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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
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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
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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
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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
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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
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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
D．仅将单缝S0向左(保持S0在双缝的中垂线上)移动的过程中，P 点处能观察到暗条纹
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