《光的顏色色散》PPT課件.ppt

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1、第1頁 共 49 頁 第四節(jié) 光的顏色 色散 第2頁 共 49 頁 知識梳理圖 (學(xué)生用書P57) 第3頁 共 49 頁 知識點 1.光的顏色與波長的關(guān)系 2.色散 3.薄膜干涉 4.折射時色散 第4頁 共 49 頁 情 景 設(shè) 置 (學(xué)生用書P57)大雨過后,彩虹的絢麗多彩,雨后馬路上油膜的彩色以及肥皂泡的五顏六色,這些彩色是怎么形成的,產(chǎn)生的過程都是一樣的嗎,你能解釋一下嗎? 第5頁 共 49 頁 深 化 探 究 (學(xué)生用書P57)一光的顏色在做光的雙縫實驗時,各種顏色的光都會發(fā)生干涉,形成干涉條紋,但條紋間距是不等的.由 ,若由同一干涉裝置,做各種顏色光的干涉實驗,條紋間距正比于光的波長

2、,也就說顏色不同的光的波長是不相等的,由 可知,也就說波長不同的光的頻率也是不同的.光的顏色是由光的頻率決定的.在紅橙黃綠藍靛紫這七種顏色的光中,頻率最低的為紅光,頻率最高的為紫光. Lx d cf 第6頁 共 49 頁 二光的色散1.含有多種顏色的光被分解成為單色光的現(xiàn)象叫做光的色散.2.光譜:含有多種顏色的光被分解后,各色光按其波長的有序排列,就叫光譜.紅光到紫光波長依次減小,頻率依次增大. 第7頁 共 49 頁 三薄膜干涉中的色散1.薄膜干涉的成因如圖所示,豎直放置的肥皂薄膜由于受到重力的作用,使下面厚上面薄,因此在薄膜上下不同的地方,從膜的前后表面反射的兩列光波疊加,若兩列波疊加后互相

3、加強,則出現(xiàn)亮條紋;在另一些地方,疊加后互相減弱,則出現(xiàn)暗紋,故在單色光照射下,就出現(xiàn)了明暗相間的條紋;若在白光照射下,則出現(xiàn)彩色條紋. 第8頁 共 49 頁 第9頁 共 49 頁 觀察的是從前后表面反射回來的光,不是透過膜的光,眼睛跟光源在同一側(cè);用單色光和白光分別照射同一膜,觀察到的現(xiàn)象是不同的.用白光照射膜時,某一位置紅光得到加強,其他顏色的光就被削弱,故在此位置看到的是紅光,而另一位置則會看到黃光藍光等其他顏色的光,所以白光的薄膜干涉條紋為彩色,而在單色光照射下,則會出現(xiàn)明暗相間的條紋. 第10頁 共 49 頁 2.薄膜干涉的應(yīng)用(1)利用薄膜干涉檢查平面的平整程度,如下圖所示. 第1

4、1頁 共 49 頁 被檢查平面與標準樣板之間形成一個楔形的空氣薄膜,用單色光照射,入射光從空氣膜的上下表面反射出兩列光波,形成相干條紋,被檢查平面若是平的,空氣膜上厚度相同的各點就位于一條直線上,干涉條紋平行;若被檢查平面某些地方不平,那里的空氣膜干涉條紋將發(fā)生彎曲,如下圖所示. 第12頁 共 49 頁 (2)增透膜利用薄膜干涉現(xiàn)象可以制做增透膜,如在透鏡表面鍍一層厚度均勻的介質(zhì)薄膜,要求介質(zhì)的折射率小于制作的透鏡的玻璃的折射率,厚度等于黃綠色光在介質(zhì)中傳播時波長的 這樣從介質(zhì)膜后表面反射的光與從介質(zhì)前表面反射的光恰好相差半個波長,干涉的結(jié)果是光振動相互抵消,即反射光的強度大大降低,有人對以上

5、分析都接受,但他們認為這只能叫“消反”卻不能“增透”, 1 ,4 第13頁 共 49 頁 這是人們習(xí)慣于用宏觀的思維方式來思考問題,認為反射回來的光相互抵消,并沒有增加透射光,其實光的干涉現(xiàn)象將引起整個光場分布的改變,總的能量守恒,反射光的能量被削弱,透射光的能量就必然得到增強,增透膜由于“消反”而確實在“增透”,在光學(xué)儀器上,包括人佩帶的眼鏡片,都廣泛地用了增透膜,通常的鏡頭上增透膜的厚度都以人眼比較敏感的黃綠光為標準,紅光和紫光的反射波不能完全抵消,故鏡頭一般呈淡紫色. 第14頁 共 49 頁 四折射時的色散1.棱鏡:光學(xué)研究中用到的截面為三角形的棱鏡,簡稱為棱鏡,其作用有兩個(1)可以改

6、變光的傳播方向;(2)可以使光發(fā)生色散.2.棱鏡對光的偏折作用如圖所示,光線射到三棱鏡后,光路向底面偏折. 第15頁 共 49 頁 3.光折射時的色散一束白光通過三棱鏡后會擴展成由紅橙黃綠藍靛紫各色組成的光帶,這種現(xiàn)象稱為折射時的色散,這種按一定次序排列的彩色光帶叫做光譜.如下圖所示. 第16頁 共 49 頁 (1)光譜的產(chǎn)生表明,白光是由各種單色光組成的復(fù)色光,由于各種單色光通過棱鏡時偏折的角度不同,所以產(chǎn)生了色散現(xiàn)象.(2)色散現(xiàn)象表明,棱鏡材料對不同顏色的光的折射率是不同的,經(jīng)棱鏡折射后紫光的偏折角度最大,紅光的偏折角度最小,所以棱鏡材料對紫光折射率最大,對紅光的折射率最小.(3)由折射

7、率 可知,在棱鏡中紫光的速度最小,紅光的速度最大. cn v 第17頁 共 49 頁 典 例 分 析 (學(xué)生用書P58)一對薄膜干涉的分析和計算例1:劈尖干涉是一種薄膜干涉,其裝置如下圖甲所示.將一塊平板玻璃放置在另一平板玻璃之上,在一端夾入兩張紙片,從而在兩玻璃表面之間形成一個劈形空氣薄膜.當光垂直入射后,從上往下看到的干涉條紋如圖乙所示,干涉條紋有如下特點:(1)任意一條明條紋或暗條紋所在位置下面的薄膜厚度相等;(2)任意相鄰明條紋或暗條紋所對應(yīng)的薄膜厚度差恒定,現(xiàn)若在圖甲裝置中抽去一張紙片,則當光垂直入射到新劈形空氣薄膜后,從上往下觀察到的干涉條紋( ) 第18頁 共 49 頁A.變疏

8、B.變密C.不變D.消失 第19頁 共 49 頁 解析:光線在空氣薄膜的上下表面上反射,并發(fā)生干涉,從而形成干涉條紋.設(shè)空氣膜頂角為,d1、d2處為兩相鄰明條紋,如右圖所示,則兩處光程差分別為x1=2d1,x2=2d2因為x2-x1=, 2 12 1d d l, ta12 n ,l . , l , A.2 d dltan 所以設(shè)條紋間距為則由幾何關(guān)系得即當抽去一張紙片減小時增大故選答案:A 第20頁 共 49 頁 鞏固練習(xí)1 市場上有種燈具俗稱“冷光燈”,用它照射物體時能使被照物體處產(chǎn)生的熱效應(yīng)大大降低,從而廣泛地應(yīng)用于博物館,商店等處.這種燈能降低熱效應(yīng)的原因之一,是燈泡后面放置的反光鏡玻璃

9、表面鍍有一層薄膜(例如氟化鎂).這種膜能消除不鍍膜時玻璃表面反射回來的熱效應(yīng)最顯著的紅外線,以表示紅外線的波長,則所鍍薄膜的最小厚度為( )1 1. .8 4 1. .2A BC D 第21頁 共 49 頁 解析:紅外線最顯著的特點就是熱效應(yīng)當光照射物體時,一般都伴有大量的紅外線致熱,在燈泡后面放置的反光鏡玻璃表面鍍一層氟化鎂的薄膜;相當于增透膜,當膜的最小厚度等于紅外線在其中傳播的波長的 時,燈泡發(fā)生的紅外線射到增透膜后,從膜的前后表面反射回來的兩束紅外線發(fā)生干涉,相互抵消,使反射的紅外線強度減弱,從而達到冷光效果. 14答案:B 第22頁 共 49 頁 二折射中的色散分析例2:如右圖所示,

10、從點光源S發(fā)出的一細束白光以一定的角度入射到三棱鏡的表面,經(jīng)過三棱鏡的折射后發(fā)生色散現(xiàn)象,在光屏的ab間形成一條彩色光帶.下面的說法中正確的是( ) 第23頁 共 49 頁 A.a側(cè)是紅色光,b側(cè)是紫色光B.在真空中a側(cè)光的波長小于b側(cè)光的波長C.三棱鏡對a側(cè)光的折射率大于對b側(cè)光的折射率D.在三棱鏡中a側(cè)光的傳播速率大于b側(cè)光的傳播速率解析:由圖可以看出,a側(cè)光偏折得較厲害,三棱鏡對a側(cè)光的折射率較大,所以a側(cè)是紫色光,波長較小,b側(cè)是紅色光,波長較大,因此A錯,B C正確;又v=c/n,所以三棱鏡中a側(cè)光的傳播速率小于b側(cè)光的傳播速率,D錯.答案:BC 第24頁 共 49 頁 點評:本題很

11、容易錯選A D原因是沒有光線入射的方向或者說沒有認真分析光線與三棱鏡的對應(yīng)關(guān)系,如果將三棱鏡繞上底轉(zhuǎn)180,就變?yōu)槲覀兪熘墓獾纳栴}了. 第25頁 共 49 頁 鞏固練習(xí)2 如右圖所示,一束紅光和一束綠光的適當?shù)慕嵌壬湎虬雸A形玻璃磚,其射出光線都是從圓心O點沿OF方向射出,則下列說法正確的是( )A.P光束為紅光,Q光束為綠光B.P光束為綠光,Q光束為紅光C.P光束在玻璃磚中傳播時間長D.Q光束在玻璃磚中傳播時間長 第26頁 共 49 頁 解析:根據(jù)折射定律可知,光線OF在空氣中的折射角相同,由題意可知P Q兩束光是沿半徑入射到圓心O.光線PO的入射角小于光線Q O的入射角.故光線P在玻璃

12、磚的折射率較大,則P光的頻率較大,應(yīng)為綠光,Q光線為紅光,由 可知,綠光在玻璃中傳播速度比紅光的速度小,傳播距離都為玻璃磚的半徑,所以綠光時間較長.選項B C正確. cn v答案:BC 第27頁 共 49 頁 梯 度 練 習(xí) (學(xué)生用書P59)基礎(chǔ)強化1.如下圖所示為一顯示薄膜干涉現(xiàn)象的實驗裝置,P是附有肥皂膜的鐵線圈,S是一點燃的酒精燈,往火焰上灑些鹽后,在肥皂膜上觀察到的干涉圖象應(yīng)是下圖中的( ) 第28頁 共 49 頁 解析:肥皂膜由于重力作用形成一個上面薄,下面厚的劈形膜,同一高度的厚度相同,所以薄膜干涉的條紋是水平的,故D選項正確.答案:D 第29頁 共 49 頁 2.在下列現(xiàn)象中屬

13、于光的干涉的是( )A.雨后馬路上油膜顯彩色B.肥皂泡在陽光下呈現(xiàn)出彩色C.陽光通過三棱鏡形成彩色光帶D.單色光通過雙縫時形成明暗相間的條紋答案:ABD 第30頁 共 49 頁 3.如下圖所示是用干涉法檢查某塊厚玻璃的上表面是否是平整的裝置.所用單色光是用普通光源加濾光片產(chǎn)生的,檢查中所觀察到的干涉條紋是由下列哪兩個表面反射的光線疊加而成的( ) 第31頁 共 49 頁 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的下表面解析:本題考查對薄膜干涉的認識和理解.樣板和厚玻璃之間的楔形空氣薄膜,用單色光從這個空氣薄膜層上表面照射,入射光從空氣膜的

14、上下表面反射回去,這兩列光波產(chǎn)生干涉條紋,空氣膜的上下表面就是a的下表面和b的上表面,故C選項正確.答案:C 第32頁 共 49 頁 4.如右圖為某復(fù)色光自水中射向空氣分成a、b兩光束的示意圖.下列說法中正確的是( )A.在水中光速較大的為a光束B.在水中光速較大的為b光束C.水對a光束的折射率較大D.水對b光束的折射率較大 第33頁 共 49 頁 解析:光從水中射向空氣,由圖可知,a光在水中的折射率小,由 故a光在水中傳播速度較大,故A選項正確,B選項錯誤,D選項正確,C選項錯誤.,cn v答案:AD 第34頁 共 49 頁 5.如右圖所示,一束白光通過玻璃棱鏡發(fā)生色散現(xiàn)象,下列說法正確的是

15、( )A.紅光的偏折最大,紫光的偏折最小B.紅光的偏折最小,紫光的偏折最大C.玻璃對紅光的折射率比紫光大D.玻璃中紫光的傳播速度比紅光大 第35頁 共 49 頁 解析:白光通過三棱鏡發(fā)生色散是由于各種色光在玻璃中的折射率不同,對紅光和紫光來說,玻璃對紫光折射率大,紫光偏折角度大,由 可知,紫光在玻璃中傳播速度小.cn v答案:B 第36頁 共 49 頁 能力提升6.如右圖所示,用三塊完全相同的平板玻璃組成一個等邊三角形,一束單色光由AB面射入,由AC面射出,則以下說法正確的是( )A.出射光線方向與入射光線平行B.出射光向頂角偏折C.出射光會發(fā)生色散D.出射光會向底邊偏折 第37頁 共 49

16、頁 解析:根據(jù)光在發(fā)生折射時的規(guī)律可知:當光通過平行玻璃磚時不改變傳播方向,可知選項A正確;由于不改變傳播方向,不存在偏折和色散現(xiàn)象,選項B C D錯誤.答案:A 第38頁 共 49 頁 7.如圖所示,在水中厚度不計的薄玻璃片做成中空三棱鏡,里面是空氣,一束白光A從棱鏡的左邊射入,從三棱鏡的右邊射出時發(fā)生色散,射出的可見光分布在a點和b點之間,則( )A.從a點射出的是紅光,從b點射出的是紫光B.從a點射出的是紫光,從b點射出的是紅光C.從a點和b點射出的都是紫光,從ab中點射出的是紅光D.從a點和b點射出的都是紅光,從ab中點射出的是紫光 第39頁 共 49 頁 解析:由紅光的折射率小于紫光

17、的折射率知,紫光偏離原來方向比紅光嚴重.由于光線是由水向空氣傳播,所以光線經(jīng)折射后向頂角偏折,光路如圖所示.所以從a點射出的是紫光,從b點射出的是紅光,選項B正確.答案:B 第40頁 共 49 頁 8.關(guān)于薄膜干涉,下列說法正確的是( )A.干涉條紋的產(chǎn)生是由于光在膜的前后表面反射,形成的兩列光波疊加的結(jié)果B.干涉條紋中的暗條紋是由于上述兩列反射光的波谷與波谷疊加的結(jié)果C.干涉條紋是等間距的平行線時,說明膜的厚度處處相等D.觀察薄膜干涉條紋時,應(yīng)在入射光的同一側(cè)答案:AD 第41頁 共 49 頁 9.如下圖所示,一束復(fù)色光從空氣中沿半圓玻璃磚半徑方向射入,從玻璃磚射出后分成a、b兩單色光,則(

18、 ) 第42頁 共 49 頁 A.玻璃磚對a光的折射率為B.玻璃磚對a光的折射率為1.5C.b光的頻率比a光大D.b光在玻璃中的傳播速度比a光大2答案:AC 第43頁 共 49 頁 10.白光通過三棱鏡發(fā)生色散,這說明( )A.不同顏色的光在真空中的光速不同B.對同一介質(zhì)紅光的折射率比紫光大C.在同一介質(zhì)中,紅光的光速比紫光大D.每種顏色的光通過三棱鏡都會分成幾種顏色的光答案:C 第44頁 共 49 頁 11.如圖所示,一細束復(fù)色光從空氣中射到半球形玻璃體球心O點,經(jīng)折射分為a、b兩束光,分別由P Q兩點射出玻璃體PP Q Q 均與過O點的界面法線垂直,設(shè)光線a、b在玻璃體內(nèi)穿行時間分別為ta

19、、tb,則ta:tb等于( )A.Q Q :PP B.PP:Q Q C.OP:OQ D.OQ :OP 第45頁 共 49 頁 a ba ba b b a a ba b b a b a: , a b ,a b n nn v :v n :n sin :sin t t : t v :v sin :sin : Q Q :PA . , Pa bsin sinsin sincvR QQ PPv R R 解析設(shè)復(fù)色光的入射角折射光、光束的折射角為、則、兩束光的折射率又所以由可得故只有選項正確答案:A 第46頁 共 49 頁 12.登山運動員在登雪山時要注意防止紫外線的過度照射,尤其是眼睛更不能長時間被紫外線

20、照射,否則將會嚴重地損傷視力.有人想利用薄膜干涉的原理設(shè)計一種能大大減小紫外線對眼睛的傷害的眼鏡.他選用的薄膜材料的折射率為n=1.5,所要消除的紫外線的頻率f=8.11014 H z,那么它設(shè)計的這種“增反膜”的厚度至少是( )A.9.2510-8 m B.1.8510-7 mC.1.2310 -7 m D.6.1810-8 m 第47頁 共 49 頁 8 78 48 1: n v 2 10 m /s.v f, 3 101.5 2 108. m 2.46 10 m.“ ” , , ,1 1, 0C .c cv n vf 解析由得根據(jù)波速公式得要實現(xiàn)增反的效果薄膜的厚度至少為半個波長那樣在薄膜的表面兩列反射光相互加強從而使入射到眼睛的紫外線減弱減輕紫外線對眼睛的傷害故選項正確答案:C 第48頁 共 49 頁 13.如下圖所示,AC表面鍍有反射膜,一束白光斜射向AB面上,經(jīng)折射反射后,在光屏PP上形成寬ab的彩色光帶,試用作圖法分析,a、b光束的顏色. 第49頁 共 49 頁 答案:如下圖.