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16 光 学
[-考点-02-] 光的干涉、衍射和偏振
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．
2．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．
3．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．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：
如图所示，相干光源S1、S2发出的光到屏上
P′点的路程差为Δr＝r2－r1.
当Δr＝nλ(n＝0,1,2，…)时，光屏上P′处
出现明条纹．
当Δr＝(2n＋1)(n＝0,1,2，…)时，光屏上P′处出现暗条纹．
2．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P1、P2处，Δr＝nλ(n＝1,2,3，…)，薄膜上出现明条纹．
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．
3．单缝衍射与双缝干涉的比较
单缝衍射
双缝干涉
不
同
点
条纹宽度
条纹宽度不等，中央最
宽
条纹宽度相等
条纹间距
各相邻亮条纹间距不等
各相邻亮(暗) 条纹等间距
亮度情况
中央条纹最亮，两边变
暗
条纹清晰，亮度基本相同
相同点
干涉、衍射都是波特有的现象，都属于波的叠加；干
涉、衍射都有明暗相间的条纹
4.光的干涉和衍射的本质
从本质上看，干涉条纹和衍射条纹的形成有相似的原理，光的干涉和
衍射都属于光波的叠加，干涉是从单缝通过两列频率相同的光在屏上
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．
典例1 (双缝干涉)(2021·湖北卷·5)如图所示，由波长为λ1和λ2的单色
光组成的一束复色光，经半反半透镜后分成透射光和反射光．透射光
经扩束器后垂直照射到双缝上并在屏上形成干涉条纹．O 是两单色光
中央亮条纹的中心位置，P1和P2分别是波长为λ1和λ2的光形成的距
离O 点最近的亮条纹中心位置．反射光入射到三棱镜一侧面上，从
另一侧面M 和N 位置出射，则( )
A．λ1<λ2，M 是波长为λ1的光出射位
置
B．λ1<λ2，N 是波长为λ1的光出射位
置
C．λ1>λ2，M 是波长为λ1的光出射位
置
D．λ1>λ2，N 是波长为λ1的光出射位置
典例2 (薄膜干涉)(2023·福建龙岩市质检)如图所示，把一矩形均匀薄
玻璃板ABCD 压在另一个矩形平行玻璃板上，一端用薄片垫起，将红
单色光从上方射入，这时可以看到明暗相间的条纹，下列关于这些条
纹的说法中正确的是( )
A．条纹方向与AB 边平行
B．条纹间距不是均匀的，越靠近BC 边条纹间距越大
C．减小薄片的厚度，条纹间距变小
D．将红单色光换为蓝单色光照射，则条纹间距变小
典例3 (光的偏振)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
典例4 (几何光学与物理光学的综合应用)如图所示，不同波长的两单色
光a、b 沿同一方向从空气射向半圆形玻璃砖，入射点O 在直径的边缘，
折射光线分别为OA、OB，则( )
A．a 单色光的频率比b 单色光的频率小
B．当a、b 两束光由玻璃射向空气中，a 光临界角比
b 光临界角大
C．在玻璃砖中a 单色光从O 到A 的传播时间不等于b 单色光从O 到B
的传播时间
D．用a、b 两束光在相同条件下做双缝干涉实验，a 光产生的干涉条纹
间距比b 光小
1.(多选)关于光的衍射现象，下列说法正确的是( )
A．红光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹
B．白光的单缝衍射图样是白黑相间的直条纹
C．光照到不透明小圆盘上出现泊松亮斑，说明发生了衍射
D．光照到较大圆孔上出现大光斑，说明光沿着直线传播，不存
1
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在光的衍射
2.在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏幕上观察到了彩色干涉条纹．
若在双缝中的一缝前放一红色滤光片(只能透过红光)，另一缝前放一绿
色滤光片(只能透过绿光)，已知红光与绿光的频率、波长均不相等，这
时( )
A．只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其他颜色的双缝干涉条纹消失
B．红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其他颜色的双缝干涉条纹仍然存
在
C．任何颜色的双缝干涉条纹都不存在
D．至少有一种颜色的双缝干涉条纹
3.如图所示，把一个平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上，一端用薄片
垫起，构成空气劈尖，让单色光从上方射入，这时可以看到明暗相间的
条纹．下面关于条纹的说法中正确的是( )
A．干涉条纹的产生是由于光在上面玻璃板的前
后两表面反射形成的两列光波叠加的结果
B．干涉条纹中的暗条纹是由于两列反射光的波
谷与波谷叠加的结果
C．将上玻璃板平行上移，条纹间距变窄
D．观察干涉条纹时，应在入射光一侧
4.(多选)(2022·林州一中月考)如图甲所示，在一块平板玻璃上放置一平凸
薄透镜，在两者之间形成厚度不均匀的空气膜，让一束单一波长的光垂
直入射到该装置上，结果在上方观察到如图乙所示的内疏外密的同心圆
环状干涉条纹，称为牛顿环，以下说法正确的是( )
A．干涉现象是凸透镜下表面反射光和
玻璃上表面反射光叠加形成的
B．干涉现象是凸透镜上表面反射光和
玻璃上表面反射光叠加形成的
C．干涉条纹不等间距是因为空气膜厚
度不是均匀变化的
D．干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度是均匀变化的
5.(多选)双缝干涉实验中，下列说法正确的是(n 为自然数，λ 为光波波长)
( )
A．在与双缝的距离之差相等的点形成暗条纹
B．在与双缝的距离之差为nλ 的点形成亮条纹
C．在与双缝的距离之差为n 的点形成亮条纹
D．在与双缝的距离之差为λ 的点形成暗条纹
6.如图所示，甲、乙、丙、丁四幅图是不同的单色光通过同一双缝或单
缝形成的双缝干涉或单缝衍射图样，分析各图样的特点可以得出的正确
结论是( )
A．甲、乙是光的干涉
图样
B．丙、丁是光的干涉图样
C．形成甲图样的光的波长比形成乙图样的光的波长短
D．形成丙图样的光的波长比形成丁图样的光的波长短
7.(多选)(2022·山东卷·10)某同学采用图甲所示的实验装置研究光的干
涉与衍射现象，狭缝S1、S2的宽度可调，狭缝到屏的距离为L.同一单
色光垂直照射狭缝，实验中分别在屏上得到了图乙、图丙所示图样．
下列描述正确的是( )
A．图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，也发生了衍射
B．遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，其他条件不变，图丙中亮条
纹宽度增大
C．照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的
中心间距增大
D．照射两条狭缝时，若光从狭缝S1、S2到屏上P 点的路程差为半波
长的奇数倍，P 点处一定是暗条纹
8.(多选)煤矿中瓦斯爆炸危害极大．某同学查资料得知含有瓦斯的气
体的折射率大于干净空气的折射率，于是，他设计了一种利用光的干
涉监测矿井瓦斯的仪器，原理如图所示．在双缝前面放置两个完全相
同的透明容器A、B，容器A 与干净的空气相通，在容器B 中通入矿
井中的气体，观察屏上的干涉条纹，就能够
监测瓦斯浓度，以下说法正确的是( )
A．如果屏的正中央仍是亮条纹，说明B 中
的气体与A 中的空气成分相同，不含瓦斯
B．如果屏的正中央是暗条纹，说明B 中的气体与A 中的空气成分不
相同，可能含有瓦斯
C．如果屏上干涉条纹不停地移动，说明B 中的气体瓦斯含量不稳定
D．只有用单色光照射单缝时，才可能在屏上出现干涉条纹
9.单缝衍射实验中所产生图样的中央亮条纹宽度的一半与单缝宽度、
光的波长、缝屏距离的关系，和双缝干涉实验中所产生图样的相邻两
亮条纹间距与双缝间距、光的波长、缝屏距离的关系相同．利用单缝
衍射实验可以测量金属的线膨胀系数，线膨胀系数是表征物体受热时
长度增加程度的物理量．如图是实验的示意图，挡光片A 固定，挡光
片B 放置在待测金属棒上端，A、B 间形成平直的狭缝，激
光通过狭缝，在光屏上形成衍射图样．温度升高，金属棒
膨胀使得狭缝宽度发生变化，衍射图样也随之发生变化．
在激光波长已知的情况下，通过测量缝屏距离和中央亮条纹宽度，可算
出狭缝宽度及变化，进而计算出金属的线膨胀系数．下列说法正确的是(
)
A．使用激光波长越短，其他实验条件不变，中央亮条纹越宽
B．相同实验条件下，金属的膨胀量越大，中央亮条纹越窄
C．相同实验条件下，中央亮条纹宽度变化越大，说明金属膨胀量越大
D．狭缝到光屏距离越大，其他实验条件相同，测得金属的线膨胀系数
越大
10.某一质检部门为检测一批矿泉水的质量，利用干涉原理测定矿泉水的
折射率．方法是将待测矿泉水填充到特制容器中，放置在双缝与荧光屏
之间(之前为真空)，如图所示，特制容器未画出，通过对比填充后的干
涉条纹间距x2和填充前的干涉条纹间距x1就可以计算出该矿泉水的折射
率．单缝S0、双缝中点O、屏上的P0点均位于双缝S1和S2的中垂线上，
屏上P 点处是P0上方的第3 条亮条纹(不包括P0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S1与S2之间
的距离为d，双缝到屏的距离为L，则下列说法正确的是( )
A．来自双缝S1和S2的光传播到P 点处的时间差为
B．x2>x1
C．该矿泉水的折射率为
2
