光的颜色色散激光

1、13.7-8 光的颜色 色散 激光电大附中 杨洪涛一、通过棱镜的光线一、通过棱镜的光线1、棱镜、棱镜定义：各平面相交的透明体叫做棱镜。定义：各平面相交的透明体叫做棱镜。横截面为三角形的棱镜叫横截面为三角形的棱镜叫 三棱镜三棱镜。通常所说的通常所说的棱镜棱镜指三棱镜。指三棱镜。问题问题: :让一束单色光从空气射向玻璃棱镜的一个侧面，让一束单色光从空气射向玻璃棱镜的一个侧面，如图所示，试定性画出光通过棱镜的光路图。如图所示，试定性画出光通过棱镜的光路图。 (1)从玻璃棱镜的一个侧面从玻璃棱镜的一个侧面射入的光线从另一侧面射出时射入的光线从另一侧面射出时向底面偏折向底面偏折2、棱镜对光线的作用、棱镜

2、对光线的作用偏折角度偏折角度折射率越大，偏折角越大折射率越大，偏折角越大理解底边含义（相理解底边含义（相对而言的）。对而言的）。 棱镜能改变光的传播方向，但不改变光束的性质。棱镜能改变光的传播方向，但不改变光束的性质。 a、平行光束通过棱镜后仍为平行光束；、平行光束通过棱镜后仍为平行光束； b、发散光束通过棱镜后仍为发散光束；、发散光束通过棱镜后仍为发散光束； c、会聚光束通过棱镜后仍为会聚光束。、会聚光束通过棱镜后仍为会聚光束。 3 3、棱镜成像：、棱镜成像：问题：问题：如果隔着棱镜看一个物体，就可以看到物体的像如果隔着棱镜看一个物体，就可以看到物体的像，那么像的位置与物体的位置相比向哪个方

3、向偏移？，那么像的位置与物体的位置相比向哪个方向偏移？分析：分析：将一个物点将一个物点S S放在棱镜前，放在棱镜前，从物点发出的两条光线经棱镜折射从物点发出的两条光线经棱镜折射后射出，我们后射出，我们根据光沿直线传播的根据光沿直线传播的经验，认为光线是从它们的反向延经验，认为光线是从它们的反向延长线的交点长线的交点SS射出的射出的， S S 就是就是S S在在棱镜中所成的像（如图所示）。这棱镜中所成的像（如图所示）。这个虚像的位置比物体的实际位置向个虚像的位置比物体的实际位置向顶角方向偏移，物像同侧。顶角方向偏移，物像同侧。特点：特点：隔着棱镜看物体的像是隔着棱镜看物体的像是正立的正立的虚虚像

4、，像的位置向棱镜像，像的位置向棱镜顶角方向偏移。顶角方向偏移。 SS二、光的色散二、光的色散:1、实验探究：、实验探究：一束白光经过棱镜后会发生什么现象一束白光经过棱镜后会发生什么现象?这一现象说明了什么问题？这一现象说明了什么问题？ 现象现象：白白光经过棱镜光经过棱镜后在光屏上后在光屏上形成一条彩形成一条彩色的光带色的光带（红光在上红光在上端端，紫光在紫光在最下端最下端)结论结论：白光是由不同颜色的光组成的。：白光是由不同颜色的光组成的。 棱镜材料对不同色光的折射率不同，对红光棱镜材料对不同色光的折射率不同，对红光的折射率最小，对紫光的折射率最大。的折射率最小，对紫光的折射率最大。2单色光：

5、不能分解为其它颜色的光，称为单色光。单色光：不能分解为其它颜色的光，称为单色光。 复色光：由若干种单色光合成的光叫做复色光。复色光：由若干种单色光合成的光叫做复色光。3色散：把复色光分解为单色光的现象叫光的色散。色散：把复色光分解为单色光的现象叫光的色散。 4 4正确理解光的色散：正确理解光的色散：光的颜色由光的频率决定。在不同介质中，光的频光的颜色由光的频率决定。在不同介质中，光的频率不变。率不变。 同一介质对不同色光的折射率不同，频率高的折射同一介质对不同色光的折射率不同，频率高的折射率大。率大。 不同频率的色光在真空中传播速度相同，为不同频率的色光在真空中传播速度相同，为C C3 310

6、108 8m ms s。但在其它介质中速度各不相同，在同一。但在其它介质中速度各不相同，在同一种介质中，紫光速度最小，红光速度最大。种介质中，紫光速度最小，红光速度最大。(V=c/n)(V=c/n)物理量 红 橙 黄 绿 蓝 靛 紫频率折射率同种介质中光速同种介质中波长逐增逐增逐减逐减逐增逐增变化趋势变化趋势逐增逐增5 5光谱：复色光被分解后，各种色光按其波光谱：复色光被分解后，各种色光按其波长（频率）有序排列起来，称为这种复色光的长（频率）有序排列起来，称为这种复色光的光谱。光谱。 下图是太阳光的光谱。下图是太阳光的光谱。 利用光谱可以知道该光是由哪些波长的光组利用光谱可以知道该光是由哪些波

7、长的光组成。成。回顾：回顾：双缝干涉实验：双缝干涉实验： 复述单色光干涉时的现象。复述单色光干涉时的现象。 条纹间距的计算公式。条纹间距的计算公式。 红滤色片单缝双缝S1SS2屏幕问题：问题：我们用此装置来做白光的干涉我们用此装置来做白光的干涉实验会观察到什么现象呢？实验会观察到什么现象呢？ 单缝双缝S1SS2屏幕1 1、现象：、现象：中央为白色亮条纹中央为白色亮条纹明暗相间的彩色条纹明暗相间的彩色条纹干涉条纹是以中央亮纹为对称点排列的干涉条纹是以中央亮纹为对称点排列的 三、白光的双缝干涉三、白光的双缝干涉 2 2、解释：、解释：由白光是复色光，各色光的波长不同，各色光所得到由白光是复色光，各

8、色光的波长不同，各色光所得到的干涉图样中，相邻两条亮纹（或暗纹）间的距离也的干涉图样中，相邻两条亮纹（或暗纹）间的距离也不同，各色光干涉后的条纹相叠加，在中央白色亮纹不同，各色光干涉后的条纹相叠加，在中央白色亮纹两边出现彩色条纹。两边出现彩色条纹。 四、薄膜干涉四、薄膜干涉 1、单色光、单色光 实验：观察黄光的实验：观察黄光的薄膜干涉薄膜干涉现象：薄膜两表面反射的光互相叠加而成的明暗条纹,条纹是水平排列. 让一束光经薄膜让一束光经薄膜的两个表面反射后，的两个表面反射后，形成的两束反射光形成的两束反射光产生的干涉现象叫产生的干涉现象叫薄膜干涉薄膜干涉解释：解释：薄膜两表面反射的光互相薄膜两表面反

9、射的光互相叠加而成的。竖立的肥皂膜在重叠加而成的。竖立的肥皂膜在重力的作用下形成上薄下厚的楔形，力的作用下形成上薄下厚的楔形，当光照在薄膜上时，从膜的前后当光照在薄膜上时，从膜的前后表面各反射回一列光波，这两列表面各反射回一列光波，这两列波即是频率相同的相干光波，由波即是频率相同的相干光波，由于薄膜的厚度不同，这两列光波于薄膜的厚度不同，这两列光波的路程差不同。当路程差为光波的路程差不同。当路程差为光波波长的整数倍时，则为波峰与波波长的整数倍时，则为波峰与波峰相遇，波谷与波谷相遇，使光峰相遇，波谷与波谷相遇，使光波的振动加强，形成亮条纹；当波的振动加强，形成亮条纹；当光波的路程差为半波长的奇数

10、倍光波的路程差为半波长的奇数倍时，则波峰与波谷相遇，光波的时，则波峰与波谷相遇，光波的振动减弱，形成暗条纹振动减弱，形成暗条纹 2 2、白色（、白色（复色复色）光的薄膜干涉）光的薄膜干涉现象：明暗相间的彩色条纹现象：明暗相间的彩色条纹解释：解释：由于白光是复色光，各色光的波长不同，各色由于白光是复色光，各色光的波长不同，各色光都发生薄膜干涉，但不同颜色的光在不同的位置相互光都发生薄膜干涉，但不同颜色的光在不同的位置相互加强，所以看起来肥皂泡是彩色的。加强，所以看起来肥皂泡是彩色的。其它：路面上飘浮的油膜上的彩色条纹；蝴蝶等昆虫其它：路面上飘浮的油膜上的彩色条纹；蝴蝶等昆虫翅膀上的彩色花纹等都是

11、薄膜干涉。翅膀上的彩色花纹等都是薄膜干涉。1.白光的薄膜干涉条纹白光的薄膜干涉条纹彩色条纹彩色条纹2.水面上的油膜呈彩色水面上的油膜呈彩色3.3.牛顿环（演示）牛顿环（演示）薄膜干涉的应用（一）薄膜干涉的应用（一）检查表面的平整程度检查表面的平整程度取一个透明的标准样板，放在待检查的部件表面并在一端垫一薄片，使样板的平面取一个透明的标准样板，放在待检查的部件表面并在一端垫一薄片，使样板的平面与被检查的平面间形成一个楔形空气膜，用单色光从上面照射，入射光从空气层的与被检查的平面间形成一个楔形空气膜，用单色光从上面照射，入射光从空气层的上下表面反射出两列光形成相干光，从反射光中就会看到干涉条纹上下

12、表面反射出两列光形成相干光，从反射光中就会看到干涉条纹标准样板标准样板待检部件待检部件空气薄层空气薄层楔性空气薄层楔性空气薄层2223如果被检表面是平的，产生的干涉条纹就是平行的如果被检表面是平的，产生的干涉条纹就是平行的, ,如图（如图（b b）所示；）所示；如果观察到的干涉条纹如图（如果观察到的干涉条纹如图（c c）所示，则表示被检测表面微有凸起或凹下，）所示，则表示被检测表面微有凸起或凹下，这些凸起或凹下的地方的干涉条纹就弯曲。从弯曲的程度就可以了解被测表这些凸起或凹下的地方的干涉条纹就弯曲。从弯曲的程度就可以了解被测表面的平整情况。这种测量精度可达面的平整情况。这种测量精度可达1010

13、-6-6cmcm。(a) (b) (c) 单色光单色光标准样板标准样板薄片薄片被检测平面被检测平面注：薄片厚度一般仅为零点零几毫米左右，只相当于一张纸片的厚度注：薄片厚度一般仅为零点零几毫米左右，只相当于一张纸片的厚度薄膜干涉的应用（一）薄膜干涉的应用（一）检查表面的平整程度检查表面的平整程度薄膜干涉的应用薄膜干涉的应用（二）（二）增透膜增透膜镀层镀层薄膜薄膜在透镜或棱镜的表面上涂上一层薄膜在透镜或棱镜的表面上涂上一层薄膜( (一般用氟化镁一般用氟化镁) )。当薄膜的厚度适当时，。当薄膜的厚度适当时，在薄膜的两个表面上反射路程度恰好等于半个波长，因而互相抵消，这就大大在薄膜的两个表面上反射路程

14、度恰好等于半个波长，因而互相抵消，这就大大减小光的反射损失，增强了透射光的强度，这种薄膜叫减小光的反射损失，增强了透射光的强度，这种薄膜叫增透膜增透膜。增透膜增透膜由能量守恒可知，入射光总强度由能量守恒可知，入射光总强度=反射光总强度反射光总强度+透射光总强度。透射光总强度。 光的强度由光的振幅决定。当光的强度由光的振幅决定。当满足增透膜厚度满足增透膜厚度d=d=介介/4/4时，两束反时，两束反射光恰好实现波峰与波谷相叠加，射光恰好实现波峰与波谷相叠加，实现干涉相消，使其合振幅接近于实现干涉相消，使其合振幅接近于零，即反射光的总强度接近于零，零，即反射光的总强度接近于零，从总效果上看，相当于光

15、几乎不发从总效果上看，相当于光几乎不发生反射而透过薄膜，因而大大减少生反射而透过薄膜，因而大大减少了光的反射损失，增强了透射光的了光的反射损失，增强了透射光的强度。强度。 1、增透的条件是什么？即镀层薄膜的厚度至少多大？、增透的条件是什么？即镀层薄膜的厚度至少多大？2、是否对所有颜色的光都有增透的作用？、是否对所有颜色的光都有增透的作用？薄膜的厚度至少是入射光在薄膜的厚度至少是入射光在薄膜薄膜中波长的中波长的1/41/4。（why?why?） 因为人眼对绿光最敏感，所以一般增因为人眼对绿光最敏感，所以一般增强绿光的透射，即强绿光的透射，即薄膜的厚度是绿光薄膜的厚度是绿光在薄膜中波长的在薄膜中波

16、长的1/41/4。由于其它色光不。由于其它色光不能被有效透射，故反射较强，这样的能被有效透射，故反射较强，这样的镜头呈淡紫色。镜头呈淡紫色。薄膜干涉的应用（一）薄膜干涉的应用（一）检查表面的平整程度检查表面的平整程度为什么一般的照相机的镜头成淡紫色？为什么一般的照相机的镜头成淡紫色？ 增透膜只对人眼或感光胶片上最敏感的绿光增透膜只对人眼或感光胶片上最敏感的绿光起增透作用。当白光照到起增透作用。当白光照到(垂直垂直)增透膜上，绿增透膜上，绿光产生相消干涉，反射光中绿光的强度几乎是光产生相消干涉，反射光中绿光的强度几乎是零。这时其他波长的光零。这时其他波长的光(如红光和紫光如红光和紫光)并没有并没

17、有被完全抵消。因此，增透膜呈绿光的互补色被完全抵消。因此，增透膜呈绿光的互补色淡紫色。淡紫色。 1 1、下列现象属于薄膜干涉的有、下列现象属于薄膜干涉的有: : （ ）A.A.在水面上的油膜呈现的彩色花纹在水面上的油膜呈现的彩色花纹; ; B.B.雨后天空中呈现的彩虹雨后天空中呈现的彩虹; ;C.C.阳光下通过三棱镜得到的彩色条纹阳光下通过三棱镜得到的彩色条纹D.D.肥皂泡上呈现的彩色环纹。肥皂泡上呈现的彩色环纹。练习练习AD 返回返回2 2、用单色光照射肥皂薄膜、用单色光照射肥皂薄膜: :（ ）A.A.看到的干涉图样是明暗相间的条纹看到的干涉图样是明暗相间的条纹; ;B.B.从光源发出的光与

18、肥皂膜表面反射的光发从光源发出的光与肥皂膜表面反射的光发 生干涉生干涉, ,形成干涉图样。形成干涉图样。C.C.一束入射光从薄膜的前表面和后表面分别一束入射光从薄膜的前表面和后表面分别 反射出来反射出来, ,形成两列波形成两列波, ,这两列波频率相同这两列波频率相同, , 所以可以产生干涉所以可以产生干涉; ;D.D.若改用白光照射则看不到干涉条纹。若改用白光照射则看不到干涉条纹。AC3 3、如图所示为一显示薄膜干涉、如图所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置，现象的实验装置，P P是附有肥皂是附有肥皂膜的铁丝圈，膜的铁丝圈，S S是一点燃的酒精是一点燃的酒精灯。往火焰上洒些盐后，在肥灯。往火焰上

19、洒些盐后，在肥皂膜上观察到的干涉图象应是皂膜上观察到的干涉图象应是下图中的（下图中的（ ）AB4 4、如右图是用干涉法检查某种厚玻璃的上表、如右图是用干涉法检查某种厚玻璃的上表面是否平的装置，所用单色光是用面是否平的装置，所用单色光是用普通光源加普通光源加滤光片滤光片产生的，检查中所观察到的干涉条纹是产生的，检查中所观察到的干涉条纹是由哪两个表面反射的光叠加而成的由哪两个表面反射的光叠加而成的( )( )A Aa a的上表面和的上表面和b b的下表面的下表面B Ba a的上表面和的上表面和b b的上表面的上表面C Ca a的下表面和的下表面和b b的上表面的上表面D Da a的下表面和的下表面

20、和b b的下表面的下表面5 5、劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图、劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图1 1所示。将一块平板玻璃放置在另一平板所示。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。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当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图2 2所示。干涉条纹有如下特点：所示。干涉条纹有如下特点：任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；任意相邻明条纹或暗条任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；任意相邻明条纹或暗

21、条纹所对应的薄膜厚度差恒定。现若在图纹所对应的薄膜厚度差恒定。现若在图1 1装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到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将（新的劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹将（ ） A.A.变疏变疏 B. B.变密变密 C. C.不变不变 D. D.消失消失6 6、有关光学仪器上镜头的增透膜，下列说法正确的是：（）、有关光学仪器上镜头的增透膜，下列说法正确的是：（）A A增透膜是为了减少光的反射损失而增强透光的强度；增透膜是为了减少光的反射损失而增强透光的强度；B B增透膜的厚度等于入射光在真空中波长的增透膜的厚度等于入射光在

22、真空中波长的/4；C C增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波长的增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波长的/4；D D因为增透膜厚度一般选适合绿光反射相互抵消的厚度，红光紫光反射不能完全抵因为增透膜厚度一般选适合绿光反射相互抵消的厚度，红光紫光反射不能完全抵消的厚度，所以涂有增透膜的镜头呈淡紫色。消的厚度，所以涂有增透膜的镜头呈淡紫色。7 7、将波长为、将波长为的单色光从空气垂直入射到折射率的单色光从空气垂直入射到折射率为为n n的透明介质膜上，要使透射光得到加强，薄膜的透明介质膜上，要使透射光得到加强，薄膜的厚度最少应为（的厚度最少应为（ ）A A，/4n/4n； B B，/2n/2n； C C，/4/4； D D，/2/2课堂小结课堂小结 1 1、棱镜、棱镜2 2、光的色散、光的色散3 3、白光的干涉、白光的干涉4 4、薄膜干涉、薄膜干涉激光 1. 1. 物体发光的微观机理：物体发光的微观机理： 物质中的原子受