届高三物理二轮复习光的波动性题型归纳.docx

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届高三物理二轮复习光的波动性题型归纳

2019届高三物理二轮复习光的波动性题型归纳

类型一、关于干涉条纹的理解及计算

例1、在双缝干涉实验中，分布用红色和绿色的激光照射同一双缝，在双缝后的屏幕上，红光的干涉条纹间距Δx1与绿光的干涉条纹间距Δx2相比Δx1______Δx2（填“＞”“＜”或“＝”）。

若实验中红光的波长为630nm，双缝到屏幕的距离为1m，测得第一条到第6条亮条纹中心间的距离为10.5nm，则双缝之间的距离为mm。

【答案】

（1）>（2分）0.300（3分）

【解析】光的双缝干涉条纹间距

（λ为光的波长，L为屏与双缝之间距离，d为双缝之间距离），红光波长长λ红＞λ绿，所以红光的双缝干涉条纹间距较大，即Δx1＞Δx2,条纹间距根据数据可得

，根据

可得

代入数值得：

d=3.00×10-4m=0.300mm.

【考点】实验三：

用双缝干涉测光的波长

举一反三

【变式1】用一束平行的红光照射双缝时，在双缝后的白屏上得到清晰的干涉条纹。

若要使屏上的明条纹间距变大，以下做法中正确的是（）

A．使白屏远离双缝　　　　　　　　　　　B.改用绿光照射

C．减小双缝之间的距离D.加大双缝之间的距离

【答案】AC

【变式2】用氦氖激光器进行双缝干涉实验，已知使用的双缝间距离d=0.1mm，双缝到屏的距离L=6.0m，测得屏上干涉条纹中亮纹的间距是3.8cm，氦氖激光器发出的红光的波长

是多少？

假如把整个装置放入折射率是4/3的水中，这时屏上的条纹间距是多少？

【答案】6.30×

m；

。

【解析】由条纹间距

、双缝间距d、双缝到屏的距离L及波长

的关系，可测光波的波长；同理知道水的折射率，可知该波在水中的波长，然后由

、d、L、

的关系，可计算条纹间距。

由

可以得出，

红光的波长

激光器发出的红光的波长是6.30×

m。

如果整个装置放入水中，激光器发出的红光在水中的波长为

这时屏上条纹的间距是

。

【变式3】在双缝干涉实验中，某同学用黄光作为入射光，为了增大干涉条纹的间距，该同学可以采用的方法有（）

A.改用红光作为入射光B.改用蓝光作为入射光

C.增大双缝到屏的距离D.增大双缝之间的距离

【答案】AC

【解析】光的干涉现象中，条件间距公式

，即干涉条纹间距与入射光的波长成正比，与双缝到屏的距离成正比，与双缝间距离成反比。

红光波长大于黄光波长，选项A正确；蓝光波长小于黄光波长，选项B错；增大双缝到屏的距离，选项C正确；增大双缝之间的距离，选项D错。

故选AC。

类型二、关于薄膜干涉的理解

薄膜干涉的种类有：

劈尖干涉、增透膜、肥皂泡、牛顿环等。

例2、劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图1所示。

将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜。

当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图所示。

干涉条纹有如下特点：

（1）任意一条明条纹或

暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；

（2）任意相邻明条纹

或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定。

现若在图1装置中抽去

一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往

下观察到的干涉条纹间距（）

　　A.变大B.变小C.不变D.消失

【思路点拨】从空气膜的上下表面分别反射的两列光是相干光，其光程差为空气层厚度的2倍，当光程差

时此处表现为亮条纹，故相邻亮条纹之间的空气层的厚度差为

。

【答案】A

【解析】从空气膜的上下表面分别反射的两列光是相干光，其光程差为

，即光程差为空气层厚度的2倍，当光程差

时此处表现为亮条纹，故相邻亮条纹之间的空气层的厚度差为

，显然抽去一张纸后空气层的倾角变小，故相邻亮条纹（或暗条纹）之间的距离变大．故干涉条纹变疏，故A正确。

【总结升华】掌握了薄膜干涉的原理和相邻条纹空气层厚度差的关系即可顺利解决此类题目。

举一反三

【变式1】图是用干涉法检查某块厚玻璃板的上表面是否平整的装置，所用单色光是用普通光源加滤光片产生的，检查中所观察到的干涉条纹是由下列哪两个表面反射的光线叠加而成的（）

A.a的上表面和b的下表面B.a的上表面和b的上表面

C.a的下表面和b的上表面D.a的下表面和b的下表面

【答案】C

【解析】这是利用薄膜干涉原理检查玻璃板上表面是否平整的方法。

干涉条纹是空气薄膜的上表面（a的下表面）和空气薄膜的下表面（b的上表面）的反射光相叠加而发生干涉，故本题正确答案为C。

【变式2】用如图甲单色光照射透明标准版M来检查被检查物体N的上表面的平直情况，观察到的现象如图乙所示条纹中的P和Q的情况（）

A.N的上表面A处向上凸起B.N的上表面B处向上凸起

C.N的上表面A处向下凹陷D.N的上表面B处向下凹陷

【答案】BC

【解析】P处所在的条纹是同一条纹，若为直线，则说明该处同一水平线，线上各点对应的空气层厚度都相同，但实际上P处条纹向左弯曲，意味着后一级条纹提前出现，可见P处对应的检测平板上的A点所对应的空气层厚度与后一级条纹对应的空气层厚度相同，而后一级条纹本来对应的空气层厚度比前一级大，可见A处向下凹陷，才能实现该处空气层厚度与下一级条纹对应的空气层厚度一样，C项对；同理B项对，故选BC。

增透膜：

为了减少光学装置中的反射光的损失，可在元件表面涂一层透明薄膜，一般是氟化镁。

如图所示，在增透膜的前后表面反射的两列光波形成相干波，相互叠加，当光程差

（此波长为光在该种介质中的波长）时，在两个表面反射的光反相，相互抵消，从而使反射的两列光产生相消干涉，反射光的能量几乎等于零。

　　由于白光中含有多种波长的光，所以增透膜只能使其中一定波长的光相消。

因为人对绿光最敏感，所以选择对绿光起增透作用，所以在反射光中绿光强度几乎为零，而其他波长的光并没有完全抵消，所以增透膜呈现绿光的互补色——淡紫色。

例3、照相机等光学元件的镜头表面涂有一种薄膜，它的厚度是入射光中间部分绿光波长的

。

当白光照射到薄膜上时，从两个表面反射的光的光程差是绿色光在这种介质中波长的。

由于干涉作用，反射光中绿色光完全抵消，因此透射光大大增强，这就增加了光的透射效果，提高了成像的清晰度。

这种薄膜叫，由于反射光中红光和紫光并没有显著削弱，所以增透膜呈淡紫色。

【思路点拨】在增透膜的前后表面反射的两列光波形成相干波，相互叠加，在两个表面反射的光反相，相互抵消，从而使反射的两列光产生相消干涉。

【答案】

增透膜

【解析】由于两列光波产生相消干涉，则

，光程差是2d，是半波长的奇数倍，即是绿色光在这种介质中波长的

。

这种薄膜叫增透膜。

【总结升华】增透膜是一种典型的干涉装置，其作用是消去人最敏感的绿光，使反射的两列光产生相消干涉，

，要注意的是此波长为光在该种介质中的波长。

如果给定的是某种单色光在真空中的波长为

，介质的折射率为n，则介质的最小厚度为

。

举一反三

【变式】市场上有种灯具俗称“冷光灯”，用它照射物品时能使被照物品处产生的热效应大大降低，从而广泛地应用于博物馆、商店等处。

这种灯降低热效应的原因之一是在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面上镀一层薄膜（例如氟化镁），这种膜能消除不镀膜时玻璃表面反射回来的热效应最显著的红外线，以λ表示此红外线在氟化镁中的波长，则所镀薄膜的厚度最小应为（）

A

B

C

D

【答案】B

类型三、光的衍射现象

光的衍射图样：

（1）单缝衍射图样；

（2）圆孔衍射图样；（3）泊松亮斑。

注意三种衍射图样的特征和区别。

例4、如图所示，A、B两幅图是由单色光分别入射到圆孔而形成的图像，其中图A是光的_________（填“干涉”或“衍射”）图像，由此可以判断出图A所对应的圆孔的孔径

_________（填“大于”或“小于”）图B所对应的圆孔的孔径。

【思路点拨】根据光的衍射图样分及发生衍射的条件。

【答案】衍射，小于。

【解析】只有障碍物或孔的尺寸比光波波长小或跟波长相差不多时，才能发生明显的衍射现象。

图A是光的衍射图样，由于光波波长很短，约在10-7米数量级上，所以图A所对应的圆孔的孔径比图B所对应的圆孔的孔径小，图B的形成可以用光的直线传播来解释，故A孔径小于B孔径。

【总结升华】只要掌握了圆孔衍射图样、小孔成像的特点，就能快速准确完成本题。

举一反三

【变式1】如图所示的甲、乙、丙、丁图形中，属于著名的泊松亮斑的衍射图样和单缝衍射图样的分别是（　　）

A.甲、丙B.甲、丁C.乙、丙D.乙、丁

【答案】A

【解析】衍射与干涉图样的区别是：

前者中央条纹最宽，向两边渐渐变小；后者明暗条纹宽度相等。

甲图是泊松亮斑的衍射图样，乙图是圆孔衍射图样，丙图是单缝衍射图样，丁图是双缝干涉图样。

故选A。

【变式2】下图为红光或紫光通过双缝或单缝所呈现的图样，则（）

A.甲为紫光的干涉图样B.乙为紫光的干涉图样

C.丙为红光的干涉图样D.丁为红光的干涉图样

【答案】B

【解析】光通过双缝产生干涉图样，通过单缝产生衍射图样，选项C、D错误。

而干涉图样为明暗相间的条纹，且条纹间距为

，光的波长越长，条纹间距越大，紫光的波长短，因而紫光干涉图样的条纹间距小，选项B正确。

类型四、光的偏振及应用

光的偏振充分说明光是横波，只有横波才有偏振现象。

　　除了从光源直接发出的光以外，我们通常见到的大部分光都是偏振光。

　　例如自然光射到两种介质的界面上，调整入射角的大小，使反射光与折射光的夹角是90°，这时反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向互相垂直。

　　偏振光的产生方式：

自然光通过起偏器，通过两个共轴的偏振片观察自然光，第一个偏振片的作用是把自然光变为偏振光，叫起偏器，第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光，叫检偏器。

　　例5、一段时间一来，“假奶粉事件”闹得沸沸扬扬，奶粉的碳水化合物（糖）含量是一种重要指标，可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度，从而测定含糖量，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

这一角度

称为“旋光度”,

的值只与糖溶液的浓度有关，将

的测量值与标准值相比较，就能测量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，则下列说法中正确的是（）

　　A．到达O处光的强度会明显减弱

　　B．到达O处光的强度不会明显减弱

　　C．将偏振片B转动一个角度，使得O处光的强度最大，偏振片转过的角度等于

　　D．将偏振片A转动一个角度，使得O处光的强度最大，偏振片转过的角度等于

【思路点拨】偏振片只能让特定偏振方向的光通过。

【答案】ACD

【解析】由题知，转动B使到达O处的光最强，则A、B的偏振方向必相同，若在A、B间放入待检糖溶液，因糖溶液对偏振光有旋光效应，使来自A的偏振光经过样品后，偏振方向发生改变，则到达O处的光强度会明显减弱，若适当把A或B旋转

角度，还可以使偏振光恰好通过A、B后，使O处的光强度最大，故选ACD。

【总结升华】自然光通过起偏器，通过两个共轴的偏振片观察自然光，第一个偏振片的作用是把自然光变为偏振光，叫起偏器，第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光，叫检偏器。

举一反三

【变式】如图，P是一偏振片，P的透振方向（用带箭头的实线表示）为竖直方向。

下列四种入射光束中哪几种照射P时能在P的另一侧观察到透射光（）

　　A．太阳光　　　　　　　　　B．沿竖直方向振动的光

　　C．沿水平方向振动的光　　　D．沿与竖直方向成45°角振动的光

【答案】ABD

【解析】当光的振动方向与偏振光的方向平行时，透光最强；垂直时，无光透过；若为某一角度时，有部分光透过。

而太阳光是自然光，沿各个方向的振动都存在，因此A、B、D选项正确。

类型五、“色光规律模型”的应用

在几何光学基础上增加两项：

干涉、衍射。

还有光子能量、光电效应。

例6、如图所示，两束单色光A、B分别沿半径方向由空气射入半圆形玻璃砖，出射光

合成一束复色光P，下列说法正确的是（）

A．A光的频率大于B光的频率

B．在玻璃砖中A光的传播速度小于B光的传播速度

C．两种单色光由玻璃射向空气时，A光的临界角较大

D．若用同一双缝干涉实验装置做实验，A光的干涉条纹

间距大于B光的条纹间距

【思路点拨】首先判断出两束光哪个相当于红光，哪个相当于紫光，再应用“色光规律模型”确定选项是否正确。

【答案】CD

【解析】由图可知，A光偏折的小，B光偏折的大，A光相当于红光，B光相当于紫光。

A的频率小于B的频率，选项A错；在玻璃砖中A光的传播速度大于B光的传播速度，选项B错；两种单色光由玻璃射向空气时，红光的临界角较大，C对；若用同一双缝干涉实验装置做实验，红光的波长大，红光的干涉条纹间距大于紫光的条纹间距，D对。

故选CD。

【总结升华】理解、记住、灵活应用“色光规律模型”。

举一反三

【变式】如右图所示，水下光源S向水面A点发射一束光线，折射线光线分成a、b两束，

则（）

A.a、b两束光相比较，a光的折射率较大

B.在水中a光的传播速度比b光传播速度小

C.若保持光源位置不变，将入射光线顺时针旋转，则从水面上方观察，b光先消失

D.采用同一双缝干涉实验装置，分别以a、b光做光源，a光的干涉条纹间距小于b光的干涉条纹间距

【答案】C

【解析】由图可知，a光偏折的小，b光偏折的大，a光相当于红光，b光相当于紫光。

a光的折射率较小，A错；在水中a光的传播速度比b光传播速度大，B错；若保持光源位置不变，将入射光线顺时针旋转，即入射角增大，紫光的临界角小，先发生全发射，所以b光先消失，C对；采用同一双缝干涉实验装置，分别以a、b光做光源，a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距，D错。

故选C。

类型六、实验：

用双缝干涉测量光的波长

例7、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1），并选用缝间距d=0.2mm的双缝屏。

从仪器注明的规格可知，像屏与双缝屏间的距离L=700mm。

然后，接通电源使光源正常工作。

已知测量头主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50分度。

某同学调整手轮后，从测量头的目镜看去，第1次映入眼帘的干涉条纹如图2（a）所示，图2（a）中的数字是该同学给各暗纹的编号，此时图2（b）中游标尺上的读数x1=1.16mm；接着再转动手轮，映入眼帘的干涉条纹如图3（a）所示，此时图3（b）中游标尺上的读数x2=；

利用上述测量结果，经计算可得两个相邻明纹（或暗纹）间的距离

=mm；这种色光的波长

=nm。

【思路点拨】根据主尺读毫米数，副尺上有50分度，精度为0.02毫米，读出两次测量数据。

正确确定暗纹的条数（两次数值要减去1），再根据

，计算光的波长。

【答案】①15.02②2.31；6.6×102

【解析】由游标卡尺的读数规则可知x2=15.0mm+1×0.02mm=15.02mm；图2（a）中暗纹与图3（a）中暗纹间的间隔为6个，故

；由

可知

【总结升华】“用双缝干涉测光的波长”实验中，一是要正确应用

，二是要正确读数，三是要正确确定暗（明）条纹的数目，四是要注意单位。

举一反三

【变式1】如图所示，在“用双缝干涉测光的波长”实验中，光具座上放置的光学元件依次为①光源、②______、③______、④______、⑤遮光筒、⑥光屏。

对于某种单色光，为增加相邻亮纹（暗纹）间的距离，可采取____________或_____________的方法。

【答案】②滤光片③单缝④双缝减小双缝间距离，增大双缝到屏的距离。

【解析】根据条纹间距

可知欲加大条纹间距，需减小双缝间距，加大双缝屏到光屏的距离。

【变式2】现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在如图1所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长。

（1）将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，表示各光学元件的字母排列顺序应为C、_________、A。

（2）本实验的步骤有：

　　①取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮；

　　②按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上；

　　③用米尺测量双缝到屏的距离；

　　④用测量头（其读数方法同螺旋测微器）测量数条亮纹间的距离。

　　在操作步骤②时还应注意___________________和___________________。

　　（3）将测量头的分划板中心刻线与某条亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图2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，记下此时图3中手轮上的示数__________mm，求得相邻亮纹的间距

为

__________mm。

　　（4）已知双缝间距d为

m，测得双缝到屏的距离L为0.700m，由计算式

________，求得所测红光波长为__________nm。

【答案】

（1）E、D、B。

（2）

【解析】

（1）双缝干涉仪各组成部分在光具座上的正确排序为：

光源、滤光片、单缝、双缝、屏，因此应填：

E、D、B。

（2）单缝与双缝的间距为5cm～10cm，使单缝与双缝相互平行。

（3）甲图的读数为2.320mm，乙图的读数为13.870mm，

（4）由

可得所测红光波长为

。