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，光才可以看做是直线传播的，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
( )
1
A．太阳光 图1
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°角振动的光，其振动方向与透振方向不垂直，仍可看到透射光． 考点梳理 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，某些区域出现振动加强，某些区域出现振动减弱，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.
d
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．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．
(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
2
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．
4． [明暗条纹的判断方法]关于光的干涉现象，下列说法正确的是
( )
A．在波峰与波峰叠加处，将出现亮条纹；在波谷与波谷叠加处，将出现暗条纹 B．在双缝干涉实验中，光屏上距两狭缝的路程差为1个波长的某位置，将出现亮纹 C．把入射光由黄光换成紫光，两相邻亮条纹间的距离变窄
D．当薄膜干涉的条纹是等间距的平行线时，说明薄膜的厚度处处相等 答案 BC
解析 在波峰与波峰叠加处，或在波谷与波谷叠加处，都是振动加强区，将出现亮条纹，选项A错误；在双缝干涉实验中，出现亮纹的条件是光屏上某位置距两狭缝的路程差为波长的整数倍，出现暗纹的条件是光屏上某位置距两狭缝的路程差为半波长的奇数l
倍，选项B正确；条纹间距公式Δx＝λ，λ黄>λ紫，选项C正确；薄膜干涉实验中的薄
d膜是“楔形”空气膜，选项D错误．
5． [明暗条纹的判断方法]在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P点的距离之差Δr＝0.6 μm；
分别用频率为f1＝5.0×1014 Hz和f2＝7.5×1014 Hz的单色光垂直照射双缝，则P点出现明、暗条纹的情况是
( )
A．用频率为f1的单色光照射时，出现明条纹 B．用频率为f2的单色光照射时，出现明条纹 C．用频率为f1的单色光照射时，出现暗条纹 D．用频率为f2的单色光照射时，出现暗条纹 答案 AD
解析 根据c＝λf，可得两种单色光波长分别为：
3
8
c3×10λ1＝＝ m＝0.6 μm
f15×10143×108c
λ2＝＝ m＝0.4 μm
f27.5×1014与题给条件(Δr＝0.6 μm)比较可知 3
Δr＝λ1＝λ2，
2
故用频率为f1的光照射双缝时，P点出现明条纹；用频率为f2的光照射双缝时，P点出现暗条纹． 方法提炼
两束振动情况相同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和S2的路程差等于波长的整数倍或半波长的偶数倍，即
λ
|PS1－PS2|＝kλ＝2k·(k＝0,1,2,3?)
2
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和S2的路程差等于半波长的奇数倍，即
λ
|PS1－PS2|＝(2k＋1)(k＝0,1,2,3?)
2
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.
d
3．用白光照射双缝时，形成的干涉条纹的特点：中央为白条纹，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？ (1)已知A光在折射率为1.5的介质中波长为4×107 m；
－
图2
(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．
4
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＝
λ21.5×4×107 m＝6×107 m
－
－
6
Δr2.1×10
根据路程差Δr＝2.1×10 m，所以N1＝＝＝3.5
λ16×10－7－
－6
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： 5－－
λ3＝nλ介＝×3.15×107 m＝5.25×107 m
3
6
Δr2.1×10
路程差Δr和波长λ3的关系为：N2＝＝＝4
λ35.25×10－7－
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，a、b为两束不同频率的单色光，以45°的入
射角射到玻璃砖的上表面，直线OO′与玻璃砖垂直且与其上表面交于N点，入射点A、B到N点的距离相等，经玻璃砖上表面折射后两束光相交于图中的P点，则下列说法正确的是 A．在真空中，a光的传播速度大于b光的传播速度 B．在玻璃中，a光的传播速度小于b光的传播速度
图3
( )
C．同时增大入射角(入射角始终小于90°)，则a光在下表面先发生全反射 D．对同一双缝干涉装置，a光的干涉条纹比b光的干涉条纹宽 答案 D
解析 各种光在真空中的光速相同，选项A错误；根据题图，入射角相同，a光的折射c
角较大，所以a光的折射率较小，由光在介质中的光速v＝得，a光在介质中的传播速
n1
度较大，选项B错误；根据临界角公式C＝arcsin 可知，a光的临界角较大，b光在下
nl
表面先发生全反射，选项C错误；a光的折射率较小，波长较长，根据公式Δx＝λ可
d知，对同一双缝干涉装置，a光的干涉条纹比b光的干涉条纹宽，选项D正确． 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．
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2014《步步高》物理大一轮复习讲义第十二章第4课时
