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第十三章　光　電磁波　相對論
第2講　光的波動(dòng)性　相對論
素養(yǎng)目標(biāo)　1.觀察光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象，了解這些現(xiàn)象產(chǎn)生的條件，知道其在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用.會(huì)用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測定光的波長.（物理觀念） 2.通過光的干涉和衍射的條件，判斷光的干涉、衍射.（科學(xué)思維）
C
A. 滾珠b、c均合格
B. 滾珠b、c均不合格
C. 滾珠b合格，滾珠c不合格
D. 滾珠b不合格，滾珠c合格
解析：兩塊平板玻璃之間的薄膜干涉條紋相互平行，滾珠a、b在同一條紋上，說明兩滾珠位置薄膜厚度相同，即a、b直徑相同；滾珠c在另一條紋上，說明滾珠c所在位置處薄膜厚度與滾珠a處不同，即滾珠a、c直徑不同，C正確.
AD
C. 若將整套裝置完全浸入折射率為n的蔗糖溶液中，此時(shí)單色光的波長變?yōu)閚λ
明　
暗　
相同　
白色亮　
彩色　
直觀情境
（4）亮暗條紋的判斷方法
深化2　　薄膜干涉
（1）形成原因
如圖所示，豎直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形.光照射到薄膜上時(shí)，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、暗條紋的判斷方法
（3）薄膜干涉的應(yīng)用
干涉法檢查平面，如圖所示，兩板之間形成一楔形空氣膜，用單色光從上向下照射，如果被檢平面是平整光滑的，我們會(huì)觀察到平行且等間距的明暗相間的條紋；若被檢平面不平整，則干涉條紋發(fā)生彎曲.
角度1　雙縫干涉的理解與計(jì)算
A. 第2條亮條紋 B. 第3條亮條紋
C. 第2條暗條紋 D. 第3條暗條紋
A
A. 變疏 B. 變密
C. 不變 D. 消失
A
解析：撤去一張紙后劈形空氣的薄膜的劈度減緩，相同水平距離上，劈度厚度變化減小，以致波程變化減小，條紋變寬，條紋數(shù)量變少（變疏），故A正確.
A. 換用更粗的頭發(fā)絲
B. 換用紅色激光照射雙縫
C. 增大紙板與墻面的距離
D. 減小光源與紙板的距離
A
考題4　（2024·河北卷節(jié)選）某同學(xué)通過雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測量單色光的波長，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，其中測量頭包括毛玻璃、游標(biāo)尺、分劃板、手輪、目鏡等.
該同學(xué)調(diào)整好實(shí)驗(yàn)裝置后，分別用紅色、綠色濾光片，對干涉條紋進(jìn)行測量，并記錄第一條和第六條亮紋中心位置對應(yīng)的游標(biāo)尺讀數(shù)，如表所示：
單色光類別 x1/mm x6/mm
單色光1 10.60 18.64
單色光2 8.44 18.08
綠光　
①將光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上.
②接好光源，打開開關(guān)，使燈絲正常發(fā)光.
③調(diào)節(jié)各器件的高度，使光源發(fā)出的光能沿軸線到達(dá)光屏.
④安裝雙縫和單縫，中心大致位于遮光筒的軸線上，使雙縫與單縫的縫平行，二者間距約5～10 cm，這時(shí)，可觀察白光的干涉條紋.
⑤在單縫和光源間放上濾光片，觀察單色光的干涉條紋.
（2）測定單色光的波長
①安裝測量頭，調(diào)節(jié)至可清晰觀察到干涉條紋.
②使分劃板中心刻線對齊某條亮條紋的中央，記下手輪上的讀數(shù)a1，將該條紋記為第1條亮紋；轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使分劃板中心刻線移動(dòng)至另一亮條紋的中央，記下此時(shí)手輪上的讀數(shù)a2，將該條紋記為第n條亮紋.
③用刻度尺測量雙縫到光屏的距離l（d是已知的）.
④改變雙縫間的距離d、雙縫到屏的距離l，重復(fù)測量.
深化　　注意事項(xiàng)
（1）安裝時(shí)，注意調(diào)節(jié)光源、濾光片、單縫、雙縫的中心均在遮光筒的中心軸線上，并使單縫、雙縫平行且間距適當(dāng).
（2）光源燈絲最好為線狀燈絲，并與單縫平行且靠近.
（3）調(diào)節(jié)的基本依據(jù)：照在光屏上的光很弱，主要原因是燈絲與單縫、雙縫、測量頭與遮光筒不共軸所致，干涉條紋不清晰一般原因是單縫與雙縫不平行所致，故應(yīng)正確調(diào)節(jié).
AD
A. 若將濾光片由綠色換成紅色，光屏上相鄰兩條暗條紋中心的距離增大
B. 濾光片的作用是讓白光變成單色光，取走濾光片，無法看到干涉條紋
D. 光通過單縫a發(fā)生衍射，再通過雙縫b發(fā)生干涉，干涉條紋可認(rèn)為是從單縫通過多列頻率相同且相位差恒定的光波，在屏上疊加形成的
角度2　實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新
例4　（2025·八省聯(lián)考云南卷）某同學(xué)通過雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測量發(fā)光二極管（LED）發(fā)出光的波長.圖甲為實(shí)驗(yàn)裝置示意圖，雙縫間距d＝0.450 mm，雙縫到毛玻璃的距離l＝365.0 mm，實(shí)驗(yàn)中觀察到的干涉條紋如圖乙所示.
當(dāng)分劃板中心刻線對齊第1條亮條紋中心，手輪上的讀數(shù)為x1＝2.145 mm；當(dāng)分劃板中心刻線對齊第5條亮條紋中心，手輪上的讀數(shù)為x5＝4.177 mm.完成下列填空：
0.508　
B　
626　
A. 兩鏡片都變亮
B. 兩鏡片都變暗
C. 兩鏡片沒有任何變化
D. 左鏡片變暗，右鏡片變亮
D
解析：立體影院的特殊眼鏡利用了光的偏振原理，其鏡片為偏振片，左右兩鏡片的透
振方向互相垂直，用立體影院的特殊眼鏡去觀看手機(jī)液晶屏幕，左鏡片明亮，右鏡片
暗，則左鏡片的透振方向與光的偏振方向夾角較小，右鏡片的透振方向與光的偏振方
向夾角較大，手機(jī)屏幕旋轉(zhuǎn)90度后，左鏡片透振方向與光的偏振方向夾角較大，變
暗，右鏡片透振方向與光的偏振方向夾角較小，變亮，D正確.
ACD
A. 圖乙是光的雙縫干涉圖樣，當(dāng)光通過狹縫時(shí)，也發(fā)生了衍射
B. 遮住一條狹縫，另一狹縫寬度增大，其他條件不變，圖丙中亮條紋寬度增大
C. 照射兩條狹縫時(shí)，增加L，其他條件不變，圖乙中相鄰暗條紋的中心間距增大
D. 照射兩條狹縫時(shí)，若光從狹縫S1、S2到屏上P點(diǎn)的路程差為半波長的奇數(shù)倍，P點(diǎn)處一定是暗條紋
相差不多　
（2）單縫衍射和圓孔衍射圖樣的比較
項(xiàng)目 單縫衍射 圓孔衍射
單
色
光 中央為亮且寬的條紋，兩側(cè)為 　明暗　相間的條紋，且越靠近兩側(cè)，亮條紋的亮度 　減弱　，寬度 　越小?。ㄈ鐖D甲所示） ①中央是大且亮的圓形斑，周圍分布著明暗相間的同心圓環(huán)，且越靠外，圓形亮條紋的亮度 　越弱　，寬度 　減小?。ㄈ鐖D乙所示）.
②亮環(huán)或者暗環(huán)間的距離隨圓孔半徑的增加而 　減小　
明
暗　
減弱　
越
小　
越弱　
減小　
減小　
項(xiàng)目 單縫衍射 圓孔衍射
白
光 中央為亮且寬的白色條紋，兩側(cè)為亮度 　逐漸變暗　、寬度逐漸 　變窄　的彩色條紋，最外側(cè)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同心 　圓環(huán)　
直
觀
情
境
逐漸變暗　
變
窄　
圓環(huán)　
半徑很小的小圓盤　
亮斑　
2. 光的偏振
（2）自然光通過偏振片后，就得到了偏振光.
直觀情境
（3）光的偏振充分說明光是橫波，只有橫波才有偏振現(xiàn)象.除了從光源直接發(fā)出的光以外，我們通常見到的大部分光都是偏振光.
特定方向　
折射　
深化1　　光的衍射的理解
（1）干涉和衍射是波的特征，波長越長，干涉和衍射現(xiàn)象越明顯.在任何情況下都可以發(fā)生衍射現(xiàn)象，只是明顯與不明顯的差別.
（2）衍射現(xiàn)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小得多時(shí)，光才可以看作是沿直線傳播的.
深化2　　單縫衍射與雙縫干涉的比較
項(xiàng)目 單縫衍射 雙縫干涉
不同點(diǎn) 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(diǎn) 干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象，屬于波的疊加；干涉、衍射都有明暗相間的條紋
深化3　　自然光和偏振光的比較
項(xiàng)目 自然光（非偏振光） 偏振光
光的來源 直接從光源發(fā)出的光 自然光通過偏振片后的光
光的振動(dòng)方向 在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動(dòng)沿任意方向，且沿各個(gè)方向振動(dòng)的光的強(qiáng)度相同 在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動(dòng)沿特定方向
A. 這里應(yīng)用的是光的衍射現(xiàn)象
B. 這里應(yīng)用的是光的干涉現(xiàn)象
C. 如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲變粗
D. 如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲變細(xì)
AD
解析：由于是激光束越過細(xì)絲即繞過障礙物，所以是光的衍射現(xiàn)象；當(dāng)抽制的絲變細(xì)時(shí)，即障礙物的尺寸變小，絲的直徑較接近激光的波長，條紋間距變寬，A、D正確.
ACD
A. 到達(dá)O處光的強(qiáng)度會(huì)明顯減弱
B. 到達(dá)O處光的強(qiáng)度不會(huì)明顯減弱
C. 將偏振片B轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，使得O處光強(qiáng)度最大，偏振片B轉(zhuǎn)過的角度等于α
D. 將偏振片A轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，使得O處光強(qiáng)度最大，偏振片A轉(zhuǎn)過的角度等于α
解析：由題意知，轉(zhuǎn)動(dòng)B使到達(dá)O處的光最強(qiáng)，則A、B的偏振方向必相同，若在A、B間放入待檢糖溶液，因糖溶液對偏振光有旋光效應(yīng)，使來自A的偏振光經(jīng)過樣品后，偏振方向發(fā)生改變，則到達(dá)O處的光強(qiáng)度會(huì)明顯減弱，若適當(dāng)把A或B旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，可以使偏振光恰好通過B后，到達(dá)O處的光強(qiáng)度最大，而旋轉(zhuǎn)的角度就是α，故選A、C、D.
四、幾何光學(xué)與物理光學(xué)的綜合
A. 在空氣中傳播時(shí)，a光的波長比b光的大
B. 在水中傳播時(shí)，a光的速度比b光的大
C. 在水中傳播時(shí)，a光的頻率比b光的小
D. 由水射向空氣時(shí)，a光的全反射臨界角比b光的小
D
考題8?。?024·山東卷）某光學(xué)組件橫截面如圖所示，半圓形玻璃磚圓心為O點(diǎn)，半徑為R；直角三棱鏡FG邊的延長線過O點(diǎn)，EG邊平行于AB邊且長度等于R，∠FEG＝30°.橫截面所在平面內(nèi)，單色光線以θ角入射到EF邊發(fā)生折射，折射光線垂直EG邊射出.已知玻璃磚和三棱鏡對該單色光的折射率均為1.5.
（1）求sin θ；
（2）以θ角入射的單色光線，若第一次到達(dá)半圓弧AMB可以發(fā)生全反射，求光線在EF上入射點(diǎn)D（圖中未標(biāo)出）到E點(diǎn)距離的范圍.
解析：（2）根據(jù)題意作出單色光第一次到達(dá)半圓弧AMB恰好發(fā)生全反射的光路圖，如圖所示.
顏色 紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫
頻率f 低→高
同一介質(zhì)中折射率n 小→大
同一介質(zhì)中速度v 大→小
波長λ 大→小
臨界角 大→小
通過棱鏡的偏折角 小→大
深化3　　光的頻率、折射率、波速、波長的對應(yīng)關(guān)系
A. 在冰晶中，a光的傳播速度較大
B. 通過同一裝置發(fā)生雙縫干涉，a光的相鄰條紋間距較大
C. 從同種玻璃中射入空氣發(fā)生全反射時(shí)，a光的臨界角較小
D. 用同一裝置做單縫衍射實(shí)驗(yàn)，a光的中央亮條紋更寬
C
解析：太陽光射入六邊形冰晶時(shí)，a光的折射角大于b光的折射角，由折射定律n＝
度較大，故A正確；a光的折射率小于b光的折射率，故a光的頻率小于b光的頻率，由
界角較大，故C錯(cuò)誤；由于a光的波長大于b光的波長，根據(jù)單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，入射光
的波長越長，中央亮條紋越寬，故a光中央亮條紋更寬，故D正確.故選C.
ACD
A. 用同一雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置分別用a、b光做實(shí)驗(yàn)，a光的干涉條紋間距大于b光的干涉條紋間距
B. 用a、b光分別做雙縫干涉時(shí)它們的干涉條紋寬度都是不均勻的
C. 在水中a光的臨界角大于b光的臨界角
D. 若a光與b光以相同入射角從水射向空氣，在不斷增大入射角時(shí)水面上首先消失的是b光
限時(shí)跟蹤檢測
A級(jí)·基礎(chǔ)對點(diǎn)練
題組一　光的干涉
C. 2倍 D. 3倍
B
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A. 增大雙縫到屏的距離并下移光源
B. 減小雙縫間距離并上移光源
C. 減小光源到雙縫的距離并上移光源
D. 更換波長更短的單色光源并下移光源
D
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A B C D
解析：劈尖干涉是一種薄膜干涉，同一條紋處空氣膜的厚度相同，故亮、暗條紋均垂直于MN方向；某處發(fā)生凹陷，則該處的空氣膜厚度與后面的空氣膜厚度相同，即該處條紋與后面條紋相同，B正確.
B
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題組二　用雙縫干涉測量光的波長
甲 乙
C
A. 若A光是藍(lán)光，則B光可能是紅光
B. 若雙縫到P點(diǎn)的距離差為0.75 μm，用頻率ν＝6×1014 Hz的光做實(shí)驗(yàn)，則P處為亮條紋
C. 測量過程中，把B光干涉條紋的亮條紋少數(shù)一個(gè)，會(huì)導(dǎo)致波長測量值偏大
D. 用B光做實(shí)驗(yàn)時(shí)，若把雙縫豎直向上移動(dòng)一小段距離，則光屏上的O點(diǎn)為亮條紋
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A. 一束自然光相繼通過兩個(gè)偏振片，以光束為軸旋轉(zhuǎn)其中一個(gè)偏振片，透射光的強(qiáng)度發(fā)生變化
B. 一束自然光入射到兩種介質(zhì)的分界面上，當(dāng)反射光線與折射光線之間的夾角恰好是90°時(shí)，反射光是偏振光
C. 日落時(shí)分，拍攝水面下的景物，在照相機(jī)鏡頭前裝上偏振濾光片可以使圖像更清晰
D. 通過手指間的縫隙觀察日光燈，可以看到彩色條紋
ABC
題組三　光的衍射和偏振
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解析：在垂直于傳播方向的平面上，沿著某個(gè)特定方向振動(dòng)的光是偏振光，選項(xiàng)A、B反映了光的偏振特性；選項(xiàng)C是偏振現(xiàn)象的應(yīng)用；選項(xiàng)D是光的衍射現(xiàn)象.故A、B、C正確，D錯(cuò)誤.
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A. 圖甲為一定波長的光照射到不透明圓盤上，在圓盤后得到的衍射圖樣
B. 圖乙為雙縫干涉示意圖，雙縫間距越大，則相鄰亮條紋間距越大
C. 圖丙為光導(dǎo)纖維工作原理示意圖，內(nèi)芯的折射率比外套的折射率小
D. 圖丁為自然光照射兩個(gè)豎直放置的偏振片，若只旋轉(zhuǎn)其中一個(gè)偏振片，光屏上的亮度不變
A
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A. 水滴對a光的臨界角小于對b光的臨界角
B. 在水滴中，a光的波長大于b光的波長
C. 在水滴中，a光的傳播速度大于b光的傳播速度
D. a、b光分別通過同一雙縫干涉裝置，a光的相鄰亮條紋間距較小
AD
題組四　幾何光學(xué)與物理光學(xué)的綜合應(yīng)用
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B級(jí)·能力提升練
A. 若改用綠色光射入，需要入射角i減小到某一合適的角度
B. 若改用紅色光射入，需要入射角i減小到某一合適的角度
C. 若改用紅色光射入，需要入射角i增大到某一合適的角度
D. 改用任何顏色的光射入，都需要入射角i減小到某一合適的角度
B
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A. 若將平面鏡M右移一小段距離，光屏上的條紋間距變小
B. 若將平面鏡M右移一小段距離，光屏上的條紋間距變大
D
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10. 如圖甲所示，某實(shí)驗(yàn)小組在用雙縫干涉測定光的波長的實(shí)驗(yàn)中，雙縫間距d＝0.4 mm，雙縫到光屏間的距離l＝0.5 m，實(shí)驗(yàn)時(shí)，接通電源使光源正常發(fā)光，調(diào)整光路，使得從目鏡中可以觀察到干涉條紋.
甲
A. 將單縫向雙縫靠近
B. 將屏向遠(yuǎn)離雙縫的方向移動(dòng)
C. 使用間距更小的雙縫
D. 使用間距更大的雙縫
D　
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乙
0.75　
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6×10－7　
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