2018-2019学年高中物理 第13章 光 13.7-13.8 光的颜色、色散 激光课件 新人教版选修3-4.ppt

7光的颜色色散8激光,一、光的颜色与色散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,二、色散的分类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反射的光是由同一个光波分解而成的,它们具有相同的_、恒定的相位差及振动方向。,频率,(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,前后两个面的反射光的_不同,在某些位置两列波叠加后相互加强,于是出现亮条纹;在另一些位置,两列波相遇后相互削弱,于是出现暗条纹。,路程差,2.衍射时的色散:用白光进行衍射实验时,得到的是_条纹,这是由于白光中包含各种颜色的光,不同色光亮条纹的位置不同。,彩色,3.折射时的色散:如图,说明通过棱镜折射后由上到下的色光顺序为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。在同一种物质中,不同波长的光波的传播速度不一样,波长越短,波速_。,越慢,三、激光1.激光的特点及应用:,相同,平行度,范围,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能量强弱信息,而全息照相技术还记录了光波的_信息。,相位,(2)原理:全息照相的拍摄利用了光的_原理,使参考光和物光在底片上相遇,发生干涉,形成复杂的干涉条纹。这要求参考光和物光必须具有很高的相干性。(3)观察全息照片时要用_照射照片,从另一侧面观察。,干涉,激光,【预习诊断】1.请判断下列说法的正误。(1)光的颜色是由光的波长决定的。()(2)根据光谱我们可以知道哪些光波长较长,哪些光波长较短。()(3)光纤通信是应用激光平行度非常好的特点对信号进行调制,使其在光导纤维中传递信息的。(),(4)计算机内的“磁头”读出光盘上记录的信息是应用了激光有相干性的特点。()(5)医学中用激光作“光刀”来切除肿瘤是应用了激光亮度高的特点。()(6)“激光测距”利用激光测量很远目标的距离是应用了激光亮度高的特点。(),提示:(1)。光的颜色是由光的频率决定的。光由一种介质进入另一种介质时频率不变,但波长发生变化。(2)。光谱是按照各种色光的波长有序排列起来的。(3)。光纤通信主要利用激光的相干性。,(4)。计算机内的“磁头”读出光盘上的信息主要应用了激光的平行性好。(5)。医疗中的激光“光刀”利用了激光的高亮度的特点。(6)。“激光测距”利用的是激光的平行性。,2.关于光的色散、激光的认识,下列说法正确的是()A.棱镜对红光的折射率比紫光大B.红光在棱镜中的速度比紫光大C.每种色光通过棱镜后都会分成几种颜色的光D.激光不能像无线电波那样用来传播信息,【解析】选B。频率越大,同一介质对单色光的折射率越大,故选项A错误;由v=,可知选项B正确;白光含有多种不同频率的单色光,因而才会发生色散,选项C错误;激光同样能够传播信息,选项D错误。,3.如图所示,一束由红、绿、紫三种单色光组成的复色光,通过横截面为梯形的玻璃砖后,在光屏上形成彩色光带。下列关于彩色光带排列顺序的说法中正确的是(),A.从上到下依次为紫、绿、红B.从上到下依次为红、绿、紫C.从上到下依次为绿、红、紫D.从上到下依次为绿、紫、红,【解析】选A。棱镜对不同色光的折射率不同,对红光的折射率小,其偏折角度小,折射后在彩色光带的下部。对紫光的折射率大,偏折角度大,折射后在彩色光带的上部,故正确答案为A。,知识点一色散的理解探究导入:如图所示是一束白光照射到三棱镜上后出现的色散现象,请问玻璃对哪种色光的折射率最大,对哪种色光的折射率最小?,提示:由图可知,红光经过棱镜后偏折程度最小,紫光经过棱镜后偏折程度最大,故玻璃对紫光的折射率最大,对红光的折射率最小。,【归纳总结】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=,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nb,【解析】选B。由题图可知,b光偏折大,折射率大,频率大,波长小,故选B。,2.两个完全相同的等腰三棱镜如图所示放置,相邻两侧面相互平行,一束白光从棱镜A的左面入射,从B的右面出射,则出射光线是()A.一束白光B.白光带C.散射彩色带D.平行彩色带,【解析】选D。各色光经两等腰棱镜折射的光路图如图所示。各色光经多次折射,但由于两棱镜相邻两侧面平行,所以各色光出射光线与入射光线平行,最后出射光线是平行彩色带。,3.如图所示,在水中有一厚度不计的薄玻璃片制成的中空三棱镜,里面是空气,一束光A从三棱镜的左边射入,从三棱镜的右边射出时发生了色散,射出的可见光分布在a点和b点之间,则(),A.从a点射出的是红光,从b点射出的是紫光B.从a点射出的是紫光,从b点射出的是红光C.从a点和b点射出的都是红光,从ab中点射出的是紫光D.从a点和b点射出的都是紫光,从ab中点射出的是红光,【解析】选B。本题是中空三棱镜放在水中,光线由水中射入棱镜,经两次折射射到水中,空气相对于水是折射率小的介质,据折射定律分析,出射光线将向棱镜顶角偏折。因此,B选项正确。,【补偿训练】1.如图所示,MN是位于竖直平面内的光屏,放在水平面上的半圆柱形玻璃砖的平面部分ab与屏平行。由光源S发出的一束白光从半圆沿半径射入玻璃砖,通过圆心O再射到屏上。,在水平面内以O点为圆心沿逆时针方向缓缓转动玻璃砖,在光屏上出现了彩色光带。当玻璃砖转动角度大于某一值时,屏上彩色光带中的某种颜色的色光首先消失。有关彩色的排列顺序和最先消失的色光是(),A.左紫右红,紫光B.左红右紫,紫光C.左紫右红,红光D.左红右紫,红光,【解析】选B。在水平面内,以O点为圆心沿逆时针方向将玻璃砖转过一定角度后,光路图如图所示,由图可知,屏上彩色光带中红光在最左侧,紫光在最右侧;由于玻璃对紫光的折射率最大,故当玻璃砖转动角度大于某一值时紫光最先消失;综上可知,选项B正确。,2.(多选)(2018武清区高二检测)虹是由阳光射入雨滴(视为球形)时,经一次反射和两次折射而产生色散形成的。现有白光束L由图示方向射入雨滴,a、b是经反射和折射后的其中两条出射光线,如图。下列说法正确的是(),【解析】选A、C、D。由题图可知,发生第一次折射时,光线b的折射角rb大于光线a的折射角ra,由n=知,nanb,由v=知,vbva,选项B错误,D正确;由于nanb,则频率fafb,ab,由x=知,xaxb,选项A、C正确。,知识点二薄膜干涉及应用探究导入:如图所示是几种常见的薄膜干涉图样,这些干涉图样是怎样形成的呢?,提示:是由薄膜上、下表面反射光束相遇而产生的干涉。,【归纳总结】1.薄膜干涉的形成:入射光经薄膜上表面反射后得第一束光,折射光经薄膜下表面反射,又经上表面折射后得第二束光,这两束光在薄膜的同侧,由同一入射振动分出,是相干光,属分振幅干涉。,2.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),3.增透膜:(1)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。,(2)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。,增透膜的最小厚度:增透膜厚度d=(k=0,1,2,3),最小厚度为。(为光在介质中传播时的波长),(3)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。(4)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。,【特别提醒】对“增透”的理解如果用宏观的思维方式来理解,两束反射光相互抵消,并没有增加透射光的强度,因此,此过程只是“消反”,却不能“增透”。其实光的干涉将引起整个光场分布的改变,但总的能量是守恒的,反射光的能量被削弱了,透射光的能量就必然得到增强。增透膜正是通过“消反”来确保“增透”的。,【典题过关】【典例】(2018济南高二检测)劈尖干涉是一种薄膜干涉,其装置如图甲所示。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乙所示,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。现若在图甲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()A.变疏B.变密C.不变D.消失,【正确解答】选A。干涉条纹是由空气薄膜的上下两个表面反射的光线叠加而成的,当抽去一张纸片后,劈形空气薄膜倾角减小,相邻明条纹(或暗条纹)必须变疏才能符合所在位置下面对应的薄膜厚度差跟原先一样,故选项A正确,选项B、C、D错误。,【过关训练】1.(2018丽水高二检测)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了一层薄膜(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,以表示此红外线的波长,则所镀薄膜的最小厚度应为(),【解析】选B。为减小反射的热效应显著的红外线,则要求红外线在薄膜的前后表面反射后叠加作用减弱,即路程差为半波长的奇数倍,故薄膜的最小厚度为红外线在该薄膜中波长的,2.关于薄膜干涉,下列说法中正确的是()A.只有厚度均匀的薄膜,才会发生干涉现象B.只有厚度不均匀的楔形薄膜,才会发生干涉现象C.厚度均匀的薄膜会形成干涉条纹D.观察肥皂液膜的干涉现象时,观察者应和光源在液膜的同一侧,【解析】选D。当光从薄膜的一侧照射到薄膜上时,只要前后两个面反射回来的光波的路程差满足振动加强的条件,就会出现明条纹,满足振动减弱的条件就会出现暗条纹。这种情况在薄膜厚度不均匀时才会出现;当薄膜厚度均匀时,不会出现干涉条纹,但也能发生干涉现象,这时某些颜色的光因干涉而减弱,另一些光因干涉而加强。减弱的光透过薄膜,加强的光被反射回来,所以这时看到薄膜的颜色是振动加强的光的颜色,但不会形成干涉条纹。,【补偿训练】1.如图所示,一束白光从左侧射入肥皂薄膜,下列说法正确的是(),A.人从左侧向右看,可以看到彩色条纹水平排列B.人从右侧向左看,可以看到彩色条纹水平排列C.人从右侧向左看,可以看到彩色条纹竖直排列D.人从左侧向右看,可以看到彩色条纹竖直排列,【解析】选A。观察薄膜干涉时,应从入射光的同一侧,可以看到彩色条纹水平排列,故选项A正确。,2.如图所示是用干涉法检查某块厚玻璃块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,【解析】选C。样板和厚玻璃之间存在楔形空气薄膜,用单色光从这个空气薄膜表面照射,入射光从空气薄膜的上、下表面反射回的两列光波形成干涉条纹。空气薄膜的上、下表面就是a的下表面和b的上表面,故选项C正确。,【规律方法】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,该处为一凹下。(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,该处为一凸起。因此,条纹向薄膜尖端弯曲时,说明下凹,反之,上凸。,知识点三激光及其应用探究导入: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:激光具有单色性好、相干性好、方向性好、亮度高等特点。,【归纳总结】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。,【典题过关】【典例】(多选)对于激光的认识,以下说法正确的是()A.普通光源发出的光都是激光B.激光是自然界普遍存在的一种光C.激光是一种人工产生的相干光D.激光已经深入我们生活的各个方面,【正确解答】选C、D。普通光源发出的光(即使是所谓的单色光)频率是不一样的,而激光器发出的激光的频率几乎是单一的,并且满足相干条件,所以激光与普通光源发出的光有着质的区别,A选项错;激光是原子受激辐射产生的光,要通过人工专门制得,所以并不是在自然界中普遍存在的,B选项错,C选项正确;在日常的生产、生活中很多方面都用到了激光,D选项正确。,【过关训练】1.在演示双缝干涉的实验时,常用激光作光源,这主要是应用激光的什么特性()A.亮度高B.平行性好C.单色性好D.波动性好,【解析】选C。频率相同的两束光相遇才能发生干涉,激光的单色性好,频率单一,通过双缝时能够得到两束相干光。,2.(多选)将激光束的宽度聚焦到纳米级(10-9m)范围内,可修复人体已损坏的器官,可对DNA分子进行超微型基因修复,把至今尚令人无奈的癌症、遗传疾病彻底根除,以上功能是利用了激光的()A.单色性好B.平行度好C.粒子性D.高能量,【解析】选B、D。激光的平行度好,故可聚焦到很小的范围;激光的亮度高、能量大,故可修复器官。,【补偿训练】(多选)激光火箭的体积小,却可以装载更大、更重的卫星或飞船。激光由地面激光站或空间激光动力卫星提供,通过一套装置,像手电筒一样,让激光束射入火箭发动机的燃烧室,使推进剂受热而急剧膨胀,于是形成一股高温高压的燃气流,以极高的速度喷出,产生巨大的,推力,把卫星或飞船送入太空。激光火箭利用了激光的()A.单色性好B.平行度好C.高能量D.相干性好,【解析】选B、C。激光的平行度好且能量高,可以在很小的空间和很短的时间内集中很大