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专题11.2 光的干涉、衍射、光的偏振、激光用双缝干涉测量光的波长【讲】
目录
一 讲核心素养............................................................................................................................................................1
二 讲必备知识............................................................................................................................................................1
【知识点一】光的干涉现象..............................................................................................................................1
【知识点二】光的衍射和偏振现象..................................................................................................................4
【知识点三】电磁振荡、电磁波与相对论......................................................................................................7
【知识点四】实验:用双缝干涉测光的波长.....................................................................................................8
三．讲关键能力---会分析光的薄膜干涉................................................................................................................11
一 讲核心素养
1.物理观念：干涉、衍射、激光、偏振、电磁波。
(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。
(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。
(3).知道电磁波的发射、传播和接收。认识电磁波谱。知道各个波段的电磁波的名称、特征和典型应用。
2.科学态度与责任：初步了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想，初步了解场的统一性与多样性，体会物理
学对统一性的追求。
3.科学实验：会用双缝干涉实验测量光的波长。。
二 讲必备知识
【知识点一】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.
(3)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；白光照射时，中央为白色亮条
纹，其余为彩色条纹.
2.双缝干涉
(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1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＝kλ(k＝0,1,2…)时，光屏上P′处出现明条纹.
当Δr＝(2k＋1)(k＝0,1,2…)时，光屏上P′处出现暗条纹.
【例1】(2020·山东卷，3)双缝干涉实验装置的截面图如图所示。光源S到S 、S 的距离相等，O点为S 、
1 2 1
S 连线中垂线与光屏的交点。光源S发出的波长为λ的光，经S 出射后垂直穿过玻璃片传播到O点，经S
2 1 2
出射后直接传播到O点，由S 到O点与由S 到O点，光传播的时间差为Δt。玻璃片厚度为10λ，玻璃对该
1 2
波长光的折射率为1.5，空气中光速为c，不计光在玻璃片内的反射。以下判断正确的是( )
A.Δt＝ B.Δt＝
C.Δt＝ D.Δt＝
【答案】A
【解析】波长为λ的光在玻璃片中的传播速度v＝，通过10λ的距离，光传播的时间差Δt＝－＝，选项A正确。
【素养升华】本题考察的学科素养主要是科学思维及物理观念。
【归纳总结】(1)相邻两条亮(暗)条纹间的距离公式：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)亮暗条纹的判断方法
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＝kλ(k＝0，1，2，…)时，光屏上的P′点处出现亮条纹。
当Δr＝(2k＋1)(k＝0，1，2，…)时，光屏上的P′点处出现暗条纹。
【变式训练1】(多选) (2021·浙江杭州市教学质量检测)如图所示，在利用双缝干涉测量光的波长的实验中，
单缝S 、双缝中点O、屏上的P 点位于双缝S 和S 的中垂线上，屏上P点处在P 上方的第3条亮条纹(不
0 0 1 2 0
包括P 点处的亮条纹)的中心。已知入射光在真空中的波长为λ，真空中的光速为c，双缝S 与S 之间距离
0 1 2
为d，双缝到屏的距离为l，若整个装置处于真空中，则下列说法正确的是( )
A.来自双缝S 和S 的光传播到P点处的时间差为
1 2
B.屏上P点和P 点之间仅能观察到两条暗条纹
0
C.仅将单缝S 向左(保持S 在双缝的中垂线上)移动的过程中，P点处能观察到暗条纹
0 0
D.仅将屏向右(保持P 在双缝的中垂线上)移动的过程中，P点处能观察到暗条纹
0
【答案】 AD
【解析】 来自双缝S 和S 的光传播到P点处的路程差为3λ，则时间差为，选项A正确；由题意可知，屏
1 2上P点和P 点之间能观察到三条暗条纹，选项B错误；根据Δx＝λ可知，仅将单缝S 向左(保持S 在双缝
0 0 0
的中垂线上)移动的过程中，条纹间距不变，则P点处仍是亮条纹，选项C错误；根据Δx＝λ可知，仅将屏
向右(保持P 在双缝的中垂线上)移动的过程中，l变大，则条纹间距变大，则P点处能观察到暗条纹，选项
0
D正确。
【变式训练2】．如图所示，用频率为f的单色光(激光)垂直照射双缝，在光屏的P点出现第3条暗条纹，
已知光速为c，则P到双缝S、S 的距离之差|r－r|应为( )
1 2 1 2
A. B.
C. D.
【答案】 D
【解析】 出现第3条暗条纹，说明S 、S 到P点距离之差为(2n－1)＝(2×3－1)＝λ，而λ＝，所以|r －r|
1 2 1 2
＝λ＝，故D正确.
【知识点二】光的衍射和偏振现象
1.对光的衍射的理解
(1)波长越长，衍射现象越明显。在任何情况下都可以发生衍射现象，只是明显与不明显的差别。
(2)衍射现象说明“光沿直线传播”只是一种特殊情况，只有在光的波长比障碍物小得多时，光才可以看做
是沿直线传播的。
2.单缝衍射与双缝干涉的比较
单缝衍射 双缝干涉
条纹宽度 条纹宽度不等，中央最宽 条纹宽度相等
不同
条纹间距 各相邻条纹间距不等 各相邻条纹等间距
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、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；干涉、衍射都有明暗
相同点
相间的条纹3.光的干涉和衍射的本质
光的干涉和衍射都属于波的叠加，从本质上看，干涉条纹和衍射条纹的形成有相似的原理。都可认为是从
单缝通过两列或多列频率相同的光波，在屏上叠加形成的。
4.光的偏振
(1)自然光与偏振光的比较
类别 自然光(非偏振光) 偏振光
光的来源 从普通光源发出的光 自然光通过起偏器后的光
在垂直于光的传播方向的平面内，
光的振动方 在垂直于光的传播方向的平面内，光沿
光沿任意方向振动，且沿各个方向
向 特定方向振动
振动的光的强度相同
(2)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。
【例2】(2021·1月江苏新高考适应性考试，1)小华通过偏振太阳镜观察平静水面上反射的阳光，转动镜片
时发现光有强弱变化，下列说法能够解释这一现象的是( )
A.阳光在水面反射时发生了偏振，镜片起起偏器的作用
B.阳光在水面反射时发生了偏振，镜片起检偏器的作用
C.阳光在水面反射时没有发生偏振，镜片起起偏器的作用
D.阳光在水面反射时没有发生偏振，镜片起检偏器的作用
【答案】B
【解析】 发现光有强弱变化说明水面上反射的阳光是偏振光，而阳光本身是自然光，在反射时发生了偏
振，当偏振片的方向与光的偏振方向平行时，通过的光最强，而当偏振片的方向与光的偏振方向垂直时，
通过的光最弱，因此镜片起到检偏器的作用，故选B。
【素养升华】本题考察的学科素养主要是物理观念。
【必备知识】对偏振光的理解要点
(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，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。
【变式训练1】 (多选)(2021·江苏苏北四市第一次调研)下列说法正确的有( )
A.光的偏振现象说明光是一种纵波
B.红外线比紫外线更容易发生衍射
C.白光下镀膜镜片看起来有颜色，是因为光发生了衍射
D.交警可以利用多普勒效应对行驶的汽车进行测速
【答案】BD
【解析】 光的偏振现象说明光是一种横波，故A错误；当波长与障碍物的尺寸差不多或大于障碍物的尺
寸，可以发生明显的衍射，故对同一障碍物，波长越长越容易发生明显的衍射；根据电磁波谱可知红外线
比紫外线的波长更长，则红外线更容易出现明显衍射现象，B正确；白光下镀膜镜片看起来有颜色，是因
为镜片的前后表面的反射光相遇后发生光的干涉现象，且只有一定波长(一定颜色)的光干涉时，才会相互
加强，所以看起来有颜色，故C错误；交警借助测速仪根据微波发生多普勒效应时，反射波的频率与发射
波的频率有微小差异，对差异进行精确测定，再比对与速度的关系，就能用电脑自动换算成汽车的速度，
故D正确。
【例3】在一次观察光的衍射的实验中，观察到如图所示的清晰的明暗相间的图样(黑线为暗条纹)，那么障
碍物应是( )
A. 很小的不透明圆板 B. 很大的中间有大圆孔的不透明圆板
C. 很大的不透明圆板 D. 很大的中间有小圆孔的不透明圆板
【答案】D
【解析】：由题图可知中央是大且亮的圆形亮斑，周围分布着明暗相间的同心圆环，且越向外，圆形条纹
宽度越小，可判断此图样为圆孔衍射图样，故D选项正确；有的同学误选A，要注意很小的不透明圆板产
生的图样中心也是亮点，但其周围有一个大的阴影区，在阴影区的边缘有明暗相间的圆环，它与圆孔衍射
的图样是不同的。【素养升华】本题考察的学科素养主要是物理观念。
【必备知识】1．现象：各种不同形状的障碍物也能使光发生衍射，使影的轮廓模糊不清。若在单色光传
播途中，放一个较小的不透明的圆形障碍物，会发现在阴影中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑，如
图所示。
2．小障碍物的衍射图样的特点：圆形阴影中心有一亮斑，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。与小孔衍射图样有明显区别。
【变式训练2】如图所示的4种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).在下面的4幅图中从左
往右排列，亮条纹的颜色依次是( )
A.红黄蓝紫 B.红紫蓝黄
C.蓝紫红黄 D.蓝黄红紫
【答案】 B
【解析】 双缝干涉条纹是等间距的，而单缝衍射条纹除中央亮条纹最宽、最亮之外，两侧条纹亮度、宽
度都逐渐减小，因此1、3为双缝干涉条纹，2、4为单缝衍射条纹.相邻亮条纹间距Δx＝λ，红光波长比蓝
光波长长，则红光干涉条纹间距大于蓝光干涉条纹间距，即1、3分别对应于红光和蓝光.而在单缝衍射中，
当单缝宽度一定时，波长越长，衍射越明显，即中央条纹越宽越亮，黄光波长比紫光波长长，即2、4分别
对应于紫光和黄光.综上所述，1、2、3、4四个图中亮条纹的颜色依次是：红、紫、蓝、黄，B正确.
【例4】关于激光的应用问题，下列说法正确的是( )
A. 光纤通信是应用激光平行度非常好的特点对信号进行调制，使其在光导纤维中进行传递信息的
B. 计算机内的“磁头”读出光盘上记录的信息是应用了激光有相干性的特点来进行的
C. 医学中用激光做“光刀”来切除肿瘤是应用了激光亮度高的特点
D. “激光测距雷达”利用激光测量很远目标的距离是应用了激光亮度高的特点
【答案】C【解析】：由激光的特点及应用可知，光纤通信主要利用了激光的相干性强，A错误；计算机内的“磁
头”读出光盘上的信息主要应用了激光的平行度好，B错误；医疗中的激光“光刀”利用了激光亮度高的
特点，C正确；激光测距利用的是激光的平行度好，D错误。
【素养升华】本题考察的学科素养主要是物理观念。
【知识点三】电磁振荡、电磁波与相对论
1.麦克斯韦电磁场理论
变化的磁场能够在周围空间产生电场，变化的电场能够在周围空间产生磁场.
2.电磁波
(1)电磁场在空间由近及远地向周围传播，形成电磁波.
(2)电磁波的传播不需要介质，可在真空中传播，在真空中不同频率的电磁波传播速度相同(都等于光速).
(3)不同频率的电磁波，在同一介质中传播，其速度是不同的，频率越高，波速越小.
(4)v＝λf，f是电磁波的频率.
3.电磁波的发射与接收
(1)发射电磁波需要开放的高频振荡电路，并对电磁波根据信号的强弱进行调制(两种方式：调幅、调频).
(2)接收电磁波需要能够产生电谐振的调谐电路，再把信号从高频电流中解调出来，调幅波的解调也叫检波.
4.电磁波谱
按照电磁波的频率或波长的大小顺序把它们排列成谱.按波长由长到短排列的电磁波谱为：无线电波、红外
线、可见光、紫外线、X射线、γ射线.
5.对麦克斯韦电磁场理论的理解
6.电磁波与机械波的比较
名称 电磁波 机械波项目
产生 由周期性变化的电场、磁场产生 由质点(波源)的振动产生
传播介质 不需要介质(在真空中仍可传播) 必须有介质(真空中不能传播)
波的种类 横波 既有横波也有纵波
由介质和频率决定，在真空中等于光
速度特点 仅由介质决定
速(c＝3×108 m/s)
能量 都能携带能量并传播能量
速度公式 v＝λf
遵循规律 都能发生反射、折射、干涉、衍射等现象
【例4】(2021·北京市朝阳区5月等级考模拟)(多选)关于电磁波谱，下列说法正确的是( )
A.X射线对生命物质有较强的作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变
B.γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高
C.紫外线比紫光更容易发生干涉和衍射
D.在电磁波谱中，最容易发生衍射现象的是γ射线
【答案】 AB
【解析】 紫外线比紫光的波长短，更不容易发生干涉和衍射，故 C错误；在电磁波谱中，最容易发生衍
射现象的是无线电波，故D错误.
【素养提升】本题考察的学科素养主要是物理观念。
【变式训练】 (2021·北京市海淀区一模)(多选)下列说法中正确的是( )
A.人耳能听见的声波比超声波更易发生衍射
B.光的色散现象是由光的干涉引起的
C.根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场周围一定可以产生电磁波
D.光导纤维丝内芯材料的折射率比外套材料的折射率大
【答案】 AD【解析】 超声波的频率较大，波长较小，所以人耳能听见的声波比超声波更易发生衍射，选项 A正确；
光的色散现象是由光的折射引起的，选项B错误；根据麦克斯韦的电磁场理论，周期性变化的电场周围才
可以产生电磁波，选项C错误；光导纤维丝内芯材料的折射率比外套材料的折射率大，选项D正确.
【知识点四】实验:用双缝干涉测光的波长
1.实验原理
单色光通过单缝后，经双缝产生稳定的干涉图样，图样中相邻两条亮(暗)条纹间距Δx与双缝间距d、双缝
到屏的距离l、单色光波长λ之间满足λ＝Δx.
2.实验过程
(1)观察双缝干涉图样
①将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图所示.
②接好光源，打开开关，使灯丝正常发光.
③调节各器件的高度，使光源灯丝发出的光能沿遮光筒轴线到达光屏.
④安装单缝和双缝，尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上，使单缝与双缝平行，二者间距约为5～10 cm.
⑤在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹.
(2)测定单色光的波长
①安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹.
②使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数，将该条纹记为第 1条亮条纹；转动
手轮，使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数，将该条纹记为第n条亮条纹.
③用刻度尺测量双缝与光屏间距离l(d是已知的).
④改变双缝间的距离d，双缝到屏的距离l，重复测量.
3.数据处理
(1)条纹间距Δx＝.
(2)波长λ＝Δx.(3)计算多组数据，求λ的平均值.
4.注意事项
(1)安装时，注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行且
间距适当.
(2)光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近.
(3)调节的基本依据：照在光屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝，测量头与遮光筒不共轴所致；
干涉条纹不清晰，一般原因是单缝与双缝不平行所致.
【例5】(2021·北京市昌平区二模练习)在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，将双缝干涉实验仪按要求
安装在光具座上，如图所示。已知双缝间的距离为d，在离双缝l远的屏上，用测量头测量条纹间宽度。
(1)将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，将该亮纹定为第 1条亮纹，此时手轮上的示数如图甲所
示；然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，记下此时如图乙所示的手轮上的
示数为__________ mm，求得相邻亮纹的间距Δx为__________ mm；
(2)波长的表达式λ＝__________(用Δx、l、d表示)；
(3)若改用频率较高的单色光照射，得到的干涉条纹间距将__________(填“变大”“不变”或“变小”)；
(4)图为上述实验装置示意图。S为单缝，S 、S 为双缝，屏上O点处为一条亮条纹。若实验时单缝偏离光
1 2
轴，向下微微移动，则可以观察到O点处的干涉条纹__________。A.向上移动 B.向下移动
C.间距变大 D.间距变小
【答案】 (1)13.870 2.310 (2) (3)变小 (4)A
【解析】 (1)图甲读数2 mm＋0.01 mm×32.0
＝2.320 mm；
图乙读数13.5 mm＋0.01 mm×37.0＝13.870 mm；
则条纹间距Δx＝ mm＝2.310 mm。
(2)根据Δx＝λ 可得波长的表达式λ＝。
(3)若改用频率较高的单色光照射，则波长减小，由Δx＝λ可知，得到的干涉条纹间距将变小。
(4)若实验时单缝偏离光轴向下微微移动，则主光轴变的倾斜，则可以观察到 O点处的干涉条纹向上移动，
由Δx＝λ可知，条纹间距不变，选项A正确，B、C、D错误。
【素养提升】本题考察的学科素养主要是科学实验。
【变式训练】 (2021·北京市海淀区一模)在“用双缝干涉测光的波长”实验中，将双缝干涉实验仪按要求
安装在光具座上(如图所示)，单缝保持竖直方向，并选用缝间距为d的双缝屏。从仪器注明的规格可知，
毛玻璃屏与双缝屏间的距离为l。接通电源使光源正常工作。
(1)组装仪器时，单缝和双缝的空间关系应该为______。
A.a代表单缝，b代表双缝
B.a代表双缝，b代表单缝
C.二者相互垂直放置
D.二者相互平行放置(2)将红色滤光片改为绿色滤光片，其他实验条件不变，在目镜中仍可看见清晰的条纹，则__________。
A.条纹为竖条纹
B.条纹为横条纹
C.与红光相比条纹间距变窄
D.与红光相比条纹间距变宽
(3)经计算可得两个相邻明纹(或暗纹)间的距离为Δx，则这种色光的波长表达式为λ＝__________(用题中所
给字母表示)。
【答案】 (1)AD (2)AC (3)Δx
【解析】 (1)双缝的光来自于同一个单缝，因此单缝a距离光源更近，A正确，B错误；双缝与单缝应该
平行放置，才能观察到双缝干涉实验，C错误，D正确。
(2)由于单缝保持竖直，条纹的方向与单缝平行，因此条纹竖直，A正确，B错误；由于绿光的波长比红光
的短，因此干涉条纹间距比红光的窄，C正确，D错误。
(3)根据两个相邻的明纹间(或暗纹)间距为Δx＝λ，可得波长表达式λ＝Δx。
三．讲关键能力---会分析光的薄膜干涉
(1)薄膜干涉形成原因：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.
在P、P 处，Δr＝nλ(n＝1,2,3…)，薄膜上出现明条纹.
1 2
在Q处，Δr＝(2n＋1)(n＝0,1,2,3…)，薄膜上出现暗条纹.【例1】(多选)如图所示，把一个凸透镜的弯曲表面压在另一个玻璃平面上，让单色光从上方射入，这时可
以看到亮暗相间的同心圆环，对这些亮暗圆环的相关说法合理的是( )
A.远离中心点处亮环的分布较密
B.用白光照射时，不会出现干涉形成的圆环
C.这些亮暗圆环是透镜曲面上反射光与透镜上方平面上的反射光干涉形成的
D.与同一亮环相对应的空气薄膜的厚度是相同的
【答案】AD
【解析】 远离中心点处亮环的分布较密，故A正确；用白光照射时，仍然会出现干涉形成的圆环，故B
错误；这些亮暗圆环是透镜曲面上反射光与玻璃平面上的反射光干涉形成的，故 C错误；与同一亮环相对
应的空气薄膜的厚度是相同的，故D正确.
【素养提升】本题考察的学科素养主要是物理观念。
【变式训练】 (多选) (2021·山东滨州第二次模拟)如图所示，在观察薄膜干涉现象时，把铁丝圈P在肥皂水
中蘸一下，让它挂上一层薄薄的液膜、在酒精灯火焰上撒食盐，用肥皂液膜观察灯焰 S的像，下列说法正
确的是( )
A.在酒精灯上撒一些食盐、目的是为了灯焰能发出的光更亮
B.实验时应观察液膜反射酒精灯的光，使我们看到灯焰的像
C.实验时应在另一侧透过液膜观察火焰，来观察薄膜干涉现象
D.用不同波长的光做这个实验，条纹的间距是不一样的
【答案】 BD
【解析】在酒精灯的灯芯上撒一些食盐，灯焰就能发出明亮的黄光，所以目的是为了灯焰能发出明亮的黄光，故A错误；用酒精灯的黄光照射竖直放置的液膜，液膜反射的光使我们看到灯焰的像，故B正确；当
黄色的光线照射到肥皂膜上时从肥皂膜的前后两个表面分别反射两列光，这两列光的频率相同，产生干涉
现象，所以实验时应在酒精灯一侧来观察薄膜干涉现象，故C错误；发生薄膜干涉时，相邻两条亮条纹(或
暗条纹)的间距与入射光在膜中的波长有关，所以用不同波长的光做这个实验，条纹的间距是不一样的，故
D正确。
