2024届高考一轮复习物理教案(新教材粤教版)：光的干涉、衍射和偏振

光的衍射和偏振-粤教版选修3-4教案一、引言光是一种波动现象，它在传播过程中会发生许多特殊的现象，如衍射和偏振。

本节课将讨论这两种光的现象，旨在让学生深入了解光的性质和特点，理解光的传播规律。

二、衍射1. 实验现象实验1：在一扇窗户上垂直放一根细针，当太阳的光照在窗户上时，可以观察到光通过针眼的部分会呈现一个圆形的光斑。

实验2：使用幅射计，将一条光线发送到屏幕上，并通过一个小孔观察到它的传播过程，可以观察到光线在小孔后会出现明暗相间的光斑。

2. 衍射现象的解释当光线穿过孔隙或通过一个边缘时，它就会发生衍射。

简单来说，衍射是指光通过一些物质界面或障碍物时发生的一种现象。

衍射的现象是由于光在物体阻挡下发生了多次折射和反射，导致光波的前后缘产生干涉，形成的立体光场。

波的干涉可以产生出不同的光强度和颜色，并在空间中形成特殊的分布规律。

3. 衍射的规律衍射的规律取决于光的波长、衍射孔的大小、形状和孔隙边缘的光滑程度等因素。

当光线通过一个孔隙时，会发生岛屿、极小值、干涉环等明显的现象。

1.一般会分为两类衍射：–小孔衍射：当光通过一个小孔时，会在屏幕上形成一个亮暗相间的光斑。

–大孔衍射：当光通过一个大于相干区域的孔时，会在衍射角的周边产生明暗相间、干涉现象的环状图案。

2.衍射的定量描述：用空间角衡量光的强度，可以用夫琅禾费衍射公式表达，有助于定量描述光的衍射。

夫琅禾费衍射公式中，光的波长、衍射孔的大小和孔隙边缘的光滑程度都是衍射干涉现象的重要因素。

数学上可以用衍射极小值来表达，公式为：$$\\sin\\theta=m\\lambda/d$$其中，$\\theta$为衍射角度，m为整数，λ为波长，d为孔径。

根据这个公式，可以预测衍射角和无比的样式。

4. 衍射的应用在日常生活中，衍射的现象可以见于许多物品，如照相机、显微镜、CD、DVD等。

衍射现象不仅帮助我们学习和理解物质媒体对光的作用，而且还有很多实际的应用，例如雷达、声纳和X光衍射成像等。

考情分析光电效应2022·河北卷·T42021·海南卷·T32021·江苏卷·T82019·天津卷·T52018·全国卷Ⅱ·T17能级跃迁、光子的动量2022·广东卷·T52022·浙江6月选考·T72022·北京卷·T12022·重庆卷·T62020·江苏卷·T12(2)2019·全国卷Ⅰ·T14原子核式结构实验、物质波2022·浙江1月选考·T162020·天津卷·T12020·江苏卷·T12(2)原子核的衰变、半衰期2022·全国甲卷·T172022·山东卷·T12022·浙江6月选考·T142021·全国甲卷·T172021·全国乙卷·T172021·山东卷·T12021·广东卷·T12021·湖南卷·T12021·河北卷·T12021·福建卷·T92021·重庆卷·T22020·全国卷Ⅲ·T19核反应、核能2022·浙江1月选考·T142022·湖北卷·T12022·辽宁卷·T22021·浙江6月选考·T142021·北京卷·T12021·海南卷·T52021·江苏卷·T12020·全国卷Ⅰ·T192020·全国卷Ⅱ·T182020·浙江7月选考·T142019·全国卷Ⅱ·T15试题情境生活实践类医用放射性核素、霓虹灯、氖管、光谱仪、原子钟、威耳逊云室、射线测厚仪、原子弹、反应堆与核电站、太阳、氢弹、环流器装置等学习探究类光电效应现象、光的波粒二象性、原子的核式结构模型、氢原子光谱、原子的能级结构、射线的危害与防护、原子核的结合能、核裂变反应和核聚变反应等第1讲光电效应波粒二象性目标要求 1.知道什么是光电效应，理解光电效应的实验规律，会利用光电效应方程计算逸出功、截止频率、最大初动能等物理量.2.了解实物粒子的波动性，知道物质波的概念．考点一光电效应能量子假说1．能量子假说(1)定义：普朗克认为，当带电微粒辐射或吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值ε的整数倍，这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子．(2)能量子大小：ε＝hν，其中ν是带电微粒吸收或辐射电磁波的频率，h称为普朗克常量．一般取h＝6.63×10－34 J·s.2．光电效应及其规律(1)光电效应现象照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出，这个现象称为光电效应，这种电子常称为光电子．(2)光电效应的产生条件入射光的频率大于或等于金属的截止频率．(3)光电效应规律①每种金属都有一个截止频率νc，入射光的频率必须大于或等于这个截止频率才能产生光电效应．②光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大．③光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9 s.④当入射光的频率大于或等于截止频率时，在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大，逸出的光电子数越多，逸出光电子的数目与入射光的强度成正比，饱和电流的大小与入射光的强度成正比．3．爱因斯坦光电效应方程(1)光电效应方程①表达式：hν＝E k＋W0或E k＝hν－W0.②物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能．(2)逸出功W0：电子从金属中逸出所需做功的最小值，W0＝hνc＝h cλc.(3)最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值．1．光子和光电子都不是实物粒子．(×)2．只要入射光的强度足够大，就可以使金属发生光电效应．( × )3．要使某金属发生光电效应，入射光子的能量必须大于或等于该金属的逸出功．( √ )4．光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比．( × )光电效应的分析思路例1 (2022·全国乙卷·17)一点光源以113 W 的功率向周围所有方向均匀地辐射波长约为6×10－7 m 的光，在离点光源距离为R 处每秒垂直通过每平方米的光子数为3×1014个．普朗克常量为h ＝6.63×10－34 J·s.R 约为( ) A ．1×102 mB ．3×102 mC ．6×102 mD ．9×102 m答案 B解析 一个光子的能量为E ＝hν，ν为光的频率，光的波长与频率的关系为c ＝λν，光源每秒发出的光子的个数为n ＝P hν＝Pλhc， P 为光源的功率，光子以球面波的形式传播，那么以光源为原点的球面上的光子数相同，此时距光源的距离为R 处，每秒垂直通过每平方米的光子数为3×1014个，那么此处的球面的表面积为S ＝4πR 2，则n S＝3×1014， 联立以上各式解得R ≈3×102 m ，故选B.例2 光电效应实验中，下列表述正确的是( )A ．光照时间越长，光电子最大初动能越大B ．入射光足够强就可以有光电流导出C ．遏止电压与入射光的强度有关D ．入射光频率小于截止频率时，不论光照时间多长，都不能发生光电效应答案 D解析光电子的最大初动能与光照时间无关，与入射光的频率有关，故A错误；发生光电效应的条件是入射光频率大于或等于截止频率，入射光强，不一定能发生光电效应，故B错误；根据光电效应方程E k＝eU c＝hν－W0知遏止电压与入射光的频率有关，与强度无关，故C错误；当入射光频率小于截止频率时，不论光照时间多长，都不能发生光电效应，故D正确．例3(2023·广东深圳市模拟)用如图所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为2.5 eV 的光照射到光电管上时，电流表G的读数为0.2 mA，移动变阻器的滑片C，当电压表的示数大于或等于0.7 V时，电流表读数为0，则()A．光电管阴极的逸出功为1.8 eVB．开关S断开后，没有电流流过电流表GC．光电子的最大初动能为1.8 eVD．改用能量为1.5 eV的光子照射，有电流流过电流表G，但电流较小答案 A解析由题图可知，光电管两端所加的电压为反向电压，由电压表的示数大于或等于0.7 V 时，电流表示数为0，可知光电子的最大初动能为0.7 eV，根据光电效应方程hν＝E k＋W0，可得W0＝1.8 eV，A正确，C错误；开关S断开后，用光子能量为2.5 eV的光照射到光电管上发生了光电效应，有光电子逸出，则有电流流过电流表G，B错误；改用能量为1.5 eV的光子照射，由于光子的能量小于逸出功，不能发生光电效应，无电流流过电流表G，D错误．考点二光电效应中常见的四类图像图像名称图线形状获取信息最大初动能E k 与入射光频率ν的关系①截止频率νc：图线与ν轴交点的横坐标②逸出功W0：图线与E k轴交点的纵坐标的绝对值W0＝|－E|＝E③普朗克常量h：图线的斜率k＝h遏止电压U c 与入射光频率ν的关系①截止频率νc：图线与横轴的交点的横坐标②遏止电压U c：随入射光频率的增大而增大③普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即h＝ke(注：此时两极之间接反向电压)颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系①遏止电压U c：图线与横轴的交点的横坐标②饱和电流：电流的最大值③最大初动能：E k＝eU c颜色不同时，光电流与电压的关系①遏止电压U c1、U c2②饱和电流③最大初动能E k1＝eU c1，E k2＝eU c2例4(2023·广东广州市铁一中学月考)在研究光电效应规律的试验中，用三束光分别照射同一光电管得到三条光电流和电压的关系图线如图所示，则下列说法正确的是()A．光电子的最大初动能E k甲＝E k丙<E k乙B．光电子的最大初动能E k甲＝E k丙>E k乙C．三种光的频率关系是ν甲>ν乙>ν丙D．三种光的频率关系是ν甲＝ν乙>ν丙答案 A解析因为E k＝hν－W0＝eU c，由题图可知，甲、丙光对应的遏止电压相等且小于乙光对应的遏止电压，故光电子的最大初动能E k甲＝E k丙<E k乙，A正确，B错误；因为是同一光电管，且有hν＝eU c＋W0，由题图可知，甲、丙光对应的遏止电压相等且小于乙光对应的遏止电压，故ν甲＝ν丙>ν乙，C、D错误．例5(多选)(2023·广东珠海市第二中学模拟)在研究甲、乙两种金属光电效应现象的实验中，光电子的最大初动能E k与入射光频率ν的关系如图所示，则()A．两条图线与横轴的夹角α和β可能不相等B ．若增大入射光频率ν，则所需的遏止电压U c 随之增大C ．若某一频率的光可以使乙金属发生光电效应，则一定也能使甲金属发生光电效应D ．若增大入射光的强度，不改变入射光频率ν，则光电子的最大初动能将增大答案 BC解析 根据爱因斯坦光电效应方程hν＝E k ＋W 0，可知光电子的最大初动能E k 与入射光频率ν的关系图像的斜率为普朗克常量h ，所以两条图线的斜率一定相等，α和β一定相等，A 错误；由E k ＝hν－W 0，可知，若增大入射光的频率ν，则产生的光电子的最大初动能增大．由eU c ＝E k ，可知所需的遏止电压U c 将增大，B 正确；光电子的最大初动能E k 与入射光频率ν的关系图像与横轴的截距等于金属的逸出功W 0，由题图可知甲金属的逸出功较小，因此某一频率的光可以使乙金属发生光电效应，则一定能使甲金属发生光电效应，C 正确；根据光电效应方程，若不改变入射光频率ν，而增大入射光的强度，则光电子的最大初动能不变，D 错误．考点三 光的波粒二象性与物质波1．光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性． (2)光电效应说明光具有粒子性．(3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性．2．物质波(1)概率波：光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因此光波又叫概率波．(2)物质波：任何一个运动着的物体，小到微观粒子，大到宏观物体，都有一种波与它对应，其波长λ＝h p，p 为运动物体的动量，h 为普朗克常量．1．光的频率越高，光的粒子性越明显，但仍具有波动性．( √ )2．法国物理学家德布罗意大胆预言了实物粒子在一定条件下会表现为波动性．( √ ) 例6 (多选)(2022·浙江1月选考·16)电子双缝干涉实验是近代证实物质波存在的实验．如图所示，电子枪持续发射的电子动量为1.2×10－23 kg·m/s ，然后让它们通过双缝打到屏上．已知电子质量取9.1×10－31 kg ，普朗克常量取6.6×10－34 J·s ，下列说法正确的是( )A ．发射电子的动能约为8.0×10－15 JB ．发射电子的物质波波长约为5.5×10－11 mC ．只有成对电子分别同时通过双缝才能发生干涉D ．如果电子是一个一个发射的，仍能得到干涉图样答案 BD解析 根据动量的大小与动能的关系可知发射电子的动能约为E k ＝p 22m ＝(1.2×10－23)22×9.1×10－31 J ≈8.0×10－17 J ，故A 错误；发射电子的物质波波长约为λ＝h p ＝6.6×10－341.2×10－23m ＝5.5×10－11 m ，故B 正确；物质波也具有波粒二象性，故电子的波动性是每个电子本身的性质，则每个电子依次通过双缝都能发生干涉现象，只是需要大量电子显示出干涉图样，故C 错误，D 正确． 例7 (2023·上海市师大附中高三月考)用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现如图(a)、(b)、(c)所示的图像，则( )A ．图像(a)表明光具有波动性B ．图像(c)表明光具有粒子性C ．用紫外线观察不到类似的图像D ．实验表明光是一种概率波答案 D解析 题图(a)只有分散的亮点，表明光具有粒子性；题图(c)呈现干涉条纹，表明光具有波动性，A 、B 错误；紫外线也具有波粒二象性，也可以观察到类似的图像，C 错误；实验表明光是一种概率波，D 正确．课时精练1．关于光电效应，下列说法正确的是( )A ．截止频率越大的金属材料逸出功越大B ．只要光照射的时间足够长，任何金属都能发生光电效应C ．从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小D ．入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多答案 A解析 逸出功W 0＝hνc ，W 0∝νc ，A 正确；只有照射光的频率大于或等于金属截止频率，才能发生光电效应，与光照的时间无关，B 错误；由光电效应方程E k ＝hν－W 0知，入射光频率ν不确定时，无法确定E k 与W 0的关系，C 错误；发生光电效应的前提下，入射光的光强一定时，频率越高，光子数越少，单位时间内逸出的光电子数越少，D 错误．2．(多选)波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有( )A ．光电效应现象揭示了光的粒子性B ．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性C ．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释D ．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波的波长也相等答案 AB3．(2022·江苏卷·4)上海光源通过电子－光子散射使光子能量增加，光子能量增加后( )A ．频率减小B ．波长减小C ．动量减小D ．速度减小答案 B解析 根据ε＝hν可知光子的能量增加后，光子的频率增加，又根据λ＝c ν，可知光子波长减小，故A 错误，B 正确；根据p ＝h λ，可知光子的动量增加，又因为光子质量不变，根据p ＝m v 可知光子速度增加，故C 、D 错误．4.(2023·广东广州市模拟)如图，电路中所有元件完好．当光照射光电管时，灵敏电流计指针没有偏转，其原因是( )A．电源的电压太大B．光照的时间太短C．入射光的强度太强D．入射光的频率太低答案 D解析由题图知，电源提供的电压为正向电压，只要能发生光电效应电路中就有电流，A错误；光电效应的发生是瞬间的，与入射光的照射时间无关，B错误；灵敏电流计指针未发生偏转，可能是未发生光电效应现象，即入射光的频率小于金属的截止频率，与光照强度无关，C错误，D正确．5．(多选)在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为U a和U b，光电子的最大初动能分别为E k a和E k b，h为普朗克常量．下列说法正确的是()A．若νa＞νb，则一定有U a＜U bB．若νa＞νb，则一定有E k a＞E k bC．若U a＜U b，则一定有E k a＜E k bD．若νa＞νb，则一定有hνa－E k a＞hνb－E k b答案BC解析由爱因斯坦光电效应方程得E k＝hν－W0，由动能定理得E k＝eU，用a、b单色光照射同种金属时，逸出功W0相同．当νa＞νb时，一定有E k a＞E k b，U a＞U b，故选项A错误，B 正确；若U a＜U b，则一定有E k a＜E k b，故选项C正确；因逸出功相同，有W0＝hνa－E k a ＝hνb－E k b，故选项D错误．6.(2023·广东珠海市第一中学适应性考试)用图示装置研究光电效应现象，当滑动头P从N移到M的过程中，光电流始终为零．为了产生光电流，可采取的措施是()A．增大入射光的强度B．增大入射光的频率C．把P向N移动D．将电源正负极反接答案 B解析由题图可知，当滑动头P从N移到M的过程中，光电流始终为零，说明没有发生光电效应现象．能否发生光电效应与入射光的强度无关，所以增大入射光的强度，仍不能产生光电流，故A错误；增大入射光的频率，当入射光的频率大于金属的极限频率时，就会发生光电效应现象，金属中有光电子逸出，电路中能产生光电流，故B正确；把P向N移动或将电源正负极反接均不能使金属发生光电效应现象，电路中均不能产生光电流，故C、D错误．7.(2023·广东汕头市模拟)用如图所示的光电管研究光电效应的实验中，用某种频率的单色光a 照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转，而用另一频率的单色光b照射光电管阴极K 时，电流计G的指针不发生偏转，那么()A．a光的波长一定大于b光的波长B．用不同的光照射光电管，光电管金属板的逸出功不同C．若入射光频率大于a光频率，则一定能发生光电效应D．增加b光的强度可能使电流计G的指针发生偏转答案 C解析用某种频率的单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转，可知a光照射发生光电效应，用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，可知b光照射不发生光电效应，结合光电效应发生的条件可知，a光的频率大于b光的频率，则a光的波长小于b光的波长，A错误；金属板的逸出功是由金属板本身决定的，用不同的光照射光电管，光电管金属板的逸出功不变，B错误；a光照射发生光电效应，根据光电效应发生的条件，若入射光频率大于a光频率，则一定能发生光电效应，C正确；b光照射不发生光电效应，结合光电效应发生的条件可知，增加b光的强度仍然不能发生光电效应，则不能使电流计G的指针发生偏转，D错误．8．(多选)如图所示，甲、乙、丙、丁是关于光电效应的四个图像(电子电荷量为e )，以下说法正确的是( )A ．由图甲可求得普朗克常量h ＝be aB ．由图乙可知虚线对应金属的逸出功比实线对应金属的逸出功小C ．由图丙可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大D ．由图丁可知电压越高，则光电流越大答案 BC解析 根据光电效应方程，结合动能定理可知eU c ＝E k ＝hν－W 0＝hν－hνc ，变式可得U c ＝h eν－h e νc ，斜率k ＝b 2a ＝h e ，解得普朗克常量为h ＝be 2a，故A 错误；根据爱因斯坦光电效应方程E k ＝hν－W 0可知，题图乙中纵轴截距的绝对值表示逸出功，则实线对应金属的逸出功比虚线对应金属的逸出功大，故B 正确；入射光频率一定，饱和电流由入射光的强度决定，即光的颜色不变的情况下，入射光越强，光子数越多，饱和电流越大，故C 正确；分析题图丁可知，当达到饱和电流以后，增加光电管两端的电压，光电流不变，故D 错误．9．用金属铷为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意图如图甲所示，实验中测得铷的遏止电压U c 与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，图线与横轴交点的横坐标为5.15×1014 Hz.已知普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s.则下列说法中正确的是( )A ．欲测遏止电压，应选择电源左端为正极B ．当电源左端为正极时，滑动变阻器的滑片向右滑动，电流表的示数持续增大C ．增大照射光的强度，产生的光电子的最大初动能一定增大D ．如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014 Hz ，则产生的光电子的最大初动能约为1.2× 10－19 J答案 D解析 遏止电压产生的电场对电子起阻碍作用，则电源的右端为正极，故A 错误；当电源左端为正极时，滑动变阻器的滑片向右滑动，加速电场增强，电流增加到一定值后不再增加，故B 错误；由E k ＝hν－W 0可知，最大初动能与光的强度无关，故C 错误；E k ＝hν－W 0＝hν－hνc ，νc ＝5.15×1014 Hz ，代入数值求得E k ≈1.2×10－19 J ，故D 正确．10.如图所示，分别用波长为λ、2λ的光照射光电管的阴极K ，对应的遏止电压之比为3∶1，则光电管的截止频率对应的光的波长是( )A ．2λB ．3λC ．4λD ．6λ答案 C解析 根据eU c ＝12m v m 2＝hc λ－hc λ0得eU c1＝hc λ－hc λ0，eU c2＝hc 2λ－hc λ0，其中U c1U c2＝31，联立解得λ0＝4λ，故选C.11．(2023·广东湛江市质检)如图所示，甲图为演示光电效应的实验装置；乙图为a 、b 、c 三种光照射下得到的三条电流表与电压表读数之间的关系曲线．下列说法正确的是( )A ．a 、b 、c 三种光的频率各不相同B ．b 、c 两种光的强度可能相同C．若b光为绿光，a光可能是紫光D．图甲中的滑动变阻器的滑片向右滑动，电流表的读数可能增大答案 D解析由光电效应方程及遏止电压的关系可得eU c＝E k＝hν－W0，b、c两种光的遏止电压相同，故频率相同，a光的遏止电压较小，频率较低，A错误；饱合光电流与光的强度成正比，对比乙图可知，b光较强，B错误；由A的分析可知，a光频率较低，若b光为绿光，a光不可能是紫光，C错误；图甲中的滑动变阻器的滑片向右滑动，增大光电管两端电压，且为正向电压，电流表的读数可能增大，但不会超过饱和光电流，D正确．12.(多选)(2023·浙江省高三检测)如图所示为研究光电效应的实验装置，此时滑片P位于中点O的正上方，用光束照射光电管的极板K，电流表的指针发生偏转．移动滑片P，当电流表示数恰好为0时，电压表指针指向某一刻度，下列说法正确的是()A．滑片P应向右滑动B．电流表示数恰好为0时，电压表示数为遏止电压的大小C．电压表指针指向某一刻度后，再移动滑片P，指针将不再偏转D．用某种频率的光照射，电流表示数恰好为0时，读取电压表示数；换用另一种频率的光，同样操作后也读取电压表示数，若两种光频率和电子电荷量已知，就可以测定普朗克常量答案BD解析分析可知光电管应加上反向电压，故滑片P向左滑动，A错误；电流表示数恰好为0时，电压表的示数为遏止电压的大小，B正确；电压表测量滑动变阻器部分两端电压，指针一直偏转，C错误；由eU c＝hν－W0可知，两组数据可以测定普朗克常量，D正确．。

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53 光的干预、衍射与偏振现象〔讲〕本章考察的热点有简谐运动的特点及图象、波的图象以及波长、波速、频率的关系，光的折射与全反射，题型以选择题与填空题为主，难度中等偏下，波动及振动的综合及光的折射及全反射的综合，有的考区也以计算题的形式考察．复习时应注意理解振动过程中回复力、位移、速度、加速度等各物理量的变化规律、振动及波动的关系及两个图象的物理意义，注意图象在空间与时间上的周期性，分析几何光学中的折射、全反射与临界角问题时，应注意及实际应用的联系，作出正确的光路图；光与相对论局部，以考察根本概念及对规律的简单理解为主，不可无视任何一个知识点．1．理解光的干预现象，掌握双缝干预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．光的干预〔1〕定义两列频率一样、振动情况一样的光波相叠加，某些区域出现振动加强，某些区域出现振动减弱，并且加强区域与减弱区域总是相互间隔的现象叫光的干预现象．〔2〕相干条件只有相干光源发出的光叠加，才会发生干预现象．相干光源是指频率一样、相位一样〔振动情况一样〕的两列光波．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，单色光的双缝干预中相邻亮条纹间距离为．3．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．图样中同一条亮〔或暗〕条纹上所对应的薄膜厚度一样．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．〔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一样，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．考点一光的干预现象的理解1、光的双缝干预现象的理解〔1〕光能够发生干预的条件：两光的频率一样，振动步调一样．〔2〕双缝干预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及波长成正比，即．〔3〕用白光照射双缝时，形成的干预条纹的特点：中央为白条纹，两侧为彩色条纹．2、薄膜干预现象的理解〔1〕如下图，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形．〔2〕光照射到薄膜上时，在膜的前外表AA′与后外表BB′分别反射出来，形成两列频率一样的光波，并且叠加．〔3〕原理分析①单色光在P1、P2处，两个外表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…〕，薄膜上出现明条纹．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〕λ2〔n＝0，1，2，3…〕，薄膜上出现暗条纹．②白光：薄膜上出现水平彩色条纹．〔4〕薄膜干预的应用干预法检查平面如下图，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，我们会观察到平行且等间距的明暗相间的条纹；假设被检平面不平整，那么干预条纹发生弯曲．★重点归纳★1、两束振动情况一样的光源产生的光相互叠加时：〔1〕出现明条纹的条件是屏上某点P到两个相干光源S1与S2的路程差等于波长的整数倍或半波长的偶数倍，即|PS1－PS2|＝kλ＝2k·2λ〔k＝0，1，2，3…〕当k＝0时，即PS1＝PS2，此时P点处的明条纹叫做中央亮条纹．〔2〕出现暗条纹的条件是屏上某点P到两个相干光源S1与S2的路程差等于半波长的奇数倍，即|PS1－PS2|＝〔2k＋1〕2λ〔k＝0，1，2，3…〕★典型案例★如下图，两束不同的单色光P与Q射向半圆形玻璃砖，其出射光线都是从圆心O点沿O F方向，由此可知：〔〕A．Q光穿过玻璃砖所需的时间比P光短B．P光的波长比Q光的波长小C．P、Q两束光以一样的入射角从水中射向空气，假设Q光能发生全反射，那么P光也一定能能发生全反射D．如果让P、Q两束单色光分别通过同一双缝干预装置，P光形成的干预条纹间距比Q光的大【答案】D【名师点睛】解决此题的关键是通过光路图比拟出折射率的大小，要掌握折射率及光速、波长的关系，知道折射率越大，相应的光的频率越大。

第十四章 光　学第2讲　光的干涉、衍射和偏振01考点1　光的干涉现象02考点2　光的衍射和偏振现象03练习帮　练透好题　精准分层课标要求1.观察光的干涉、衍射和偏振现象，了解这些现象产生的条件，知道其在生产生活中的应用.知道光是横波，会用双缝干涉实验测量光的波长.2.通过实验，了解激光的特性.能举例说明激光技术在生产生活中的应用.核心考点五年考情光的干涉现象2023：山东T5，北京T2，上海T15，浙江6月T15，浙江1月T15，辽宁T8；2022：山东T10，浙江6月T4；2021：山东T7，湖北T5，江苏T6，浙江6月T16；2020：北京T1核心考点五年考情光的衍射和偏振现象2023：天津T4；2020：上海T9；2019：北京T14，江苏T13B(2)，上海T4核心素养对接1.物理观念：理解光的干涉、衍射和偏振现象；进一步增强物质观念，认识光的物质性和波动性.2.科学思维：通过光的干涉、衍射等论证光具有波动性，增强证据意识及科学论证能力.3.科学探究：通过实验，观察光的干涉、衍射和偏振等现象，了解激光的性质，认识波动性.4.科学态度与责任：光的干涉、衍射、偏振和激光在生产生活中的应用.命题分析预测高考主要考查光的干涉、衍射与偏振现象的理解和应用.题型多为选择题，难度较小.预计2025年高考可能会联系生产生活实际，考查光的干涉、衍射和偏振等现象的理解与结论的应用.考点1　光的干涉现象1. 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[1]条纹，某些区域相互减弱，出现[2]条纹，且加强区域和减弱区域相互[3] 的现象.(2)条件：两束光的频率[4]、相位差[5] .亮　暗　间隔　相同　恒定　2. 双缝干涉(1)双缝干涉图样的特点：单色光照射时，形成明暗相间的[6]的干涉条纹；白光照射时，中央为[7]条纹，其余为[8] 条纹.(2)条纹间距：Δx ＝λ，其中l 是双缝到[9] 的距离，d 是[10]间的距离，λ是入射光的[11].等间距　白色亮　彩色　屏　双缝　波长　3. 薄膜干涉(1)利用薄膜(如肥皂液薄膜)[12]反射的光叠加而形成的.图样中同一条亮(或暗)条纹上所对应薄膜厚度[13] .(2)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[14]的光波，并且叠加.前后表面　相同　相同　(3)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[15]倍，光在薄膜中的波长为λ.在P 1、P 2处，Δr ＝n λ(n ＝1，2，3，…)，薄膜上出现[16]条纹.在Q 处，Δr ＝(2n ＋1)2(n ＝0，1，2，3，…)，薄膜上出现[17]条纹.(4)应用：增透膜、检查平面的平整度.2　明　暗　1. 判断下列说法的正误.(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.(　√　) (5)薄膜干涉中，观察干涉条纹时，眼睛与光源在膜的同一侧. (　√　)命题点1　光的干涉的理解和明暗条纹的判断1. [2024安徽芜湖模拟]如图，利用平面镜也可以实现杨氏双缝干涉实验的结果，下列说法正确的是(　C　)A. 光屏上的条纹关于平面镜M上下对称B. 相邻亮条纹的间距为Δx＝＋λC. 若将平面镜向右移动一些，相邻亮条纹间距不变D. 若将平面镜向右移动一些，亮条纹数量保持不变[解析]　根据双缝干涉原理，单色光源和单色光源在平面镜中的像相当于双缝，在光屏上的条纹与平面镜平行，由于明暗条纹是由光源的光和平面镜的反射光叠加而成，在平面镜所在平面的上方，并非关于平面镜M上下对称，故A错误；根据双缝干涉的相邻亮条纹之间的距离公式Δx＝λ，类比双缝干涉实验，其中d＝2a，L＝b ＋c，所以相邻两条亮条纹之间的距离为Δx＝＋2λ，故B错误；若将平面镜向右移动一些，不影响光源的像的位置和L的大小，相邻亮条纹间距不变，故C正确；若将平面镜向右移动一些，射到平面镜边缘的两条光线射到屏上的位置向下移动，宽度减小，而条纹间距不变，亮条纹数量减少，故D错误.易错提醒研究干涉现象时的三点注意1. 只有相干光才能形成稳定的干涉图样，光的干涉是有条件的.2. 单色光形成明暗相间的干涉条纹，白光形成彩色条纹.3. 双缝干涉条纹间距：Δx＝λ，其中l是双缝到光屏的距离，d是双缝间的距离，λ是入射光波的波长.命题点2　薄膜干涉2. [2023山东]如图所示为一种干涉热膨胀仪原理图.G为标准石英环，C为待测柱形样品，C的上表面与上方标准平面石英板之间存在劈形空气层.用单色平行光垂直照射上方石英板，会形成干涉条纹.已知C的膨胀系数小于G的膨胀系数，当温度升高时，下列说法正确的是(　A　)A. 劈形空气层的厚度变大，条纹向左移动B. 劈形空气层的厚度变小，条纹向左移动C. 劈形空气层的厚度变大，条纹向右移动D. 劈形空气层的厚度变小，条纹向右移动[解析]　由于C的膨胀系数小于G的膨胀系数，所以当温度升高时，G增长的高度大于C增长的高度，则劈形空气层的厚度变大，且同一厚度的空气膜向劈尖移动，则条纹向左移动，A正确，BCD错误.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]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]的光，衍射现象越明显；相对某种波长的光，障碍物越[20]，衍射现象越明显.说明　任何情况下都可以发生衍射现象，只是明显与不明显的区别.接近　长　小　2. 光的偏振(1)自然光：包含着在垂直于传播方向上沿[21]振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都[23] .(2)偏振光：在[23] 于光的传播方向的平面上，只沿着某个[24] 的方向振动的光.(3)偏振光的形成：①让自然光通过[25]形成偏振光.②让自然光在两种介质的界面发生反射和[26]，反射光和折射光可以成为部分偏振光或完全偏振光.一切方向　相同　垂直　特定　偏振片　折射　(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、消除车灯眩光等.横　(5)光的偏振现象说明光是一种[27]波.2. 我们经常看到交通信号灯、安全指示灯、雾灯、施工警示灯等都是红色的信号灯，这除了红色光容易引起人们的视觉反应外，还有一个重要原因，这个原因红光波长较长，比其他可见光更容易发生衍射现象　是.3. 当阳光照射较厚的云层时，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.试判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彩斑斓.(　√　)(3)路面上的油膜阳光下呈现彩色.(　✕　)(4)阳光照射下，树影中呈现一个个小圆形光斑.(　✕　)✕✕✕命题点1　干涉、衍射图样的比较3. [2023天津南开中学校考]关于甲、乙、丙、丁四个实验，以下说法正确的是(　D　)A. 四个实验产生的条纹均为干涉条纹B. 甲、乙两实验产生的条纹均为等距条纹C. 丙实验中，产生的条纹间距越大，该光的频率越大D. 丁实验中，适当减小单缝的宽度，中央条纹会变宽[解析]　甲、乙、丙实验产生的条纹均为干涉条纹，而丁实验是光的衍射条纹，故A 错误；甲实验产生的条纹为等距条纹，而乙是牛顿环，空气薄层不均匀变化，则干涉条纹间距不相等，故B错误；根据干涉条纹间距公式Δx＝λ，丙实验中，产生的条纹间距越大，则波长越长，频率越小，故C错误；丁实验中，产生的明暗条纹间距不相等，若减小单缝的宽度，中央条纹会变宽，故D正确.易错提醒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。

光的衍射和偏振教学目标（一）知识目标1、知道几何光学中所说的光沿直线传播是一种近似. [来]2、知道光通过狭缝和圆孔的衍射现象.3、知道观察到明显衍射的条件4、知道振动中的偏振现象，了解什么是偏振现象，知道偏振是横波的特点.5、知道偏振光和自然光的区别，知道偏振光在实际生活中的应用.（二）能力目标1、了解单缝衍射、小孔衍射，并能用相关知识对生活中的有关现象进行解释和分析.2、通过光的偏振现象和机械波的偏振现象的实验对比，理解光波是横波的实质.（三）情感目标1、让学生知道科学研究必须重视理论的指导和实践的勤奋作用；2、必须有自信心和踏实勤奋的态度；3、在学习中也要有好品质、好作风.4、培养良好的物理实验习惯，学会用理论指导实践，用实验来验证理论.5、知道在学习物理的过程中，做好实验的重要性. 教学建议有关光的衍射的教学建议应该让学生了解，光的直进，是几何光学的基础，光的衍射现象并没有完全否定光的直进，而是指出了光的直进的适用范围或者说它的局限性.课本只要求学生初步了解光的衍射现象，不做理论讨论，因此与机械波类比和观察实验现象是十分重要的•首先，要结合机械波的衍射，使学生明确光产生衍射的条件.讲光的衍射要配合演示实验、要让学生能区分干涉图样与衍射图样的区别. 单色光干涉图样条纹等间距，衍射图样中间宽两边窄.除了演示实验外，要尽可能多地让学生自己动手做实验进行观察. 包括节后的小实验2,以及观察小孔衍射（在铝箔或胶片上打出尺寸不同的小孔，以小电珠作光源，距光源1〜2米，眼睛靠近小孔观察光通过小孔的衍射花样--彩色圆环）.还可让学生通过羽毛、纱巾观看发光的灯丝（对见到的彩色花样可不作解释）等等，以补学生对这一现象的不熟悉和帮助学生理解.在本节教材中提到泊松亮斑--泊松原以为这下子可以驳倒菲涅尔的波动理论了，事与愿违，菲涅尔和阿拉果接受了泊松的挑战，用实验验证了这个理论结论，实验却成了波动理论极其精彩的实证，菲涅尔为此获得了科学奖金（1819年）.这个科学小故事告诉我们，在科学研究上必须重视理论的指导作用和实践的检验作用；作为科研工作者，必须有坚定的自信心和踏实勤奋的工作态度. 今天的学习，在掌握知识的同时，也应培养自己这方面的好品质、好作风.在复习前两节内容干涉、衍射的基础上进行小结，让学生了解：光的干涉和衍射说明光具有波动性；光的偏振说明光是横波.[来源:学.科.网Z.X.X.K]可以先向学生介绍波的偏振现象，然后演示光的偏振现象实验，最好由学生自己亲自动手观察偏振光.引导学生分析横波的偏振特性，区别纵波的无偏振特性，再让学生区别偏振光与自然光.并分析讲解偏振光的产生方式，这一部分知识也可以让学生自己学习，查找资料.最后进行总结。