2022版高中物理第十三章7光的颜色色散8激光课件新人教版选修3-4

7光的颜色色散8激光[学习目标]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.能说明薄膜干预条纹的特点,能解释薄膜干预的成因.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.课前预习

感悟新知教材探究知识点一光的颜色与色散[问题导学]用单色光做双缝干预实验时,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?用白光做双缝干预实验时光屏上出现了彩色条纹,这又说明什么?[知识梳理]1.光的颜色与波长:双缝干预实验中,各种颜色的光条纹间距不一样,这说明不同颜色的光,不同.2.白光的组成:白光干预时,条纹是的,这说明白光是由________组成的.(1)光的色散:含有多种颜色的光被分解为的现象.(2)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.波长彩色多种色光单色光波长知识点二薄膜干预中的色散[问题导学]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.把这层液膜当做一个平面镜,用它观察灯焰的像如下图.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?答案: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.[知识梳理]1.薄膜干预的成因:竖直放置的肥皂薄膜受到的作用,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,光波叠加后相互加强,于是出现;在另一些位置,叠加后相互削弱,出现了.2.薄膜干预的应用:用检查平面的平整程度.重力亮条纹暗条纹干预法知识点三折射时的色散[问题导学]光线通过棱镜,传播方向的改变有何特点?白光经过棱镜发生色散,那么棱镜对各种色光的折射情况有何规律?说明了什么问题?答案:光线通过棱镜后向底面偏折;棱镜对红、橙、黄、绿、青、蓝、紫光的折射程度逐渐增大;说明介质对不同色光的折射率不同,介质对红、橙、黄、绿、青、蓝、紫光的折射率依次变大.[知识梳理]1.偏折角:如下图中的θ为光通过棱镜后的偏折角,光的偏折角越大,棱镜对光的偏折程度.越大2.白光通过棱镜时的色散(1)光谱:如下图,由上到下的色光顺序为、橙、、、、蓝、紫.(2)结论:白光色散时,的偏折角最小,偏折角最大.这说明同种物质对波长不同的光的折射率不一样,波长越短,折射率.(3)波长与波速关系:在同一种介质中,光的波长越短,波速.红黄绿青红光紫光越大越慢知识点四激光[问题导学]激光作为一种人造光源在科研、通信、工业生产、军事科技等领域都有着广泛应用,如激光干预仪、激光测距、激光炮(如下图)等.激光的应用如此广泛,激光到底具有哪些特性?答案:相干性强、平行度好、亮度高.[知识梳理]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,是人工产生的相干光,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精确测距;读取光盘上记录的信息等高亮度它可以在很小的

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”、激发核反应等一样恒定一致平行度空间时间能量(1)普通照相技术所记录的只是光波的

信息,而全息照相技术还可以记录光波的

信息.(2)全息照片的拍摄利用了光的

原理,这就要求参考光和物光有很高的

.

符合这个要求.强弱相位干预相干性激光思考判断1.白光通过玻璃棱镜发生色散时,偏折角越大的色光,说明介质对其折射率越大.(

)2.不同颜色的光波长不同,光的颜色由波长决定.(

)3.同一种介质里,波长越长的光波,波速越快.(

)4.激光是相干光,可以像无线电波一样被调制,传递信息.(

)5.白光光谱按照波长由小到大的顺序是红橙黄绿青蓝紫.(

)6.全息照相利用了激光的衍射原理.(

)√×√√××要点一色散的理解课堂探究突破要点(1)如下图,实验说明,白光色散时,红光的偏折角最小,紫光的偏折角最大.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❶.(3)白光经过三棱镜后,在光屏上呈现七色光带;假设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.状元心得❷各种色光的波长,由长到短的顺序依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫.在频率方面,按照由低到高的顺序依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫.D解析:可见光中红光波长最长,折射率最小,折射程度最小,所以a为红光,而紫光折射率最大,所以d为紫光.方法总结(1)光的频率(颜色)由光源决定,与介质无关,光的波长、波速与介质有关,各种色光在真空中传播的速度都为c=3×108m/s.[针对训练1]如图,半圆形玻璃砖置于光屏PQ的左下方.一束白光沿半径方向从A点射入玻璃砖,在O点发生反射和折射,折射光在光屏上呈现七色光带.假设入射点由A向B缓慢移动,并保持白光沿半径方向入射到O点,观察到各色光在光屏上陆续消失.在光带未完全消失之前,反射光的强度变化以及光屏上最先消失的光分别是()A.减弱,紫光 B.减弱,红光C.增强,紫光 D.增强,红光解析:由于入射点由A向B缓慢移动,入射角增大,因此反射光增强,折射光减弱,A,B错;紫光折射率大,临界角小,因此在光屏上最先消失的是紫光,C对,D错.C要点二薄膜干预及应用1.薄膜干预的形成:入射光经薄膜某外表反射后得第一束光,折射光经薄膜另一外表反射,又经该外表折射后得第二束光,这两束光在薄膜的同侧,由同一入射光形成,是相干光❶,当薄膜厚度不同时,那么会形成薄膜干预.2.用干预法检查平面平整度: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,得到的干预图样必是等间距的.如果被测外表某处凹下,那么对应亮条纹(或暗条纹)出现位置偏左,如图(乙)中P条纹所示;如果某处凸起来,那么对应条纹出现位置偏右,如图(乙)中Q所示.(1)为了减少光学装置中的反射光的损失,可在元件外表涂一层透明薄膜,一般是氟化镁.(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,但红、紫光的反射最强,所以增透膜一般呈现淡紫色.状元心得❶明暗条纹的形成:1)由薄膜的两外表的反射光叠加形成明暗相间条纹.2)假设两外表的反射光的路程差满足膜中波长的整数倍时,该处出现亮纹;满足膜中半波长的奇数倍时,该处出现暗纹.❷对“增透〞的理解:经增透膜两外表反射的两束光相互抵消,可以消除反射光,相当于增强了入射光.考察角度1:薄膜干预的理解[例2](多项选择)把一个平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上,一端用薄片垫起,构成空气劈尖,让单色光从上方射入(如图),这时可以看到明暗相间的条纹,下面关于条纹的说法中正确的选项是()A.将薄片向着劈尖方向移动使劈角变大时,条纹变疏B.将上玻璃板平行上移,条纹远离劈尖方向移动C.将上玻璃板平行上移,条纹向着劈尖方向移动D.将薄片远离劈尖方向移动使劈角变小时,条纹变疏CD解析:劈角变小时,由于形成亮条纹(或暗条纹)的两束光间的路程差恒定,当倾角变小后形成该路程差的水平距离变大,如下图,因此干预条纹变疏,选项A错误,D正确;将上玻璃板平行上移,路程差变大,条纹向着劈尖方向移动,选项B错误,C正确.B[针对训练2]以下四幅图中,有1幅与其余3幅反映的光学原理不同,这幅图是()D解析:增透膜是利用光的干预原理;用标准平面检查光学平面的平整程度是利用光的薄膜干预现象;C选项为双缝干预;D选项为单缝衍射,故D正确.要点三激光及应用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、偏振方向均一样,两列一样激光相遇可以发生干预.激光是人工产生的光.2.激光的特点及应用(1)相干性好.所谓相干性好,是指容易产生干预现象.激光器发出的激光的频率几乎是单一的,并且满足其他的相干条件.所以,我们做双缝干预实验时,无需在双缝前放一个单缝,而是用激光直接照射双缝,就能得到既明亮又清晰的干预条纹.由于激光是相干光,所以它具有易于调制的特点,可用来传递信息.光纤通信就是激光和光导纤维相结合的产物.(2)平行度非常好.与普通光相比,传播一样的距离激光束的扩散程度小,光线仍能保持一定的强度,保持它的高能量,利用这一点可以准确测距.现在利用激光测量地月距离准确度已到达1m.激光还被用来读取DVD,CD光盘等记录的信息.(3)亮度非常高.它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量,如果把强大的激光束会聚起来,可使物体被照局部在不到千分之一秒的时间内产生几千万摄氏度的高温.因此,利用激光束来切割、焊接以及在很硬的材料上打孔,医学上用激光做“光刀〞,也可焊接脱落的视网膜,利用激光产生的高压引起核聚变等.[例4]让激光照到VCD机、CD机或计算机的光盘上,就可以读出光盘上记录的信息经过处理后复原成声音和图象,这是利用激光的()A.平行度好,可以会聚到很小的一点上B.相干性好,可以很容易形成干预图样C.亮度高,可以在很短时间内集中很大的能量D.波长短,很容易发生明显的衍射现象A解析:激光的特点之一是平行度好,它可以会聚到一个很小的点上,DVD,

VCD,CD唱机或电脑上的光驱及刻录设备就利用了激光的这一特点,选项A正确,B,C,D错误.误区警示激光是很好的相干光源,但不同的激光频率不同,因此,不同的激光不能产生干预现象.[针对训练3](多项选择)以下说法正确的选项是()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〞可以有效地减少细菌的感染D.激光可用于全息照相,有独特的特点ACD解析:激光平行度好,即使在传播了很远的距离之后,它仍保持一定的强度,此特点可用于激光测距,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、激光美容、激光武器等,B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.随堂演练检测效果1.光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用,以下说法正确的选项是()A.太阳光通过三棱镜形成彩色图样,这是光的衍射现象B.“3D电影〞是应用了光的干预原理C.用标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象D.光学镜头上的增透膜是利用光的干预现象D解析:用三棱镜观察太阳光看到的彩色图样是利用光发生折射而形成色散现象,故A错误;“3D电影〞是应用了光的偏振原理,故B错误;检查光学平面的平整程度是利用光的干预现象,故C错误;光学镜头上的增透膜是利用光的干预现象,故D正确.2.用如下图的实验装置观察光的薄膜干预现象.图(a)是点燃的酒精灯(在灯芯上撒些盐),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°时干预条纹同方向旋转30°B.当金属丝圈旋转45°时干预条纹同方向旋转90°C.当金属丝圈旋转60°时干预条纹同方向旋转30°D.干预条纹保持原来状态不变D解析:金属丝圈的转动,改变不了肥皂液薄膜上薄下厚的形状,由干预原理可知干预条纹与金属丝圈在该竖直平面内的转动无关,仍然是水平的干预条纹,A,B,C错误,D正确.3.两个完全一样的等腰三棱镜如图放置,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,那么出射光线是()A.一束白光 B.白光带C.散射彩色带 D.平行彩色带D解析:两个三角形等效于一个平行四边形,出射光线与入射光线平行,但是不同色光,折射率不同,侧移量不同,所以是平行彩色带.故D正确.4.如下图,OBCD为半圆柱体玻璃的横截面,OD为直径,一束由红光和蓝光组成的光从真空沿AO方向从直径面斜射入玻璃,B,C两点为两单色光的射出点.从B点射出的单色光由O到B的传播时间为tB,从C点射出的单色光由O到C的传播时间为tC,那么()光线为红光,tB=tC光线为红光,tB=tC光线为红光,tB>tC光线为红光,tB<tCA[错题分析]——对薄膜干预的理解有误核心素养提升(教师备用)学长经历分享劈尖干预是一种薄膜干预,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,从而在两玻璃外表之间形成一个劈形空气薄膜.当光竖直入射后,从上往下看到的干预条纹如图(乙)所示.干预条纹有如下特点:(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.现假设在图(甲)装置中抽去一张纸片,那么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预