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第3講　光的干涉、衍射和偏振
情境導思 如圖所示,甲、乙、丙、丁四個圖是不同的單色光形成的雙縫干涉或單縫衍射圖樣。 (1)哪兩個是干涉條紋 哪兩個是衍射條紋 (2)分析一下發生干涉和明顯衍射現象的條件。 (3)分別比較甲、乙和丙、丁的波長大小。
【答案】 亮　暗　等間距　相同
考點一　光的干涉現象
(1)如圖所示,S1和S2之間的距離為d,雙縫到屏的距離為l,O1為S1和S2的中點,O為屏上正對O1的一點,P到O點的距離為x,求出從S1、S2入射的兩束光到達屏上P點的路程之差(用d、l、x表示)。
提示:由題圖可得=l2+(x-)2,=,-=(r2-r1)(r2+r1)=2dx,由于d l,有r1+r2≈2l,可得r2-r1=x。
(2)根據機械波中干涉的原理,你認為兩束光在P點相互加強(或減弱)的路程之差有怎樣的關系
提示:根據機械波干涉原理,兩束光到屏上某點路程之差為波長的整數倍時,兩束光相互加強,若路程之差為半波長的奇數倍時相互減弱。
1.光的雙縫干涉現象
(1)亮、暗條紋的位置判斷方法。
①相干光源S1、S2發出的光到屏上P點的路程差r2-r1=nλ(n=0,±1,±2,…)時,光屏上出現亮條紋。
②當路程差r2-r1=(2n+1)(n=0,±1,±2,…)時,光屏上出現暗條紋。
(2)條紋間距公式:Δx=λ,其中l是雙縫到光屏的距離,d是雙縫中心間的距離,λ是光波的波長。
2.薄膜干涉
(1)形成原因:如圖甲所示,豎直的肥皂液膜,由于重力的作用,形成上薄下厚的楔形。光照射到薄膜上時,在膜的前表面AA′和后表面BB′分別反射回來,形成兩列頻率相同的光波,并且疊加。
(2)亮、暗條紋的判斷。
①在P1、P2處,兩個表面反射回來的兩列光波的路程差Δr等于波長的整數倍,即Δr=nλ(n=0,±1,±2,…),薄膜上出現亮條紋。
②在Q處,兩列反射回來的光波的路程差Δr等于半波長的奇數倍,即Δr=(2n+1)(n=0,±1,±2,…),薄膜上出現暗條紋。
(3)薄膜干涉的應用。
①干涉法檢查平整度:如圖乙所示,兩板之間形成一楔形空氣膜,用單色光從上向下照射,如果被檢查平面是平整光滑的,我們會觀察到平行且等間距的明暗相間的條紋;若被檢查平面不平整,則干涉條紋發生彎曲。
乙
②增透膜。
[例1] 【對雙縫干涉的理解】 (2024·黑吉遼卷,4)某同學自制雙縫干涉實驗裝置,在紙板上割出一條窄縫,于窄縫中央沿縫方向固定一根拉直的頭發絲形成雙縫,將該紙板與墻面平行放置,如圖所示。用綠色激光照雙縫,能在墻面上觀察到干涉條紋。下列做法可以使相鄰兩條亮紋中央間距變小的是(　　)
[A] 換用更粗的頭發絲
[B] 換用紅色激光照雙縫
[C] 增大紙板與墻面的距離
[D] 減小光源與紙板的距離
【答案】 A
【解析】 由干涉條紋間距公式Δx=λ可知,換用更粗的頭發絲,雙縫間距d變大,則相鄰兩條亮紋中央間距Δx變小,故A正確;換用紅色激光照雙縫,波長變長,則相鄰兩條亮紋中央間距Δx變大,故B錯誤;增大紙板與墻面的距離l,則相鄰兩條亮紋中央間距Δx變大,故C錯誤;減小光源與紙板的距離,不會影響相鄰兩條亮紋中央間距Δx,故D錯誤。
[變式] 【洛埃境實驗中的干涉現象】 (2024·廣西卷,9)(多選)如圖,S為單色光源,S發出的光一部分直接照在光屏上,一部分通過平面鏡反射到光屏上。從平面鏡反射的光相當于S在平面鏡中的虛像發出的,由此形成了兩個相干光源。設光源S到平面鏡和到光屏的距離分別為a和l,a l,鏡面與光屏垂直,單色光波長為λ。下列說法正確的是(　　)
[A] 光屏上相鄰兩條亮條紋的中心間距為λ
[B] 光屏上相鄰兩條暗條紋的中心間距為λ
[C] 若將整套裝置完全浸入折射率為n的蔗糖溶液中,此時單色光的波長變為nλ
[D] 若將整套裝置完全浸入某種透明溶液中,光屏上相鄰兩條亮條紋的中心間距為Δx,則該液體的折射率為λ
【答案】 AD
【解析】 根據平面鏡成像特點可知光源S與平面鏡中的虛像距離為2a,根據條紋間距公式可知Δx′=λ=λ,故A正確,B錯誤;若將裝置浸入折射率為n的蔗糖溶液中,光的頻率不變,根據c=λf,v=λ′f=,可得λ′=,故C錯誤;若將裝置浸入某種透明溶液中,由Δx=λ″,可得 λ″=,結合選項C的分析可知λ″=,解得n′=λ,故D正確。
[例2] 【薄膜干涉】 (2023·山東卷,5)如圖所示為一種干涉熱膨脹儀原理圖。G為標準石英環,C為待測柱形樣品,C的上表面與上方標準平面石英板之間存在劈形空氣層。用單色平行光垂直照射上方石英板,會形成干涉條紋。已知C的膨脹系數小于G的膨脹系數,當溫度升高時,下列說法正確的是(　　)
[A] 劈形空氣層的厚度變大,條紋向左移動
[B] 劈形空氣層的厚度變小,條紋向左移動
[C] 劈形空氣層的厚度變大,條紋向右移動
[D] 劈形空氣層的厚度變小,條紋向右移動
【答案】 A
【解析】 由題知,C的膨脹系數小于G的膨脹系數,當溫度升高時,G增長的高度大于C增長的高度,則劈形空氣層的厚度變大,且同一厚度的空氣層向劈尖移動,則條紋向左移動。
判斷薄膜干涉條紋移動的方法
(1)盯住一個條紋,觀察該條紋移動的方向,例如,盯住路程差Δr=5λ的條紋(假設這個條紋存在)。由條紋的定義我們知道,每個條紋都對應著特定的路程差,這是條紋本身的屬性,Δr=5λ是該條紋的屬性。因此,當路程差發生變化時,我們盯住的這個條紋一定要保持自己的屬性,它將朝著路程差依然滿足Δr=5λ的位置移動。在空氣劈尖薄膜干涉中,當楔角減小時,原干涉條紋所在處相干反射光的路程差減小了,所以該條紋就向著路程差增加的方向移動,以找到一個位置,且此時該位置處相干反射光的路程差正是那個條紋在未移動以前所在處的路程差(Δr=5λ),如圖,條紋將朝著背離棱邊的方向移動。
(2)盯住一個條紋,判斷路程差變化的趨勢,當路程差增加或減少時條紋依然要保持路程差維持原數值不變,條紋保持其屬性的能力,與力學中物體保持其運動狀態不變的慣性相似。這也可以看作是條紋的“慣性”。
[變式] 在[例2]中,若用波長為λ的單色光垂直照射,保持C溫度不變,當G的溫度由t1變為t2時,發現有n個條紋通過D點(石英板上表面上的點,圖中未畫出),則溫度變化前后觀察到的條紋數目是否相同 G的高度變化了多少
【答案】 相同　
【解析】 任意相鄰亮條紋與暗條紋中心位置所對應的薄膜厚度差為,根據幾何關系可得tan θ=,由于任意相鄰亮條紋或暗條紋所對應的薄膜厚度差恒定,又頂角θ很小,則有θ≈tan θ=,解得Δx=,即劈尖干涉條紋間距取決于入射光線的波長和劈形空氣層的頂角,而入射光線的波長λ和劈形空氣層的頂角θ均不變,故溫度變化過程中條紋間距不變,由于石英板的寬度一定,所以溫度變化前后觀察到的條紋數目相同;當路程差等于半波長的偶數倍,出現亮條紋,當路程差等于半波長的奇數倍,出現暗條紋,若G的溫度由t1變為t2,發現有n個條紋通過D點,則說明同一位置路程差變化了Δs=n·,故G的高度變化了Δh=nΔx·tan θ=。
考點二　光的衍射和偏振現象
1.對光的衍射的理解
(1)波長越長,衍射現象越明顯。在任何情況下都可以發生衍射現象,只是明顯與不明顯的差別。
(2)衍射現象說明“光沿直線傳播”只是一種特殊情況,只有在光的波長比障礙物或狹縫小得多時,光才可以看作是沿直線傳播的。
2.衍射條紋的特點
(1)單縫衍射和圓孔衍射圖樣的比較。
項目 單縫衍射 圓孔衍射
單 色 光 中央為亮且寬的條紋,兩側為明暗相間的條紋,且越靠外,亮條紋的亮度越弱,寬度越小 中央是大且亮的圓形亮斑,周圍分布著明暗相間的同心圓環,且越靠外,圓形亮條紋的亮度越弱,寬度越小;亮環或暗環間的距離隨圓孔半徑的增大而減小
白光 中央為亮且寬的白色條紋,兩側為亮度逐漸變暗、寬度變窄的彩色條紋,其中最靠近中央的色光是紫光,離中央最遠的是紅光 中央是大且亮的白色亮斑,周圍是不等間距的彩色的同心圓環
(2)泊松亮斑(圓盤衍射):當光照到不透明的半徑很小的小圓盤上時,在圓盤的陰影中心出現亮斑(在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環)。
3.光的偏振
(1)自然光與偏振光的比較。
類別 自然光(非偏振光) 偏振光
光的 來源 從普通光源發出的光 自然光通過偏振片后的光
光的振 動方向 在垂直于光的傳播方向的平面內,光沿任意方向振動,且沿各個方向振動的光波的強度相同 在垂直于光的傳播方向的平面上,光沿某個特定方向振動
(2)偏振光的應用:加偏振濾光片的照相機鏡頭、液晶顯示器、立體電影、消除車燈眩光等。
[例3] 【單縫衍射與雙縫干涉的比較】 (2024·山東青島期末)如甲、乙兩圖所示是某同學在做光的單縫衍射和楊氏雙縫干涉實驗時利用光照強度傳感器測得的條紋相對光強I隨水平距離x的分布圖像。下列有關光的干涉和衍射現象說法正確的是(　　)
[A] 甲發生的是干涉現象,乙發生的是衍射現象
[B] 無論發生甲、乙哪種現象,當只減小縫寬度時,兩現象條紋間距均變大
[C] 當所用光線由紅光變成藍光時,甲現象條紋間距變大,乙現象條紋間距減小
[D] 發生甲現象時,說明光沒有沿直線傳播
【答案】 D
【解析】 單縫衍射實驗中,中間條紋寬度最大且最亮,而在雙縫干涉實驗中,形成的亮暗條紋間距相等,亮條紋中心處光強最強,暗條紋中心處光強最弱,故題圖甲發生的是衍射現象,題圖乙發生的是干涉現象,故A錯誤;單縫衍射中,縫寬度越窄,光的波長越長,條紋間距越大,而雙縫干涉中,由條紋間距公式Δx=λ可知,縫寬度與條紋間距無關,故B、C錯誤;甲現象為光的衍射,即光繞過障礙物繼續傳播,可知發生甲現象時,說明光沒有沿直線傳播,故D正確。
單縫衍射與雙縫干涉的比較
項目 單縫衍射 雙縫干涉
不 同 點 條紋 寬度 條紋寬度不等,中央最寬 條紋寬度相等
條紋 間距 各相鄰條紋間距不等 各相鄰條紋等間距
亮度 情況 中央條紋最亮,兩邊變暗 條紋清晰,亮度基本相同
相同點 干涉、衍射都是波特有的現象,屬于波的疊加;干涉、衍射都有明暗相間的條紋
[例4] 【光的偏振】 (2023·天津卷,4)下列四幅圖說明了四種光的現象,其中能說明光是橫波的是(　　)
[A] 全反射 [B] 干涉
[C] 偏振 [D] 衍射
【答案】 C
【解析】 光的全反射現象是光由光密介質射向光疏介質界面時的一種特殊情況,不能確定光是橫波還是縱波,故A錯誤;干涉和衍射是所有波的特性,不能確定光是橫波還是縱波,只能說明光具有波動性,故B、D錯誤;光的偏振現象說明振動方向與光的傳播方向垂直,即說明光是橫波,故C正確。
(滿分:50分)
對點1.光的干涉現象
1.(4分)(2025·內蒙古高考適應性考試)增透膜被廣泛應用于各種光學透鏡。如圖,入射光1以接近法線方向入射鍍膜鏡片,反射光2和3在P處相干減弱,則2和3在P處的光振動圖像可能為(　　)
　　　
[A] [B]
　　　
[C] [D]
【答案】 C
【解析】 由題圖可知,2和3兩束光傳播方向相同,在P處相干減弱,所以兩束光在P處振動方向相反,并且兩列波的相位差恒定,可知C正確。
2.(4分)(2025·山東濟寧階段練習)某興趣小組做雙縫干涉實驗,用某單色光照射單縫,如圖所示在屏上P1處出現第2級亮條紋。僅改變雙縫間距后,P1處出現第2級暗條紋,則改變后雙縫間距是原來的(　　)
[A] [B] 倍 [C] [D] 倍
【答案】 A
【解析】 設P、P1間的距離為x,P1處出現第2級亮條紋時,根據雙縫干涉條紋間距公式有x=2λ,P1處出現第2級暗條紋時x=1.5×λ,則改變后雙縫間距d2=d1。故選A。
3.(6分)(2025·云南昆明階段練習)(多選)把一個凸透鏡壓在一塊平面玻璃上(圖甲),在透鏡的下表面和平面玻璃的上表面之間形成一個很薄的空氣狹縫層。讓單色光從上方射入(示意圖如圖乙),從上往下看凸透鏡,可以觀察到環狀圓形條紋,這些條紋叫作牛頓環,則下列說法正確的是(　　)
[A] 牛頓環是由凸透鏡下表面的反射光與平面玻璃的上表面的反射光疊加產生的
[B] 若把入射的單色光從綠色換為紅色,觀察到的條紋間距會變小
[C] 從透鏡圓心到透鏡邊緣,觀察到的條紋是等距的環狀圓形條紋
[D] 從透鏡圓心到透鏡邊緣,觀察到的圓形條紋間距是變小的
【答案】 AD
【解析】 牛頓環由凸透鏡下表面的反射光與平面玻璃上表面的反射光疊加而成,故A正確;入射的單色光從綠色換為紅色,紅色光的波長比綠色光波長長,觀察到的條紋間距應變大,故B錯誤;從透鏡圓心到透鏡邊緣,空氣膜的厚度不是均勻變化,觀察到的圓形條紋不可能是等距的環狀圓形條紋,故C錯誤;越靠近透鏡邊緣,空氣膜的厚度變化越大,觀察到的圓形條紋間距變小,條紋變密,故D正確。
4.(4分)(2025·遼寧阜新模擬)如圖所示,AB、CD、DE為三個透明平板固定放置,AB水平,CD的傾角比DE的傾角大。一束平行光豎直向下入射,下列干涉條紋的圖像可能正確的是(　　)
[A] [B]
　
[C] [D]
【答案】 A
【解析】光線在空氣膜的上、下表面發生反射,并發生干涉,從而形成干涉條紋。設空氣膜頂角為θ,d1、d2處為兩相鄰亮條紋,如圖所示,則兩處亮條紋的路程差分別為 Δr1=2d1,Δr2=2d2,因為當路程差等于nλ(n=0,1,2,…)時表現為亮條紋,所以有Δr2-Δr1=λ,則d2-d1=λ,設兩相鄰亮條紋中心的距離為Δx,則由幾何關系得=tan θ,即Δx=,可知夾角越小,相鄰兩條亮條紋間距越大,根據題意CD的傾角比DE的傾角大,故左側對應部分相鄰兩亮條紋間距小于右側相鄰兩亮條紋間距,且干涉條紋是等間距的。故選A。
對點2.光的衍射和偏振現象
5.(4分)(2025·上海徐匯模擬)某同學在相同條件下用激光分別照射S1、S2、S3、S4四片光學片,得到如圖所示條紋,可知(　　)
[A] S1、S2均為單縫片,S1縫寬較大
[B] S1、S2均為雙縫片,S1縫距較大
[C] S3、S4均為單縫片,S3縫寬較大
[D] S3、S4均為雙縫片,S3縫距較大
【答案】 C
【解析】 單縫衍射條紋的中央亮條紋的寬度大于兩側的條紋的寬度,形成的衍射條紋為間距不等的明暗相間的條紋;光的雙縫干涉條紋是等寬度、等亮度、明暗相間的條紋。根據條紋間距與波長的關系式Δx=λ 可知,雙縫干涉時,雙縫間距d越小,干涉條紋間距越大;根據單縫衍射的圖樣特點可知,做單色光單縫衍射實驗時,當光的波長一定時,單縫越寬,中央亮條紋越窄。故選C。
6.(4分)(2024·重慶南岸期中)在光的傳播方向上分別放置單縫、雙縫、小圓孔和小圓板后,分別得到如圖所示圖樣,由單縫衍射實驗得到的圖樣是(　　)
[A] [B]
[C] [D]
【答案】 C
【解析】 A選項圖樣是雙縫干涉條紋,B選項圖樣是小圓孔衍射,C選項圖樣是單縫衍射,D選項圖樣是小圓板衍射。
7.(6分)(2025·北京東城模擬)(多選)圖甲、圖乙分別為研究光現象的兩個實驗,下列說法正確的是(　　)
[A] 圖甲正中央的亮點是由于光通過小圓板發生光的衍射得到的
[B] 圖甲所示現象是光線通過一個不透光的圓盤得到的衍射圖樣,它與光通過圓孔得到的衍射圖樣是一樣的
[C] 圖乙中的P、Q是偏振片,P固定不動,緩慢轉動Q,只有如圖中所示P、Q的透振方向互相平行時光屏才是亮的
[D] 圖乙所示現象可以表明光波是橫波
【答案】 AD
【解析】 題圖甲正中央的亮點是由于光通過小圓板發生光的衍射得到的,故A正確;圓孔衍射是光的衍射現象的一種,光波通過細小圓孔后產生的衍射,屏上中央亮區多,暗區少,與光線通過一個不透光的圓盤得到的衍射圖樣不一樣,故B錯誤;題圖乙中的P、Q是偏振片,P固定不動,緩慢轉動Q,P、Q的透振方向互相平行時光屏是最亮的,P、Q的透振方向互相垂直時光屏是暗的,其他一般的夾角位置,亮度介于兩者之間,故C錯誤;只有橫波才能產生偏振現象,故光的偏振現象表明光是一種橫波,故D正確。
8.(6分)(2025·山東棗莊模擬)(多選)利用薄膜干涉原理可以測量金屬絲的直徑。將矩形的平行薄玻璃板AB放在水平標準工件的上面,右側墊有粗細均勻的直金屬絲,在標準工件與玻璃板之間形成一個楔形空氣膜,其截面如圖所示。用波長為λ的光,垂直標準工件方向射向玻璃板,在玻璃板上方形成平行條紋,測出相鄰亮條紋中心間的距離為Δx,金屬絲與標準工件的接觸點D到楔形空氣膜頂端C點的距離為L,下列說法正確的是(　　)
[A] 條紋方向垂直于CD
[B] 金屬絲的直徑為
[C] 當金屬絲向右移動少許時,Δx變小
[D] 在同一位置換用更細的金屬絲時,Δx變小
【答案】 AB
【解析】 根據薄膜干涉原理,干涉條紋平行等寬,方向應垂直于CD,故A正確;設金屬絲直徑為d,玻璃板與標準工件間夾角為α,由幾何關系有tan α≈,當光垂直標準工件方向射向玻璃板時,得到干涉條紋,相鄰兩亮條紋對應劈尖厚度差為Δy=,由幾何關系有tan α=,則≈,則d≈,故B正確;當金屬絲向右移動少許時,即L增大,則Δx變大,故C錯誤;在同一位置換用更細的金屬絲時,L不變,d減小,則Δx變大,故D錯誤。
9.(6分)(2024·山東煙臺期末)(多選)某同學為觀察雙縫干涉和單縫衍射實驗現象,準備了玻璃片、刀片、蠟燭、紅、藍兩支激光筆、光屏等器材。他先用蠟燭將玻璃片的一面熏黑,再用刀片在熏黑的一面割制成一組雙縫和一條單縫。實驗中,他將玻璃片和光屏豎直平行放置,再用激光筆照射單、雙縫,得到如圖甲、乙圖樣,圖丙中激光筆垂直玻璃片照射,屏中心O到兩狹縫S1、S2的距離相等,P為光屏上的一點。則下列說法正確的是(　　)
[A] 圖乙是單縫衍射圖樣
[B] 激光筆照射單縫時,紅光得到的圖樣的中央亮條紋的寬度比藍光的稍寬
[C] 激光筆照射雙縫時,若將屏向遠離雙縫方向移動,則條紋間距將變寬
[D] 激光筆照射雙縫時,若P到兩狹縫S1、S2的距離差為入射光波長的5倍,則P處為暗條紋
【答案】 BC
【解析】 雙縫干涉圖樣的兩相鄰亮或暗條紋中心的間距相等,故題圖乙為雙縫干涉圖樣,衍射圖樣的條紋中間寬、兩側窄,故題圖甲為單縫衍射圖樣,故A錯誤;由單縫衍射的特點可知,當單縫寬度不變時,入射光的波長越長,中央亮條紋越寬,因紅光波長比藍光波長長,紅光得到的圖樣的中央亮條紋的寬度比藍光的稍寬,故B正確;根據雙縫干涉條紋間距公式Δx=λ可知,若將屏向遠離雙縫方向移動,即l變大,則條紋間距將變寬,故C正確;用激光筆照射雙縫時,若S1、S2到P點的距離差為入射光波長的整數倍,則兩光波到達P點時相互加強,為亮條紋,故D錯誤。
10.(6分)(2024·湖南卷,9)(多選)1834年,洛埃利用平面鏡得到楊氏雙縫干涉的結果(稱洛埃鏡實驗),平面鏡沿OA放置,靠近并垂直于光屏。某同學重復此實驗時,平面鏡意外傾斜了某微小角度θ,如圖所示。S為單色點光源。下列說法正確的是(　　)
[A] 沿AO向左略微平移平面鏡,干涉條紋不移動
[B] 沿OA向右略微平移平面鏡,干涉條紋間距減小
[C] 若θ=0°,沿OA向右略微平移平面鏡,干涉條紋間距不變
[D] 若θ=0°,沿AO向左略微平移平面鏡,干涉條紋向A處移動
【答案】 BC
【解析】 根據題意畫出光路圖,如圖甲所示,
S發出的光與通過平面鏡反射的光(可以等效成虛像S′發出的光)是同一列光分成的,滿足相干光條件,所以實驗中的相干光之一是通過平面鏡反射的光,且該干涉可看成雙縫干涉。設S與S′的距離為d=2a,光源S到光屏的距離為l,代入雙縫干涉條紋間距公式Δx=,可得相鄰亮條紋的間距為Δx=。若θ=0°,沿OA向右(或沿AO向左)略微平移平面鏡,對l和d均沒有影響,則干涉條紋間距不變,也不會移動,故C正確,D錯誤。畫出平面鏡與水平面有微小夾角的干涉光路圖,如圖乙所示,
沿OA向右略微平移平面鏡,即圖乙中從①位置到②位置,由圖乙可看出雙縫的間距d增大,由Δx=可知,干涉條紋間距減小,故B正確。如圖乙所示,沿AO向左略微平移平面鏡,即圖乙中從②位置到①位置,由圖乙可看出干涉條紋向上移動,故A錯誤。
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情境導思 如圖所示,甲、乙、丙、丁四個圖是不同的單色光形成的雙縫干涉或單縫衍射圖樣。 (1)哪兩個是干涉條紋 哪兩個是衍射條紋 (2)分析一下發生干涉和明顯衍射現象的條件。 (3)分別比較甲、乙和丙、丁的波長大小。
考點一　光的干涉現象
(1)如圖所示,S1和S2之間的距離為d,雙縫到屏的距離為l,O1為S1和S2的中點,O為屏上正對O1的一點,P到O點的距離為x,求出從S1、S2入射的兩束光到達屏上P點的路程之差(用d、l、x表示)。
提示:由題圖可得=l2+(x-)2,=,-=(r2-r1)(r2+r1)=2dx,由于d l,有r1+r2≈2l,可得r2-r1=x。
(2)根據機械波中干涉的原理,你認為兩束光在P點相互加強(或減弱)的路程之差有怎樣的關系
提示:根據機械波干涉原理,兩束光到屏上某點路程之差為波長的整數倍時,兩束光相互加強,若路程之差為半波長的奇數倍時相互減弱。
1.光的雙縫干涉現象
(1)亮、暗條紋的位置判斷方法。
①相干光源S1、S2發出的光到屏上P點的路程差r2-r1=nλ(n=0,±1,±2,…)時,光屏上出現亮條紋。
②當路程差r2-r1=(2n+1)(n=0,±1,±2,…)時,光屏上出現暗條紋。
(2)條紋間距公式:Δx=λ,其中l是雙縫到光屏的距離,d是雙縫中心間的距離,λ是光波的波長。
2.薄膜干涉
(1)形成原因:如圖甲所示,豎直的肥皂液膜,由于重力的作用,形成上薄下厚的楔形。光照射到薄膜上時,在膜的前表面AA′和后表面BB′分別反射回來,形成兩列頻率相同的光波,并且疊加。
(2)亮、暗條紋的判斷。
①在P1、P2處,兩個表面反射回來的兩列光波的路程差Δr等于波長的整數倍,即Δr=nλ(n=0,±1,±2,…),薄膜上出現亮條紋。
②在Q處,兩列反射回來的光波的路程差Δr等于半波長的奇數倍,即Δr=(2n+1)(n=0,±1,±2,…),薄膜上出現暗條紋。
(3)薄膜干涉的應用。
①干涉法檢查平整度:如圖乙所示,兩板之間形成一楔形空氣膜,用單色光從上向下照射,如果被檢查平面是平整光滑的,我們會觀察到平行且等間距的明暗相間的條紋;若被檢查平面不平整,則干涉條紋發生彎曲。
乙
②增透膜。
[例1] 【對雙縫干涉的理解】 (2024·黑吉遼卷,4)某同學自制雙縫干涉實驗裝置,在紙板上割出一條窄縫,于窄縫中央沿縫方向固定一根拉直的頭發絲形成雙縫,將該紙板與墻面平行放置,如圖所示。用綠色激光照雙縫,能在墻面上觀察到干涉條紋。下列做法可以使相鄰兩條亮紋中央間距變小的是(　　)
[A] 換用更粗的頭發絲
[B] 換用紅色激光照雙縫
[C] 增大紙板與墻面的距離
[D] 減小光源與紙板的距離
[變式] 【洛埃境實驗中的干涉現象】 (2024·廣西卷,9)(多選)如圖,S為單色光源,S發出的光一部分直接照在光屏上,一部分通過平面鏡反射到光屏上。從平面鏡反射的光相當于S在平面鏡中的虛像發出的,由此形成了兩個相干光源。設光源S到平面鏡和到光屏的距離分別為a和l,a l,鏡面與光屏垂直,單色光波長為λ。下列說法正確的是(　　)
[A] 光屏上相鄰兩條亮條紋的中心間距為λ
[B] 光屏上相鄰兩條暗條紋的中心間距為λ
[C] 若將整套裝置完全浸入折射率為n的蔗糖溶液中,此時單色光的波長變為nλ
[D] 若將整套裝置完全浸入某種透明溶液中,光屏上相鄰兩條亮條紋的中心間距為Δx,則該液體的折射率為λ
[例2] 【薄膜干涉】 (2023·山東卷,5)如圖所示為一種干涉熱膨脹儀原理圖。G為標準石英環,C為待測柱形樣品,C的上表面與上方標準平面石英板之間存在劈形空氣層。用單色平行光垂直照射上方石英板,會形成干涉條紋。已知C的膨脹系數小于G的膨脹系數,當溫度升高時,下列說法正確的是(　　)
[A] 劈形空氣層的厚度變大,條紋向左移動
[B] 劈形空氣層的厚度變小,條紋向左移動
[C] 劈形空氣層的厚度變大,條紋向右移動
[D] 劈形空氣層的厚度變小,條紋向右移動
判斷薄膜干涉條紋移動的方法
(1)盯住一個條紋,觀察該條紋移動的方向,例如,盯住路程差Δr=5λ的條紋(假設這個條紋存在)。由條紋的定義我們知道,每個條紋都對應著特定的路程差,這是條紋本身的屬性,Δr=5λ是該條紋的屬性。因此,當路程差發生變化時,我們盯住的這個條紋一定要保持自己的屬性,它將朝著路程差依然滿足Δr=5λ的位置移動。在空氣劈尖薄膜干涉中,當楔角減小時,原干涉條紋所在處相干反射光的路程差減小了,所以該條紋就向著路程差增加的方向移動,以找到一個位置,且此時該位置處相干反射光的路程差正是那個條紋在未移動以前所在處的路程差(Δr=5λ),如圖,條紋將朝著背離棱邊的方向移動。
(2)盯住一個條紋,判斷路程差變化的趨勢,當路程差增加或減少時條紋依然要保持路程差維持原數值不變,條紋保持其屬性的能力,與力學中物體保持其運動狀態不變的慣性相似。這也可以看作是條紋的“慣性”。
[變式] 在[例2]中,若用波長為λ的單色光垂直照射,保持C溫度不變,當G的溫度由t1變為t2時,發現有n個條紋通過D點(石英板上表面上的點,圖中未畫出),則溫度變化前后觀察到的條紋數目是否相同 G的高度變化了多少
考點二　光的衍射和偏振現象
1.對光的衍射的理解
(1)波長越長,衍射現象越明顯。在任何情況下都可以發生衍射現象,只是明顯與不明顯的差別。
(2)衍射現象說明“光沿直線傳播”只是一種特殊情況,只有在光的波長比障礙物或狹縫小得多時,光才可以看作是沿直線傳播的。
2.衍射條紋的特點
(1)單縫衍射和圓孔衍射圖樣的比較。
項目 單縫衍射 圓孔衍射
單 色 光 中央為亮且寬的條紋,兩側為明暗相間的條紋,且越靠外,亮條紋的亮度越弱,寬度越小 中央是大且亮的圓形亮斑,周圍分布著明暗相間的同心圓環,且越靠外,圓形亮條紋的亮度越弱,寬度越小;亮環或暗環間的距離隨圓孔半徑的增大而減小
白光 中央為亮且寬的白色條紋,兩側為亮度逐漸變暗、寬度變窄的彩色條紋,其中最靠近中央的色光是紫光,離中央最遠的是紅光 中央是大且亮的白色亮斑,周圍是不等間距的彩色的同心圓環
(2)泊松亮斑(圓盤衍射):當光照到不透明的半徑很小的小圓盤上時,在圓盤的陰影中心出現亮斑(在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環)。
3.光的偏振
(1)自然光與偏振光的比較。
類別 自然光(非偏振光) 偏振光
光的 來源 從普通光源發出的光 自然光通過偏振片后的光
光的振 動方向 在垂直于光的傳播方向的平面內,光沿任意方向振動,且沿各個方向振動的光波的強度相同 在垂直于光的傳播方向的平面上,光沿某個特定方向振動
(2)偏振光的應用:加偏振濾光片的照相機鏡頭、液晶顯示器、立體電影、消除車燈眩光等。
[例3] 【單縫衍射與雙縫干涉的比較】 (2024·山東青島期末)如甲、乙兩圖所示是某同學在做光的單縫衍射和楊氏雙縫干涉實驗時利用光照強度傳感器測得的條紋相對光強I隨水平距離x的分布圖像。下列有關光的干涉和衍射現象說法正確的是(　　)
[A] 甲發生的是干涉現象,乙發生的是衍射現象
[B] 無論發生甲、乙哪種現象,當只減小縫寬度時,兩現象條紋間距均變大
[C] 當所用光線由紅光變成藍光時,甲現象條紋間距變大,乙現象條紋間距減小
[D] 發生甲現象時,說明光沒有沿直線傳播
單縫衍射與雙縫干涉的比較
項目 單縫衍射 雙縫干涉
不 同 點 條紋 寬度 條紋寬度不等,中央最寬 條紋寬度相等
條紋 間距 各相鄰條紋間距不等 各相鄰條紋等間距
亮度 情況 中央條紋最亮,兩邊變暗 條紋清晰,亮度基本相同
相同點 干涉、衍射都是波特有的現象,屬于波的疊加;干涉、衍射都有明暗相間的條紋
[例4] 【光的偏振】 (2023·天津卷,4)下列四幅圖說明了四種光的現象,其中能說明光是橫波的是(　　)
[A] 全反射 [B] 干涉
[C] 偏振 [D] 衍射
(滿分:50分)
對點1.光的干涉現象
1.(4分)(2025·內蒙古高考適應性考試)增透膜被廣泛應用于各種光學透鏡。如圖,入射光1以接近法線方向入射鍍膜鏡片,反射光2和3在P處相干減弱,則2和3在P處的光振動圖像可能為(　　)
　　　
[A] [B]
　　　
[C] [D]
2.(4分)(2025·山東濟寧階段練習)某興趣小組做雙縫干涉實驗,用某單色光照射單縫,如圖所示在屏上P1處出現第2級亮條紋。僅改變雙縫間距后,P1處出現第2級暗條紋,則改變后雙縫間距是原來的(　　)
[A] [B] 倍 [C] [D] 倍
3.(6分)(2025·云南昆明階段練習)(多選)把一個凸透鏡壓在一塊平面玻璃上(圖甲),在透鏡的下表面和平面玻璃的上表面之間形成一個很薄的空氣狹縫層。讓單色光從上方射入(示意圖如圖乙),從上往下看凸透鏡,可以觀察到環狀圓形條紋,這些條紋叫作牛頓環,則下列說法正確的是(　　)
[A] 牛頓環是由凸透鏡下表面的反射光與平面玻璃的上表面的反射光疊加產生的
[B] 若把入射的單色光從綠色換為紅色,觀察到的條紋間距會變小
[C] 從透鏡圓心到透鏡邊緣,觀察到的條紋是等距的環狀圓形條紋
[D] 從透鏡圓心到透鏡邊緣,觀察到的圓形條紋間距是變小的
4.(4分)(2025·遼寧阜新模擬)如圖所示,AB、CD、DE為三個透明平板固定放置,AB水平,CD的傾角比DE的傾角大。一束平行光豎直向下入射,下列干涉條紋的圖像可能正確的是(　　)
[A] [B]
　
[C] [D]
對點2.光的衍射和偏振現象
5.(4分)(2025·上海徐匯模擬)某同學在相同條件下用激光分別照射S1、S2、S3、S4四片光學片,得到如圖所示條紋,可知(　　)
[A] S1、S2均為單縫片,S1縫寬較大
[B] S1、S2均為雙縫片,S1縫距較大
[C] S3、S4均為單縫片,S3縫寬較大
[D] S3、S4均為雙縫片,S3縫距較大
6.(4分)(2024·重慶南岸期中)在光的傳播方向上分別放置單縫、雙縫、小圓孔和小圓板后,分別得到如圖所示圖樣,由單縫衍射實驗得到的圖樣是(　　)
[A] [B]
[C] [D]
7.(6分)(2025·北京東城模擬)(多選)圖甲、圖乙分別為研究光現象的兩個實驗,下列說法正確的是(　　)
[A] 圖甲正中央的亮點是由于光通過小圓板發生光的衍射得到的
[B] 圖甲所示現象是光線通過一個不透光的圓盤得到的衍射圖樣,它與光通過圓孔得到的衍射圖樣是一樣的
[C] 圖乙中的P、Q是偏振片,P固定不動,緩慢轉動Q,只有如圖中所示P、Q的透振方向互相平行時光屏才是亮的
[D] 圖乙所示現象可以表明光波是橫波
8.(6分)(2025·山東棗莊模擬)(多選)利用薄膜干涉原理可以測量金屬絲的直徑。將矩形的平行薄玻璃板AB放在水平標準工件的上面,右側墊有粗細均勻的直金屬絲,在標準工件與玻璃板之間形成一個楔形空氣膜,其截面如圖所示。用波長為λ的光,垂直標準工件方向射向玻璃板,在玻璃板上方形成平行條紋,測出相鄰亮條紋中心間的距離為Δx,金屬絲與標準工件的接觸點D到楔形空氣膜頂端C點的距離為L,下列說法正確的是(　　)
[A] 條紋方向垂直于CD
[B] 金屬絲的直徑為
[C] 當金屬絲向右移動少許時,Δx變小
[D] 在同一位置換用更細的金屬絲時,Δx變小
9.(6分)(2024·山東煙臺期末)(多選)某同學為觀察雙縫干涉和單縫衍射實驗現象,準備了玻璃片、刀片、蠟燭、紅、藍兩支激光筆、光屏等器材。他先用蠟燭將玻璃片的一面熏黑,再用刀片在熏黑的一面割制成一組雙縫和一條單縫。實驗中,他將玻璃片和光屏豎直平行放置,再用激光筆照射單、雙縫,得到如圖甲、乙圖樣,圖丙中激光筆垂直玻璃片照射,屏中心O到兩狹縫S1、S2的距離相等,P為光屏上的一點。則下列說法正確的是(　　)
[A] 圖乙是單縫衍射圖樣
[B] 激光筆照射單縫時,紅光得到的圖樣的中央亮條紋的寬度比藍光的稍寬
[C] 激光筆照射雙縫時,若將屏向遠離雙縫方向移動,則條紋間距將變寬
[D] 激光筆照射雙縫時,若P到兩狹縫S1、S2的距離差為入射光波長的5倍,則P處為暗條紋
10.(6分)(2024·湖南卷,9)(多選)1834年,洛埃利用平面鏡得到楊氏雙縫干涉的結果(稱洛埃鏡實驗),平面鏡沿OA放置,靠近并垂直于光屏。某同學重復此實驗時,平面鏡意外傾斜了某微小角度θ,如圖所示。S為單色點光源。下列說法正確的是(　　)
[A] 沿AO向左略微平移平面鏡,干涉條紋不移動
[B] 沿OA向右略微平移平面鏡,干涉條紋間距減小
[C] 若θ=0°,沿OA向右略微平移平面鏡,干涉條紋間距不變
[D] 若θ=0°,沿AO向左略微平移平面鏡,干涉條紋向A處移動
(
第
16
頁
)(共48張PPT)
高中總復習·物理
第3講　
光的干涉、衍射和偏振
情境導思
如圖所示,甲、乙、丙、丁四個圖是不同的單色光形成的雙縫干涉或單縫衍射圖樣。
(1)哪兩個是干涉條紋 哪兩個是衍射條紋
(2)分析一下發生干涉和明顯衍射現象的條件。
(3)分別比較甲、乙和丙、丁的波長大小。
知識構建
【答案】 亮　暗　等間距　相同
小題試做
(2024·福建龍巖二模)下列四種情境中,與其余三種所涉及的光學原理不同的是(　　)
C
透鏡上方看到牛頓環
[A]
相機鏡頭涂有增透膜
[B]
光經過大頭針針尖時產生條紋
[C]
檢查平面的平整程度
[D]
(1)如圖所示,S1和S2之間的距離為d,雙縫到屏的距離為l,O1為S1和S2的中點,
O為屏上正對O1的一點,P到O點的距離為x,求出從S1、S2入射的兩束光到達屏上P點的路程之差(用d、l、x表示)。
(2)根據機械波中干涉的原理,你認為兩束光在P點相互加強(或減弱)的路程之差有怎樣的關系
提示:根據機械波干涉原理,兩束光到屏上某點路程之差為波長的整數倍時,兩束光相互加強,若路程之差為半波長的奇數倍時相互減弱。
1.光的雙縫干涉現象
(1)亮、暗條紋的位置判斷方法。
①相干光源S1、S2發出的光到屏上P點的路程差r2-r1=nλ(n=0,±1,±2,…)時,光屏上出現亮條紋。
2.薄膜干涉
(1)形成原因:如圖甲所示,豎直的肥皂液膜,由于重力的作用,形成上薄下厚的楔形。光照射到薄膜上時,在膜的前表面AA′和后表面BB′分別反射回來,形成兩列頻率相同的光波,并且疊加。
(2)亮、暗條紋的判斷。
①在P1、P2處,兩個表面反射回來的兩列光波的路程差Δr等于波長的整數倍,即Δr=nλ(n=0,±1,±2,…),薄膜上出現亮條紋。
(3)薄膜干涉的應用。
①干涉法檢查平整度:如圖乙所示,兩板之間形成一楔形空氣膜,用單色光從上向下照射,如果被檢查平面是平整光滑的,我們會觀察到平行且等間距的明暗相間的條紋;若被檢查平面不平整,則干涉條紋發生彎曲。
②增透膜。
乙
[例1] 【對雙縫干涉的理解】 (2024·黑吉遼卷,4)某同學自制雙縫干涉實驗裝置,在紙板上割出一條窄縫,于窄縫中央沿縫方向固定一根拉直的頭發絲形成雙縫,將該紙板與墻面平行放置,如圖所示。用綠色激光照雙縫,能在墻面上觀察到干涉條紋。下列做法可以使相鄰兩條亮紋中央間距變小的是(　　)
[A] 換用更粗的頭發絲
[B] 換用紅色激光照雙縫
[C] 增大紙板與墻面的距離
[D] 減小光源與紙板的距離
A
[變式] 【洛埃境實驗中的干涉現象】 (2024·廣西卷,9)(多選)如圖,S為單色光源,
S發出的光一部分直接照在光屏上,一部分通過平面鏡反射到光屏上。從平面鏡反射的光相當于S在平面鏡中的虛像發出的,由此形成了兩個相干光源。設光源S到平面鏡和到光屏的距離分別為a和l,a l,鏡面與光屏垂直,單色光波長為λ。
下列說法正確的是(　　 )
AD
[例2] 【薄膜干涉】 (2023·山東卷,5)如圖所示為一種干涉熱膨脹儀原理圖。G為標準石英環,C為待測柱形樣品,C的上表面與上方標準平面石英板之間存在劈形空氣層。用單色平行光垂直照射上方石英板,會形成干涉條紋。已知C的膨脹系數小于G的膨脹系數,當溫度升高時,下列說法正確的是(　　)
[A] 劈形空氣層的厚度變大,條紋向左移動
[B] 劈形空氣層的厚度變小,條紋向左移動
[C] 劈形空氣層的厚度變大,條紋向右移動
[D] 劈形空氣層的厚度變小,條紋向右移動
A
【解析】 由題知,C的膨脹系數小于G的膨脹系數,當溫度升高時,G增長的高度大于C增長的高度,則劈形空氣層的厚度變大,且同一厚度的空氣層向劈尖移動,則條紋向左移動。
方法總結
判斷薄膜干涉條紋移動的方法
(1)盯住一個條紋,觀察該條紋移動的方向,例如,盯住路程差Δr=5λ的條紋(假設這個條紋存在)。由條紋的定義我們知道,每個條紋都對應著特定的路程差,這是條紋本身的屬性,Δr=5λ是該條紋的屬性。因此,當路程差發生變化時,我們盯住的這個條紋一定要保持自己的屬性,它將朝著路程差依然滿足Δr=5λ的位置移動。在空氣劈尖薄膜干涉中,當楔角減小時,原干涉條紋所在處相干反射光的路程差減小了,所以該條紋就向著路程差增加的方向移動,以找到一個位置,且此時該位置處相干反射光的路程差正是那個條紋在未移動以前所在處的路程差(Δr=5λ),如圖,條紋將朝著背離棱邊的方向移動。
方法總結
(2)盯住一個條紋,判斷路程差變化的趨勢,當路程差增加或減少時條紋依然要保持路程差維持原數值不變,條紋保持其屬性的能力,與力學中物體保持其運動狀態不變的慣性相似。這也可以看作是條紋的“慣性”。
[變式] 在[例2]中,若用波長為λ的單色光垂直照射,保持C溫度不變,當G的溫度由t1變為t2時,發現有n個條紋通過D點(石英板上表面上的點,圖中未畫出),則溫度變化前后觀察到的條紋數目是否相同 G的高度變化了多少
1.對光的衍射的理解
(1)波長越長,衍射現象越明顯。在任何情況下都可以發生衍射現象,只是明顯與不明顯的差別。
(2)衍射現象說明“光沿直線傳播”只是一種特殊情況,只有在光的波長比障礙物或狹縫小得多時,光才可以看作是沿直線傳播的。
2.衍射條紋的特點
(1)單縫衍射和圓孔衍射圖樣的比較。
項目 單縫衍射 圓孔衍射
單 色 光 中央為亮且寬的條紋,兩側為明暗相間的條紋,且越靠外,亮條紋的亮度越弱,寬度越小 中央是大且亮的圓形亮斑,周圍分布著明暗相間的同心圓環,且越靠外,圓形亮條紋的亮度越弱,寬度越小;亮環或暗環間的距離隨圓孔半徑的增大而減小
白光 中央為亮且寬的白色條紋,兩側為亮度逐漸變暗、寬度變窄的彩色條紋,其中最靠近中央的色光是紫光,離中央最遠的是紅光 中央是大且亮的白色亮斑,周圍是不等間距的彩色的同心圓環
(2)泊松亮斑(圓盤衍射):當光照到不透明的半徑很小的小圓盤上時,在圓盤的陰影中心出現亮斑(在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環)。
3.光的偏振
(1)自然光與偏振光的比較。
(2)偏振光的應用:加偏振濾光片的照相機鏡頭、液晶顯示器、立體電影、消除車燈眩光等。
類別 自然光(非偏振光) 偏振光
光的來源 從普通光源發出的光 自然光通過偏振片后的光
光的振 動方向 在垂直于光的傳播方向的平面內,光沿任意方向振動,且沿各個方向振動的光波的強度相同 在垂直于光的傳播方向的平面上,光沿某個特定方向振動
[例3] 【單縫衍射與雙縫干涉的比較】 (2024·山東青島期末)如甲、乙兩圖所示是某同學在做光的單縫衍射和楊氏雙縫干涉實驗時利用光照強度傳感器測得的條紋相對光強I隨水平距離x的分布圖像。下列有關光的干涉和衍射現象說法正確的是(　　)
D
[A] 甲發生的是干涉現象,乙發生的是衍射現象
[B] 無論發生甲、乙哪種現象,當只減小縫寬度時,兩現象條紋間距均變大
[C] 當所用光線由紅光變成藍光時,甲現象條紋間距變大,乙現象條紋間距減小
[D] 發生甲現象時,說明光沒有沿直線傳播
方法總結
單縫衍射與雙縫干涉的比較
項目 單縫衍射 雙縫干涉
不 同 點 條紋寬度 條紋寬度不等,中央最寬 條紋寬度相等
條紋間距 各相鄰條紋間距不等 各相鄰條紋等間距
亮度情況 中央條紋最亮,兩邊變暗 條紋清晰,亮度基本相同
相同點 干涉、衍射都是波特有的現象,屬于波的疊加;干涉、衍射都有明暗相間的條紋 [例4] 【光的偏振】 (2023·天津卷,4)下列四幅圖說明了四種光的現象,其中能說明光是橫波的是(　　)
[A] 全反射 [B] 干涉
[C] 偏振 [D] 衍射
C
【解析】 光的全反射現象是光由光密介質射向光疏介質界面時的一種特殊情況,不能確定光是橫波還是縱波,故A錯誤;干涉和衍射是所有波的特性,不能確定光是橫波還是縱波,只能說明光具有波動性,故B、D錯誤;光的偏振現象說明振動方向與光的傳播方向垂直,即說明光是橫波,故C正確。
基礎對點練
對點1.光的干涉現象
1.(4分)(2025·內蒙古高考適應性考試)增透膜被廣泛應用于各種光學透鏡。如圖,入射光1以接近法線方向入射鍍膜鏡片,反射光2和3在P處相干減弱,則2和3在P處的光振動圖像可能為(　　)
C
[A] [B] [C] [D]
【解析】 由題圖可知,2和3兩束光傳播方向相同,在P處相干減弱,所以兩束光在P處振動方向相反,并且兩列波的相位差恒定,可知C正確。
2.(4分)(2025·山東濟寧階段練習)某興趣小組做雙縫干涉實驗,用某單色光照射單縫,如圖所示在屏上P1處出現第2級亮條紋。僅改變雙縫間距后,P1處出現第2級暗條紋,則改變后雙縫間距是原來的(　　)
A
3.(6分)(2025·云南昆明階段練習)(多選)把一個凸透鏡壓在一塊平面玻璃上(圖甲),在透鏡的下表面和平面玻璃的上表面之間形成一個很薄的空氣狹縫層。讓單色光從上方射入(示意圖如圖乙),從上往下看凸透鏡,可以觀察到環狀圓形條紋,這些條紋叫作牛頓環,則下列說法正確的是(　　 )
[A] 牛頓環是由凸透鏡下表面的反射光與平面玻璃的上表面的反射光疊加產生的
[B] 若把入射的單色光從綠色換為紅色,觀察到的條紋間距會變小
[C] 從透鏡圓心到透鏡邊緣,觀察到的條紋是等距的環狀圓形條紋
[D] 從透鏡圓心到透鏡邊緣,觀察到的圓形條紋間距是變小的
AD
【解析】 牛頓環由凸透鏡下表面的反射光與平面玻璃上表面的反射光疊加而成,故A正確;入射的單色光從綠色換為紅色,紅色光的波長比綠色光波長長,觀察到的條紋間距應變大,故B錯誤;從透鏡圓心到透鏡邊緣,空氣膜的厚度不是均勻變化,觀察到的圓形條紋不可能是等距的環狀圓形條紋,故C錯誤;越靠近透鏡邊緣,空氣膜的厚度變化越大,觀察到的圓形條紋間距變小,條紋變密,故D正確。
4.(4分)(2025·遼寧阜新模擬)如圖所示,AB、CD、DE為三個透明平板固定放置,AB水平,CD的傾角比DE的傾角大。一束平行光豎直向下入射,下列干涉條紋的圖像可能正確的是(　　)
A
[A] [B]
[C] [D]
對點2.光的衍射和偏振現象
5.(4分)(2025·上海徐匯模擬)某同學在相同條件下用激光分別照射S1、S2、S3、S4四片光學片,得到如圖所示條紋,可知(　　)
[A] S1、S2均為單縫片,S1縫寬較大
[B] S1、S2均為雙縫片,S1縫距較大
[C] S3、S4均為單縫片,S3縫寬較大
[D] S3、S4均為雙縫片,S3縫距較大
C
6.(4分)(2024·重慶南岸期中)在光的傳播方向上分別放置單縫、雙縫、小圓孔和小圓板后,分別得到如圖所示圖樣,由單縫衍射實驗得到的圖樣是(　　)
C
[A] [B] [C] [D]
【解析】 A選項圖樣是雙縫干涉條紋,B選項圖樣是小圓孔衍射,C選項圖樣是單縫衍射,D選項圖樣是小圓板衍射。
7.(6分)(2025·北京東城模擬)(多選)圖甲、圖乙分別為研究光現象的兩個實驗,下列說法正確的是(　 　)
[A] 圖甲正中央的亮點是由于光通過小圓板發生光的衍射得到的
[B] 圖甲所示現象是光線通過一個不透光的圓盤得到的衍射圖樣,它與光通過圓孔得到的衍射圖樣是一樣的
[C] 圖乙中的P、Q是偏振片,P固定不動,緩慢轉動Q,只有如圖中所示P、Q的透振方向互相平行時光屏才是亮的
[D] 圖乙所示現象可以表明光波是橫波
AD
【解析】 題圖甲正中央的亮點是由于光通過小圓板發生光的衍射得到的,故A正確;圓孔衍射是光的衍射現象的一種,光波通過細小圓孔后產生的衍射,屏上中央亮區多,暗區少,與光線通過一個不透光的圓盤得到的衍射圖樣不一樣,故B錯誤;題圖乙中的P、Q是偏振片,P固定不動,緩慢轉動Q,P、Q的透振方向互相平行時光屏是最亮的,P、Q的透振方向互相垂直時光屏是暗的,其他一般的夾角位置,亮度介于兩者之間,故C錯誤;只有橫波才能產生偏振現象,故光的偏振現象表明光是一種橫波,故D正確。
8.(6分)(2025·山東棗莊模擬)(多選)利用薄膜干涉原理可以測量金屬絲的直徑。將矩形的平行薄玻璃板AB放在水平標準工件的上面,右側墊有粗細均勻的直金屬絲,在標準工件與玻璃板之間形成一個楔形空氣膜,其截面如圖所示。用波長為λ的光,垂直標準工件方向射向玻璃板,在玻璃板上方形成平行條紋,測出相鄰亮條紋中心間的距離為Δx,金屬絲與標準工件的接觸點D到楔形空氣膜頂端C點的距離為L,下列說法正確的是(　 　)
綜合提升練
AB
9.(6分)(2024·山東煙臺期末)(多選)某同學為觀察雙縫干涉和單縫衍射實驗現象,準備了
玻璃片、刀片、蠟燭、紅、藍兩支激光筆、光屏等器材。他先用蠟燭將玻璃片的一面熏黑,再用刀片在熏黑的一面割制成一組雙縫和一條單縫。實驗中,他將玻璃片和光屏豎直平行放置,再用激光筆照射單、雙縫,得到如圖甲、乙圖樣,圖丙中激光筆垂直玻璃片照射,屏中心O到兩狹縫S1、S2的距離相等,P為光屏上的一點。則下列說法正確的是(　 　)
[A] 圖乙是單縫衍射圖樣
[B] 激光筆照射單縫時,紅光得到的圖樣的中央亮條紋的寬度比藍光的稍寬
[C] 激光筆照射雙縫時,若將屏向遠離雙縫方向移動,則條紋間距將變寬
[D] 激光筆照射雙縫時,若P到兩狹縫S1、S2的距離差為入射光波長的5倍,則P處為暗條紋
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10.(6分)(2024·湖南卷,9)(多選)1834年,洛埃利用平面鏡得到楊氏雙縫干涉的結果(稱洛埃鏡實驗),平面鏡沿OA放置,靠近并垂直于光屏。某同學重復此實驗時,平面鏡意外傾斜了某微小角度θ,如圖所示。S為單色點光源。下列說法正確的是(　 　)
[A] 沿AO向左略微平移平面鏡,干涉條紋不移動
[B] 沿OA向右略微平移平面鏡,干涉條紋間距減小
[C] 若θ=0°,沿OA向右略微平移平面鏡,干涉條紋間距不變
[D] 若θ=0°,沿AO向左略微平移平面鏡,干涉條紋向A處移動
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