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第 2 课时 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
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。
2．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)条纹间距：Δx＝λ，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S、S 发出的光到屏上P′点的路程差为Δr＝r－r。
1 2 2 1
当Δr＝nλ(n＝0,1,2，…)时，光屏上P′处出现亮条纹。
当Δr＝(2n＋1)(n＝0,1,2，…)时，光屏上P′处出现暗条纹。
3．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P、P 处，Δr＝nλ(n＝1,2,3，…)，薄膜上出现亮条纹。
1 2在Q处，Δr＝(2n＋1)(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。
例1 (2023·江苏卷·6)用某种单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到的干涉条纹如图甲
所示，改变双缝间的距离后，干涉条纹如图乙所示，图中虚线是亮纹中心的位置。则双缝间
的距离变为原来的( )
A.倍 B.倍 C．2倍 D．3倍
答案 B
解析 根据双缝干涉的条纹间距与波长关系有Δx＝λ，由题图知Δx ＝2Δx ，则d ＝d ，
乙 甲 乙 甲
故选B。
例2 (多选)图甲是用光的干涉法来检查物体平面平整程度的装置，其中 A为标准平板，B
为待检查的物体，C为入射光，图乙为观察到的干涉条纹，下列说法正确的是( )
A．入射光C应采用单色光
B．图乙条纹是由A的下表面反射光和B的上表面反射光发生干涉形成的
C．当A、B之间某处距离为入射光的半波长奇数倍时，对应条纹是暗条纹
D．由图乙条纹可知，被检查物体表面上有洞状凹陷
答案 AB
解析 薄膜干涉形成的条纹是膜的上下表面的反射光干涉产生的，根据干涉条件，入射光 C
应采用单色光，波长一定，不会出现干涉条纹重合现象，若采用复合光则会出现干涉条纹重
合的现象，选项A正确；干涉条纹是由A的下表面反射光和B的上表面反射光发生干涉产
生的，选项B正确；当A、B之间某处距离为入射光的半波长奇数倍时，则两列光波的光程
差为半波长的偶数倍，所以对应条纹是亮条纹，选项C错误；薄膜干涉是等厚干涉，即亮
条纹处空气膜的厚度相等，亮条纹右偏说明被检查物体表面上有凸起，选项D错误。
拓展 当垫块左移时，条纹变密集(填“稀疏”或“密集”)，当垫块变薄后，条纹变稀疏(填
“稀疏”或“密集”)，条纹1将右移(填“左移”或“右移”)。
例3 (2021·江苏卷·6)铁丝圈上附有肥皂膜，竖直放置时，肥皂膜上的彩色条纹上疏下密，
由此推测肥皂膜前后两个面的侧视形状应当是( )答案 C
解析 薄膜干涉为前后两个面反射回来的光发生干涉形成干涉条纹，当入射光为复色光时，
出现彩色条纹。由于重力作用，肥皂膜前后表面的厚度从上到下逐渐增大，从而使干涉条纹
上疏下密，由于表面张力的作用，使得肥皂膜向内凹陷，故C正确，A、B、D错误。
考点二 光的衍射和偏振现象
1．光的衍射
发生明显衍射现象的条件：只有当障碍物或狭缝的尺寸足够小的时候，衍射现象才会明显。
2．光的偏振
(1)自然光：包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光
波的强度都相同。
(2)偏振光：在垂直于光的传播方向的平面上，只沿着某个特定的方向振动的光。
(3)偏振光的形成
①让自然光通过偏振片形成偏振光。
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、消除车灯眩光等。
(5)光的偏振现象说明光是一种横波。
1．阳光下茂密的树林中，地面上的圆形亮斑是光的衍射形成的。( × )
2．泊松亮斑是光的衍射形成的。( √ )
3．光遇到障碍物时都能产生衍射现象。( √ )
4．自然光是偏振光。( × )
例4 (多选)(2023·河北省联考)如图甲所示，等腰△ABC为一棱镜的横截面，AB＝AC；一
平行于BC边的细光束从AB边射入棱镜，在BC边经过一次反射后从AC边射出，出射光分
成了不同颜色的Ⅰ、Ⅱ两束光。图乙是这两束光分别通过相同的双缝和单缝装置后形成的图
样，下列说法正确的是( )A．Ⅰ光的波长比Ⅱ光的长
B．Ⅰ光在棱镜中的传播速度比Ⅱ光的小
C．图乙中a是Ⅱ光的干涉图样
D．图乙中c是Ⅰ光的衍射图样
答案 AD
解析 由折射定律可得，Ⅱ光的折射角小，折射率大，所以Ⅱ光的频率大，波长短，故A
正确；由n＝得，Ⅰ光在棱镜中的传播速度比Ⅱ光的大，故B错误；干涉条纹间距与波长成
正比，Ⅱ光的波长短，故题图乙中a是Ⅰ光的干涉图样，故C错误；衍射图样中央亮条纹宽
度与波长成正比，故题图乙中c是Ⅰ光的衍射图样，故D正确。
单缝衍射与双缝干涉的比较
单缝衍射 双缝干涉
不 条纹宽度 条纹宽度不等，中央最宽 条纹宽度相等
同 条纹间距 各相邻亮(暗)条纹间距不等 各相邻亮(暗)条纹等间距
点 亮度情况 中央条纹最亮，两边变暗 条纹清晰，亮度基本相同
干涉、衍射都有明暗相间的条纹，干涉、衍射都是波特有的现象；
从本质上看都属于光波的叠加，干涉是从双缝通过两列频率相同的
相同点
光波在屏上叠加形成的，衍射是由来自单缝上不同位置的光在屏上
叠加形成的
例5 奶粉的碳水化合物(糖)的含量是一个重要指标，可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓
度，从而鉴定含糖量。偏振光通过糖的水溶液后，偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋
转一个角度α，这一角度α称为“旋光度”，α的值只与糖溶液的浓度有关，将α的测量值
与标准值相比较，就能确定被测样品的含糖量了。如图所示，S是自然光源，A、B是偏振
片，转动B，使到达O处的光最强，然后将被测样品P置于A、B之间。
(1)偏振片A的作用是____________________________________________________________。
(2)偏振现象证明了光是一种________。
(3)以下说法中正确的是________。A．到达O处光的强度会减弱
B．到达O处光的强度不会减弱
C．将偏振片B转动一个角度，使得O处光强度最强，偏振片B转过的角度等于α
D．将偏振片A转动一个角度，使得O处光强度最强，偏振片A转过的角度等于α
答案 (1)把自然光转换成偏振光 (2)横波 (3)ACD
解析 (1)自然光不是偏振光，但自然光通过偏振片后变为偏振光，故A的作用是把自然光
转换成偏振光。
(2)偏振现象证明光是一种横波。
(3)偏振片只能让一定偏振方向的光通过，没有样品时，要使到达 O处的光最强，偏振片
A、B的透光方向应相同；当放入样品时，由于样品的“旋光度”是 α，即偏振方向不再与
B的透振方向平行，到达O处光的强度会减弱，A正确，B错误；偏振片B转过的角度等于
α，并使偏振片B的透振方向与偏振光的偏振方向平行时，光到达O处的强度将再次最大，
C正确；同理，D正确。
考点三 几何光学与物理光学的综合应用
1．光从一种介质进入另一种介质时，频率不变，由v＝λf知，当f改变时，波长改变，光速
改变。
2．同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，由n＝知，n越大，传播速度越小。
3．光的频率、折射率、波速、波长的对应关系
颜色 红 橙 黄 绿 蓝 靛 紫
频率f 低→高
同一介质中折射率n 小→大
同一介质中速度v 大→小
波长λ 大→小
临界角 大→小
通过棱镜的偏折角 小→大
例6 (2024·黑龙江省大庆实验中学开学考)如图所示为一束太阳光射到截面为六边形的冰
晶上时的光路图，a、b为其折射出的光线中的两种单色光，下列说法不正确的是( )
A．在冰晶中，a光的传播速度较大
B．通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹间距较大
C．从同种玻璃中射入空气发生全反射时，a光的临界角较小D．用同一装置做单缝衍射实验，a光的中央亮条纹更宽
答案 C
解析 太阳光射入六边形冰晶时，a光的折射角大于b光的折射角，由折射定律n＝，冰晶
对a光的折射率小于对b光的折射率，由v＝判断可知，在冰晶中，a光的传播速度较大，
故A正确；a光的折射率小于b光的折射率，故a光的频率小于b光的频率，由于c＝λf，所
以a光的波长大于b光的波长，根据双缝干涉条纹间距公式Δx＝λ知a光相邻条纹间距较大，
故B正确；由临界角公式sin C＝可知，a光的折射率较小，a光的临界角较大，故C错误；
由于a光的波长大于b光的波长，根据单缝衍射实验中，入射光的波长越长，中央亮条纹越
宽，故a光中央亮条纹更宽，故D正确。
课时精练
1．(2024·江苏南京市调研)下列说法正确的是( )
A．图甲为一定波长的光照射到不透明圆盘上，在圆盘后得到的衍射图样
B．图乙为双缝干涉示意图，双缝间距越大，则相邻亮条纹间距越大
C．图丙为光导纤维工作原理示意图，内芯的折射率比外套的折射率小
D．图丁为自然光照射两个竖直放置的偏振片，若只旋转其中一个偏振片，光屏上的亮度不
变
答案 A
解析 题图甲为一定波长的光照射到不透明圆盘上，在圆盘后得到的衍射图样，选项 A正
确；题图乙为双缝干涉示意图，根据Δx＝λ可知，双缝间距越大，则相邻亮条纹间距越小，
选项B错误；题图丙为光导纤维工作原理示意图，利用光的全反射，所以内芯的折射率比
外套的折射率大，选项C错误；题图丁为自然光照射两个竖直放置的偏振片，若只旋转其
中一个偏振片，偏振方向不平行，此时光屏上的亮度变暗，选项D错误。2．利用图示的装置(示意图)，观察光的干涉、衍射现象，在光屏上得到如图中甲和乙两种
图样。下列关于P处放置的光学元件说法正确的是( )
A．甲对应单缝，乙对应双缝
B．甲对应双缝，乙对应单缝
C．都是单缝，甲对应的缝宽较大
D．都是双缝，甲对应的双缝间距较大
答案 A
解析 由题图中给出的甲、乙两种图样可知，甲是单缝衍射的图样，乙是双缝干涉的图样，
A项正确，B、C、D项错误。
3．(2023·山东济宁市模拟)用光传感器能直观地演示双缝干涉，实验装置如图甲所示，某次
实验的双缝间距d＝0.6 mm，调整双缝到光传感器的距离L＝0.3 m，在计算机中得到图乙所
示光强变化的图样，可以推断该实验所用单色光波长为( )
A．200 nm B．400 nm C．600 nm D．800 nm
答案 B
解析 根据题图乙可知Δx＝ μm＝200 μm，由Δx＝λ，得λ＝Δx＝400 nm，故选B。
4.如图所示，某种光盘利用“凹槽”“平面”记录信息，激光照射到“凹槽”会产生极小反
射光强，下列说法正确的是( )
A．“凹槽”产生极小光强是由于衍射现象形成
B．激光在透明介质中的传播速度与“平面”反射光的传播速度相同
C．激光在透明介质中的波长可能为“凹槽”深度的3倍
D．“凹槽”反射光与“平面”反射光的频率相同
答案 D
解析 “凹槽”产生极小光强是由于“凹槽”反射光与“平面”反射光叠加后削弱，是由于
干涉现象形成，故A错误；透明介质中激光的传播速度小于真空中光速，故激光在透明介质中的传播速度与“平面”反射光的传播速度不相同，故B错误；由于“凹槽”反射光与
“平面”反射光叠加后削弱，考虑到“凹槽”反射光的路程，“凹槽”深度的2倍应为激光
半波长的奇数倍，故C错误；“凹槽”反射光与“平面”反射光是同种类型的光，频率相
同，故D正确。
5．(2023·河南驻马店市期末)某实验小组同学采用图甲装置研究光的干涉现象，两狭缝 S 、
1
S 间距离d及各自宽度m均可调，狭缝到光屏的距离为L。用不同的单色光垂直照射狭缝，
2
得到如图乙所示的干涉条纹。下列说法正确的是( )
A．在d、L相同条件下，照射光的频率越高，形成的干涉亮条纹越宽
B．若遮住S，用红光照射S，减小S 的宽度m，光屏上的中央亮条纹变宽变暗
1 2 2
C．若同时用红光和蓝光分别照射S、S，光屏上将得到红蓝相间的干涉彩色条纹
1 2
D．用红光照射两条狭缝时，若狭缝S 、S 到光屏上P 点的路程差为红光波长的3.5倍，P
1 2 1 1
点处一定是亮条纹
答案 B
解析 由题图乙可知，在d、L相同条件下，红光的波长更长，频率更低，形成的干涉条纹
更宽，故照射光的频率越低，形成的干涉亮条纹越宽，A项错误；若遮住S ，用红光照射
1
S ，光屏上得到的是衍射条纹，减小S 的宽度m，衍射现象更明显，光屏上的中央亮条纹变
2 2
宽变暗，B项正确；若同时用红光和蓝光分别照射S 、S ，不会发生干涉现象，光屏上不会
1 2
得到干涉条纹，C项错误；用红光照射两条狭缝时，若狭缝S、S 到光屏上P 点的路程差为
1 2 1
红光波长的3.5倍，P 点处一定是暗条纹，D项错误。
1
6．(多选)(2023·天津市杨柳青第一中学模拟)图甲是用光的干涉法检测物体表面平整程度的
装置，其中M为标准板，N为水平放置的待检测物体，入射光竖直向下照射，图乙为观察
到的干涉条纹，下列说法正确的是( )
A．入射光的波长越长，干涉条纹的条数越少
B．M和N之间垫块的高度越高，干涉条纹的条数越少
C．P点所对应待检测物体的表面相对Q点所对应待检测物体的表面是凸起的
D．P点所对应待检测物体的表面相对Q点所对应待检测物体的表面是凹下的答案 AC
解析 根据光的干涉特点可知，入射光的波长越长，相邻干涉条纹的距离越大，即题图乙观
察到的干涉条纹的条数越少，故A正确；发生薄膜干涉时，相邻亮条纹间的空气层的厚度
差为，M和N之间垫块的高度越高，空气层的夹角越大，所以相邻亮条纹之间的距离变小，
干涉条纹的条数越多，故B错误；薄膜干涉是等厚干涉，即亮条纹处空气膜的厚度相等，
亮条纹右偏说明P点所对应待检测物体的表面相对Q点所对应待检测物体的表面是凸起的，
故C正确，D错误。
7．(2023·重庆卷·5)某实验小组利用双缝干涉实验装置分别观察a、b两单色光的干涉条纹，
发现在相同的条件下光屏上a光相邻两亮条纹的间距比b光的小。他们又将a、b光以相同
的入射角由水斜射入空气，发现a光的折射角比b光的大，则( )
A．在空气中传播时，a光的波长比b光的大
B．在水中传播时，a光的速度比b光的大
C．在水中传播时，a光的频率比b光的小
D．由水射向空气时，a光的全反射临界角比b光的小
答案 D
解析 根据相邻两条亮条纹的间距计算公式Δx＝λ，由此可知λ<λ，故A错误；
a b
根据折射定律n＝，a、b光以相同的入射角由水斜射入空气，a光的折射角比b光的大，则
n>n
a b
根据光在介质中的传播速度与折射率的关系 n＝，可得在水中传播时，a光的速度比b光的
小，故B错误；
在水中传播时，a光的折射率比b光的大，所以a光的频率比b光的大，故C错误；
根据临界角与折射率的关系sin C＝，可得在水中传播时，a光的折射率比b光的大，a光的
全反射临界角比b光的小，故D正确。
8.(2023·安徽省三校联考)如图所示，一个曲率半径很大的凸透镜的凸面和一块水平放置的平
面玻璃板接触，用平行的单色光竖直向下照射，可以观察到一些明暗相间的单色同心圆环，
由于这种现象首先是由牛顿观察到的，所以这些同心圆环叫作牛顿环。关于这种现象，下列
说法正确的是( )A．这是光的衍射现象
B．这是光的折射现象
C．单色圆环离圆心越远，间距越稀疏
D．单色圆环离圆心越远，间距越密集
答案 D
解析 凸透镜的凸面和平面玻璃板之间形成一个空气薄膜，当用平行的单色光竖直向下照射
时，劈尖形空气膜上、下表面反射的两束光相互叠加而产生干涉。同一半径的圆环处的空气
膜厚度相同，上、下表面反射光的光程差相同，因此使干涉图样呈圆环状，所以牛顿环是薄
膜干涉现象，选项A、B错误；空气薄膜厚度不同，上、下表面反射光的光程差也不同，由
于上表面是球面，所以越远离中心的地方空气薄膜厚度增加越快，光程差越大，干涉条纹也
就越密集，选项C错误，D正确。
9．(2021·山东卷·7)用平行单色光垂直照射一层透明薄膜，观察到如图所示明暗相间的干涉
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( )
答案 D
10．(2023·山东卷·5)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．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
答案 A
解析 由题知，C的膨胀系数小于G的膨胀系数，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，且同一厚度的空气层向劈尖移动，则条纹向左移动。故选A。
11.(2024·吉林长春市质检)彩虹是雨后太阳光射入空气中的水滴先折射，然后在水滴的背面
发生反射，最后离开水滴时再次折射形成的。如图所示，一束太阳光从左侧射入球形水滴，
a、b是其中的两条出射光线，一条是红光，另一条是紫光。则下列说法正确的是( )
A．a光是红光，b光是紫光
B．若用同一双缝干涉仪做光的双缝干涉实验，a光条纹间距小于b光条纹间距
C．若遇到相同的障碍物，a光比b光更容易发生明显衍射
D．在水滴中传播时，a光的速度大于b光的速度
答案 B
解析 太阳光从左侧射入球形水滴时，入射角相同，a光的折射角小于b光的折射角，根据
折射定律，可知n>n，折射率大则频率高，则a光是紫光，b光是红光，A错误；由A可知
a b
λ<λ ，根据Δx＝λ可知，用同一双缝干涉仪做光的双缝干涉实验，a光条纹间距小于b光条
a b
纹间距，遇到相同的障碍物，b光比a光更容易发生明显衍射，B正确，C错误；由n＝得
v
