专题69 光的干涉、衍射和偏振-高考全攻略之备战2018年高考物理考点一遍过 11页

一、光的干涉 ‎1．稳定干涉的相干条件：相干光源（频率相同、相位相同）发出的两列光波发生干涉。‎ ‎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的距离为。‎ ‎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。‎ ‎（1）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′分别反射出来，形成两列频率相同的光波，并且叠加。‎ ‎（2）薄膜干涉的应用：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，如果被检平面是平整光滑的，会观察到平行且等间距的明暗相间条纹；若被检平面不平整，则干涉条纹发生弯曲。‎ 二、光的衍射 ‎1．发生明显衍射的条件：障碍物的尺寸或狭缝的宽度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。‎ ‎2．衍射图样 ‎（1）单缝衍射 ‎①单色光：明暗相间的不等距条纹，中央亮纹最宽最亮，两侧条纹具有对称性。‎ ‎②白光：中间为宽且亮的白色条纹，两侧是窄且暗的彩色条纹（紫光靠近中央，红光远离中央）。‎ ‎（2）圆孔衍射：明暗相间的不等距圆环，圆环面积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。‎ 三、光的偏振 ‎1．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。‎ ‎2．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。‎ ‎3．不能认为偏振片就是刻有狭缝的薄片，偏振片并非刻有狭缝，而是具有一种特征，即存在一个偏振方向，只让平行于该方向振动的光通过，其他振动方向的光被吸收了。‎ ‎4．应用：照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等。‎ 薄膜干涉条纹产生的原因是 A．薄膜内的反射光线和折射光线相互叠加 B．同一束光线经薄膜前后两表面反射后相互叠加 C．入射光线和从薄膜反射回来的光线叠加 D．明条纹是波峰和波峰叠加而成，暗条纹是波谷与波谷叠加而成 ‎【参考答案】B ‎【详细解析】薄膜干涉条纹是光线经过薄膜上表面和下表面反射后相互叠加产生的，AC错误，B正确；明条纹是波峰与波峰或波谷与波谷叠加产生的，暗条纹是波峰与波谷叠加产生的，D错误。‎ ‎【知识拓展】与双缝干涉的原理类似，当薄膜厚度的2倍，即光程差为光的半波长的偶数倍时，干涉加强，显示亮条纹；当薄膜厚度的2倍为光的半波长的奇数倍时，干涉削弱，显示暗条纹。‎ ‎1．光热转换是将太阳能转换成其他物质内能的过程，太阳能热水器就是一种光热转换装置，它的主要器件 是真空玻璃管，这些玻璃管可将太阳能转换成水的内能，真空玻璃管表面采用镀膜技术增加透射性，使尽可能多的太阳能转换为内能，这种镀膜技术的物理依据是 A．光的衍射 B．光的粒子性 C．光的干涉 D．光的直线传播 ‎【答案】C ‎2．在研究材料A的热膨胀特性时，可采用如图所示的干涉实验法，A的上表面是一光滑平面，在A的上方放一个透明的平行板B，B与A上表面平行，在它们中间形成一个厚度均匀的空气膜，现在用波长为λ的单色光垂直照射，同时对A缓慢加热，在B上方观察到B板的亮度发生周期性变化，当温度为t1时最亮，然后亮度逐渐减弱至最暗；当温度升到t2时，亮度再一次回到最亮，则 A．出现最亮时，B上表面反射光与A上表面反射光叠加后加强 B．出现最亮时，B下表面反射光与A上表面反射光叠加后相抵消 C．温度从t‎1升至t2过程中，A的高度增加 D．温度从t‎1升至t2过程中，A的高度增加 ‎【答案】D ‎【解析】当A、B间的空气膜厚度为单色光波长的整数倍时，出现最亮，B下表面反射光与A上表面反射光叠加后加强，AB错误；当温度为t1时最亮，设此时A、B间空气膜的厚度为d，则2d=kλ（k为正整 数），当温度升到t2时，再一次最亮，则2(d–h)=(k–1)λ，联立可得h=，C错误，D正确。‎ 下列现象哪些是光的衍射产生的 A．著名的泊松亮斑 B．阳光下茂密树荫中地面上的圆形亮斑 C．光照到细金属丝上后在其后面屏上的阴影中间出现亮线 D．阳光经凸透镜后形成的亮斑 ‎【参考答案】AC ‎【详细解析】当光照到不透光的小圆板上时，在光屏的阴影中心出现的亮斑属于光的衍射现象，A正确；阳光下茂密树荫中地面上的圆形亮斑，是光沿直线传播形成的，B错误；光照到细金属丝上后在其后面屏上的阴影中间出现亮线，属于光的衍射现象，C正确；阳光经凸透镜后形成的亮斑，是光经过透镜折射形成的，D错误。‎ ‎【名师点睛】光的衍射现象要与其他光学现象区分开，题目中可能出现的说法如单个障碍物、两个不透明物体夹在一起，如果是两个夹在一起的物体有透明的，就要考虑是否是薄膜干涉了。‎ ‎1．如图甲、乙分别是单色光通过同一窄缝后形成明暗相间的两种条纹图样，则 A．甲、乙均是干涉条纹 B．甲、乙均是衍射条纹 C．甲对应的光的波长较长 D．乙对应的光的波长较长 ‎【答案】BD ‎2．抽制细丝时可用激光监控其粗细，如图所示，激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板上的一条同样宽度的窄缝规律相同，则以下说法正确的是 A．这是利用光的干涉现象 B．这是利用光的衍射现象 C．如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝粗了 D．如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝细了 ‎【答案】BD ‎ ‎ 有关偏振和偏振光的下列说法中正确的有 ‎ A．只有电磁波才能发生偏振，机械波不能发生偏振 B．只有横波能发生偏振，纵波不能发生偏振 C．自然界不存在偏振光，自然光只有通过偏振片才能变为偏振光 D．除了从光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光都是偏振光 ‎【参考答案】BD ‎【详细解析】机械波中的横波能发生偏振，A错误；能发生偏振现象的波一定是横波，B正确；由光源直接发出的自然光一般是非偏振光，但经过反射的光一般为偏振光，除了从光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光都是偏振光，C错误，D正确。‎ ‎【名师点睛】本题的易错点是知道光源发出的光是非偏振光，但不知道我们看到的大部分光都是经过了反射的，而反射光线一般为偏振光。‎ ‎1．在垂直于太阳光的传播方向上前后各放置两个偏振片P和Q，在Q的后面放一光屏，则 ‎ A．Q不动，旋转P，屏上的光的亮度不变 B．Q不动，旋转P，屏上的光的亮度时强时弱 C．P不动，旋转Q，屏上的光的亮度不变 D．P不动，旋转Q，屏上的光的亮度时强时弱 ‎【答案】BD ‎1．关于光的衍射现象，下列说法正确的是 A．衍射现象中条纹的出现是光叠加后干涉的结果 B．双缝干涉中也存在衍射现象 C．一切波都很容易发生明显的衍射现象 D．影的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实 ‎2．下列说法正确的是 A．太阳光通过三棱镜形成彩色光谱，这是光的干涉的结果 B．用光导纤维传送图像信息，这是光的衍射的应用 C．眯着眼睛看发光的灯丝时能观察到彩色条纹，这是光的偏振现象 D．在照相机镜头前加装偏振滤光片拍摄日落时水面下的景物，可使景像清晰 ‎3．如图所示为一显示薄膜干涉及现象的实验装置，P是附有肥皂膜的铁丝圈，S是一点燃的酒精灯。在肥皂膜上观察到的干涉图象应是下图中的 ‎4．在观察光衍射的实验中，分别观察到如图甲、乙所示的清晰的明暗相间的图样，图中黑线为暗纹．那么障碍物应是 A．乙图对应的是很小的不透明圆板 B．甲图对应的是很大的不透明圆板 C．乙图对应的是很大的中间有大圆孔的不透明挡板 D．甲图对应的是很大的中间有小圆孔的不透明挡板 ‎5．将两个偏振片紧靠在一起，放在一盏灯的前面，眼睛通过偏振片看到的光很弱。如果将其中一个偏振片旋转180°，在旋转过程中会观察到 A．灯光逐渐增强，然后又逐渐减弱 B．灯光逐渐增强，然后又逐渐减弱到零 C．灯光逐渐增强，没有减弱现象 D．灯光逐渐增强，再减弱，然后又增强到最亮 ‎6．用卡尺观察单缝衍射现象，当缝宽由‎0.1 mm逐渐增大到‎0.5 mm的过程中 A．衍射条纹间距变窄，衍射现象逐渐消失 B．衍射条纹间距变宽，衍射现象越加显著 C．衍射条纹间距不变，亮度增加 D．衍射条纹间距不变，亮度减小 ‎7．夜晚，汽车前灯发出的强光将迎面驶来的汽车司机照得睁不开眼，严重影响行车安全。若考虑将汽车前灯玻璃改用偏振玻璃，使射出的灯光变为偏振光；同时汽车前窗玻璃也采用偏振玻璃，其透振方向正好与灯光的振动方向垂直，但还要能看清自己车灯发出的光所照亮的物体。假设所有的汽车前窗玻璃和前灯玻璃均按同一要求设置，如下措施中可行的是 A．前窗玻璃的透振方向是竖直的，车灯玻璃的透振方向是水平的 B．前窗玻璃的透振方向是竖直的，车灯玻璃的透振方向是竖直的 C．前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°，车灯玻璃的透振方向是斜向左上45°‎ D．前窗玻璃和车灯玻璃的透振方向都是斜向右上45°‎ ‎8．关于光学镜头增透膜的以下说法中，正确的是 A．增透膜是为了减少光的反射损失，增加透射光的强度 B．增透膜的厚度等于入射光在真空中波长的 C．增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波长的 D．因为增透膜的厚度一般适合绿光反射时相互抵消，红光、紫光的反射不能完全抵消，所以涂有增透膜的镜头呈淡紫色 ‎9．如图所示是利用薄膜干涉检查平整度的装置，同样的装置也可以用于液体折射率的测定。方法是只需要将待测液体填充到两平板间的空隙（之前为空气）中，通过比对填充后的干涉条纹间距d′和填充前的干涉条纹间距d就可以计算出该液体的折射率。已知空气的折射率为1。则下列说法正确的是 A．d′d，该液体的折射率为 D．d′>d，该液体的折射率为 ‎10．（2017北京卷）物理学原理在现代科技中有许多重要应用。例如，利用波的干涉，可将无线电波的干涉信号用于飞机降落的导航。如图所示，两个可发射无线电波的天线对称地固定于飞机跑道两侧，它们类似于杨氏干涉实验中的双缝。两天线同时都发出波长为λ1和λ2的无线电波。飞机降落过程中，当接收到λ1和λ2的信号都保持最强时，表明飞机已对准跑道。下列说法正确的是 A．天线发出的两种无线电波必须一样强 B．导航利用了λ1与λ2两种无线电波之间的干涉 C．两种无线电波在空间的强弱分布稳定 D．两种无线电波各自在空间的强弱分布完全重合 ‎11．（2016江苏卷）杨氏干涉实验证明光的确是一种波，一束单色光投射在两条相距很近的狭缝上，两狭缝就成了两个光源，它们发出的光波满足干涉的必要条件，则两列光的______相同。如图所示，在这两列光波相遇的区域中，实线表示波峰，虚线表示波谷，如果放置光屏，在____（选填“A”、“B”或“C”）点会出现暗条纹。‎ ‎ ‎ ‎1．AB【解析】衍射现象中条纹的出现是光叠加后干涉的结果，双缝干涉中也存在衍射现象，AB正确；只有波长较长的波容易发生明显的衍射现象，C错误；影与衍射现象不相矛盾，D错误。‎ ‎2．D【解析】太阳光通过三棱镜形成彩色光谱，这是光的色散，是光的折射的结果，A错误；用光导纤维束传送图象信息，这是光的全反射的应用，B错误；眯着眼睛看发光的灯丝时能观察到彩色条纹，这是光的衍射现象，C错误；在照相机镜头前加装偏振滤光片拍摄日落时水面下的景物，可滤去水面反射的偏振光，使水下的景像清晰，D正确。‎ ‎4．AD【解析】甲图是圆孔衍射图样，对应的是很大的中间有小圆孔的不透明挡板，乙图是泊松亮斑的衍射图样，对应的是很小的不透明圆板，AD正确，BC错误。‎ ‎5．A【解析】开始时眼睛通过偏振片看到的光很弱，说明两偏振片的偏振方向近似垂直，将其中一个偏振片旋转180°，两偏振片的偏振方向的夹角先减小，再增大到近似垂直，则观察到的灯光先逐渐增强，再逐渐减弱，选A。‎ ‎6．A【解析】光的波长很短，缝宽越窄，衍射现象越明显，当缝宽由‎0.1 mm逐渐增大到‎0.5 mm，衍射条纹间距变窄，衍射现象逐渐消失，选A。‎ ‎7．D【解析】若前窗玻璃的透振方向竖直，车灯玻璃的透振方向水平的话，从车灯发出的照射到物体上反射的光线将不能透过前窗玻璃，司机面前将是一片漆黑，A错误；若前窗玻璃与车灯玻璃的透振方向均竖直，则对面车灯的光仍能照得司机睁不开眼，B错误；若前窗玻璃透振方向是斜向右上45°，车灯玻璃的透振方向斜向左上45°，则车灯发出的光经物体反射后不能进入本车的车窗内，却可以透振进对面车窗内，C错误。正确的措施是D。‎ ‎8．ACD【解析】在选择增透膜时，一般是使对人眼灵敏的绿色光在反射时相互抵消，这时光谱中其他频率的光反射不能完全抵消，所以涂有增透膜的镜头呈淡紫色，AD正确；要使增透膜两面反射的光相互抵消，两面反射光的路程差应为光在薄膜中的波长一半的奇数倍，则薄膜厚度为波长的奇数倍，B错误，C正确。‎ ‎9．B【解析】薄膜干涉是光在空气层的上下两次反射叠加后形成的，光程差为厚度的两倍，相邻亮条纹处的薄膜厚度分别为和（n为正整数），厚度差为，条纹间距，换成液体后波长减小为，条纹间距减小为，可得折射率，选B。‎ ‎11．频率 C ‎【解析】产生稳定干涉图样的条件是两束光的频率相同，A、B两点为振动加强点，出现明条纹，C点波峰与波谷相遇振动减弱，为暗条纹。‎ ‎ ‎ ‎ ‎