高中物理人教专题74 光的干涉、衍射和偏振（解析版）.docx

2023届高中物理一轮复****多维度导学与分层专练
专题74 光的干涉、衍射和偏振
导练目标
导练内容
目标1
光的干涉
目标2
光的衍射
目标3
光的偏振
【知识导学与典例导练】
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)(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＝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)(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。
【例1】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，狭缝的宽度d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．图乙是光的衍射图样
B．照射两条狭缝时，增加狭缝宽度，其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距增大
C．照射两条狭缝时，增加距离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，若光从狭缝到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是明条纹
【答案】C
【详解】A．图乙中的条纹等间距，所以是双缝干涉条纹图样，A错误；
BC．根据干涉公式当增加狭缝宽度d其他不变时，干涉条纹的中心间距减小，当增加距离L其他不变时，干涉条纹的中心间距增大，B错误，C正确；
D．光的路程差为半波长的奇数倍时，为相互减弱区，即暗条纹，故P点一定是暗条纹，D错误。故选C。
【例2】把一个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），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（　　）
A．将薄片向着劈尖移动使劈角变大时，条纹变疏
B．将薄片远离劈尖移动使劈角变小时，条纹变疏
C．将薄片向着劈尖移动使劈角变大时，条纹变密
D．将薄片向着劈尖移动使劈角变大时，条纹不变
【答案】BC
【详解】由于薄膜干涉中相邻亮条纹对应的薄膜厚度差恒定，将薄片向着劈尖移动使劈角变大时，相邻亮条纹间距变小，所以干涉条纹会变密；将薄片远离劈尖移动使劈角变小时，相邻亮条纹间距变大，所以干涉条纹会变疏；故AD错误，BC正确。故选BC。
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)。
【例3】小刚同学用光传感器完成如图甲有关光的实验，某次实验中，得到了如图乙所示的光强分布图，则下列说法正确的是（　　）
A．该同学观察到的是光的干涉图样
B．该同学观察到的是光的衍射图样
C．若仅减小激光器和中间缝屏的距离，则观察到条纹的宽度将不变
D．若换用光强更大、频率更低的激光，则观察到条纹的宽度将变大
E．该实验证明了光的波粒二象性
【答案