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光的颜色色散激光课标解读明确要求把握方向学业有成1．知道白光是由多种色光组成的．2．能说明薄膜干涉条纹特点，能解释薄膜干涉的成因．3．理解折射中的色散，了解各色光特性的差别．4．了解激光的特性和应用，用激光观察全息照相．教材知识梳理感受自主学习收获成果一、光的颜色和色散1．光的颜色光的频率决定光的颜色，不同颜色的光，波长不同，λ＝cf.2．光的色散与光谱(1)光的色散：白光的双缝干涉条纹是彩色的，可见白光是由多种色光组成的，发生干涉时，由于不同颜色的光的干涉条纹间距不同，白光被分解了．像这样含有多种颜色的光被分散为单色光的现象，叫光的色散．(2)光谱：含有多种颜色的光被分解后，各种色光按其波长的有序排列，就叫光谱．3．薄膜干涉中的色散薄膜干涉的成因：竖直放置的肥皂液膜由于受重力的作用，下面厚，上面薄，因此，在膜上不同位置，来自前后两个面的反射光所走的路程差不同，在某些位置，这两列波叠加后相互加强，于是出现了亮条纹，因此，薄膜上出现了亮暗相间的烛焰的像．4．折射时的色散白光进入棱镜而被折射后，在屏上光斑是彩色的，说明光在折射中发生了色散.不同色光通过棱镜后偏折的程度不同，这又说明透明物质对波长不同的光的折射率不一样，λ越小，n越大．由n＝cv得出结论：在同一种物质中，不同波长的光波的传播速度不一样，波长越小，波速越小．二、激光的特点及应用性质应用相干性：激光具有频率相同、相位差恒定、偏振方向一致的特点，具有高度的相干性光纤通信平行度：激光的平行度非常好，传播很远的距离仍能保持一定的强度激光测距，读取光盘上记录的信息等性质应用亮度高：它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量用激光束切割、焊接，医学上可以用激光做“光刀”，激发核反应等三、全息照相1．与普通照相技术的比较普通照相技术所记录的只是光波的振幅、频率，而全息照相技术还记录了光波的相位信息．2．原理：全息照片的拍摄利用了光的干涉原理.知识图解教材拓展提升欲穷千里目更上一层楼一、正确理解色散1．折射时的色散(1)把射出棱镜的光线与入射光线方向的夹角叫通过棱镜的偏向角，如图所示．实验表明，白光色散时，红光的偏向角最小，紫光的偏向角最大．这说明玻璃对不同色光的折射率是不同的．紫光的折射率最大，红光的折射率最小．(2)由于介质中的光速v＝cn，故在同种介质中折射率大的光速小，各种色光在同种介质中的光速依次为v紫v蓝…v橙v红，即红光的速度最大，紫光的速度最小．(3)如图所示，白光经过三棱镜后，在光屏上呈现七色光带；若从棱镜的顶角向底边看，由红到紫依次排列，紫光最靠近底边，光的色散实质上是光的折射现象．2．双缝干涉中的色散：用不同的单色光做双缝干涉实验，得到的条纹之间的距离不一样，但都是明暗相间的单色条纹．由Δx＝ldλ知，红光波长最长，Δx最大，紫光波长最短，Δx最小．白光干涉时的条纹是彩色的，可见，白光是由多种色光组成的复色光，发生干涉时．白光发生了色散现象．二、薄膜干涉及其应用1．用干涉法检查平面平整度：如图①所示，两板之间形成一层空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检测平面是光滑的，得到的干涉图样必是等间距的．如果被测表面某处凹下，则对应亮条纹(或暗条纹)提前出现，如图②中P条纹所示；如果某处凸起来，则对应条纹延后出现，如图②中Q所示．(注：“提前”与“延后”不是指在时间上，而是指由左到右的位置顺序上)2．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，当路程差为半波长的奇数倍时，在两个表面反射的光产生相消干涉，反射光的能量几乎等于零．一般取最小厚度d满足2d＝λ2(此波长为光在该种介质中的波长)．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，一般选择对绿光起增透作用的膜，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，所以增透膜呈现淡紫色．三、激光及应用1．激光的产生：激光是原子受激辐射产生的光，发光的方向、频率、偏振方向均相同，两列相同激光相遇可以发生干涉．激光是人工产生的相干光．2．激光的特点：(1)激光是人工产生的相干光，其单色性好，相干性好．激光的频率单一，相干性非常好，颜色特别纯．用激光做衍射、干涉实验，效果很好．(2)激光的平行度好．从激光器发出的激光具有极好的平行性，几乎是一束方向不变、发散角很小的平行光．传播几千米后，激光斑扩展范围不过几厘米，而探照灯的光束能扩展到几十米范围．(3)亮度高．激光可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量．3．激光的应用(1)光纤通信．(2)激光测距．(3)激光读写．(4)激光加工．(5)激光手术(亦称光刀手术)．(6)激光武器．(7)可控聚变反应中的应用.典例分析举一反三触类旁通一、对薄膜干涉的分析和计算【例1】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②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与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劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹()A．变疏B．变密C．不变D．消失【解析】光线在空气薄膜的上下表面上反射，并发生干涉，从而形成干涉条纹．设空气膜顶角为θ，d1、d2处为两相邻明条纹，如图所示，则两处光程差分别为Δx1＝2d1，Δx2＝2d2因为Δx2－Δx1＝λ，所以d2－d1＝12λ设条纹间距为Δl，则由几何关系得d2－d1Δl＝tanθ，即Δl＝λ2tanθ.当抽去一张纸片θ减小时，Δl增大，故选A.【答案】A巩固练习1市场上有种灯具俗称“冷光灯”，用它照射物体时能使被照物体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．这种灯能降低热效应的原因之一是灯泡后面放置的反光镜玻璃表面镀有一层薄膜(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表示红外线的波长，则所镀薄膜的最小厚度为()A.18λB.14λC.12λD．λ解析红外线最显著的特点就是热效应，当光照射物体时，一般都伴有大量的红外线致热，在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面镀一层氟化镁的薄膜，相当于增透膜，当膜的最小厚度等于红外线在其中传播的波长的14时，灯泡发生的红外线射到增透膜后，从膜的前后表面反射回来的两束红外线发生干涉，相互抵消，使反射的红外线强度减弱，从而达到冷光效果．答案B二、折射中的色散分析【例2】(多选题)如图所示，从点光源S发出的一束细白光以一定的角度入射到三棱镜的表面，经过三棱镜的折射后发生色散现象，在光屏的ab间形成一条彩色光带．下面的说法中正确的是()A．a侧是红色光，b侧是紫色光B．在真空中a侧光的波长小于b侧光的波长C．三棱镜对a侧光的折射率大于对b侧光的折射率D．在三棱镜中a侧光的传播速率大于b侧光的传播速率【解析】由图可以看出，a侧光偏折得较厉害，三棱镜对a侧光的折射率较大，所以a侧是紫色光，波长较小，b侧是红色光，波长较大，因此A错，B、C正确；又v＝c/n，所以三棱镜中a侧光的传播速率小于b侧光的传播速率，D错．【答案】BC名师点拨本题很容易错选A、D，原因是没有注意光线入射的方向或者说没有认真分析光线与三棱镜的对应关系，如果将三棱镜绕上底转180°，就变为我们熟知的光的色散问题了．巩固练习2(多选题)如图所示，一束红光和一束绿光以适当的角度射向半圆形玻璃砖，其射出光线都是从圆心O点沿OF方向射出，则下列说法正确的是()A．P光束为红光，Q光束为绿光B．P光束为绿光，Q光束为红光C．P光束在玻璃砖中传播时间长D．Q光束在玻璃砖中传播时间长解析根据折射定律可知，光线OF在空气中的折射角相同，由题意可知P、Q两束光是沿半径入射到圆心O.光线PO的入射角小于光线QO的入射角．故光线P在玻璃砖的折射率较大，则P光的频率较大，应为绿光，Q光线为红光，由n＝cv可知，绿光在玻璃中传播速度比红光的速度小，传播距离都为玻璃砖的半径，所以绿光时间较长．选项B、C正确．答案BC三、激光的特点与应用【例3】(多选题)下列说法正确的是()A．激光可用于测距B．激光能量十分集中，只可用于加工金属材料C．外科研制的“激光刀”，可以有效地减小细菌的感染D．激光可用于全息照相，有独特的特点【解析】激光的平行度好，即使传播了很远的距离之后，它们仍保持一定的强度，此特点可用于激光的测距，A正确；激光的亮度高能量十分集中，可用于金属加工，激光医疗、激光武器等，B选项错误；激光具有很高的相干性，可用于全息照相，由于它记录了光的相位信息所以看起来跟真的一样，立体感较强，D正确；由于激光亮度高，能量大，在切割皮肤等的同时，也能杀灭细菌，所以C正确．【答案】ACD巩固练习3利用激光很容易实现光的干涉现象，这是因为()A．激光的亮度高B．激光的方向性好C．激光的频率、偏振方向几乎相同D．激光的能量集中解析两列光能够发生干涉现象的条件是频率相同，激光是单一频率的光，偏振方向相同，具有相干性，故C选项正确．答案C