2023届高三物理一轮复习重点热点难点专题特训
专题79 光的干涉、衍射、偏振和散射
特训目标 特训内容
目标1 光的干涉（1T—5T）
目标2 光的衍射（6T—10T）
目标3 光的偏振（11T—15T）
目标4 光的散射（16T—20T）
【特训典例】
一、光的干涉
1．利用光的干涉原理可以检测甲烷、二氧化碳、瓦斯等气体的浓度，具有精度高、操作简便的特点。如图为一甲烷检测仪的工作原理图，其中P点为双缝中垂线与光屏的交点。则（ ）
A．空气室和甲烷室内的介质不同，不能在光屏上观察到干涉条纹
B．P点出现亮条纹，可知此时甲烷室中没有甲烷
C．随着甲烷室中甲烷浓度的变化，光屏上相邻两干涉条纹的间距也相应变化
D．通过测量干涉条纹在光屏上的位移量，可以知道甲烷在空气中的含量
【答案】D
【详解】A．通过空气和甲烷，光的频率不变，能在光屏上观察到干涉条纹，故A错误； B．只有满足光程差是波长的整数倍，就可以在P点出现亮条纹，故B错误；
C．由于光的频率未变，相邻两干涉条纹间距不变，故C错误；
D．光通过的介质浓度改变，干涉条纹相对原位置会在光屏上有位移，通过测量位移量，可以知道甲烷在空气中的含量，故D正确。
故选D。
2．用平行单色光垂直照射一层透明薄膜，观察到如图所示的明暗相间的干涉条纹。下列关于该区域薄膜厚度d随坐标x的变化图像，可能正确的是（ ）
A． B．
C． D．
【答案】D
【详解】由题意可知，从薄膜的上下表面分别反射的两列光是相干光，其光程差为∆x=2d
即光程差为薄膜厚度的2倍，当光程差xn（n=1，2，3，⋯）时，此处表现为亮条纹，即当薄膜的厚度为2dn（n=1，2，3，⋯）时，对应的条纹为亮条纹，相邻亮条纹之间的薄膜厚度差为12，从题图中可知，从左向右相邻亮条纹（或暗条纹）之间的距离逐渐变小，则薄膜层的厚度逐渐减小，由斜率知厚度减小越来越快，ABC错误，D可能正确。故选D。 3．如图所示，凸透镜的弯曲表面是个球面，球面的半径叫作这个曲面的曲率半径。把一个凸透镜压在一块平面玻璃上，让单色光从上方射入，从上往下看凸透镜，可以看到亮暗相间的圆环状条纹。这个现象是牛顿首先发现的，这些环状条纹叫作牛顿环。下列说法正确的是（ ）
高三物理计划光的偏振与干涉的实验
光的偏振和干涉是物理学中重要的概念和实验现象。在高三物理课程中，为了加深学生对这些概念的理解和应用能力的培养，我们计划进行一系列关于光的偏振与干涉的实验。
实验一：偏振光的产生与分析
实验目的：通过实验演示偏振光的产生与分析方法
实验器材：
1. 偏振片
2. 光源
3. 旋转平台
实验步骤：
1. 将偏振片置于光源前方，光线透过偏振片后变为偏振光。
2. 使用旋转平台旋转偏振片，观察偏振光的变化。
3. 在适当的位置使用第二个偏振片，调整其角度，观察透过两个偏振片的光强变化。
实验结果：
1. 当旋转偏振片时，观察到透过偏振片的光强度随角度的变化而变化。在特定角度下，光强最强，最弱。 2. 当调整第二个偏振片的角度时，观察到透过两个偏振片的光强度也随角度的变化而变化。在特定角度下，光强最强，最弱。
实验二：双缝干涉实验
实验目的：通过双缝干涉实验验证光的波动性质
实验器材：
1. 光源
2. 双缝装置
3. 屏幕
实验步骤：
1. 将光源放置在一定距离后面，使光通过双缝装置后射向屏幕。
2. 观察在屏幕上形成的干涉条纹。
3. 调整双缝的宽度和间距，观察干涉条纹的变化。
实验结果：
1. 在屏幕上观察到交替变暗和变亮的干涉条纹，说明光具有波动性。
2. 当双缝的宽度变小时，干涉条纹的间距变大；当双缝的间距变小时，干涉条纹的间距变小。
实验三：马赫-曾德尔干涉仪实验 实验目的：通过马赫-曾德尔干涉仪实验观察干涉现象并分析干涉条纹
实验器材：
1. 马赫-曾德尔干涉仪
2. 光源
实验步骤：
1. 将光源置于马赫-曾德尔干涉仪的一端，调整干涉仪的各个组件，使光通过干涉仪形成干涉条纹。
2. 观察并分析干涉条纹的特点和形态。
实验结果：
1. 观察到明暗交替的干涉条纹，这是由于光的相干性在干涉仪中引起的干涉现象。
2. 干涉条纹的形态和数量与干涉仪的构造以及光的波长有关。
会聚偏振光的干涉
实验目的：1. 初步学会使用偏光显微镜
2. 了解会聚偏振光干涉的原理，观察干涉现象并鉴别单、双轴晶体
实验仪器：偏光显微镜、云母片、石英片、物镜5个和目镜2个、石英楔子等、台灯
实验原理：
光在各向异性的晶体中传播时，会分解成偏振方向不同的光，并且其传播速度不同，因此当光从晶体中出射，就会发生位相差，如果此时我们再将这有位相差的两束光引到同一个偏振方向，就可以看到干涉现象。
会聚偏振光的干涉发生在单轴晶体中时，单轴晶体的光轴与表面垂直。如图1所示，为观察干涉图的装置，也就是偏光显微镜的原理图。
用聚光镜使从起偏镜射出的线偏振光会聚在晶体上，再经检偏镜使有了位相变化的偏振光发生干涉，通过目镜就可以看到干涉图了。对于双轴晶体干涉图与单轴晶体的不同，有关细节请自行参阅有关书籍和网上资源。
实验内容：
1. 调节偏光显微镜，方法和步骤参阅操作说明书。
2. 观察表面垂直于光轴的单轴晶体石英的干涉图形。
3. 观察表面垂直于两光轴夹角平分线的双轴晶体云母的干涉图形。
观察方法为：（1）转动起偏器从04590135180看干涉图的变化。
（2）转动载物台看干涉图的变化。
（3）插入石英楔子看干涉图的颜色变化。
4.绘制所看到的干涉图形，并记录对应的条件（起偏器与检偏器透光轴夹角、颜色顺序及其变化等），并作简单的解释。
1. 目镜
2. 勃氏镜
3.检偏振镜
4.物镜
5.晶体
6.载物台
7. 聚光镜
8.起偏振镜
9.反光镜
10. 白炽灯 白炽灯
起偏器 聚光镜 晶体 检偏镜 目镜 人眼
图1 原理图
1
2
3
4
5
6
7
8
10
9
第2讲 光的干涉、衍射和偏振 目标要求 1.知道什么是光的干涉、衍射和偏振.2.掌握双缝干涉中出现亮、暗条纹的条件.
3.知道发生明显衍射的条件．
考点一 光的干涉现象
光的干涉
(1)定义：在两列光波叠加的区域，某些区域相互加强，出现亮条纹，某些区域相互减弱，出现暗条纹，且加强区域和减弱区域相互间隔的现象． (2)条件：两束光的频率相同、相位差恒定．
(3)双缝干涉图样特点：单色光照射时，形成明暗相间的等间距的干涉条纹．
1．光的颜色由光的频率决定．( √ )
2．频率不同的两列光波不能发生干涉．( √ )
3．在“双缝干涉”实验中，双缝的作用是使白光变成单色光．( × )
4．在“双缝干涉”实验中，双缝的作用是用“分光”的方法使两列光的频率相同．( √ )
1．双缝干涉
(1)条纹间距：Δx＝ldλ，对同一双缝干涉装置，光的波长越长，干涉条纹的间距越大．
(2)明暗条纹的判断方法：
如图所示，相干光源S1、S2发出的光到屏上P′点的路程差为Δr＝r2－r1.
当Δr＝nλ(n＝0,1,2，…)时，光屏上P′处出现明条纹．
当Δr＝(2n＋1)λ2(n＝0,1,2，…)时，光屏上P′处出现暗条纹． 2．薄膜干涉
(1)形成原因：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，从膜的前表面AA′和后表面BB′分别反射回来，形成两列频率相同的光波，并且叠加．
(2)明暗条纹的判断方法：
两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr等于薄膜厚度的2倍，光在薄膜中的波长为λ.
在P1、P2处，Δr＝nλ(n＝1,2,3，…)，薄膜上出现明条纹．
在Q处，Δr＝(2n＋1)λ2(n＝0,1,2,3，…)，薄膜上出现暗条纹． (3)应用：增透膜、检查平面的平整度．
考向1 双缝干涉
例1 在图示的双缝干涉实验中，光源S到缝S1、S2距离相等，P0为S1、S2连线的中垂线与光屏的交点．用波长为400 nm的光实验时，光屏中央P0处呈现中央亮条纹(记为第0条亮条纹)，P处呈现第3条亮条纹．当改用波长为600 nm的光实验时，P处将呈现( )
