步步高届轮义：光的干涉衍射和偏振

光的干涉、衍射、偏振一、光的干涉干涉的条件：两列相干光源。

1、双缝干涉：由同一光源发出的光经过两个细缝后形成两列光波叠加时会产生干涉。

当这两列光波到达某点的路程差δ该处的光相加强，出现亮条纹；当这两列光波到达某点的路程差δ等于光的半波长的奇数倍时，该处的光相减弱，出现暗条纹； 相邻两条干涉条纹的间距λd Lx =∆2、薄膜干涉:由薄膜前后表面反射的的两列光波叠加而成。

例如肥皂泡及水面上的油膜呈现的彩色花纹。

劈形薄膜干涉可产生平行相间条纹。

增透膜的厚度应该是光在薄膜中波长的1/4。

3．杨氏双缝干涉的定量分析如图所示，缝屏间距L 远大于双缝间距d ，O 点与双缝S 1和S 2等间距，则当双缝中发出光同时射到O 点附近的P 点时，两束光波的路程差为δ=r 2－r 1. 由几何关系得22212)d x (L r -+=， 22222)d x (L r ++=. 考虑到L >>d 和 L >>x ，可得 Ldx =δ. 若光波长为λ，则当λδk ±= （k =0，1，2，…）时，两束光叠加干涉加强； 当 212λδ)k (-±= (k =1，2，3，…)时，两束光叠加干涉减弱，据此不难推算出（1）明纹坐标 λdLkx ±=（k =0，1，2，…） （2）暗纹坐标 212λ⋅-±=d L )k (x （k =1，2，…）（3）条纹间距 λdLx =∆.上述条纹间距表达式提供了一种测量光波长的方法。

P 1 P P 2 d S S P二、光的衍射①光的衍射现象是光离开直线路径而绕到障碍物后面的现象。

②产生明显衍射的条件：障碍物或孔的尺寸能和波长相比或比波长小。

光的干涉和光的衍射说明光是一种波。

三、光的偏振光的偏振说明光是横波。

12、（12分）（选修3–4）（1）光的干涉和衍射说明了光具有_ _ 性，露珠呈现彩色属于光的_ _现象，利用双缝干涉测光的波长原理表达式为_ _；全息照片往往用激光来拍摄，主要是利用了激光的_ _性； 海豚定位利用了自身发射的_ _波，雷达定位利用了自身发射的_ _波．答：波动； 折射； x ld∆=λ ；相干； 超声； 无线电（电磁）；（每空1分） 13．下面是四种与光有关的事实①用光导纤维传播信号； ②用透明的标准样板和单色平行光检查平面的平整度； ③一束白光通过三棱镜形成彩色光带； ④水面上的油膜呈现彩色。

3 粒子的波动性[学习目标] 1.知道人类对光的本性的认识史；了解光的波粒二象性及其对立统一关系.2.了解粒子的波动性，知道物质波的概念.3.了解什么是德布罗意波，会解释有关现象．一、光的波粒二象性1．光的本性 光的干涉、衍射、偏振现象表明光具有波动性，光电效应和康普顿效应表明光具有粒子性，即光具有波粒二象性． 2．光子的能量和动量关系式 (1)关系式：ε＝hν，p ＝h λ. (2)意义：能量ε和动量p 是描述物质的粒子性的重要物理量；波长λ和频率ν是描述物质的波动性的典型物理量．因此ε＝hν和p ＝h λ揭示了光的粒子性和波动性之间的密切关系． 二、粒子的波动性1．粒子的波动性(1)德布罗意波：任何运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与它相对应，这种波叫物质波，又叫德布罗意波．(2)物质波波长、频率的计算公式为λ＝h p ，ν＝εh. 2．物质波的实验验证(1)实验探究思路：干涉、衍射是波特有的现象，如果实物粒子具有波动性，则在一定条件下，也应该发生干涉或衍射现象．(2)实验验证：1927年戴维孙和汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射的实验，得到了电子的衍射图样，证实了电子的波动性．(3)说明除了电子以外，人们陆续证实了质子、中子以及原子、分子的波动性，对于这些粒子，德布罗意给出的ν＝εh 和λ＝h p关系同样正确．判断下列说法的正误．(1)光的干涉、衍射、偏振现象说明光具有波动性．( √ )(2)光具有粒子性，但光子又不同于宏观观念的粒子．(√)(3)光在传播过程中，有的光是波，有的光是粒子．(×)(4)电子的衍射现象证实了实物粒子具有波动性．(√)一、光的波粒二象性1．光的波动性(1)实验基础：光的干涉和衍射．(2)表现：①光子在空间各点出现的可能性大小可用波动规律来描述；②足够能量的光在传播时，表现出波的性质．(3)说明：①光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间相互作用产生的；②光的波动性不同于宏观观念的波．2．光的粒子性(1)实验基础：光电效应、康普顿效应．(2)表现：①当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子的性质；②少量或个别光子容易显示出光的粒子性．(3)说明：①粒子的含义是“不连续”“一份一份”的；②光子不同于宏观观念的粒子．例1(多选)下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是()A．有的光是波，有的光是粒子B．光子与电子是同样的一种粒子C．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著D．康普顿效应表明光具有粒子性答案CD解析一切光都具有波粒二象性，光的有些现象(如干涉、衍射)表现出波动性，光的有些现象(如光电效应、康普顿效应)表现出粒子性，所以，不能说有的光是波，有的光是粒子，A 错误．虽然光子与电子都是微观粒子，都具有波粒二象性，但电子是实物粒子，有静止质量，光子不是实物粒子，没有静止质量，电子是以实物形式存在的物质，光子是以场形式存在的物质，所以，不能说光子与电子是同样的一种粒子，B错误．光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显著，光的波长越短，粒子性就越显著，C正确．康普顿效应表明光具有粒子性，D正确．二、粒子的波动性1.如图1是电子束穿过铝箔后的衍射图样，结合图样及课本内容回答下列问题：图1(1)德布罗意提出“实物粒子也具有波动性”假设的理论基础是什么？(2)电子束穿过铝箔的衍射图样说明了什么？答案 (1)普朗克能量子和爱因斯坦光子理论．(2)电子具有波动性．2．德布罗意认为任何运动着的物体均具有波动性，可是我们观察运动着的汽车，并未感觉到它的波动性，你如何理解该问题？谈谈自己的认识．答案 一切微观粒子都存在波动性，宏观物体(汽车)也存在波动性，只是因为宏观物体质量大，动量大，产生的物质波的波长短，难以观测．1．对物质波的理解(1)任何物体，小到电子、质子，大到行星、太阳都存在波动性，这种波叫物质波，其波长λ＝h p .我们之所以观察不到宏观物体的波动性，是因为宏观物体对应的波长太小． (2)德布罗意假说是光的波粒二象性的一种推广，使之包括了所有的物质粒子，即光子与实物粒子都具有粒子性，又都具有波动性，与光子对应的波是电磁波，与实物粒子对应的波是物质波．2．计算物质波波长的方法(1)根据已知条件，写出宏观物体或微观粒子动量的表达式p ＝m v .(2)根据波长公式λ＝h p求解． (3)注意区分光子和微观粒子的能量和动量的不同表达式．如光子的能量ε＝hν，动量p ＝h λ；微观粒子的动能E k ＝12m v 2，动量p ＝m v . 例2 (多选)根据物质波理论，以下说法中正确的是( )A ．微观粒子有波动性，宏观物体没有波动性B ．宏观物体和微观粒子都具有波动性C ．宏观物体的波动性不易被人观察到是因为它的波长太长D ．速度相同的质子和电子相比，电子的波动性更为明显答案 BD解析 一切运动的物体都有一种物质波与它对应，所以宏观物体和微观粒子都具有波动性，A 错误，B 正确；宏观物体的物质波波长很短，不易观察到它的波动性，C 错误；由λ＝h p，p ＝m v 可知，速度相同的质子与电子相比，电子质量小，动量小，故其物质波波长更长，所以电子的波动性更明显，D 正确．例3 质量为1 000 kg 的小汽车以v ＝30 m/s 的速度在高速公路上行驶，试计算小汽车的德布罗意波的波长．为什么我们无法观察到其波动性？(普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s) 答案 见解析解析 小汽车的动量为p ＝m v ＝1 000×30 kg·m /s ＝3×104 kg·m/s ，故小汽车的德布罗意波的波长为λ＝h p ＝6.63×10－343×104 m ＝2.21×10－38 m因小汽车的德布罗意波的波长太短，故无法观察到其波动性．德布罗意波长的计算1．首先计算物体的速度，再计算其动量．如果知道物体动能也可以直接用p ＝2mE k 计算其动量．2．再根据λ＝h p计算德布罗意波长． 3．需要注意的是：德布罗意波长一般都很短，比一般的光波波长还要短，可以根据结果的数量级大致判断结果是否合理．针对训练 (2019·石嘴山三中高二月考)关于物质波，下列说法正确的是( )A ．速度相等的电子和质子，电子的波长长B ．动能相等的电子和质子，电子的波长短C ．动量相等的电子和中子，中子的波长短D ．如果甲、乙两电子的速度远小于光速，甲电子的速度是乙电子的3倍，则甲电子的波长也是乙电子的3倍答案 A解析 由λ＝h p可知，动量大的波长短，电子与质子的速度相等时，电子质量小，动量小，波长长，A 正确；电子与质子动能相等时，由动量与动能的关系p ＝2mE k 可知，电子的动量小，波长长，B 错误；动量相等的电子和中子，其波长应相等，C 错误；如果甲、乙两电子的速度远小于光速，甲电子的速度是乙电子的3倍，甲电子的动量也是乙电子的3倍，则甲电子的波长应是乙电子的13，D 错误．1．(光的波粒二象性)关于光的波粒二象性，下列说法中不正确的是( )A ．波粒二象性指光有时表现为波动性，有时表现为粒子性B ．光的频率越高，粒子性越明显C ．能量越大的光子其波动性越显著D ．光的波粒二象性应理解为，在某种场合下光的粒子性表现明显，在另外某种场合下的光的波动性表现明显答案 C解析 波粒二象性指光有时表现出的粒子性明显，有时表现出的波动性较明显，或者说在某种场合下光的粒子性表现明显，在另外某种场合下，光的波动性表现明显，A 、D 说法正确；光的频率越高，能量越大，粒子性相对波动性越明显，B 说法正确，C 说法错误．2．(物质波的理解)(多选)(2019·上饶中学高二月考)关于物质波，下列认识中正确的是( )A ．任何运动的物体都伴随一种波，这种波叫物质波B ．X 射线的衍射实验，证实了物质波假设是正确的C ．电子的衍射实验，证实了物质波假设是正确的D ．与宏观物体相联系的物质波不具有干涉、衍射等现象答案 AC解析 任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有与其本身相联系的波，这就是物质波，故A 正确；X 射线的本质是电磁波，X 射线的衍射实验，证实了X 射线的波动性，故B 错误；电子的衍射实验，证实了物质波假设是正确的，故C 正确；物质波具有干涉、衍射等现象，故D 错误．3．(物质波的理解与计算)如果一个中子和一个质量为10 g 的子弹都以103 m/s 的速度运动，则它们的德布罗意波的波长分别是多大？(中子的质量为 1.67×10－27kg ，普朗克常量为6.63×10－34 J·s ，结果保留三位有效数字)答案 3.97×10－10 m 6.63×10－35 m解析 中子的动量为p 1＝m 1v子弹的动量为p 2＝m 2v由λ＝h p知中子和子弹的德布罗意波长分别为 λ1＝h p 1，λ2＝h p 2联立以上各式解得λ1＝h m 1v ，λ2＝h m 2v代入数据可解得λ1≈3.97×10－10 m ，λ2＝6.63×10－35 m.。

专题53 光的干预、衍射与偏振现象〔练〕1．以下应用中是利用光的干预原理的是_____〔填入正确选项前的字母，选对1个给2分，选对2个给4分，选对3个给5分；每选错1个扣3分，最低得分为0分〕。

A．增透膜B．偏振片C．全息照相D．在磨制各中镜面或其它精细光学平面时，检查镜面的平整度E．切割与焊接金属【答案】ACD【解析】增透膜、全息照相以及在磨制各中镜面或其它精细光学平面时，检查镜面的平整度，都是利用光的干预现象；而偏振片是利用光的偏振；切割与焊接金属及光的干预无关；应选ACD．【名师点睛】考察应掌握各种仪器的工作原理与使用方法，注意干预及衍射之间的区别及联系．2．在光的双缝干预实验中，光屏上出现的条纹情况是：〔〕A．中央明条纹最宽B．各种不同色光的暗条纹间距一样大C．对于同种色光，光屏离双缝距离越远明条纹的间距越小D．在一样装置中红光的明条纹间距比紫光的明条纹间距大【答案】D【名师点睛】解答此题要知道：双缝干预条纹等间距、等宽度、等亮度．根据双缝干预条纹的间距公式比拟条纹间距的大小。

3．〔多项选择〕以下关于光现象，说法正确的选项是：〔〕A．通过游标卡尺测量爪的狭缝观察日光灯周围有彩纹，是由于光的折射B．雨后彩虹是阳光通过水雾形成的衍射现象C．激光全息照相利用了激光相干性好的特点D．拍摄玻璃橱窗里的物体时，在镜头前装偏振滤光片可以减弱玻璃外表反射光的影响【答案】CD【解析】通过游标卡尺测量爪的狭缝观察日光灯周围有彩纹，是光的衍射，A错误；雨后彩虹是由于光的折射造成色散形成的，故B错误；激光全息照相利用了激光相干性好的特点，C正确；反射光是偏振光，拍摄玻璃橱窗内的物品时，或拍摄水面上的物品时，往往在镜头前加装偏振片以减弱玻璃外表反射光进入照相机镜头，故D正确；【名师点睛】该题考察到光的衍射、干预、偏振现象与各种电磁波的性质，对光的本性的考察比拟全面．都是根底知识．属于根底题目．4．以下说法正确的选项是_____〔填入正确选项前的字母，选对1个给2分，选对2个给4分，选对3个给5分；每选错1个扣3分，最低得分为0分〕。

第2讲　光的干涉、衍射和偏振教材知识萃取1. [多选]如图所示,甲、乙两幅图分别是a 、b 两束单色光经过同一个双缝干涉装置形成的干涉图样,下列说法正确的是A .a 光的频率比b 光的频率低B .在真空中,a 光的速率比b 光的速率小C .在同一介质中,a 光的速率比b 光的速率小D .在同一介质中,a 光的临界角比b 光的临界角小1.CD 由题图可知a 光干涉条纹间距小于b 光干涉条纹间距,由Δx =��λ可知a 光波长小于b 光的波长,由c =λf 可知a 光的频率比b 光的频率高,故A 错误;在真空中所有光的速率都相同,故B 错误;在同一介质中,光的频率越高折射率越大,即有n a >n b ,由v =��可知a 光的速率比b 光的速率小,故C 正确;由C 项分析知在同一介质中有n a >n b ,由sin C =1�可知a 光的临界角比b 光的临界角小,故D 正确。

答案2. 如图,把铁丝圈放在肥皂水中蘸一下,让它挂上一层薄薄的液膜,竖直放置时,把这层液膜当成一个平面镜,用它观察灯焰,可以观察到上疏下密的彩色条纹,下列说法正确的是A .肥皂膜从形成到破裂,条纹的宽度和间距不会发生变化B .肥皂膜上的条纹是前表面反射光与折射光形成的干涉条纹C.肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹D .将铁丝圈的把柄在竖直面内转动90°,条纹也会跟着转动90°2.C 肥皂膜从形成到破裂,肥皂膜在重力作用下厚度不断变化,则干涉条纹的宽度和间距不断发生变化,选项A 错误;肥皂膜上的条纹是前表面的反射光与后表面反射光叠加形成的干涉条纹,选项B 错误,C 正确;将铁丝圈的把柄在竖直面内转动90°,条纹不会跟着转动,仍在水平方向,故D 错误。

答案3. [多选]在薄膜干涉实验中,铁丝圈上附有肥皂膜,将铁丝圈竖直放置,形成如图所示的肥皂膜侧视图,用黄色光从左侧照射薄膜,会观察到明暗相间的干涉条纹,则A .实验者应该从薄膜右侧观察干涉图样B .用白光照射时,薄膜上会有彩色条纹C .任意两相邻亮条纹处对应的薄膜厚度之差不变D .若换用红光照射,则条纹间距将变大3.BCD 薄膜干涉是前、后两个面的反射光叠加产生的,应该从入射光的同侧观察,故A 错误;用白光照射时,由于白光是复色光,具有不同的波长,薄膜上不同波长的光的明暗条纹的位置不同,所以会看到彩色条纹,故B 正确;任意两相邻亮条纹处对应的薄膜厚度之差是波长的一半,故C 正确;光波的干涉条纹的间距公式为Δx =��λ,如果换成红光照射,则波长变长,相邻条纹间距变大,故D 正确。

专题69 光的干涉、衍射和偏振一、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lxdλ∆=。

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。

光的色散、干涉、衍射和偏振一、光的色散1.光的色散(1)现象：一束白光通过三棱镜后在屏上会形成彩色光带。

(2)成因：棱镜材料对不同色光的折射率不同，对红光的折射率最小，红光通过棱镜后的偏折程度最小，对紫光的折射率最大，紫光通过棱镜后的偏折程度最大，从而产生色散现象。

2．各种色光的比较分析颜色红橙黄绿青蓝紫频率ν低→高同一介质中的折射率小→大同一介质中的速度大→小同一介质中的波长大→小通过同一棱镜的偏折角小→大同一介质中的临界角大→小同一装置的双缝干涉条纹间距大→小平行玻璃砖三棱镜圆柱体(球)结构玻璃砖上下表面是平行的横截面为三角形的三棱镜横截面是圆对光线的作用通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向，但要发生侧移通过三棱镜的光线经两次折射后，出射光线向棱镜底面偏折圆界面的法线是过圆心的直线，光线经过两次折射后向圆心偏折应用测定玻璃的折射率全反射棱镜，改变光的传播方向改变光的传播方向二、光的干涉1．产生干涉的条件两列光的频率相同，振动方向相同，且具有恒定的相位差，才能产生稳定的干涉图样。

2．杨氏双缝干涉(1)原理如图所示。

(2)形成亮、暗条纹的条件①单色光：形成明暗相间的条纹，中央为亮条纹。

光的路程差r2－r1＝kλ(k＝0，1，2，…)，光屏上出现亮条纹。

光的路程差r2－r1＝(2k＋1)λ2(k＝0，1，2，…)，光屏上出现暗条纹。

①白光：光屏上出现彩色条纹，且中央亮条纹是白色(填写颜色)。

①条纹间距公式：Δx＝ldλ。

3．薄膜干涉的理解和应用(1)形成：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′分别反射回来，形成两列频率相同的光波，并且叠加。

(2)亮、暗条纹的判断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，即Δr＝nλ(n ＝1,2,3，…)，薄膜上出现亮条纹。

①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，即Δr＝(2n＋1)λ2(n＝0,1,2,3，…)，薄膜上出现暗条纹。

光的干预、衍射和偏振一、光的干预1．稳定干预的相干条件：相干光源〔频率相同、相位相同〕发出的两列光波发生干预。

2．双缝干预：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。

白光的双缝干预条纹是中l 央为白色条纹，两边为彩色条纹，单色光的双缝干预中相邻亮条纹间的距离为x 。

d3．薄膜干预：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〕如下列图，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，在膜的前外表AA′和后外表BB′分别反射出来，形成两列频率相同的光波，并且叠加。

2〕薄膜干预的应用：干预法检查平面。

如下列图，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；假设被检平面不平整，那么干预条纹发生弯曲。

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。

13〕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。

物理光学干涉衍射与偏振问题干涉衍射和偏振是物理光学领域中的两个重要问题。

本文将从理论和实验两个方面讨论干涉衍射和偏振现象，并探讨其在实际应用中的重要性。

一、干涉衍射的定义和原理干涉衍射是光波传播过程中遇到透光物体或光波相互作用产生的现象。

干涉是指光波的两个或多个部分发生相互作用，产生干涉条纹，从而改变光波的波动性质。

衍射是指当光波通过一个孔或经过物体边缘时发生弯曲扩散。

干涉衍射的原理可以用以下两个现象解释：叠加原理和相位差。

叠加原理即各个光波达到的点的光强是各个光波的叠加结果。

相位差则指的是波的起始点到达某一点的过程中，各个波长所形成的相位差。

当干涉条件满足时，波峰和波谷相遇，光波会相互增强，形成明暗相间的干涉条纹。

二、干涉衍射的应用干涉衍射在现实生活中有着广泛的应用。

其中包括：1. 激光干涉仪：利用干涉条纹的特性，通过激光仪器进行精密测量。

2. 干涉光栅：利用入射光波经光栅衍射产生的干涉现象，进行波长分析和频率分析。

3. 光学显微镜：利用干涉衍射现象来增强显微镜的分辨率。

4. 光波导技术：通过控制光的干涉来实现光信号的传输和分析。

三、偏振光的定义和原理偏振是指光波的振动方向不是在所有方向上都均匀分布的现象。

偏振光可以通过偏振器来产生，偏振器是一个光学器件，可以选择性地传递或阻挡特定方向上的光波。

偏振光的原理可以通过振动方向和波长方向的关系来解释。

光的振动方向与光波的传播方向垂直时，称为正交振动。

而偏振器只能允许振动方向与光波传播方向相同的光通过，因此只有满足偏振器方向的光可以通过，其他光会被阻挡。

四、偏振光的应用偏振光在许多领域中有着广泛的应用。

以下是几个示例：1. 光学显微镜：通过使用偏振光，可以增强显微镜的图像对比度。

2. 液晶显示器：液晶分子只能让特定方向上的光通过，所以液晶显示器可以通过改变电场来控制光的偏振方向。

3. 拍摄滤镜：摄影中使用的偏振滤镜可以减少反射和增加对比度。

4. 3D电影：通过使用偏振镜片，可以实现立体影像的效果。

考点2 光的衍射和偏振现象1.光的衍射（1）定义：光绕过障碍物偏离直线传播的现象称为光的衍射.（2）产生明显衍射的条件：只有当障碍物或孔的尺寸[18]接近光的波长或比光的波长还要小时能产生明显的衍射.对同样的障碍物，波长越[19]长的光，衍射现象越明显；相对某种波长的光，障碍物越[20]小，衍射现象越明显.任何状况下都可以发生衍射现象，只是明显与不明显的区分.2.光的偏振（1）自然光：包含着在垂直于传播方向上沿[21]一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都[22]相同.（2）偏振光：在[23]垂直于光的传播方向的平面上，只沿着某个[24]特定的方向振动的光.（3）偏振光的形成：①让自然光通过[25]偏振片形成偏振光.②让自然光在两种介质的界面发生反射和[26]折射，反射光和折射光可以成为部分偏振光或完全偏振光.（4）偏振光的应用：加偏振滤光片的照相机镜头、液晶显示器、立体电影、消退车灯眩光等.（5）光的偏振现象说明光是一种[27]横波.我们常常看到交通信号灯、平安指示灯、雾灯、施工警示灯等都是红色的信号灯，这除了红色光简洁引起人们的视觉反应外，还有一个重要缘由，这个缘由是红光波长较长，比其他可见光更简洁发生衍射现象.当阳光照耀较厚的云层时，日光射透云层后，会受到云层深处水滴或冰晶的反射，这种反射在穿过云雾表面时，在微小的水滴边缘产生衍射现象.试推断下列现象的成因与上面描述是（√）否（×）相同.（1）雨后的彩虹.（✕）（2）孔雀羽毛在阳光下色调斑斓.（√）（3）路面上的油膜阳光下呈现彩色.（✕）（4）阳光照耀下，树影中呈现一个个小圆形光斑.（✕）研透高考明确方向命题点1干涉、衍射图样的比较3.[2024天津南开中学校考]关于甲、乙、丙、丁四个试验，以下说法正确的是（D）A.四个试验产生的条纹均为干涉条纹B.甲、乙两试验产生的条纹均为等距条纹C.丙试验中，产生的条纹间距越大，该光的频率越大D.丁试验中，适当减小单缝的宽度，中心条纹会变宽解析甲、乙、丙试验产生的条纹均为干涉条纹，而丁试验是光的衍射条纹，故A错误；甲试验产生的条纹为等距条纹，而乙是牛顿环，空气薄层不匀整变更，则干涉条纹间距不λ，丙试验中，产生的条纹间距越大，则波相等，故B错误；依据干涉条纹间距公式Δx＝Ld长越长，频率越小，故C错误；丁试验中，产生的明暗条纹间距不相等，若减小单缝的宽度，中心条纹会变宽，故D正确.易错提示1.光的干涉与衍射的比较2.图样不同点3.图样相同点干涉、衍射都属于光的叠加，都是波特有的现象，都有明暗相间的条纹。

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1A．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.d3．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.d3．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： 5λ3＝nλ介＝×3.15×10－7 m＝5.25×10－7 m36Δr2.1×10－ m路程差Δr和波长λ3的关系为：N2＝＝＝4λ35.25×10－7 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3A．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42．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．λ②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。

5光的衍射6光的偏振[学习目标] 1.知道光的衍射现象，知道产生明显衍射现象的条件.2.知道衍射条纹的特点，会区分衍射条纹和干涉条纹.3.知道光的偏振现象，知道光是横波.4.知道偏振光和自然光的区别，能运用偏振知识来解释生活中的一些常见光学现象．一、光的衍射1．用单色平行光照射狭缝，当缝很窄时，光没有沿直线传播，它绕过了缝的边缘，传播到了相当宽的地方．这就是光的衍射现象．2．各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射，致使影的轮廓模糊不清，出现明暗相间的条纹．3．发生明显衍射现象的条件：在障碍物的尺寸可以跟光的波长相比，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象十分明显．4．衍射光栅(1)构成：由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件．(2)增加狭缝的个数，衍射条纹的宽度变窄，亮度增加．(3)种类：透射光栅和反射光栅．二、光的偏振1．偏振片由特定的材料制成，每个偏振片都有一个特定的方向，只有沿着这个方向振动的光波才能顺利通过偏振片，这个方向叫做“透振方向”．2．自然光和偏振光(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．这种光是“自然光”．(2)偏振光：在垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定的方向振动，这种光叫做偏振光．3．光的偏振现象说明光是一种横波．4．偏振现象的应用照相机镜头前的偏振滤光片、电子表的液晶显示、立体电影、车灯眩光的消除等．1．判断下列说法的正误．(1)衍射条纹和干涉条纹都是明暗相间的，所以二者是一样的．(×)(2)只有波长长的光才发生明显的衍射现象．(×)(3)横波和纵波都能产生偏振现象．(×)(4)自然光通过偏振片可以获得偏振光．(√)2．图1所示四幅图片中属于光的干涉的是________，属于光的的衍射的是________．图1答案a b、d一、光的衍射(1)让一束激光照射在游标卡尺两个卡脚之间的缝上，逐渐减小两个卡脚之间的距离，使缝越来越小，观察照在屏幕上光斑的变化．缝宽大约多大时屏幕上出现条纹？缝间距变小时，条纹有什么变化？(2)用针尖在一张厚纸上扎一个很小的小孔，用眼睛通过小孔观察太阳光，会观察到什么现象？答案(1)大约0.4 mm时会出现条纹，当缝间距变小时，屏幕上条纹间距逐渐变宽，但亮度逐渐减弱．(2)会观察到中央为亮圆，周围为彩色的圆环．三种衍射图样的特点1．单缝衍射(1)单色光通过狭缝时，在屏幕上出现明暗相间的条纹，中央为亮条纹．中央条纹最宽最亮，两侧的亮条纹逐渐变暗变窄；白光通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹，中央为白色条纹．(2)波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，各条纹间距大；单缝不变时，光波波长长的中央条纹宽，条纹间距大．2．圆孔衍射：光通过小孔(孔很小)时，在光屏上出现明暗相间的圆环．如图2所示．图2图33．圆板衍射(泊松亮斑)(1)若在单色光(如激光)传播途中放一个较小的圆形障碍物，会发现在影的中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑．衍射图样如图3所示．(2)中央是亮斑，圆板阴影的边缘是模糊的，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环． 例1 (多选)用单色光通过小圆盘和小圆孔做衍射实验时，在光屏上得到衍射图形，它们的特征是( )A ．中央均为亮点的同心圆形条纹B ．中央均为暗点的同心圆形条纹C ．若单缝宽度变小，则衍射条纹间距变窄D ．若单缝宽度变小，则衍射条纹间距变宽答案 AD解析 圆孔衍射实验图样，与单色光通过小圆盘得到的泊松亮斑，它们中央均为亮点的同心圆形条纹，故A 正确，B 错误．单缝宽度越小，衍射现象越明显，条纹间距越大，故C 错误，D 正确．二、单缝衍射与双缝干涉的比较1．不同点(1)产生条件⎩⎪⎨⎪⎧单缝衍射：只要狭缝足够小双缝干涉：频率相同的两列光波相遇叠加 (2)图样⎩⎪⎨⎪⎧ 单缝衍射的图样是中央为最宽最亮的亮条纹，两侧亮条纹变暗变窄双缝干涉的图样是亮度相同的等间距的条纹2．相同点 (1)都有明暗相间的条纹，条纹都是光波叠加时加强或减弱的结果．(2)都是波特有的现象，表明光是一种波．例2 (2020·厦门一中高二下期中)如图4所示的四幅明暗相间的条纹，分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮条纹)．则在下面的四幅图中从左到右排列，亮条纹的颜色依次是( )图4A ．红黄蓝紫B ．红紫蓝黄C ．蓝紫红黄D ．蓝黄红紫答案 B解析 双缝干涉条纹平行等距，且波长越长，条纹间距越大，而红光波长比蓝光波长长，故第一幅图为红光，第三幅图为蓝光；单缝衍射条纹是中间明亮且宽大，越向两侧宽度越小越暗，而波长越长，中央亮条纹越宽，由于黄光波长比紫光波长长，故第四幅图为黄光的衍射图样，第二幅图为紫光的衍射图样，故选B.区分双缝干涉条纹与单缝衍射条纹的方法1．根据条纹的宽度区分：双缝干涉的条纹是等宽的，条纹间的距离也是相等的；而单缝衍射的条纹，中央亮条纹最宽，两侧的条纹变窄．2．根据亮条纹的亮度区分：双缝干涉条纹，从中央亮条纹往两侧亮度变化很小；而单缝衍射条纹中央亮条纹最亮，两侧的亮条纹逐渐变暗．针对训练在杨氏双缝干涉实验中，正确的有()A．用白光作为光源，屏上将呈现黑白相间的条纹B．用红光作为光源，屏上将呈现红白相间的条纹C．用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色条纹D．用紫光作为光源，遮住其中一条狭缝，屏上将呈现间距不等的条纹答案 D解析杨氏双缝干涉实验中，用白光作为光源，屏上将呈现中央条纹为白色亮条纹而两边对称出现彩色条纹，A错；用红光作为光源，屏上将呈现红色亮条纹与暗条纹(即黑条纹)相间的条纹，故B错；用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，由于频率不同，不能发生干涉现象，屏上将不出现干涉条纹，故C错；紫光作为光源，遮住一条狭缝，屏上出现单缝衍射条纹，即间距不等的条纹，D对．三、光的偏振如图5所示，取一个偏振片P，让阳光通过偏振片P，在P的另一侧观察，可以看到偏振片是透明的；在偏振片P的后面再放置另一个偏振片Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片Q，会看到什么现象？这说明什么？图5答案会看到在旋转Q时光的亮度发生变化．偏振片的作用类似于狭缝的作用，只有振动方向与透振方向一致的光才能通过．当偏振片Q 与P的透振方向平行时，穿过Q的光最强；当Q与P的透振方向垂直时，光不能透过Q.对偏振方向与透振方向的理解透振方向：偏振片由特定的材料制成，每个偏振片都有一个特定的方向，只有沿着这个方向振动的光波才能顺利通过偏振片，这个方向叫做“透振方向”．(1)当偏振光的偏振方向与偏振片的透振方向平行时，透射的光最强；当偏振光的偏振方向与偏振片的透振方向垂直时，光不能穿过偏振片．(2)当偏振光的偏振方向与偏振片的透振方向既不平行也不垂直时，则仍会有部分光透过偏振片，只是透过的光的强度介于平行和垂直两种情况之间．例3(多选)如图6所示，电灯S发出的光先后经过偏振片A和B，人眼在P处迎着入射光方向看不到光亮，则()图6A．图中a光为偏振光B．图中b光为偏振光C．以SP为轴将B转过180°后，在P处将看到光亮D．以SP为轴将B转过90°后，在P处将看到光亮答案BD解析自然光在垂直于传播方向的平面内，沿各个方向的振动是均匀分布的，通过偏振片后，透射光是只沿着某一特定方向振动的光．从电灯直接发出的光为自然光，故A错；它通过偏振片A后，即变为偏振光，故B对；设通过偏振片A的光沿竖直方向振动，而偏振片B只能通过沿水平方向振动的偏振光，则P处看不到光亮，以SP为轴将B转过180°后，P处仍看不到光亮，故C错；以SP为轴将B转过90°后，则偏振片B将变为能通过竖直方向上振动的光的偏振片，则偏振光能通过B，即在P处将看到光亮，故D对.1．(光的衍射)(多选)对光的衍射现象的定性分析，正确的是()A．光的衍射是光在传播过程中绕过障碍物继续传播的现象B．衍射条纹图样是光波相互叠加的结果C．光的衍射现象为光的波动说提供了有力的证据D．光的衍射现象完全否定了光的直线传播结论答案ABC解析根据光的衍射现象的定义可知选项A正确；衍射条纹图样中有亮、暗条纹，这是光波相互叠加的结果，加强区为亮条纹，减弱区为暗条纹，选项B正确；因为衍射也是波特有的现象，所以光的衍射现象的发现为光的波动说提供了有力证据，选项C正确；当障碍物较大时，光的衍射很弱，光几乎沿直线传播，即光的直线传播只是特殊情况下的近似，二者是统一的，选项D错误．2．(光的衍射)如图7所示为观察光的衍射现象的装置，让激光束通过一个狭缝，观察到光屏上出现衍射图样．现保持狭缝到光屏的距离不变，稍微减小狭缝的缝宽，则再观察到的条纹是()图7A．间距相等的更窄条纹B．间距相等的更宽条纹C．间距不等的更窄条纹D．间距不等的更宽条纹答案 D解析在观察光的衍射现象的实验中，保持狭缝到光屏的距离不变，屏上明暗相间的条纹间距随缝宽的减小而增大．则再观察到的条纹是间距不等的更宽条纹，故选D.3．(自然光和偏振光)(多选)关于自然光和偏振光，以下说法正确的是()A．自然光包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，但是沿各个方向振动的光波的强度可以不相同B．偏振光是在垂直于传播方向上，只沿着某一特定方向振动的光C．自然光透过一个偏振片后仍是自然光D．太阳、电灯等普通光源发出的光都是自然光答案BD4．(光的偏振的应用)(多选)下列关于光的偏振现象的应用正确的是()A．自然光通过起偏振器后成为偏振光，利用检偏振器可以检验出偏振光的振动方向B．立体电影利用了光的偏振现象C．茶色眼镜利用了光的偏振现象D．拍摄日落时水面下的景物时，在照相机镜头前装一个偏振片可减弱水面反射光的影响答案ABD。