高考物理一輪復(fù)習(xí)講義光學(xué)專題（二）光的色散干涉衍射和偏振

光的色散、干涉、衍射和偏振光的色散1.光的色散(1)現(xiàn)象：一束白光通過三棱鏡后在屏上會形成彩色光帶。(2)成因：棱鏡材料對不同色光的折射率不同，對紅光的折射率最小，紅光通過棱鏡后的偏折程度最小，對紫光的折射率最大，紫光通過棱鏡后的偏折程度最大，從而產(chǎn)生色散現(xiàn)象。2．各種色光的比較分析顏色紅橙黃綠青藍(lán)紫頻率ν低→高同一介質(zhì)中的折射率小→大同一介質(zhì)中的速度大→小同一介質(zhì)中的波長大→小通過同一棱鏡的偏折角小→大同一介質(zhì)中的臨界角大→小同一裝置的雙縫干涉條紋間距大→小3.平行玻璃磚、三棱鏡和圓柱體(球)對光路的控制特點(diǎn)平行玻璃磚三棱鏡圓柱體(球)結(jié)構(gòu)玻璃磚上下表面是平行的橫截面為三角形的三棱鏡橫截面是圓對光線的作用通過平行玻璃磚的光線不改變傳播方向，但要發(fā)生側(cè)移通過三棱鏡的光線經(jīng)兩次折射后，出射光線向棱鏡底面偏折圓界面的法線是過圓心的直線，光線經(jīng)過兩次折射后向圓心偏折應(yīng)用測定玻璃的折射率全反射棱鏡，改變光的傳播方向改變光的傳播方向二、光的干涉1．產(chǎn)生干涉的條件兩列光的頻率相同，振動方向相同，且具有恒定的相位差，才能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣。2．楊氏雙縫干涉(1)原理如圖所示。(2)形成亮、暗條紋的條件①單色光：形成明暗相間的條紋，中央為亮條紋。光的路程差r2－r1＝kλ(k＝0，1，2，…)，光屏上出現(xiàn)亮條紋。光的路程差r2－r1＝(2k＋1)eq\f(λ,2)(k＝0，1，2，…)，光屏上出現(xiàn)暗條紋。②白光：光屏上出現(xiàn)彩色條紋，且中央亮條紋是白色(填寫顏色)。③條紋間距公式：Δx＝eq\f(l,d)λ。3．薄膜干涉的理解和應(yīng)用(1)形成：如圖所示，豎直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形。光照射到薄膜上時(shí)，在膜的前表面AA′和后表面BB′分別反射回來，形成兩列頻率相同的光波，并且疊加。(2)亮、暗條紋的判斷①在P1、P2處，兩個(gè)表面反射回來的兩列光波的路程差Δr等于波長的整數(shù)倍，即Δr＝nλ(n＝1,2,3，…)，薄膜上出現(xiàn)亮條紋。②在Q處，兩列反射回來的光波的路程差Δr等于半波長的奇數(shù)倍，即Δr＝(2n＋1)eq\f(λ,2)(n＝0,1,2,3，…)，薄膜上出現(xiàn)暗條紋。(3)應(yīng)用：干涉法檢查平面如圖所示，兩板之間形成一楔形空氣膜，用單色光從上向下照射，如果被檢查平面是平整光滑的，我們會觀察到平行且等間距的明暗相間的條紋；若被檢查平面不平整，則干涉條紋發(fā)生彎曲。三、光的衍射1．發(fā)生明顯衍射的條件：只有當(dāng)障礙物的尺寸與光的波長相差不多，甚至比光的波長還小的時(shí)候，衍射現(xiàn)象才會明顯。2．衍射條紋的特點(diǎn)(1)單縫衍射和圓孔衍射圖樣的比較單縫衍射圓孔衍射單色光中央為亮且寬的條紋，兩側(cè)為明暗相間的條紋，且越靠近兩側(cè)，亮條紋的亮度越弱，寬度越?、僦醒胧谴笄伊恋膱A形亮斑，周圍分布著明暗相間的同心圓環(huán)，且越靠外，圓形亮條紋的亮度越弱，寬度越?、诹镰h(huán)或暗環(huán)間的距離隨圓孔半徑的增加而減小白光中央為亮且寬的白色條紋，兩側(cè)為亮度逐漸變暗、寬度逐漸變窄的彩色條紋，其中最靠近中央的色光是紫光、離中央最遠(yuǎn)的是紅光中央是大且亮的白色亮斑，周圍是不等間距的彩色的同心圓環(huán)(2)泊松亮斑(圓盤衍射)當(dāng)光照射到不透明的半徑很小的圓盤上時(shí)，在圓盤的陰影中心出現(xiàn)亮斑(在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環(huán))。3．單縫衍射與雙縫干涉的比較單縫衍射雙縫干涉不同點(diǎn)條紋寬度條紋寬度不等，中央最寬條紋寬度相等條紋間距各相鄰條紋間距不等各相鄰條紋等間距亮度情況中央條紋最亮，兩邊變暗條紋清晰，亮度基本相同相同點(diǎn)干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象，屬于波的疊加；干涉、衍射都有明暗相間的條紋4．光的干涉和衍射的本質(zhì)光的干涉和衍射都屬于波的疊加，從本質(zhì)上看，干涉條紋和衍射條紋的形成有相似的原理，都可認(rèn)為是從單縫通過兩列或多列頻率相同的光波，在屏上疊加形成的。四、光的偏振1．偏振：光波只沿某一特定的方向振動。2．自然光：太陽以及日光燈、發(fā)光二極管等普通光源發(fā)出的光，包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光，而且沿各個(gè)方向振動的光波的強(qiáng)度都相同，這種光叫作自然光。3．偏振光：在垂直于傳播方向的平面上，只沿某個(gè)特定方向振動的光。光的偏振證明光是橫波。自然光通過偏振片后，就得到了偏振光。4．偏振光的應(yīng)用：應(yīng)用于照相機(jī)鏡頭、立體電影、消除車燈眩光等。五、針對練習(xí)1.（多選）由圖所示，自左向右依次固定放置半圓形玻璃磚、足夠長的豎立的長方體玻璃磚和光屏，BC、MN、PQ三個(gè)表面相互平行。一點(diǎn)光源可沿著圓弧BAC移動。從點(diǎn)光源發(fā)出的一束白光始終正對圓心O射入半圓形玻璃磚，經(jīng)過長方體玻璃磚后，打在光屏上。已知玻璃對紫光的折射率為n＝1.532。若不考慮光在各個(gè)界面的反射，則下列說法正確的是()A．點(diǎn)光源從B移動到C的過程中，光屏上總有彩色光斑B．點(diǎn)光源從B移動到C的過程中，光屏上紅色光斑的移動速率比紫色光斑的小C．點(diǎn)光源在A點(diǎn)時(shí)，光屏上紅色光斑在紫色光斑的上方D．點(diǎn)光源在A點(diǎn)時(shí)，若撤除長方體玻璃磚，光屏上紅色光斑將向上移動E．點(diǎn)光源在A點(diǎn)時(shí)，若將光屏稍向右平移，光屏上紅色光斑與紫色光斑的間距將增大2.（多選）如圖所示，兩束平行的黃光射向截面ABC為正三角形的玻璃三棱鏡，已知該三棱鏡對該黃光的折射率為eq\r(2)，入射光與AB界面夾角為45°，光經(jīng)三棱鏡后到達(dá)與BC界面平行的光屏PQ上，下列說法中正確的是()A．兩束黃光從BC邊射出后仍是平行的B．黃光經(jīng)三棱鏡折射后偏向角為30°C．改用紅光以相同的角度入射，出射光束仍然平行，但其偏向角大些D．改用綠光以相同的角度入射，出射光束仍然平行，但其偏向角大些3、如圖所示，一束可見光穿過玻璃三棱鏡后，變?yōu)閍、b、c三束單色光。如果b光是綠光，則以下說法正確的是（）A．a(chǎn)光可能是藍(lán)光 B．c光可能是紅光C．a(chǎn)光的頻率小于b光的頻率 D．c光的波長大于b光的波長4、（多選）如圖10，一束光沿半徑方向射向一塊半圓柱形玻璃磚，在玻璃磚底面上的入射角為θ，經(jīng)折射后射出a、b兩束光線。則()A．在玻璃中，a光的傳播速度小于b光的傳播速度B．在真空中，a光的波長小于b光的波長C．玻璃磚對a光的折射率小于對b光的折射率D．若改變光束的入射方向使θ角逐漸變大，則折射光線a首先消失5、足夠長的光屏豎直放置，屏右側(cè)緊貼屏放置一個(gè)半圓柱形勻質(zhì)透明磚，如圖所示。O為截面的圓心，AB為與光屏垂直的直徑，OO'垂直于AB。一束白光沿半徑方向射入O點(diǎn)，與O'的夾角為。下列說法正確的是（）A．可能觀察到光屏上A點(diǎn)上、下各有一個(gè)白色光斑B．可能觀察到光屏上A點(diǎn)上、下各有一個(gè)彩色光帶C．可能觀察到光屏上A點(diǎn)上方有一個(gè)白色光斑、下方有一個(gè)彩色光帶D．可能觀察到光屏上只有A點(diǎn)上方有一個(gè)彩色光帶6、（多選）如圖所示為鉆石的某個(gè)截面，其中B、C、D處均為直角。一束復(fù)色光由AB面入射，從CD面出射時(shí)分開成a、b、c三種單色光。用這三種單色光分別照射金屬鉀板，其中b光恰好可使鉀板產(chǎn)生光電效應(yīng)。下列說法正確的是（）A．a(chǎn)光在棱鏡中的速度最小B．c光打出的光電子的遏止電壓最大C．同一裝置條件下c光雙縫干涉條紋寬度最大D．從CD面出射時(shí)a光、b光、c光互相平行7、雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置的截面圖如圖所示。光源S到S1、S2的距離相等，O點(diǎn)為S1、S2連線中垂線與光屏的交點(diǎn)。光源S發(fā)出的波長為λ的光，經(jīng)S1出射后垂直穿過玻璃片傳播到O點(diǎn)，經(jīng)S2出射后直接傳播到O點(diǎn)，由S1到O點(diǎn)與由S2到O點(diǎn)，光傳播的時(shí)間差為Δt。玻璃片厚度為10λ，玻璃對該波長光的折射率為1.5，空氣中光速為c，不計(jì)光在玻璃片內(nèi)的反射。以下判斷正確的是()A．Δt＝eq\f(5λ,c) B．Δt＝eq\f(15λ,2c)C．Δt＝eq\f(10λ,c) D．Δt＝eq\f(15λ,c)8、某一質(zhì)檢部門為檢測一批礦泉水的質(zhì)量，利用干涉原理測定礦泉水的折射率．方法是將待測礦泉水填充到特制容器中，放置在雙縫與熒光屏之間(之前為真空)，如圖所示，特制容器未畫出，通過對比填充后的干涉條紋間距x2和填充前的干涉條紋間距x1就可以計(jì)算出該礦泉水的折射率．單縫S0、雙縫中點(diǎn)O、屏上的P0點(diǎn)均位于雙縫S1和S2的中垂線上，屏上P點(diǎn)處是P0上方的第3條亮條紋(不包括P0點(diǎn)處的亮條紋)的中心．已知入射光在真空中的波長為λ，真空中的光速為c，雙縫S1與S2之間距離為d，雙縫到屏的距離為L，則下列說法正確的是()A．來自雙縫S1和S2的光傳播到P點(diǎn)處的時(shí)間差為eq\f(3λ,c)B．x2>x1C．該礦泉水的折射率為eq\f(x1,x2)D．僅將單縫S0向左(保持S0在雙縫的中垂線上)移動的過程中，P點(diǎn)處能觀察到暗條紋9、如圖所示，某同學(xué)用三根黑色的細(xì)塑料條制成一個(gè)如圖甲所示的簡易的雙縫，用激光筆射出的激光穿過雙縫到達(dá)平整的墻面，在墻面上呈現(xiàn)出如圖乙所示的明暗相間的條紋，下列相關(guān)說法正確的是（）A．僅增大墻面與雙縫的距離，條紋間距變小B．僅增大激光筆與雙縫的距離，條紋間距變大C．僅減小雙縫間距，條紋間距變大D．條紋間距與所使用的激光顏色無關(guān)10、（多選）如圖所示是a、b兩光分別經(jīng)過同一雙縫干涉裝置后在屏上形成的干涉圖樣，則()A．在同種均勻介質(zhì)中，a光的傳播速度比b光的大B．在真空中a、b兩光傳播速度相同C．從真空射入同種介質(zhì)發(fā)生全反射時(shí)，a光全反射臨界角小D．從同種介質(zhì)射入真空發(fā)生全反射時(shí)，a光全反射臨界角小E．在相同的條件下，b光比a光更容易產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象11、如圖所示，把一矩形均勻薄玻璃板ABCD壓在另一個(gè)矩形平行玻璃板上，一端用薄片墊起，將紅單色光從上方射入，這時(shí)可以看到明暗相間的條紋，下列關(guān)于這些條紋的說法中正確的是()A．條紋方向與AB邊平行B．條紋間距不是均勻的，越靠近BC邊條紋間距越大C．減小薄片的厚度，條紋間距變小D．將紅單色光換為藍(lán)單色光照射，則條紋間距變小12、如圖所示為一束紅光經(jīng)過狹縫裝置得到的圖樣，下列說法正確的是（）A．圖為干涉圖樣B．圖為衍射圖樣C．只減小狹縫寬度，中央亮紋寬度會變窄D．當(dāng)狹縫寬度調(diào)到很窄時(shí)，中央亮條紋亮度升高13、（多選）光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波。下列現(xiàn)象中能反映光的偏振特性的是()A．一束自然光相繼通過兩個(gè)偏振片，以光束為軸旋轉(zhuǎn)其中一個(gè)偏振片，透射光的強(qiáng)度發(fā)生變化B．一束自然光入射到兩種介質(zhì)的分界面上，當(dāng)反射光線與折射光線之間的夾角恰好是90°時(shí)，反射光是偏振光C．日落時(shí)分，拍攝水面下的景物，在照相機(jī)鏡頭前裝上偏振濾光片可以使景像更清晰D．通過手指間的縫隙觀察日光燈，可以看到彩色條紋E．陽光在水面的反射光是自然光14、利用薄膜干涉可檢查工件表面的平整度，如圖（a）所示，現(xiàn)使透明標(biāo)準(zhǔn)板M和待檢工件N間形成一楔形空氣薄層，并用單色光照射，可觀察到如圖（b）所示的干涉條紋，條紋的彎曲處P和Q對應(yīng)于A和B處，C、D兩點(diǎn)表示亮條紋的正中間，下列判斷中正確的是（）A．N的上表面A處向上凸起B(yǎng)．N的上表面B處向下凹陷C．C、D兩點(diǎn)對應(yīng)MN板所形成的空氣薄膜厚度差D．C、D兩點(diǎn)對應(yīng)MN板所形成的空氣薄膜厚度差15、（多選）光在科學(xué)技術(shù)，生產(chǎn)和生活中有著廣泛的應(yīng)用，下列說法正確的是()A．光學(xué)鏡頭上的增透膜是利用光的干涉現(xiàn)象B．用三棱鏡觀察白光看到的彩色圖樣是利用光的衍射現(xiàn)象C．在光導(dǎo)纖維束內(nèi)傳送圖象是利用光的全反射現(xiàn)象D．用透明的標(biāo)準(zhǔn)平面樣板檢查光學(xué)平面的平整程度是利用光的偏振現(xiàn)象答案1.BCE【解析】當(dāng)入射光與BC垂直時(shí)，光線不發(fā)生偏折，在光屏上沒有彩色光斑，故A錯(cuò)誤；由于紅光的折射率比紫光的折射率小，紅光通過半圓形玻璃磚后折射角比紫光的小，則點(diǎn)光源在A點(diǎn)時(shí)，光屏上紅色光斑在紫色光斑的上方，故C正確；點(diǎn)光源從B移動到C的過程中，光屏上紅色光斑的移動距離比紫色光斑小，紅色光斑移動速率比紫色光斑的小，故B正確；點(diǎn)光源在A點(diǎn)時(shí)，光線通過長方體玻璃磚后會向上發(fā)生移動，若撤除長方體玻璃磚，光屏上紅色光斑將向下移動，故D錯(cuò)誤；點(diǎn)光源在A點(diǎn)時(shí)，若將光屏稍向右平移，出射光線方向不變，根據(jù)幾何關(guān)系可知，光屏上紅色先斑與紫色光斑的間距將增大，故E正確。2.ABD【解析】如圖所示，由折射率公式n＝eq\f(sini,sinr)可知r＝30°，由幾何關(guān)系可知折射光線在三棱鏡內(nèi)平行于底邊AC，由對稱性可知其在BC邊射出時(shí)的出射角也為i＝45°，因此光束的偏向角為30°，且兩束光平行，則A、B正確；由于同種材料對不同顏色的光折射率不同，相對于黃光而言紅光的折射率較小，綠光的折射率較大，因此折射后綠光的偏向角大些，紅光的偏向角小些，則C錯(cuò)誤，D正確；3.C【解析】AB．因b光是綠光，則a光可能紅、橙、黃光，不可能是藍(lán)光，c光可能藍(lán)、靛、紫光，不可能是紅光，故AB錯(cuò)誤；C．由光路圖可知，a光的折射率小于b光，則a光的頻率小于b光的頻率，故C正確；D．由光路圖可知，c光的折射率大于b光，c光的頻率大于b光，c光的波長小于b光的波長，故D錯(cuò)誤。故選C。4.ABD【解析】由題圖知，光從玻璃磚射出時(shí)，入射角相同，a光的折射角大于b光的折射角，玻璃磚對a光的折射率大于對b光的折射率，a光在玻璃中的傳播速度比b光的小，a光的頻率比b光的大，在真空中，a光的波長較短，a光形成的干涉條紋間距較小，選項(xiàng)A、B正確，C、錯(cuò)誤；a光的全反射臨界角較小，當(dāng)入射角θ增大時(shí)，a光先發(fā)生全反射，其折射光線先消失，選項(xiàng)D正確。5.C【解析】入射光沿著半徑方向入射，各色光的反射光線沿著相同的方向反射到A點(diǎn)上方的同一位置，在A點(diǎn)上方形成白色的光斑。折射時(shí)，不同顏色的光折射率不同，折射角也不同，所以在A點(diǎn)下方形成彩色的光帶；若不斷增大入射角θ，光線可能發(fā)生全反射，可能觀察到光屏上只有A點(diǎn)上方有一個(gè)白色光斑。故選C。6.BD【解析】A．由圖中各色光的折射程度可知c光的折射率最大，根據(jù)可知，c光在棱鏡中的速度最小，故A錯(cuò)誤；B．c光的折射率最大，則頻率最大，根據(jù)光電效應(yīng)方程可知c光打出的光電子的遏止電壓最大，故B正確；C．c光的頻率最大，則波長最小，根據(jù)干涉條紋間距公式可知c光雙縫干涉條紋寬度最小，故C錯(cuò)誤；D．C處均為直角，根據(jù)光的反射定律結(jié)合幾何關(guān)系可知從CD面出射時(shí)a光、b光、c光互相平行，故D正確；故選BD。7.A【解析】波長為λ的光在玻璃片中的傳播速度v＝eq\f(c,n)，通過10λ的距離，光傳播的時(shí)間差Δt＝eq\f(10λn,c)－eq\f(10λ,c)＝eq\f(5λ,c)，選項(xiàng)A正確。8.C【解析】第三條亮條紋對應(yīng)路程差s＝3λ，但光在介質(zhì)中的傳播速度小于c，故A錯(cuò)誤；由x＝eq\f(L,d)λ，n＝eq\f(c,v)＝eq\f(λ,λ0)可知(λ0為光在礦泉水中的波長)，光在礦泉水中的波長小于真空中的波長，所以x2<x1，故B錯(cuò)誤；由n＝eq\f(c,v)＝eq\f(λ,λ0)，x1＝eq\f(L,d)λ，x2＝eq\f(L,d)λ0，得n＝eq\f(x1,x2)，故C正確；由Δx＝eq\f(L,d)λ可知，向左移動S0對觀察結(jié)果沒有影響，故D錯(cuò)誤．9.C【解析】根據(jù)條紋間距表達(dá)式可知，A．僅增大墻面與雙縫的距離l，條紋間距變大，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；B．僅增大激光筆與雙縫的距離，條紋間距不變，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；C．僅減小雙縫間距d，條紋間距變大，選項(xiàng)C正確；D．條紋間距與所使用的激光的波長有關(guān)，即與激光的顏色有關(guān)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。故選C。10.BDE【解析】：根據(jù)題圖可知，b光的干涉條紋間距大于a光的干涉條紋間距．由雙縫干涉條紋間距公式Δx＝eq\f(l,d)λ可知，b光的波長比a光的大．由λ＝eq\f(c,f)可知，b光的頻率比a光的小，則在同種介質(zhì)中，b光的折射率小于a光，根據(jù)n＝eq\f(c,v)可知，在介質(zhì)中，a光的傳播速度比b光的小，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；在真空中a、b兩光傳播速度相同，均為光速，選項(xiàng)B正確；從真空射入同種介質(zhì)不會發(fā)生全反射，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由介質(zhì)射入真空發(fā)生全反射的臨界角公式sinC＝eq\f(1,n)可知，a光折射率較大，從同種介質(zhì)射入真空發(fā)生全反射時(shí)a光全反射臨界角小，選項(xiàng)D正確；由于b光的波長比a光的大，根據(jù)發(fā)生明顯衍射