖直方向。下列四种入射光束中，能在P的另一侧观察到透射光的是()图3 A.太阳光 B.沿竖直方向振动的光 C.沿水平方向振动的光 D.沿与竖直方向成4
8、5角方向振动的光 解析 偏振片只让沿某一方向振动的光通过，当偏振片的透振方向与光的振动方向不同时，透射光的强度不同，它们平行时最强，而垂直时最弱。太阳光是自然光，光波可沿任何方向振动，所以在P的另一侧能观察到透射光；沿竖直方向振动的光，振动方向与偏振片的透振方向相同，当然可以看到透射光；沿水平方向振动的光，其振动方向与透振方向垂直，所以看不到透射光；沿与竖直方向成45角方向振动的光，其振动方向与透振方向不垂直，仍可看到透射光。答案 ABD 4.在观察光的双缝干涉现象的实验中：(1)将激光束照在如图4乙所示的双缝上，在光屏上观察到的现象是图4甲中的_。图4(2)换用间隙更小的双缝，保持双缝到光屏
9、的距离不变，在光屏上观察到的条纹宽度将_；保持双缝间隙不变，减小光屏到双缝的距离，在光屏上观察到的条纹宽度将_(以上均选填“变宽”、“变窄”或“不变”)。解析(1)双缝干涉图样是平行且等宽的明暗相间的条纹，A 图正确；(2)根据 xLd知，双缝间的距离 d 减小时，条纹间距变宽；当双缝到屏的距离 L 减小时，条纹间距变窄。答案(1)A(2)变宽 变窄 考点一 光的干涉及衍射 单缝衍射与双缝干涉的比较 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
10、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【例1】关于杨氏双缝干涉实验，下列说法正确的是()A.单缝的作用是获得频率相同的两相干光源 B.双缝的作用是获得两个振动情况相同的相干光源 C.光屏上距两缝的路程差等于半个波长的整数倍处出现暗条纹 D.照射到单缝的单色光的频率越高，光屏上出现的条纹越宽 解析 单缝的作用是获得一束细光，故 A 错误；双缝的作用是将一束光分成两束完全相同的光，B 正确；屏上出现暗条纹处距两狭缝的路程差等于半个波长的奇数倍，故 C 错误；单色光的频率越高，波长越短，根据 xLd，相邻条纹的间距越小，条纹越窄，故 D 错误。答案 B
11、【例2】(多选)抽制高强度纤维细丝可用激光监控其粗细，如图5所示，激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板的同样宽度的窄缝规律相同。观察光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可判断细丝粗细的变化，下列叙述中正确的是()图5 A.这里应用的是光的衍射现象 B.这里应用的是光的干涉现象 C.如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗 D.如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细 解析 由于是激光束越过细丝即绕过障碍物，所以是光的衍射现象，当抽制的丝变细的时候，丝的直径较接近激光的波长，条纹间距就大，A、D正确。答案 AD【变式训练】1.干涉和衍射的图样(多选)如图6所示，甲、乙为单色光通过窄缝后形成的明暗相间的两
12、种条纹图样。下列选项中说法正确的是()图6 A.甲为单缝衍射的图样B.乙为双缝干涉的图样 C.甲为双缝干涉的图样D.乙为单缝衍射的图样 解析 干涉图样是等间距的，衍射图样是中间宽两边窄的。答案 AB 2.薄膜干涉(多选)把一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7所示。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()图7 A.干涉条纹是光在空气尖劈膜的前后两表面反射形成的两列光波叠加的结果 B.干涉条纹中的暗条纹是上述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果 C.将上玻璃板平行上移，条纹向着劈尖移动 D.观察薄膜干涉条纹时，应在入射光的另一
13、侧 解析 根据薄膜干涉的产生原理，上述现象是由空气膜前后表面反射的两列光叠加而成，当波峰与波峰、波谷与波谷相遇叠加时，振动加强，形成亮条纹，所以A项正确，B项错误；因相干光是反射光，故观察薄膜干涉时，应在入射光的同一侧，故D项错误；条纹的位置与空气膜的厚度是对应的，当上玻璃板平行上移时，同一厚度的空气膜向劈尖移动，故条纹向着劈尖移动，故C项正确。答案 AC 考点二 光的偏振现象 自然光和偏振光的比较 自然光(非偏振光)偏振光 光的来源 直接从光源发出的光 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，光振动沿任意方向，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
14、平面内，光振动沿特定方向【例3】如图8所示，白炽灯的右侧依次平行放置偏振片P和Q，A点位于P、Q之间，B点位于Q右侧。旋转偏振片P，A、B两点光的强度变化情况是()图8 A.A、B均不变B.A、B均有变化 C.A不变，B有变化D.A有变化，B不变 解析 白炽灯光包含向各方向振动的光，且各个方向振动的光的强度相等，所以旋转偏振片P时各方向透射光强度相同，故A点光的强度不变；白炽灯光经偏振片P后变为偏振光，当P旋转时，只有与Q的偏振方向一致时才有光透过，因此B点的光强有变化，选项C正确。答案 C【变式训练】3.光的偏振现象说明光是横波。下列现象中不能反映光的偏振特性的是()A.一束自然光相继通过两
15、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 解析 在垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定方向振动的光是偏振光，选项A、B反映了光的偏振特性，C是偏振现象的应用，D是光的衍射现象。答案 D 考点三 实验：用双缝干涉测光的波长【例4】2015新课标全国卷，34(1)在双缝干涉实验中，分别用红色和绿色的激光照射同一双缝。在双缝后的屏幕上，红光的干涉条纹间距x
16、1与绿光的干涉条纹间距x2相比，x1_x2(填“”、“”或“”)。若实验中红光的波长为630 nm，双缝与屏幕的距离为1.00 m，测得第1条到第6条亮条纹中心间的距离为10.5 mm，则双缝之间的距离为_ mm。解析 双缝干涉条纹间距xLd，红光波长长，所以红光的双缝干涉条纹间距较大，即 x1x2。相邻条纹间距 x10.5 mm52.1 mm2.1103 m，根据 xLd 可得 dLx0.3 mm。答案 0.3【变式训练】4.某同学用图9甲所示的实验装置做“用双缝干涉测量光的波长”实验，他用带有游标尺的测量头(如图乙所示)测量相邻两条亮条纹间的距离x。转动测量头的手轮，使分划板的中心刻线对齐
17、某一条亮条纹(将这一条纹确定为第一亮条纹)的中心，此时游标尺上的示数如图丙所示，再转动测量头的手轮，使分划板的中心刻线对齐第6条亮条纹的中心，此时游标尺上的示数情况如图丁所示，则图丁的示数x2_mm。如果实验所用双缝之间的距离d0.20 mm，双缝到屏的距离L60 cm。根据以上数据可得出光的波长_nm(保留1位小数)。图9 解析 由游标卡尺的读数规则以及干涉条纹与波长的关系分析求解。x28 mm190.05 mm8.95 mm。由 xLd，xx2x15，x120.05 mm0.10 mm，代入数据解得 590.0 nm。答案 8.95 590.0 1.在双缝干涉实验中，以白色光为光源，在屏上
18、观察到了彩色干涉条纹，若在双缝中的一缝前放一红色滤光片(只能透过红光)，另一缝前放一绿色滤光片(只能透过绿光)，这时()A.只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其他颜色的双缝干涉条纹消失 B.红色和绿色的双缝干涉条纹都不存在，其他颜色的双缝干涉条纹依然存在 C.任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮 D.屏上无任何光亮 解析 两列光波发生干涉的条件之一是频率相同，利用双缝将一束光分成能够发生干涉的两束光，可在光屏上形成干涉条纹，当分别用绿色滤光片和红色滤光片挡住两条缝后，红光和绿光频率不同，不能发生干涉，因此屏上不会存在双缝干涉条纹，选项C正确。答案 C 2.如图10所示的实验装置观察光的薄
19、膜干涉现象。图(a)是点燃的酒精灯(在灯芯上洒些盐)，图(b)是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属丝圈。将金属丝圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是()图10 A.当金属丝圈旋转30时干涉条纹同方向旋转30 B.当金属丝圈旋转45时干涉条纹同方向旋转90 C.当金属丝圈旋转60时干涉条纹同方向旋转30 D.干涉条纹保持原来状态不变 解析 金属丝圈的转动，改变不了肥皂液膜的上薄下厚的形状，由干涉原理可知干涉条纹与金属丝圈在该竖直平面内的转动无关，仍然是水平的干涉条纹，A、B、C错误，D正确。答案 D 3.如图11所示，让太阳光通过M上的小孔S后照射到M右方的一偏振片P上，P的右侧再放一光屏
20、Q，现使P绕着平行于光传播方向的轴匀速转动一周，则关于光屏Q上的亮度变化情况，下列说法中正确的是()图11 A.只有当偏振片转到某一适当位置时光屏被照亮，转到其他位置时光屏上无亮光 B.光屏上亮、暗交替变化 C.光屏上亮度不变 D.光屏上只有一条亮线随偏振片转动而转动 答案 C 4.(多选)2015新课标全国卷，34(1)如图12，一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，经折射后射出a、b两束光线。则()图12 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
21、角逐渐变大，则折射光线a首先消失 E.分别用a、b光在同一个双缝干涉实验装置上做实验，a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距 解析 由题图可知，a 光的折射角大于 b 光的折射角，根据折射定律可以判断出玻璃砖对 a 光的折射率大于对 b 光的折射率，故C 错误；根据 ncv可知，在玻璃中，a 光的传播速度小于 b 光的传播速度，故 A 正确；a 光的频率大于 b 光的频率，根据 c可知，在真空中 a 光的波长小于 b 光的波长，故 B 正确；若改变光束的入射方向使角逐渐变大，因为 a 光的折射率大，则折射光线 a 首先消失，故 D 正确；a 光的波长小于 b 光的波长，分别用a、b 光在同一
22、个双缝干涉实验装置上做实验，a 光的干涉条纹间距小于 b 光的干涉条纹间距，故 E 错误。答案 ABD 5.(2016浙江杭州模拟)现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在如图13所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长。图13(1)将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，表示各光学元件的字母排列顺序应为C、_、_、_、A。(2)本实验的步骤有：取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能沿遮光筒的轴线把屏照亮；按合理的顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上；用刻度尺测量双缝到屏的距离；用测
23、量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮纹间的距离。在操作步骤时还应注意_和_。(3)将测量头的分划板中心刻线与某条亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮条纹，此时手轮上的示数如图14甲所示。然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮条纹中心对齐，记下此时图乙中手轮上的示数为_mm，求得相邻亮条纹的间距x为_mm。图14(4)已知双缝间距d为2.0104 m，测得双缝到屏的距离L为0.700 m，由计算式_，求得所测红光波长为_nm。解析(1)滤光片E可以从白光中选出单色红光，单缝D是获取线光源，双缝B是获得相干光源，最后成像在毛玻璃屏A上。所以排列顺序为：C、E、D、B、A。(2)在操作步骤时应注意的事项有：放置单缝、双缝时，必须使缝平行；单缝、双缝间的距离要适当；要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一轴线上。(3)示数为 13.870 mm，x13.8702.32061mm2.310 mm。(4)由 xLd 得 dLx，代入数据得6.6107 m660 nm。答案(1)E D B(2)放置单缝、双缝时，必须使缝平行 单缝、双缝间的距离要适当(3)13.870 2.310(4)dLx 660小结巧记2 个条件光发生干涉和明显衍射的条件1 个区别光干涉图象和衍射图象的区别1 个公式干涉图象条纹间距公式 xLd