《新高考物理一轮复习精品讲义专题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（含解析）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《新高考物理一轮复习精品讲义专题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（含解析）（17页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 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
2、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：x，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
3、纹的判断方法：如图1所示，相干光源S1、S2发出的光到屏上P点的路程差为rr2r1.当rk(k0,1,2)时，光屏上P处出现明条纹.当r(2k1)(k0,1,2)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S1、S2的距离相等，O点为S1、S2连线中垂线与光屏的交点。光源S发出的波长为的光，经S1出射后垂直穿过玻璃片传播到O点，经S2出射后直接传播到O点，由S1到O点与由S2到O点，光传播的时间差为t。玻璃片厚度为10，玻璃对该波长光的折射率为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.t B.tC.t D.t【
4、答案】A【解析】波长为的光在玻璃片中的传播速度v，通过10的距离，光传播的时间差t，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：x，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S1、S2发出的光到屏上P点的路程差为rr2r1。当rk(k0，1，2，)时，光屏上的P点处出现亮条纹。当r(2k1)(k0，1，2，)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S0、双缝中点O、屏上
5、的P0点位于双缝S1和S2的中垂线上，屏上P点处在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，真空中的光速为c，双缝S1与S2之间距离为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S1和S2的光传播到P点处的时间差为B.屏上P点和P0点之间仅能观察到两条暗条纹C.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D.仅将屏向右(保持P0在双缝的中垂线上)移动的过程中，P点处能观察到暗条纹【答案】AD【解析】来自双缝S1和S2的光传播到P点处的路程差为3，则时间差为，选项A正确；由题意可知，屏
6、上P点和P0点之间能观察到三条暗条纹，选项B错误；根据x可知，仅将单缝S0向左(保持S0在双缝的中垂线上)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x可知，仅将屏向右(保持P0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S1、S2的距离之差|r1r2|应为()A. B.C. D.【答案】D【解析】出现第3条暗条纹，说明S1、S2到P点距离之差为(2n1)(231)，而，所以|r1r2|，故D正确.【知识点二】
7、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条纹间距不等各相邻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，属于波的叠加；干涉、衍射都有明暗相间的条纹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
8、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光的振动方向在垂直于光的传播方向的平面内，光沿任意方向振动，且沿各个方向振动的光的强度相同在垂直于光的传播方向的平面内，光沿特定方向振动(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】(20211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
9、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。
10、(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
11、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
12、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
13、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x，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
14、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
15、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)vf，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
