步步高2021届一轮讲义：12.4光的干涉衍射和偏振

步步高2021届一轮讲义：12.4光的干涉、衍射和偏振第4课时光的干涉、衍射和偏振
考纲解读1.理解光的干涉现象，掌握双缝干涉中出现明暗条纹的条件.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．
1．[光的干涉现象的理解]一束白光在真空中通过双缝后在屏上观察到的干涉条纹，
除中央
白色亮条纹外，两侧还有彩色条纹，其原因是( )
A．各色光的波长不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同 B．各色光的速
度不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同 C．各色光的强度不同，因而各色光
分别产生的干涉条纹的间距不同 D．上述说法都不正确答案 A
解析白光包含各种颜色的光，它们的波长不同，在相同条件下做双缝干涉实验时，
它们的干涉条纹间距不同，所以在中央亮条纹两侧出现彩色条纹，A正确． 2．[光的衍射现象的理解]对于光的衍射的定性分析，下列说法中不正确的是( )
A．只有障碍物或孔的尺寸可以跟光波波长相比甚至比光的波长还要小的时候，才能
明显地产生光的衍射现象
B．光的衍射现象是光波相互叠加的结果 C．光的衍射现象否定了光的直线传播的结
论 D．光的衍射现象说明了光具有波动性答案 C
解析光的干涉和衍射现象说明了光具有波动性，而小孔成像说明了光沿直线传播，
而要出现小孔成像现象，孔不能太小，可见，光的直线传播规律只是近似的，只有在光波
波长比障碍物小得多的情况下，光才可以看作是沿直线传播的，所以光的衍射现象和直线
传播并不矛盾，它们是在不同条件下出现的两种光现象，单缝衍射实验中单缝光源可以看
成是无限多个光源排列而成，因此光的衍射现象也是光波相互叠加的结果． 3．[光的偏
振现象的理解]如图1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( )
第 1 页共 17 页
图1
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45°角方向振动的光答案 ABD
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．
1．光的干涉
(1)定义：两列频率相同、振动情况相同的光波相叠加，某些区域振动加强，某些区域振动减弱，并且加强区域和减弱区域总是相互间隔的现象叫光的干涉现象． (2)相干条件
只有相干光源发出的光叠加，才会发生干涉现象．相干光源是指频率相同、相位相同(振动情况相同)的两列光波．
2．双缝干涉：由同一光源发出的光经双缝后，在屏上出现明暗相间的条纹．白光的双缝干
涉的条纹是中央为白色条纹，两边为彩色条纹，单色光的双缝干涉中相邻亮条纹间距离l为Δx＝λ.
d
3．薄膜干涉：利用薄膜(如肥皂液薄膜)前后两面反射的光相遇而形成的．干涉图样中同一条亮(或暗)条纹上所对应的薄膜厚度相同． 4．光的衍射
(1)定义
光离开直线路径绕到障碍物阴影区的现象叫光的衍射，衍射产生的明暗条纹或光环叫衍射图样．
第 2 页共 17 页
(2)发生明显衍射的条件
只有当障碍物的尺寸跟光的波长相差不多，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象才会明显． (3)衍射图样①单缝衍射
a．单色光：明暗相间的不等距条纹，中央亮条纹最宽最亮，两侧条纹具有对称性． b．白光：中间为宽且亮的白色条纹，两侧是窄且暗的彩色条纹，最靠近中央的是紫光，远离中央的是红光．
②圆孔衍射：明暗相间的不等距圆环，圆环面积远远超过孔的直线照明的面积．③圆盘衍射：明暗相间的不等距圆环，中心有一亮斑称为泊松亮斑． 5．光的偏振
(1)偏振：光波只沿某一特定的方向振动，称为光的偏振．
(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，叫做偏振光．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.
考点一光的双缝干涉现象的理解
1．光能够发生干涉的条件：两光的频率相同，振动步调相同．
2．双缝干涉形成的条纹是等间距的，两相邻亮条纹或相邻暗条纹间距离与波长成正比，即
lΔx＝λ.
d
3．用白光照射双缝时，形成的干涉条纹的特点：中央为白色条纹，两侧为彩色条纹．例1 如图2所示，在双缝干涉实验中，S1和S2为双缝，P是光屏上的一点，已知P 点与
S1、S2距离之差为2.1×106 m，分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验，问
－
P点是亮条纹还是暗条纹？
图2
(1)已知A光在折射率为1.5的介质中波长为4×107 m；
－
第 3 页共 17 页
(2)已知B光在某种介质中波长为3.15×107 m，当B光从这种介质射向空气时，临界
－
角为37°；
(3)若让A光照射S1，B光照射S2，试分析光屏上能观察到的现象．
cλ1解析 (1)设A光在空气中波长为λ1，在介质中波长为λ2，由n＝v＝，得λ1＝nλ2＝
λ21.5×4×10－7 m＝6×10－7 m
－6 m2.1×10Δr
根据路程差Δr＝2.1×10－6 m，可知N1＝＝＝3.5 7λ1－6×10 m
由此可知，从S1和S2到P点的路程差是波长λ1的3.5倍，所以P点为暗条
纹． 115(2)根据临界角与折射率的关系sin C＝得n＝＝
nsin 37°3由此可知，B光在空气中波长λ3为： 5
λ3＝nλ介＝×3.15×10－7 m＝5.25×10－7 m
3
6
Δr2.1×10－ m
路程差Δr和波长λ3的关系为：N2＝＝＝4
λ35.25×10－7 m
可见，用B光做光源，P点为亮条纹．
(3)若让A光和B光分别照射S1和S2，这时既不能发生干涉，也不发生衍射，此时在光屏上只能观察到亮光．
答案 (1)暗条纹 (2)亮条纹 (3)见解析
突破训练1 如图3所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝S时，在光屏P上观察到干涉条
纹．要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以( )
图3
A．增大S1与S2的间距 B．减小双缝屏到光屏的距离 C．将绿光换为红光 D．将绿光换为紫光答案 C
第 4 页共 17 页
l
解析在双缝干涉实验中，相邻两条亮条纹(或暗条纹)间的距离Δx＝λ，要想增大条纹
d间距可以减小两缝间距d，或者增大双缝屏到光屏的距离l，或者换用波长更长的光做实验．由此可知，选项C正确，选项A、B、D错误．考点二薄膜干涉现象的理解
1．如图4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．
图4
2．光照射到薄膜上时，在膜的前表面AA′和后表面BB′分别反射出来，形成两列频率相
同的光波，并且叠加． 3．原理分析
(1)单色光
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．Δr＝nλ(n＝1,2,3…)，薄膜上出现亮条纹．
λ
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．Δr＝(2n＋1)(n ＝
20,1,2,3…)，薄膜上出现暗条纹． (2)白光：薄膜上出现水平彩色条纹． 4．薄膜干涉的应用
干涉法检查平面的平整程度如图5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；若被检平面不平整，则干涉条纹发生弯曲．
图5
第 5 页共 17 页
感谢您的阅读，祝您生活愉快。