第2講光的干涉、衍射和偏振

【目標要求】1.知道什么是光的干涉、衍射和偏振2掌握雙縫干涉中出現(xiàn)亮、暗條紋的條件.

3.知道發(fā)生明顯衍射的條件.

考點一光的干涉現(xiàn)象

光的干涉

(1)定義：在兩列光波疊加的區(qū)域，某些區(qū)域相互加強，出現(xiàn)亮條紋，某些區(qū)域相互減弱，出

現(xiàn)喳條紋，且加強區(qū)域和減弱區(qū)域相互間隔的現(xiàn)象.

(2)條件：兩束光的頻率相同、相位差恒定.

(3)雙縫干涉圖樣特點：單色光照射時，形成明暗相間的等間距的干涉條紋.

1.光的顏色由光的頻率決定.(V)

2.頻率不同的兩列光波不能發(fā)生干涉.(V)

3.在“雙縫干涉”實驗中，雙縫的作用是使白光變成單色光.(X)

4.在“雙縫干涉”實驗中，雙縫的作用是用“分光”的方法使兩列光的頻率相同.(V)

1.雙縫干涉

(1)條紋間距：?=夕，對同一雙縫干涉裝置，光的波長越長，干涉條紋的間距越大.

(2)明暗條紋的判斷方法：

如圖所示，相干光源Si、S2發(fā)出的光到屏上P點的路程差為加=，2—小

當△r=〃2(w=0,l,2,…)時，光屏上P處出現(xiàn)明條紋.

當Ar=(2"+1春〃=0,1,2,…)時,光屏上P處出現(xiàn)暗條紋.

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，從膜的前表面A4'和后表面分別反射回來，形成兩列頻率相同的光波，

并且疊加.

(2)明暗條紋的判斷方法：

兩個表面反射回來的兩列光波的路程差"等于薄膜厚度的2倍，光在薄膜中的波長為工

在尸1、尸2處,加=1("=1,2,3,…),薄膜上出現(xiàn)明條紋.

在。處，△廠=(2〃+1春"=0,1,2,3,。一)，薄膜上出現(xiàn)暗條紋.

(3)應(yīng)用：增透膜、檢查平面的平整度.

【例11在圖示的雙縫干涉實驗中，光源S到縫51、S2距離相等，Po為S［、S2連線的中垂線與

光屏的交點.用波長為400nm的光實驗時，光屏中央R處呈現(xiàn)中央亮條紋（記為第0條亮條

紋），尸處呈現(xiàn)第3條亮條紋.當改用波長為600nm的光實驗時，P處將呈現(xiàn)（）

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

答案A

解析由公式可知號當改用波長為600nm的光實驗時，則有拶1=。2,即

=g=黑，解得〃=2,即P處將呈現(xiàn)第2條亮條紋，A正確?

Z2OUU

【例2】（多選）圖甲是用光的干涉法來檢查物體平面平整程度的裝置，其中A為標準平板，B

為待檢查的物體，C為入射光，圖乙為觀察到的干涉條紋，下列說法正確的是（）

A.入射光C應(yīng)采用單色光

B.圖乙條紋是由A的下表面反射光和B的上表面反射光發(fā)生干涉形成的

C.當A、8之間某處距離為入射光的半波長奇數(shù)倍時，對應(yīng)條紋是暗條紋

D.由圖乙條紋可知，被檢查表面上有洞狀凹陷

答案AB

【例3】（2021?江蘇卷?6）鐵絲圈上附有肥皂膜，豎直放置時，肥皂膜上的彩色條紋上疏下密，

由此推測肥皂膜前后兩個面的側(cè)視形狀應(yīng)當是（）

答案C

解析薄膜干涉為前后兩個面反射回來的光發(fā)生干涉形成干涉條紋，當入射光為復(fù)色光時，

出現(xiàn)彩色條紋.由于重力作用，肥皂膜前后表面的厚度從上到下逐漸增大，從而使干涉條紋

上疏下密，由于表面張力的作用，使得肥皂膜向內(nèi)凹陷，故C正確，A、B、D錯誤.

考點二光的衍射和偏振現(xiàn)象

1.光的衍射

發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件：只有當障礙物或狹縫的尺寸足夠小的時候，衍射現(xiàn)象才會明顯.

2.光的偏振

（1）自然光：包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光,而且沿著各個方向振動的光波

的強度都相同.

（2）偏振光：在垂直于光的傳播方向的平面上,只沿著某個特定的方向振動的光.

（3）偏振光的形成

①讓自然光通過偏振片形成偏振光.

②讓自然光在兩種介質(zhì)的界面發(fā)生反射和折射，反射光和折射光可以成為部分偏振光或完全

偏振光.

（4）偏振光的應(yīng)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.

（5）光的偏振現(xiàn)象說明光是一種槿波.

1.陽光下茂密的樹林中，地面上的圓形亮斑是光的衍射形成的.（X）

2.泊松亮斑是光的衍射形成的.（V）

3.光遇到障礙物時都能產(chǎn)生衍射現(xiàn)象.（V）

4.自然光是偏振光.（X）

1.單縫衍射與雙縫干涉的比較

單縫衍射雙縫干涉

條紋寬度條紋寬度不等，中央最寬條紋寬度相等

不同點條紋間距各相鄰亮條紋間距不等各相鄰亮（暗）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

干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象，都屬于波的疊加；干涉、

相同點

衍射都有明暗相間的條紋

2.光的干涉和衍射的本質(zhì)

從本質(zhì)上看，干涉條紋和衍射條紋的形成有相似的原理，光的干涉和衍射都屬于光波的疊加,

干涉是從單縫通過兩列頻率相同的光在屏上疊加形成的，衍射是由來自單縫上不同位置的光

在屏上疊加形成的.

【例4】如圖所示的4種明暗相間的條紋分別是紅光、藍光各自通過同一個雙縫干涉儀器形成

的干涉圖樣以及黃光、紫光各自通過同一個單縫形成的衍射圖樣（黑色部分表示亮條紋）.在

下面的4幅圖中從左往右排列，亮條紋的顏色依次是（）

A.紅黃藍紫B.紅紫藍黃

C.藍紫紅黃D.藍黃紅紫

答案B

解析雙縫干涉條紋是等間距的，而單縫衍射條紋除中央亮條紋最寬、最亮之外，兩側(cè)條紋

亮度、寬度都逐漸減小，因此1、3為雙縫干涉條紋，2、4為單縫衍射條紋.相鄰亮條紋間

距公工=夕，紅光波長比藍光波長長，則紅光干涉條紋間距大于藍光干涉條紋間距，即1、3

分別對應(yīng)紅光和藍光.而在單縫衍射中，當單縫寬度一定時，波長越長，衍射越明顯，即中

央條紋越寬越亮，黃光波長比紫光波長長，即2、4分別對應(yīng)紫光和黃光.綜上所述，1、2、

3、4四幅圖中亮條紋的顏色依次是：紅、紫、藍、黃，B正確.

【例5】奶粉的碳水化合物(糖)的含量是一個重要指標，可以用“旋光法”來測量糖溶液的濃

度，從而鑒定含糖量.偏振光通過糖的水溶液后，偏振方向會相對于傳播方向向左或向右旋

轉(zhuǎn)一個角度a,這一角度a稱為“旋光度”，a的值只與糖溶液的濃度有關(guān)，將a的測量值

與標準值相比較，就能確定被測樣品的含糖量了.如圖所示，S是自然光源，4、8是偏振片，

轉(zhuǎn)動B,使到達。處的光最強，然后將被測樣品P置于A、B之間.

(1)偏振片A的作用是.

(2)偏振現(xiàn)象證明了光是一種.

(3)以下說法中正確的是.

A.到達。處光的強度會減弱

B.到達。處光的強度不會減弱

C.將偏振片8轉(zhuǎn)動一個角度，使得。處光強度最強，偏振片8轉(zhuǎn)過的角度等于a

D.將偏振片A轉(zhuǎn)動一個角度，使得。處光強度最強，偏振片A轉(zhuǎn)過的角度等于a

答案(1)把自然光變成偏振光(2)橫波

(3)ACD

解析(1)自然光通過偏振片后變?yōu)槠窆?，故A的作用是把自然光變成偏振光.

(2)偏振現(xiàn)象證明光是一種橫波.

(3)偏振片只能讓一定偏振方向的光通過，沒有樣品時，要使到達。處的光最強，偏振片A、

8的透光方向應(yīng)相同；當放入樣品時，由于樣品的“旋光度”是a,即偏振方向不再與8的

透光方向平行，到達。處光的強度會減弱，A正確，B錯誤；偏振片8轉(zhuǎn)過的角度等于a,

并使偏振片8的透振方向與偏振光的偏振方向平行時，光到達。處的強度將再次最大，C正

確；同理，D正確.

考點三幾何光學(xué)與物理光學(xué)的綜合應(yīng)用

【例61如圖所示，不同波長的兩單色光a、b沿同一方向從空氣射向半圓形玻璃磚，入射點

。在直徑的邊緣，折射光線分別為OA、OB,貝)

空氣

b

A

A.a單色光的頻率比b單色光的頻率小

B.當a、b兩束光由玻璃射向空氣中，。光臨界角比6光臨界角大

C.在玻璃磚中a單色光從0到A的傳播時間不等于b單色光從0到B的傳播時間

D.用a、6兩束光在相同條件下做雙縫干涉實驗，。光產(chǎn)生的干涉條紋間距比b光小

答案D

解析因為a光的偏折程度大于b光，所以根據(jù)折射定律得知：玻璃對。光的折射率大于對

b光的折射率，所以。單色光的頻率比6單色光的頻率大，故A錯誤；根據(jù)全反射臨界角公

式sinC=1,可知，。光的折射率大，則。光的臨界角小于b光的臨界角，故B錯誤；對于

任一光束研究：設(shè)入射角為i,折射角為r,玻璃磚的半徑為R,則折射率為〃=含，光在

玻璃中傳播速度為。=今光在玻璃中傳播距離為s=2Rsinr,光在玻璃中傳播時間為/"=/,

聯(lián)立以上可得/=筆以，i、R、c均相等，所以在玻璃磚中。單色光從。到A的傳播時間等

于6單色光從。到8的傳播時間，故C錯誤；根據(jù)折射率大，頻率高，波長短，可知。光的

折射率大于6光的折射率，則a光在真空中的波長小于b光在真空中的波長，根據(jù)雙縫干涉

條紋間距公式，可知a光產(chǎn)生的干涉條紋間距比。光小，故D正確.

【例7】如圖所示，截面為等腰直角三角形ABC的玻璃磚，NB=90。，一束頻率為/=6XIO］，

Hz的光線從AB面中點處垂直射入棱鏡，在AC面發(fā)生全反射，從BC面射出后，進入雙縫

干涉裝置.已知AC長度L=O.3m,雙縫間距d=0.2mm,光屏與雙縫間距離/=1.0m,光在

真空中的傳播速度為c=3.0XIO8m/s.求：

(1)玻璃磚對該光線的折射率的最小值n；

(2)光線在玻璃磚中傳播的最短時間t；

(3)光屏上相鄰亮條紋的間距Ax

答案(1)^2(2)1XIO"$(3)2.5mm

解析(1)由幾何關(guān)系知，光線在AC面發(fā)生全反射的入射角為45°,可知臨界角CW45°時，

折射率有最小值，由sinC=：得〃2也，即最小折射率為小.

(2)由幾何關(guān)系可知，光線在玻璃磚中傳播距離

s=^L,光線在玻璃磚中的傳播速度

傳播時間

代入數(shù)據(jù)解得最短時間t=1XICTfs

cI

(3)由

聯(lián)立代入數(shù)據(jù)解得Ax=2.5mm.

課時精練

立基礎(chǔ)落實練

1.下列有關(guān)光學(xué)現(xiàn)象說法中正確的是（）

A.甲中荷葉上的露珠顯得特別“明亮”是由于水珠將光線會聚而形成的

B.乙中將雙縫干涉實驗中的雙縫間距調(diào)小，則干涉條紋間距變小

C.丙中用加有偏振濾光片的相機拍照，可以拍攝清楚汽車內(nèi)部的情景

D.丁中肥皂膜在陽光下呈現(xiàn)彩色條紋是光的衍射現(xiàn)象

答案C

解析題圖甲中荷葉上的露珠顯得特別“明亮”是由于水珠對光線的全反射形成的，故A錯

誤；在雙縫干涉實驗中，條紋間距叔=夕，若將雙縫間距d調(diào)小，則條紋間距Ax變大，故

B錯誤；在照相機鏡頭前加裝偏振濾光片拍攝汽車內(nèi)部情景，濾去了汽車外玻璃的反射光，

使景象清晰，故C正確；肥皂膜表面可看到彩色條紋，是因為肥皂膜的前后兩面反射回來的

兩列光發(fā)生干涉時形成的，故D錯誤.

2.（2019?北京卷J4）利用圖示的裝置（示意圖），觀察光的干涉、衍射現(xiàn)象，在光屏上得到如圖

中甲和乙兩種圖樣.下列關(guān)于尸處放置的光學(xué)元件說法正確的是（）

A.甲對應(yīng)單縫，乙對應(yīng)雙縫

B.甲對應(yīng)雙縫，乙對應(yīng)單縫

C.都是單縫，甲對應(yīng)的縫寬較大

D.都是雙縫，甲對應(yīng)的雙縫間距較大

答案A

解析由題圖中給出的甲、乙兩種圖樣可知，甲是單縫衍射的圖樣，乙是雙縫干涉的圖樣，

A項正確，B、C、D項錯誤.

3.（多選）（2023?河北張家口市模擬）通過如圖甲所示的裝置可研究光的干涉和衍射現(xiàn)象.從光

源發(fā)出的光經(jīng)過一縫板，在縫板后有一裝有感光元件的光屏，通過信號轉(zhuǎn)換，可在電腦上看

到屏上的光強分布情況.圖乙分別顯示出A光和8光通過同一縫板得到的光強分布情況.下

列有關(guān)A、8兩種色光的說法正確的有（）

A.光通過的可能是縫板上的單縫

B.A光的波長比8光的波長長

C.A光在玻璃中的傳播速度大于8光在玻璃中的傳播速度

D.A光比8光更容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象

答案BCD

解析從光的強度分布可以看出，光屏上的光是等間距、等亮度的，所以是光通過雙縫產(chǎn)生

的干涉現(xiàn)象，A錯誤；由題圖乙可看出，A光的條紋間距大于B光的，由可知，A光

的波長大于8光的波長，B正確；A光的頻率小于8光的頻率，則玻璃對A光的折射率小于

對8光的折射率，所以A光在玻璃中的傳播速度大于8光在玻璃中的傳播速度，C正確；由

于A光的波長較長，所以更容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，D正確.

4.（2023?江蘇海安市檢測）如圖所示，a、6兩束不同單色光相互平行，從平行玻璃磚尸。表面

入射，從面出射時變?yōu)橐皇鈉,則下列說法正確的是（）

A.a.b中有一束光在MN面發(fā)生了全發(fā)射

B.在玻璃中。光傳播速度大于b光的傳播速度

C.在同一個雙縫干涉裝置中，°光干涉條紋間距較大

D.減小玻璃磚的厚度，光從面出射時變?yōu)閮墒叫泄?/p>

答案D

解析根據(jù)光路的可逆性原理可知，對于平行玻璃磚界面來說，能夠射進玻璃磚的光線，在

另一個界面絕對不會發(fā)生全反射，因此無論是。光線還是。光線，都不可能在面發(fā)生全

反射現(xiàn)象，A錯誤；畫出光路圖如圖甲所示，根據(jù)折射定律有sini=&sinsinz=raisinib,

由圖可知?！礽”，則叫＜&,根據(jù)波速與折射率的關(guān)系有〃=東則”＞4,B錯誤；由波長與

折射率的關(guān)系可知心＞九，根據(jù)干涉條紋間距公式&=），則C錯誤；如圖乙所

示減小玻璃豉的厚度，下邊界變?yōu)镸'N',則出射時變?yōu)閮墒叫泄?，D正確.

MM

甲X

5.（2023?浙江紹興市模擬汝口圖所示，把一個底角很小的圓錐玻璃體倒置（上表面為圓形平面，

縱截面為等腰三角形）緊挨玻璃體下放有一平整矩形玻璃磚，它和圓錐玻璃體間有一層薄空氣

膜.現(xiàn)用紅色光垂直于上表面照射，從裝置的正上方向下觀察，可以看到（）

A.一系列不等間距的三角形條紋

B.一系列明暗相間的等間距圓形條紋

C.若將紅光換成白光，則看到黑白相間的條紋

D.若將紅光換成紫光，則看到的亮條紋數(shù)將變少

答案B

解析由于截面是等腰三角形，從圓心向外，經(jīng)過相同的寬度空氣膜厚度增加量相同，根據(jù)

光的干涉原理，從裝置的正上方向下觀察，可以看到一系列明暗相間的等間距圓形條紋，A

錯誤，B正確；若將紅光換成白光，則看到明暗相間的彩色條紋，C錯誤；由于紅光的波長

比紫光的長，若將紅光換成紫光，則條紋間距減小，看到的亮條紋數(shù)將增多，D錯誤.

6.（2021?湖北卷?5）如圖所示，由波長為九和九2的單色光組成的一束復(fù)色光，經(jīng)半反半透鏡

后分成透射光和反射光.透射光經(jīng)擴束器后垂直照射到雙縫上并在屏上形成干涉條紋.。是

兩單色光中央亮條紋的中心位置，P1和尸2分別是波長為幾和力2的光形成的距離。點最近的

亮條紋中心位置.反射光入射到三棱鏡一側(cè)面上，從另一側(cè)面M和N位置出射，貝M）

A.2I＜%2,M是波長為孤的光出射位置

B.&N是波長為九的光出射位置

C.刈＞%2，M是波長為小的光出射位置

D.九＞幻，N是波長為力的光出射位置

答案D

解析由雙縫干涉條紋間距公式可知，當兩種色光通過同一雙縫干涉裝置時，波長越

長相鄰兩亮條紋間距越寬，由屏上亮條紋的位置可知九＞石，反射光經(jīng)過三棱鏡后分成兩束色

光，由題圖可知從N位置出射的光的折射角大，又由折射定律可知，入射角相同時，折射率

越小的色光折射角越大，由于九1＞42,則“1＜小，所以N是波長為九的光出射位置，故D正確，

A、B、C錯誤.

立能力綜合練

7.（多選）（2022?山東卷」0）某同學(xué)采用圖甲所示的實驗裝置研究光的干涉與衍射現(xiàn)象，狹縫

N、S的寬度可調(diào)，狹縫到屏的距離為L同一單色光垂直照射狹縫，實驗中分別在屏上得到

了圖乙、圖丙所示圖樣.下列描述正確的是（）

A.圖乙是光的雙縫干涉圖樣，當光通過狹縫時，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，增加3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，若光從狹縫Si、S2到屏上尸點的路程差為半波長的奇數(shù)倍，尸點處一

定是暗條紋

答案ACD

解析題圖乙中間部分為等間距條紋，所以題圖乙是光的雙縫干涉圖樣，當光通過狹縫時，

同時也發(fā)生衍射，故A正確；狹縫越小，衍射范圍越大，衍射條紋越寬，遮住一條狹縫，另

一狹縫寬度增大，則衍射現(xiàn)象減弱，題圖丙中亮條紋寬度減小，故B錯誤；根據(jù)條紋間距公

式有Ac=力，則照射兩條狹縫時，增加"其他條件不變，題圖乙中相鄰暗條紋的中心間距

增大，故C正確；照射兩條狹縫時，若光從狹縫N、出到屏上尸點的路程差為半波長的奇數(shù)

倍，P點處一定是暗條紋，故D正確.

8.（2023?遼寧省模擬）隨著科技的發(fā)展，夜視技術(shù)越來越成熟.一切物體都可以產(chǎn)生紅外線，

即使在漆黑的夜里“紅外監(jiān)控”“紅外攝影”也能將目標觀察得清清楚楚.為了使圖像清晰,

通常在紅外攝像頭的鏡頭表面鍍一層膜，下列說法正確的是（）

A.鍍膜的目的是盡可能讓入射的紅外線反射

B.鍍膜的目的是盡可能讓入射的所有光均能透射

C.鍍膜的厚度應(yīng)該是紅外線在薄膜中波長的四分之一

D.鍍膜的厚度應(yīng)該是紅外線在薄膜中波長的二分之一

答案C

解析鍍膜的目的是盡可能讓紅外線能夠透射，而讓紅外線之外的光反射，從而使紅外線圖

像更加清晰，故A、B錯誤；當紅外線在薄膜前、后表面的反射光恰好干涉減弱時，反射光

最弱，透射光最強，根據(jù)干涉相消的規(guī)律可知，此時紅外線在薄膜前、后表面反射光的光程

差應(yīng)為半波長的奇數(shù)倍，而為了盡可能增加光的透射程度，鍍膜的厚度應(yīng)該取最薄的值，即

紅外線在薄膜中波長的四分之一，故C正確，D錯誤.

9.（2023?福建龍巖市質(zhì)檢）如圖所示，把一矩形均勻薄玻璃板ABCD壓在另一個矩形平行玻璃

板上，一端用薄片墊起，將紅單色光從上方射入，這時可以看到明暗相間的條紋，下列關(guān)于

這些條紋的說法中正確的是（）

A.條紋方向與邊平行

B.條紋間距不是均勻的，越靠近8c邊條紋間距越大

C.減小薄片的厚度，條紋間距變小

D.將紅單色光換為藍單色光照射，則條紋間距變小

答案D

解析薄膜干涉的光程差A(yù)s=2d（d為薄膜厚度），厚度相同處產(chǎn)生的條紋明暗情況相同，因

此條紋應(yīng)與8c邊平行，故A錯誤；因為兩玻璃間形成的空氣膜厚度均勻變化，因此條紋是

等間距的，故B錯誤；減小薄片厚度，條紋間距將增大，故C錯誤；將紅光換成藍光照射，

入射光波長減小，條紋間距將減小，故D正確.

10.（2021?山東卷?7）用平行單色光垂直照射一層透明薄膜，觀察到如圖所示明暗相間的干涉

條紋.下列關(guān)于該區(qū)域薄膜厚度］隨坐標x的變化圖像，可能正確的是（）

linn?

Ox

答案D

R素養(yǎng)提升練

11.單縫衍射實驗中所產(chǎn)生圖樣的中央亮條紋寬度的一半與單縫寬度、光的波長、縫屏距離的

關(guān)系，和雙縫干涉實驗中所產(chǎn)生圖樣的相鄰兩亮條紋間距與雙縫間距、光的波長、縫屏距離

的關(guān)系相同.利用單縫衍射實驗可以測量金屬的線膨脹系數(shù)，線膨脹系數(shù)是表征物體受熱時

長度增加程度的物理量.如圖是實驗的示意圖，擋光片A固定，擋光片B放置在待測金屬棒

上端，A、8間形成平直的狹縫，激光通過狹縫，在光屏上形成衍射圖樣.溫度升高，金屬棒

膨脹使得狹縫寬度發(fā)生變化，衍射圖樣也隨之發(fā)生變化.在激光波長已知的情況下，通過測

量縫屏距離和中央亮條紋寬度，可算出狹縫寬度及