搜索
第7节光的颜色色散第8节激光学习目标素养提炼1.知道白光是由多种色光组成的，知道光的色散及光谱的概念．2.能说明薄膜干涉条纹的特点，能解释薄膜干涉的成因．3.理解折射时的色散，知道不同色光的折射率不同．4.了解激光的特点和应用，了解全息照相的原理.物理观念：色散、光谱、薄膜干涉、激光、全息照相科学思维：薄膜干涉的成因科学态度与责任：增透膜、激光的的应用01课前自主梳理02课堂合作探究03随堂演练达标04课后达标检测一、光的颜色和色散1．光的颜色与波长：不同颜色的光，波长________．2．光的色散：含有多种颜色的光被分解为________的现象．3．光谱：含有多种颜色的光被分解后，各种色光按其________的有序排列．不同单色光波长4．几种色散现象(1)薄膜干涉中的色散①薄膜干涉中相干光的获得光照射到薄膜上，在薄膜的前后两个面________的光是由同一个实际的光源分解而成的，它们具有相同的________，恒定的________．②薄膜干涉的原理光照在厚度不同的薄膜上时，在薄膜的不同位置，前后两个面的________光的________差不同，在某些位置两列波叠加后相互加强，于是出现________；在另一些位置，两列波相遇后被相互削弱，于是出现________．反射频率相位差反射路程亮条纹暗条纹(2)衍射时的色散用白光做衍射实验时，得到的条纹是________的．这是因为衍射时不同色光的亮条纹的位置不同，于是各种色光就区分开了．这种现象是光在衍射时的色散．(3)折射时的色散如图，白光通过棱镜折射后，由上到下的色光顺序为：红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，这说明白光是由________光组成的．彩色七色[判断正误](1)色散现象表明白光是复色光．()(2)单色光通过棱镜后也能发生色散．()(3)某单色光在不同介质中传播时光的频率、波长均不同．()(4)白光通过单缝的衍射条纹是彩色的，说明白光衍射后可以改变颜色．()(5)各种色光通过三棱镜时，红光偏折的角度最小，紫光偏折的角度最大．()√×××√二、激光1．激光的特点及应用特点性质应用相干性激光具有频率、相位差、偏振方向的特点，具有高度的相干性光纤通信平行度激光的非常好，传播很远的距离仍能保持一定的强度激光，读取光盘上记录的信息等亮度高它可以在很小的和很短的内集中很大的用激光束切割、焊接．医学上可以用激光做“光刀”、激发核反应等相同恒定一致平行度测距空间时间能量2.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________信息，而全息照相技术还记录了光波的________信息．(2)原理：全息照片的拍摄利用了光的________原理．[判断正误](1)激光可以进行光纤通信是利用了相干性好的特点．()(2)激光可用做“光刀”来切开皮肤是利用激光的相干性好．()(3)全息照相技术只能记录光波的强弱信息．()强弱相位干涉√××要点一对色散的理解[探究导入]用单色光做双缝干涉实验时，光屏上出现明暗相间的条纹，而用不同的色光，条纹间距不同，这说明什么？用白光做双缝干涉实验时光屏上出现了彩色条纹，这又说明什么？提示：在双缝干涉实验中，不同颜色的光的条纹间距不同，如红光条纹间距比黄光大，蓝光条纹间距比黄光小．这说明不同颜色的光的波长不同；白光干涉条纹是彩色的，说明白光是由多种色光组成的，发生干涉时白光被分解了．1．折射时的色散(1)我们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，紫光的最大，红光的最小．(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，白光是由多种单色光组成的复色光，发生干涉时，白光发生了色散现象．[易错提醒]折射时的色散与双缝干涉中的色散，虽然都发生了色散，但其发生色散的原因不同，前者是由于不同单色光的折射率不同，后者是由于单色光的波长不同，经过同一双缝时产生的明暗条纹的宽度不同.[典例1]一束细白光通过玻璃三棱镜折射后，在竖直放置的光屏上形成了如图所示的光谱，其中a、c为光谱的边缘色光，关于a、b、c三种色光，下列说法正确的是()A．把温度计放在光屏上c色光的下方，示数增加最快B．若分别让a、b、c三种色光通过一双缝干涉装置，则a光形成的干涉条纹的间距最大C．a、b、c三种色光在玻璃三棱镜中的传播速度依次减小D．让a、b、c三种色光以同一入射角，从某一介质射入空气中，若b光恰能发生全反射，则c光也一定能发生全反射[解析]同一介质对红光折射率最小，对紫光折射率最大，所以a是紫光，c是红光．红外线具有热效应，温度计放在其中，示数增加最快，故A正确；根据Δx＝ldλ可知，红光波长最长，干涉条纹间距最大，故B错误；根据n＝cv可知，折射率大的速度小，所以va＜vb＜vc，故C错误；由于nb＞nc，根据sinC＝1n可知，Cb＜Cc，当b光恰能发生全反射时，c光的入射角小于临界角，不会发生全反射，故D错误．[答案]A[规律总结](1)白光是各种单色光组成的复色光．由于各种单色光通过棱镜时偏折的角度不同，所以产生了色散现象．(2)色散现象表明，棱镜材料对不同色光的折射率是不同的，对紫光的折射率最大，对红光的折射率最小．(3)在棱镜中紫光的速度最小，红光的速度最大．1．白光通过三棱镜发生色散，这说明()A．不同颜色的光在真空中的光速不同B．对同一介质红光的折射率比紫光大C．在同一介质中，红光的折射率小于紫光的折射率D．每种颜色的光通过三棱镜都会分成几种颜色的光解析：白光通过三棱镜后发生色散，说明不同频率的光在同一介质中折射率不同，红光折射率最小，紫光的折射率最大，故C选项正确．答案：C2．(多选)如图所示，一个小的光源S发出白光，经三棱镜分光，若人沿着折射光线的反方向观察，通过棱镜可以看到()A．白光点B．光点上部红色，下部紫色C．光点上部紫色，下部红色D．看到的光点比实际光源的位置高解析：各种单色光中，紫光的折射率最大，偏折角也最大，成的像最高，红光的折射率最小，偏折角也最小，成的像最低．答案：CD要点二薄膜干涉及其应用[探究导入]在酒精灯的灯芯上撒一些食盐，灯焰就能发出明亮的黄光．把铁丝圈在肥皂水中蘸一下，让它挂上一层薄薄的液膜．把这层液膜当作一个平面镜，用它观察灯焰的像如图所示．这个像与直接看到的灯焰有什么不同？如果用白光做实验情况又会如何？提示：灯焰的像由明暗相间的水平条纹组成．如果用白光做实验，肥皂膜上会出现彩色水平条纹．1．用干涉法检查平面平整度如图甲所示，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，如图乙中P条纹所示；如果某处凸起来，则对应条纹延后出现，如图乙中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(1)增透膜的原理如图所示，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反向，相互抵消，从而使反射的两列光波产生相消干涉，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互抵消．(2)增透膜的应用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．[易错提醒]增透膜的“增透”应理解为：两束反射光相互抵消，反射光的能量减少，由于总的能量是守恒的，反射光的能量被削弱了，透射光的能量就必然得到增强.增透膜是通过“消反”来确保“增透”的.[典例2](多选)如图甲所示，用单色光照射透明标准板M来检查平面N的上表面的平滑情况，观察到的图象如图乙所示的条纹中的P和Q的情况，这说明()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[解析]利用光的薄膜干涉来检查平面的情况，就是由标准样板平面和被检查平面间形成一个楔形的空气薄层，用单色光从上面照射，入射光在空气层的上、下表面反射形成的两列光波发生干涉．如果被检测的面是平的，那么空气层厚度相同的各点的干涉条纹在一条直线上．若是被检测平面的某处凹下去了，这时干涉条纹就不是直线，在凹处的干涉条纹将向楔形膜中薄的一侧弯曲．这是因为凹处的两束反射光的路程差变大，它只能与膜厚一些位置的两反射光的路程差相同而形成同一级的条纹(路程差相同的干涉条纹为同一级，一般路程差大的干涉条纹级别高，路程差小的干涉条纹级别低)，显然凹处的级别增大，将与膜厚一些位置的干涉条纹形成同一级别的条纹，故C正确．同理，可判断B正确．[答案]BC[方法技巧]被测平面凹下或凸起的形象判断法被测平面凹下或凸起的形象判断法——矮人行走法．即把干涉条纹看成“矮人”的直立行走轨迹．让一个小矮人在两板间沿着一条条纹直立行走．始终保持脚踏被测板，头顶样板，在行走过程中：(1)若遇一凹下，他必向薄膜的尖端去绕，方可按上述要求过去，即条纹某处弯向薄膜尖端，该处为凹下．(2)若遇一凸起，他必向薄膜的底部去绕，方可按上述要求过去，即条纹某处弯向薄膜底部，该处为凸起．因此，条纹向薄膜尖端弯曲时，说明下凹，反之，上凸．3.一个半径较大的透明玻璃球体，若截去其上面的一大部分，然后将这一部分放到标准的水平面上，现让单色光竖直射向截面，如图所示，在反射光中看到的是()A．平行的、明暗相间的干涉条纹B．环形的、明暗相间的干涉条纹C．只能看到同颜色的平行反射光D．一片黑暗解析：薄膜干涉条纹可看作等厚线，题图中，厚度相同的空气薄膜应是以切点为圆心的一个个圆，故干涉条纹应是环形的条纹，又因是单色光照射，所以是明暗相间的条纹，故选项B正确，A、C、D错误．答案：B4.用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象．图(a)是点燃的酒精灯(在灯芯上洒些盐)，图(b)是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属丝圈．将金属丝圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是()A．当金属丝圈旋转30°时干涉条纹同方向旋转30°B．当金属丝圈旋转45°时干涉条纹同方向旋转90°C．当金属丝圈旋转60°时干涉条纹同方向旋转30°D．干涉条纹保持原来状态不变解析：金属丝圈的转动，改变不了肥皂液膜的上薄下厚的形状，由干涉原理可知干涉条纹与金属丝圈在该竖直平面内的转动无关，仍然是水平的干涉条纹，A、B、C错误，D正确．答案：D要点三激光及应用[探究导入]激光作为一种人造光源在科研、通讯、工业生产、军事科技等领域都有着广泛应用，如激光干涉仪、激光切割机、激光炮等．激光的应用如此广泛，激光到底具有哪些特性？提示：相干性强、平行度好、亮度高．1．激光的产生激光是原子受激发辐射产生的光，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．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．激光的应用光纤通信；激光测距；激光读写；激光加工；激光手术(亦称光刀手术)；激光武器；可控聚变反应中的应用．[典例3](多选)关于激光，下列说法正确的是()A．激光