高中物理 第13章 光 78 光的顏色、色散 激光課件 新人教版選修34

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1、7光的顏色光的顏色色散色散8激光激光填一填練一練1.光的顏色與色散(見課本第67頁(yè))(1)光的顏色與波長(zhǎng):雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,各種顏色的條紋間距不一樣,這說(shuō)明不同顏色的光,波長(zhǎng)不同。(2)白光的組成:白光干涉時(shí),條紋是彩色的,這說(shuō)明白光是由多種色光組成的。(3)光的色散與光譜光的色散:含有多種顏色的光被分解為單色光的現(xiàn)象。光譜:含有多種顏色的光被分解后,各種色光按其波長(zhǎng)的有序排列。填一填練一練2.色散的分類(見課本第6869頁(yè))(1)薄膜干涉中的色散薄膜干涉的成因:豎直放置的肥皂薄膜受到重力的作用,下面厚,上面薄,因此在膜上不同位置,來(lái)自前后兩個(gè)面的反射光所走的路程差不同,在某些位置,光波疊加后相

2、互加強(qiáng),于是出現(xiàn)亮條紋;在另一些位置,疊加后相互削弱,出現(xiàn)了暗條紋。薄膜干涉的應(yīng)用:用干涉法檢查平面的平整程度。(2)衍射時(shí)的色散用白光進(jìn)行衍射實(shí)驗(yàn)時(shí),得到的是彩色條紋。這是由于白光中包含各種顏色的光,不同色光亮條紋的位置不同。填一填練一練(3)折射時(shí)的色散偏折角:如圖所示中的為光的偏折角,光的偏折角越大,棱鏡對(duì)光的偏折程度越大。白光通過(guò)棱鏡時(shí)的色散a.光譜:如圖所示,由上到下的色光順序?yàn)榧t、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫。填一填練一練b.結(jié)論:白光色散時(shí),紅光的偏折角最小,紫光的偏折角最大。這說(shuō)明同種物質(zhì)對(duì)波長(zhǎng)不同的光的折射率不一樣,波長(zhǎng)越短,折射率越大。c.波長(zhǎng)與波速關(guān)系:波長(zhǎng)越短,波速越慢。填一

3、填練一練3.激光(見課本第71頁(yè))(1)激光的特點(diǎn)及應(yīng)用 填一填練一練(2)全息照相普通照相技術(shù)所記錄的只是光波的強(qiáng)弱信息,而全息照相技術(shù)還可以記錄光波的相位信息。全息照片的拍攝利用了光的干涉原理,這就要求參考光和物光有很高的相干性。激光符合這個(gè)要求。觀察全息照片時(shí)要用激光照射照片,從另一側(cè)面觀察。填一填練一練如圖所示,一束白光通過(guò)玻璃棱鏡發(fā)生色散現(xiàn)象,下列說(shuō)法正確的是()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(duì)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解析:玻璃對(duì)紫光的折射率最大,則紫光的偏折最大,由 知玻璃中紅光的傳播速度比紫光大,故選項(xiàng)A、

4、C、D錯(cuò)誤,B正確。答案:B探究一探究二探究三探究探究一對(duì)色散的理解對(duì)色散的理解問(wèn)題導(dǎo)引問(wèn)題導(dǎo)引如圖所示,一束白光照射到三棱鏡上后出現(xiàn)的色散現(xiàn)象,請(qǐng)問(wèn)玻璃對(duì)哪種色光的折射率最大,對(duì)哪種色光的折射率最小?探究一探究二探究三名師精講名師精講1.對(duì)光的顏色的理解不同顏色的光,波長(zhǎng)不同,頻率不同,而同種顏色的光在不同介質(zhì)中折射率不同,速度和波長(zhǎng)均不相同,但頻率相同,因此說(shuō)光的顏色是由頻率決定的,而不是由波長(zhǎng)決定的。2.棱鏡對(duì)光線傳播方向的改變(1)正確畫好光線通過(guò)棱鏡的光路圖,如圖甲所示。(2)棱鏡成像的畫法,如圖乙所示。探究一探究二探究三3.各種色光特性的比較 探究一探究二探究三4.雙縫干涉中的色散

5、用不同的單色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn),得到的條紋之間的距離不一樣,但都是明暗相間的單色條紋。由 知,紅光波長(zhǎng)最長(zhǎng),x最大,紫光波長(zhǎng)最短,x最小。白光干涉時(shí)的條紋是彩色的,可見,白光是由多種色光組成的復(fù)色光,發(fā)生干涉時(shí),白光發(fā)生了色散現(xiàn)象。探究一探究二探究三探究一探究二探究三典例剖析典例剖析【例題1】 如圖,半圓形玻璃磚置于光屏PQ的左下方。一束白光沿半徑方向從A點(diǎn)射入玻璃磚,在O點(diǎn)發(fā)生反射和折射,折射光在光屏上呈現(xiàn)七色光帶,a、b是其中的兩單色光。若入射點(diǎn)由A向B緩慢移動(dòng),并保持白光沿半徑方向入射到O點(diǎn),觀察到各色光在光屏上陸續(xù)消失。下面正確的是()A.紫光最先消失B.紅光最先消失C.a光在玻璃中的傳

6、播速度小于b光在玻璃中的傳播速度D.通過(guò)同一雙縫發(fā)生干涉,a光相鄰條紋間距小于b光相鄰條紋間距探究一探究二探究三探究一探究二探究三變式訓(xùn)練1導(dǎo)學(xué)號(hào)38190102如圖所示,從點(diǎn)光源S發(fā)出的一細(xì)束白光以一定的角度入射到三棱鏡的表面,經(jīng)過(guò)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(shuō)法中正確的是()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(zhǎng)小于b側(cè)光的波長(zhǎng)C.三棱鏡對(duì)a側(cè)光的折射率大于對(duì)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)光的傳播速率探究一探究二探究三解析:由題圖可以看出,a側(cè)光偏折得較厲害,三棱鏡對(duì)a側(cè)光的折射率較大,所以a側(cè)是紫色光,波長(zhǎng)較小,

7、b側(cè)是紅色光,波長(zhǎng)較大,因此選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B、C正確;又 ,所以在三棱鏡中a側(cè)光的傳播速率小于b側(cè)光的傳播速率,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案:BC探究一探究二探究三探究探究二薄膜干涉現(xiàn)象及其應(yīng)用薄膜干涉現(xiàn)象及其應(yīng)用問(wèn)題導(dǎo)引問(wèn)題導(dǎo)引在酒精燈的燈芯上撒一些食鹽,燈焰就能發(fā)出明亮的黃光。把鐵絲圈在肥皂水中蘸一下,讓它掛上一層薄薄的液膜。把這層液膜當(dāng)作一個(gè)平面鏡,用它觀察燈焰的像。這個(gè)像與直接看到的燈焰有什么不同?如果用白光做實(shí)驗(yàn)情況又會(huì)如何?名師精講名師精講1.薄膜干涉中相干光的光源一列光在膜的前表面和后表面分別反射,如同由前、后表面反射出來(lái)的兩列完全相同的光,滿足相干條件。2.薄膜干涉的成因及特點(diǎn)(1)形成原因

8、由薄膜的前、后表面的反射光疊加而成明、暗相間條紋。如果膜的厚度為h,折射率為n,前、后表面的反射光的路程差為2h。若滿足2h為膜中波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí),該處出現(xiàn)亮條紋;滿足2h為膜中半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí),該處出現(xiàn)暗條紋。(2)條紋是水平方向的因?yàn)樵谕凰礁叨忍?薄膜的厚度相同,從前、后兩表面反射的光的路程差均相同,如果此時(shí)兩反射光互相加強(qiáng),則此高度水平方向各處均加強(qiáng),因此,明暗相間的干涉條紋應(yīng)為水平方向。探究一探究二探究三探究一探究二探究三3.應(yīng)用(1)等傾法檢查平面平整度原理:如圖所示,在被測(cè)平面上放一個(gè)透明的樣板,在樣板的一端墊一個(gè)薄片,使樣板的標(biāo)準(zhǔn)平面與被測(cè)平面之間形成一個(gè)楔形空氣薄層。用單色光

9、照射時(shí),空氣層的上、下兩個(gè)表面反射的兩列光波發(fā)生干涉?？諝夂穸认嗤牡胤?兩列波的路程差相同,兩列波疊加時(shí)互相加強(qiáng)或減弱的情況相同,因此若被測(cè)面是平的,干涉條紋就是一組平行的直線,如果干涉條紋是彎曲的,就表明被測(cè)平面不平整。如圖所示。探究一探究二探究三(2)增透膜為了減少光學(xué)裝置中的反射光的損失,可在元件表面涂一層透明薄膜,一般是氟化鎂。如圖所示,在增透膜的前后表面反射的兩列光波形成相干波,相互疊加,當(dāng)路程差為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí),在兩個(gè)表面反射的光產(chǎn)生相消干涉,反射光的能量幾乎等于零。一般取最小厚度d滿足2d= (此波長(zhǎng)為光在該種介質(zhì)中的波長(zhǎng))。由于白光中含有多種波長(zhǎng)的光,所以增透膜只能使其中一

10、定波長(zhǎng)的光相消。因?yàn)槿藢?duì)綠光最敏感,一般選擇對(duì)綠光起增透作用的膜,所以在反射光中綠光強(qiáng)度幾乎為零,而其他波長(zhǎng)的光并沒(méi)有完全抵消,所以增透膜呈現(xiàn)淡紫色。探究一探究二探究三典例剖析典例剖析【例題2】 劈尖干涉是一種薄膜干涉,其裝置如圖甲所示。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(gè)劈形空氣薄膜。當(dāng)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(diǎn):任意一條明條紋或暗條紋所在位置下面的薄膜厚度相等;任意相鄰明條紋或暗條紋所對(duì)應(yīng)的薄膜厚度差恒定?，F(xiàn)若在圖甲裝置中抽去一張紙片,則當(dāng)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將如何變

11、化?()探究一探究二探究三A.變疏B.變密C.不變D.消失 探究一探究二探究三探究一探究二探究三探究一探究二探究三變式訓(xùn)練2導(dǎo)學(xué)號(hào)38190103如圖所示,在一塊平板玻璃上放置一平凸薄透鏡,在兩者之間形成厚度不均勻的空氣膜,讓一束單一波長(zhǎng)的光垂直入射到該裝置上,結(jié)果在上方觀察到如圖所示的同心內(nèi)疏外密的圓環(huán)狀干涉條紋,稱為牛頓環(huán),以下說(shuō)法正確的是()A.干涉現(xiàn)象是由于凸透鏡下表面反射光和玻璃上表面反射光疊加形成的B.干涉現(xiàn)象是由于凸透鏡上表面反射光和玻璃上表面反射光疊加形成的C.干涉條紋不等間距是因?yàn)榭諝饽ず穸炔皇蔷鶆蜃兓腄.干涉條紋不等間距是因?yàn)榭諝饽ず穸仁蔷鶆蜃兓奶骄恳惶骄慷骄咳馕?

12、凸透鏡下表面與玻璃上表面形成空氣薄膜,干涉現(xiàn)象是由于凸透鏡下表面反射光和玻璃上表面反射光干涉疊加而成的,故A正確,B錯(cuò)誤。干涉條紋不等間距是由于透鏡表面是曲面,使得空氣膜的厚度不是均勻變化的,導(dǎo)致間距不均勻增大,從而觀察到如題圖所示的同心內(nèi)疏外密的圓環(huán)狀條紋,故C正確,D錯(cuò)誤。答案:AC探究一探究二探究三變式訓(xùn)練3用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置觀察光的薄膜干涉現(xiàn)象。圖甲是點(diǎn)燃的酒精燈(在燈芯上撒些鹽),圖乙是豎立的附著一層肥皂液薄膜的金屬線圈。將金屬線圈在其所在的豎直平面內(nèi)緩慢旋轉(zhuǎn),觀察到的現(xiàn)象是()A.當(dāng)金屬線圈旋轉(zhuǎn)30時(shí),干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)30B.當(dāng)金屬線圈旋轉(zhuǎn)45時(shí),干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)90C.當(dāng)金

13、屬線圈旋轉(zhuǎn)60時(shí),干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)30D.干涉條紋保持不變探究一探究二探究三解析:在本實(shí)驗(yàn)中肥皂液薄膜之所以產(chǎn)生干涉條紋,是因?yàn)樵谥亓ψ饔孟路试硪罕∧さ呢Q截面是梯形,前后兩面的反射光疊加而形成的,金屬線圈在其所在平面內(nèi)緩慢旋轉(zhuǎn)并不能影響肥皂液薄膜的豎截面,故金屬線圈在其所在平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)干涉條紋保持不變。故正確選項(xiàng)為D。答案:D探究一探究二探究三探究探究三激光及應(yīng)用激光及應(yīng)用問(wèn)題導(dǎo)引問(wèn)題導(dǎo)引一激光切割機(jī)切割元件圖例如圖所示。激光切割技術(shù)已廣泛應(yīng)用于金屬和非金屬材料的加工中,可大大減少加工時(shí)間,降低加工成本,提高加工質(zhì)量?，F(xiàn)代的激光成了人們所幻想追求的削鐵如泥的“寶劍”,那么,激光切割是利用了激

14、光的什么特點(diǎn)來(lái)完成的?探究一探究二探究三探究一探究二探究三名師精講名師精講1.激光的產(chǎn)生激光是原子受激輻射產(chǎn)生的光,發(fā)光的方向、頻率、偏振方向均相同,兩列相同激光相遇可以發(fā)生干涉。2.激光的特點(diǎn)(1)激光是人工產(chǎn)生的相干光,其單色性好,相干性好。激光的頻率單一,相干性非常好,顏色特別純。用激光做衍射、干涉實(shí)驗(yàn),效果很好。(2)激光的平行度好。從激光器發(fā)出的激光具有極好的平行性,幾乎是一束方向不變、發(fā)散角很小的平行光。傳播幾千米后,激光斑擴(kuò)展范圍不過(guò)幾厘米,而探照燈的光束能擴(kuò)展到幾十米范圍。(3)亮度高。激光可以在很小的空間和很短的時(shí)間內(nèi)集中很大的能量。探究一探究二探究三典例剖析典例剖析【例題3

15、】 關(guān)于激光,下列說(shuō)法正確的是()A.激光是用人工方法激發(fā)出的一種特殊的光B.自然界中某些天然物體也可以發(fā)出激光C.激光可以像刀子一樣切除腫瘤D.由于激光的方向性好,所以激光不能發(fā)生衍射現(xiàn)象解析:激光是用人工方法激發(fā)的一種特殊的光,具有很強(qiáng)的相干性,選項(xiàng)A正確;普通光源發(fā)出的光是自然光,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;醫(yī)用光刀利用激光方向性好、亮度高、能量強(qiáng)等特點(diǎn)切除腫瘤,選項(xiàng)C正確;激光是一種特殊的光,光的一切規(guī)律都可以直接應(yīng)用于激光,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案:AC探究一探究二探究三變式訓(xùn)練4導(dǎo)學(xué)號(hào)38190104關(guān)于激光的應(yīng)用問(wèn)題,下列說(shuō)法中正確的是()A.光纖通信是應(yīng)用激光平行度非常好的特點(diǎn)對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制,使其在光

16、導(dǎo)纖維中進(jìn)行傳遞信息B.計(jì)算機(jī)內(nèi)“磁頭”讀出光盤上記錄的信息是應(yīng)用了激光有相干性的特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行的C.醫(yī)學(xué)中用激光做“光刀”來(lái)切除腫瘤是應(yīng)用了激光亮度高的特點(diǎn)D.“激光測(cè)距雷達(dá)”利用激光測(cè)量很遠(yuǎn)目標(biāo)的距離是應(yīng)用了激光亮度高的特點(diǎn)探究一探究二探究三解析:由激光的特點(diǎn)及應(yīng)用可知光纖通信主要利用激光的相干性,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;計(jì)算機(jī)內(nèi)的“磁頭”讀出光盤上的信息主要應(yīng)用了激光的平行度好,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;醫(yī)療中的激光“光刀”利用了激光亮度高的特點(diǎn),選項(xiàng)C正確;激光測(cè)距利用激光的平行性好,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案:C探究一探究二探究三1 2 3 4 51.下列現(xiàn)象中可以用薄膜干涉來(lái)解釋的是()A.雨后的彩虹B.水面上的油膜在陽(yáng)

17、光照射下呈彩色C.透過(guò)昆蟲的翅膀看陽(yáng)光呈彩色D.荷葉上的水珠在陽(yáng)光下晶瑩透亮解析:雨后的彩虹是色散現(xiàn)象,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤;油膜在陽(yáng)光照射下呈彩色是薄膜干涉的結(jié)果,故選項(xiàng)B正確;透過(guò)昆蟲的翅膀看陽(yáng)光呈彩色是衍射現(xiàn)象,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤;水珠在陽(yáng)光下晶瑩透亮是全反射的結(jié)果,故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案:B1 2 3 4 52.下面是光在科學(xué)技術(shù)、生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用,其中說(shuō)法正確的是()A.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衍射現(xiàn)象B.用三棱鏡觀察白光看到的彩色圖樣是利用光的偏振現(xiàn)象C.在光導(dǎo)纖維束內(nèi)傳送圖像是利用光的色散現(xiàn)象D.光學(xué)鏡頭上的增透膜是利用光的干涉現(xiàn)象解析:用透明的標(biāo)準(zhǔn)平面樣板檢查光學(xué)平

18、面的平整程度是利用光的干涉現(xiàn)象,選項(xiàng)A錯(cuò);用三棱鏡觀察白光看到的彩色圖樣是利用光的折射現(xiàn)象,選項(xiàng)B錯(cuò);在光導(dǎo)纖維束內(nèi)傳送圖像是利用光的全反射現(xiàn)象,選項(xiàng)C錯(cuò);光學(xué)鏡頭上的增透膜是利用光的干涉現(xiàn)象,選項(xiàng)D對(duì)。答案:D1 2 3 4 53.下圖表示一束白光通過(guò)三棱鏡的光路圖,其中正確的是 ()解析:光在棱鏡的兩個(gè)側(cè)面上發(fā)生折射,每次折射都向底邊偏折,并且玻璃對(duì)不同單色光的折射率不同,不同單色光在同一側(cè)面的偏折角就不同,故選項(xiàng)D正確。答案:D1 2 3 4 54.如圖是用干涉法檢查某塊厚玻璃板的上表面是否平整的裝置,所用單色光為普通光加濾光片產(chǎn)生的,檢查中所觀察到的條紋是由下列哪兩個(gè)表面反射的光線疊加

19、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的下表面解析:本題的關(guān)鍵是找到使光線發(fā)生干涉的薄膜。本題中a是樣本,b是被檢查的平面,而形成干涉的兩束反射光是a、b間的空氣薄層反射的,所以選項(xiàng)C正確。答案:C1 2 3 4 55.導(dǎo)學(xué)號(hào)38190105(選做題)為了減少光在透鏡表面由于反射帶來(lái)的損失,可在透鏡表面涂上一層增透膜,一般用折射率為1.38的氟化鎂。為了使波長(zhǎng)為5.5210-7 m的綠光在垂直表面入射時(shí)使反射光干涉相消,求所涂的這種增透膜的厚度。1 2 3 4 5解析:由于人眼對(duì)綠光最敏感,所以通常所用的光學(xué)儀器其鏡頭表面所涂的增透膜的厚度只使反射的綠光干涉相消,但薄膜的厚度不宜過(guò)大,只需使其厚度為綠光在膜中波長(zhǎng)的 ,使綠光在增透膜的前后兩個(gè)表面上的反射光互相抵消。而光從真空進(jìn)入某種介質(zhì)后,其波長(zhǎng)會(huì)發(fā)生變化。答案:110-7 m