高考物理一輪復(fù)習(xí)講義專題11.2　光的干涉、衍射和偏振（原卷版）

專題11.2光的干涉、衍射和偏振【講】【講核心素養(yǎng)】1.物理觀念：干涉、衍射、激光、偏振、電磁波。 （1）觀察光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象，了解這些現(xiàn)象產(chǎn)生的條件，知道其在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。知道光是橫波。（2）通過(guò)實(shí)驗(yàn)，了解激光的特性。能舉例說(shuō)明激光技術(shù)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。（3）.知道電磁波的發(fā)射、傳播和接收。認(rèn)識(shí)電磁波譜。知道各個(gè)波段的電磁波的名稱、特征和典型應(yīng)用。2.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：初步了解麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的基本思想，初步了解場(chǎng)的統(tǒng)一性與多樣性，體會(huì)物理學(xué)對(duì)統(tǒng)一性的追求?！局v考點(diǎn)題型】【知識(shí)點(diǎn)一】光的干涉現(xiàn)象1.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(qiáng)，出現(xiàn)亮條紋，某些區(qū)域相互減弱，出現(xiàn)暗條紋，且加強(qiáng)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(diǎn)：?jiǎn)紊庹丈鋾r(shí)，形成明暗相間的等間距的干涉條紋；白光照射時(shí)，中央為白色亮條紋，其余為彩色條紋.2.雙縫干涉（1）條紋間距：Δx＝eq\f(l,d)λ，對(duì)同一雙縫干涉裝置，光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，干涉條紋的間距越大.（2）明暗條紋的判斷方法：如圖1所示，相干光源S1、S2發(fā)出的光到屏上P′點(diǎn)的路程差為Δr＝r2－r1.當(dāng)Δr＝kλ（k＝0，1，2…）時(shí)，光屏上P′處出現(xiàn)明條紋.當(dāng)Δr＝（2k＋1）eq\f(λ,2)（k＝0，1，2…）時(shí)，光屏上P′處出現(xiàn)暗條紋.【例1】（2022·山東·高三專題練習(xí)）如圖所示為雙縫干涉部分示意圖，雙縫間距為d，雙縫至屏的距離為SKIPIF1<0，整個(gè)裝置處于折射率為SKIPIF1<0的均勻透明介質(zhì)中。若單色光在真空中波長(zhǎng)為SKIPIF1<0，則相鄰條紋間距SKIPIF1<0為（）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<0【素養(yǎng)升華】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是科學(xué)思維及物理觀念?！咀兪接?xùn)練1】（2022·上海徐匯·三模）如圖是單色光的“楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)”，若要使干涉條紋變寬，可以（）A．增大單縫到雙縫之間的距離B．減小單縫到雙縫之間的距離C．增大雙縫到屏幕之間的距離D．減小雙縫到屏幕之間的距離【歸納總結(jié)】（1）相鄰兩條亮（暗）條紋間的距離公式：Δx＝eq\f(l,d)λ，對(duì)同一雙縫干涉裝置，光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，干涉條紋的間距越大。（2）亮暗條紋的判斷方法如圖所示，相干光源S1、S2發(fā)出的光到屏上P′點(diǎn)的路程差為Δr＝r2－r1。當(dāng)Δr＝kλ（k＝0，1，2，…）時(shí)，光屏上的P′點(diǎn)處出現(xiàn)亮條紋。當(dāng)Δr＝（2k＋1）eq\f(λ,2)（k＝0，1，2，…）時(shí)，光屏上的P′點(diǎn)處出現(xiàn)暗條紋?！局R(shí)點(diǎn)二】薄膜干涉（1）薄膜干涉形成原因：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(shí)，從膜的前表面AA′和后表面BB′分別反射回來(lái)，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(gè)表面反射回來(lái)的兩列光波的路程差Δr，等于薄膜厚度的2倍.在P1、P2處，Δr＝nλ（n＝1，2，3…），薄膜上出現(xiàn)明條紋.在Q處，Δr＝（2n＋1）eq\f(λ,2)（n＝0，1，2，3…），薄膜上出現(xiàn)暗條紋.【例2】（2022·天津·模擬預(yù)測(cè)）下列現(xiàn)象中可以用薄膜干涉來(lái)解釋的是（）A．荷葉上的水珠在陽(yáng)光下晶瑩透亮B．雨后的彩虹C．透過(guò)昆蟲(chóng)的翅膀看陽(yáng)光呈顯彩色D．水面上的油膜在陽(yáng)光照射下呈彩色【素養(yǎng)提升】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是物理觀念?！咀兪接?xùn)練2】（2022·上海奉賢區(qū)致遠(yuǎn)高級(jí)中學(xué)高二期末）如圖，將點(diǎn)燃的酒精燈置于肥皂薄膜前，薄膜上會(huì)出現(xiàn)明暗相間的條紋。這是光的（

）A．干涉現(xiàn)象 B．衍射現(xiàn)象 C．反射現(xiàn)象 D．折射現(xiàn)象【歸納總結(jié)】薄膜干涉條紋特點(diǎn)①單色光：明暗相間的水平條紋。②白光：彩色水平條紋?！局R(shí)點(diǎn)三】光的衍射和偏振現(xiàn)象1.對(duì)光的衍射的理解（1）波長(zhǎng)越長(zhǎng)，衍射現(xiàn)象越明顯。在任何情況下都可以發(fā)生衍射現(xiàn)象，只是明顯與不明顯的差別。（2）衍射現(xiàn)象說(shuō)明“光沿直線傳播”只是一種特殊情況，只有在光的波長(zhǎng)比障礙物小得多時(shí)，光才可以看做是沿直線傳播的。2.單縫衍射與雙縫干涉的比較單縫衍射雙縫干涉不同點(diǎn)條紋寬度條紋寬度不等，中央最寬條紋寬度相等條紋間距各相鄰條紋間距不等各相鄰條紋等間距亮度情況中央條紋最亮，兩邊變暗條紋清晰，亮度基本相同相同點(diǎn)干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象，屬于波的疊加；干涉、衍射都有明暗相間的條紋3.光的干涉和衍射的本質(zhì)光的干涉和衍射都屬于波的疊加，從本質(zhì)上看，干涉條紋和衍射條紋的形成有相似的原理。都可認(rèn)為是從單縫通過(guò)兩列或多列頻率相同的光波，在屏上疊加形成的。4.光的偏振（1）自然光與偏振光的比較類別自然光（非偏振光）偏振光光的來(lái)源從普通光源發(fā)出的光自然光通過(guò)起偏器后的光光的振動(dòng)方向在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光沿任意方向振動(dòng)，且沿各個(gè)方向振動(dòng)的光的強(qiáng)度相同在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光沿特定方向振動(dòng)（2）偏振光的應(yīng)用：加偏振濾光片的照相機(jī)鏡頭、液晶顯示器、立體電影、消除車燈眩光等?！纠?】（多選）（2022·山東·高考真題）某同學(xué)采用圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置研究光的干涉與衍射現(xiàn)象，狹縫SKIPIF1<0，SKIPIF1<0的寬度可調(diào)，狹縫到屏的距離為L(zhǎng)。同一單色光垂直照射狹縫，實(shí)驗(yàn)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(dāng)光通過(guò)狹縫時(shí)，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(shí)，增加L，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(shí)，若光從狹縫SKIPIF1<0、SKIPIF1<0到屏上P點(diǎn)的路程差為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍，P點(diǎn)處一定是暗條紋【素養(yǎng)升華】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是物理觀念?！咀兪接?xùn)練3】（多選）（2022·河南·模擬預(yù)測(cè)）下列說(shuō)法中正確的是（

）A．光從折射率大的介質(zhì)射向折射率小的介質(zhì)時(shí)可能發(fā)生全反射B．光的偏振實(shí)驗(yàn)表明，光是一種縱波C．采用同一裝置做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，紅光比紫光條紋寬度大D．由于超聲波的頻率很高，所以超聲波容易發(fā)生衍射現(xiàn)象E．在同一種介質(zhì)中，波長(zhǎng)越短的光傳播速度越小【必備知識(shí)】對(duì)偏振光的理解要點(diǎn)（1）當(dāng)偏振光的偏振方向與偏振片的透振方向平行時(shí)，透射的光最強(qiáng)；當(dāng)偏振光的偏振方向與偏振片的透振方向垂直時(shí)，光不能穿過(guò)偏振片。（2）當(dāng)偏振光的偏振方向與偏振片的透振方向既不平行也不垂直時(shí)，仍會(huì)有部分光透過(guò)偏振片，只是透過(guò)的光的強(qiáng)度介于平行和垂直兩種情況之間?！纠?】（多選）（2022·新疆·葉城縣第二中學(xué)高三期末）關(guān)于光現(xiàn)象及其應(yīng)用，下列說(shuō)法正確的是（）A．“海市蜃樓”是因?yàn)榇髿饷芏炔痪鶆?，物體反射的太陽(yáng)光發(fā)生了色散現(xiàn)象B．拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時(shí)，在鏡頭前加一個(gè)偏振片可以減小玻璃表面反射光的強(qiáng)度C．通過(guò)手指間的縫隙觀察日光燈，可以看到彩色條紋，這是光的偏振現(xiàn)象D．在站臺(tái)上聽(tīng)到駛來(lái)的火車汽笛聲音調(diào)變高，是聲波的多普勒效應(yīng)E．一束單色光由空氣射入玻璃，這束光的速度變慢，波長(zhǎng)變短【素養(yǎng)升華】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是物理觀念?！咀兪接?xùn)練4】（多選）（2022·福建·上杭一中模擬預(yù)測(cè)）以下說(shuō)法中不正確的是（）A．圖甲可知，系統(tǒng)發(fā)生共振時(shí)驅(qū)動(dòng)力的頻率為f0B．圖乙是雙縫干涉示意圖，若只將光源由紅色光改為綠色光，兩相鄰亮條紋間距離SKIPIF1<0增大C．圖丙是用干涉法檢測(cè)工件表面平整程度時(shí)得到的干涉圖樣，若只增大薄片的厚度，條紋間距將變大D．圖丁中的M、N是偏振片，P是光屏。當(dāng)M固定不動(dòng)，緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)N時(shí)。從圖示位置開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)90°時(shí)，光屏P上的光亮度最暗【必備知識(shí)】1．現(xiàn)象：各種不同形狀的障礙物也能使光發(fā)生衍射，使影的輪廓模糊不清。若在單色光傳播途中，放一個(gè)較小的不透明的圓形障礙物，會(huì)發(fā)現(xiàn)在陰影中心有一個(gè)亮斑，這就是著名的泊松亮斑，如圖所示。2．小障礙物的衍射圖樣的特點(diǎn)：圓形陰影中心有一亮斑，圓板陰影的邊緣是模糊的，在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環(huán)。與小孔衍射圖樣有明顯區(qū)別?！局R(shí)點(diǎn)四】電磁振蕩、電磁波1.麥克斯韋電磁場(chǎng)理論變化的磁場(chǎng)能夠在周圍空間產(chǎn)生電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)能夠在周圍空間產(chǎn)生磁場(chǎng).2.電磁波（1）電磁場(chǎng)在空間由近及遠(yuǎn)地向周圍傳播，形成電磁波.（2）電磁波的傳播不需要介質(zhì)，可在真空中傳播，在真空中不同頻率的電磁波傳播速度相同（都等于光速）.（3）不同頻率的電磁波，在同一介質(zhì)中傳播，其速度是不同的，頻率越高，波速越小.（4）v＝λf，f是電磁波的頻率.3.電磁波的發(fā)射與接收（1）發(fā)射電磁波需要開(kāi)放的高頻振蕩電路，并對(duì)電磁波根據(jù)信號(hào)的強(qiáng)弱進(jìn)行調(diào)制（兩種方式：調(diào)幅、調(diào)頻）.（2）接收電磁波需要能夠產(chǎn)生電諧振的調(diào)諧電路，再把信號(hào)從高頻電流中解調(diào)出來(lái)，調(diào)幅波的解調(diào)也叫檢波.4.電磁波譜按照電磁波的頻率或波長(zhǎng)的大小順序把它們排列成譜.按波長(zhǎng)由長(zhǎng)到短排列的電磁波譜為：無(wú)線電波、紅外線、可見(jiàn)光、紫外線、X射線、γ射線.5.對(duì)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的理解6.電磁波與機(jī)械波的比較名稱項(xiàng)目電磁波機(jī)械波產(chǎn)生由周期性變化的電場(chǎng)、磁場(chǎng)產(chǎn)生由質(zhì)點(diǎn)（波源）的振動(dòng)產(chǎn)生傳播介質(zhì)不需要介質(zhì)（在真空中仍可傳播）必須有介質(zhì)（真空中不能傳播）波的種類橫波既有橫波也有縱波速度特點(diǎn)由介質(zhì)和頻率決定，在真空中等于光速（c＝3×108m/s）僅由介質(zhì)決定能量都能攜帶能量并傳播能量速度公式v＝λf遵循規(guī)律都能發(fā)生反射、折射、干涉、衍射等現(xiàn)象【例5】（2022·浙江·高三開(kāi)學(xué)考試）無(wú)線話筒是LC振蕩電路的一個(gè)典型應(yīng)用。在LC振蕩電路中，某時(shí)刻磁場(chǎng)方向如圖所示，且電容器上極板帶正電，下列說(shuō)法正確的是（）A．電容器正在放電 B．振蕩電流正在減小C．電流流向沿a到b D．電場(chǎng)能正在向磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化【素養(yǎng)提升】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是物理觀念?！咀兪接?xùn)練5】（2022·安徽省臨泉第一中學(xué)高三開(kāi)學(xué)考試）