2019高中物理第十三章第78节光颜色色散激光讲义(含解析)新人教版

光的颜色色散激光一、光的颜色与色散┄┄┄┄┄┄┄┄①1．观点光的色散：含有多种颜色的光被分解为单色光的现象。光的颜色与波长：不同颜色的光，波长不同。光谱：含有多种颜色的光被分解后，各样色光按其波长的有序摆列。2．常有的三种色散薄膜干预中的色散①薄膜干预中相关光的获取光照耀到薄膜上，在薄膜的前后两个面反射的光是由同一列光波分解而成的，它们拥有同样的频次，恒定的相位差及同样的振动方向；②薄膜干预的原理光照在厚度不同的薄膜上时，在薄膜的不同地点，前后两个面的反射光的行程差不同，在某些地点两列波叠加后相互增强，于是出现亮条纹；在另一些地点，两列波叠加后相互削弱，于是出现暗条纹。衍射时的色散用白光进行衍射实验时，获取的是彩色条纹，这是因为白光中包括各样颜色的光，衍射时不同色光的亮条纹的地点不同。(3)折射时的色散①倾向角：光经过棱镜后向它的横截面的底边方向偏折，以下图中的角，光的倾向角越大，棱镜对光的偏折程度越大；

θ为光的倾向②白光经过棱镜时的色散a．一束白光经过三棱镜后形成以下图的光谱，由上到下的色光次序为：红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。它说理解光是由这七种色光构成的复色光；b．结论：白光色散时，红光的倾向角最小，紫光的倾向角最大。这说明透明物质对波长不同的光的折射率不同样，波长越短，折射率越大；c．不同色光在同种介质中有以下关系：f越大，λ越小，n越大，v越小，θ越大；f越小，λ越大，n越小，v越大，θ越小。[说明]色散现象表示：白光是由各样单色光构成的复色光。光的颜色由光的频次决定。光由一种介质进入另一种介质时，光的颜色不变，光速改变，波长改变。①[选一选]光的颜色取决于()A．波长B．频次C．流传速度C．折射率分析：选B光的频次决定光的颜色，光在流传的过程中频次不变，即颜色不变。二、激光┄┄┄┄┄┄┄┄②1．激光的性质及应用性质应用激光拥有频次同样、相位差恒定、相关性偏振方向一致的特色，是人工产生光纤通讯的相关光，拥有高度的相关性平行度激光的平行度特别好，流传很远的精准的测距；读取光盘上记录的信距离还能保持必定的强度息等高亮度它能够在很小的空间和很短的时用激光束切割、焊接，医学上能够间内集中很大的能量用激光做“光刀”，激发核反响等全息照相与一般照相技术的比较：一般照相技术所记录的不过光波的强弱信息，而全息照相技术还记录了光波的相位信息。原理：全息照相的拍摄利用了光的干预原理，使参照光和物光在底片上相遇，发生干预，形成复杂的干预条纹，这要求参照光和物光一定拥有很高的相关性。察看全息照片刻要用激光束照耀照片，从另一侧面察看。[注意]激光是很好的相关光源，但不同颜色的激光频次不同，所以，不同颜色的激光不可以产生干预现象。②[判一判]1．激光用于光纤通讯是利用了它高亮度的特色(×)2．激光可用做“光刀”来切开皮肤，是利用了激光的相关性好(×)3．全息照相技术只好记录光波的强弱信息(×)对光的颜色的理解不同颜色的光，波长不同，频次不同，而同种颜色的光在不同的介质中折射率不同，速度和波长均不同样，但频次同样，所以说光的颜色是由频次决定的，而不是由波长决定的。2．各样色光特征的比较特征红橙黄绿青蓝紫频次小→大相对同一介质的折射率小→大经三棱镜折射时的倾向角小→大波长长→短在同一介质中的波速大→小双缝干预的条纹间距大→小薄膜干预的条纹间距大→小[

典型例题

]例1.以下图，一束白光从顶角为

θ的三棱镜的一个侧面

AB以较大的入射角

i

入射，经过三棱镜后，在

P上可获取彩色光带，

当入射角渐渐减小到零的过程中，

若屏上的彩色光带先后所有消逝，则

(

)A．红光最初消逝，紫光最后消逝B．紫光最初消逝，红光最后消逝C．紫光最初消逝，黄光最后消逝D．红光最初消逝，黄光最后消逝[分析]依题意作出白光经过三棱镜的光路图，以下图。能够看出紫光的偏折程度最大，由全反射临界角公式

sin

1C＝n知，紫光的临界角最小，所以紫光必定第一在

AC界面上发生全反射而从光屏上消逝。由以上剖析可知屏上彩色光带紫光最初消逝，后边挨次是蓝、青、绿、黄、橙、红光。故

B正确。[答案]

B[评论]解答有关棱镜对光的色散问题，

重点是熟记从红光到紫光的次序及折射率大小，

而后根据不同色光的特征剖析解答。[

即时稳固

]1．红、绿、黄三条入射光芒，分别沿与三棱镜的底面平行的方向射入三棱镜的一个侧面，从三棱镜的另一个侧面射出，且出射光芒交于三棱镜底边延伸线上的三点，三点到三棱镜底边中点的距离分别为x1、x2、x3，则()A．x1＝x2＝x3B．x1<x2<x3C．x1>x2>x3D．x1>x3>x2分析：选D依照色散知识可知，光芒经过三棱镜折射将倾向三棱镜的底边，交于三棱镜底边延伸线上的一点，此点究竟边中点的距离与光芒偏折的角度有关，偏折的角度越大，交点究竟边中点的距离越小。所以，红光出射光芒与底边延伸线的交点距底边中点的距离大于黄光的，黄光的又大于绿光的，应选项D正确。薄膜干预的成因由薄膜的前、后表面的反射光叠加而形成明暗相间的条纹。若换用白光，将获取彩色条纹。2．竖放肥皂膜的干预现象白光照耀图样是彩色的：竖直搁置的肥皂液膜，因重力的作用，上边薄、下边厚，因为不同颜色的光的波长不同，以前后两个表面反射的光，在不同的地点相互增强，换句话说，不同颜色的光对应亮条纹的地点不同，不可以完整重合，所以看起来是彩色的。条纹是水平方向的：因为在同一水平高度处，薄膜的厚度同样，以前后两表面反射的光的行程差均同样，假如此时两反射光相互增强，则此高度水平方向各处均增强，所以，明暗相间的干预条纹为水平方向。3．薄膜干预的应用用干预法检查平面平坦度如图甲所示，两板之间形成一层空气膜，用单色光从上向下照耀，假如被检测平面是光滑的，获取的干预图样必是等间距的。假如被测表面某处凹下，则对应亮条纹(或暗条纹)提早出现，如图乙中P条纹所示；假如某处突出来，则对应条纹延后出现，如图乙中Q所示。(注：“提早”与“延后”不是指在时间上，而是指由左到右的地点次序上)增透膜为了减少光学装置中因光的反射造成的损失，可在元件表面涂一层透明薄膜，一般是氟化镁。以下图，在增透膜的前后表面反射的两列光波形成相关波，相互叠加，当行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，进而使反射的两列光波产生相消干预，反射光的能量几乎等于零。一般取最小厚度d知足2＝λ(此波长为光在该种介质中的波长)，因为白光中含有多2种波长的光，所以增透膜只好使此中一种波长的光相消。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，而其余波长的光并无完整抵消，所以增透膜体现淡紫色。对增透膜的“增透”的理解两束反射光相互抵消，反射光的能量减少，因为总的能量是守恒的，反射光的能量被削弱了，透射光的能量就必定获取增强。增透膜是经过“消反”来保证“增透”的。[

典型例题

]例

2.[

多项选择]如图甲所示，用单色光照耀透明标准板

M来检查平面

N的上表面的光滑情况，察看到的图样如图乙所示的条纹中的

P和

Q的状况，这说明

(

)A．N的上表面A处向上突出B．N的上表面B处向上突出C．N的上表面A处向下凹陷D．N的上表面B处向下凹陷[分析]利用光的薄膜干预来检查平面的状况，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，用单色光从上边照耀，入射光在空气层的上、下表面反射形成的两列光波发生干预。假如被检测的面是平的，那么空气层的厚度同样的各点的干预条纹就在一条直线上。假如被检测平面的某处凹下去了，这时干预条纹就不是直线，在凹处的干预条纹将向楔形膜中薄的一侧曲折。这是因为凹处的两束反射光的行程差变大，它只好与膜厚一些地点的两束反射光的行程差同样而形成同一级的条纹(行程差同样的干预条纹为同一级，一般行程差大的干预条纹级别高，行程差小的干预条纹级别低)，明显凹处的级别增大，将与膜厚一些地点的干预条纹形成同一级其余条纹，故B、C正确。[答案]BC[评论]“矮人行走法”判断被测面的凹凸判断被测平面凹下或突出能够用“矮人行走法”，即把干预条纹当作“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，一直保持脚踏被检板，头顶样板，内行走过程中：若某处有一凹下，他要想过去一定从薄膜的尖端绕过去，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。如图甲所示。若某处有一突出，他要想过去，必从薄膜底部去绕，即条纹某处弯向薄膜底部方向时，该处必为一突出。如图乙所示。[即时稳固]2．以下图是用干预法检查厚玻璃板的上表面能否平坦的装置。所用单色光是用一般光源加滤光片产生的，检查中所察看到的干预条纹是由以下哪两个表面反射的光叠加而成的()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的下表面分析：选C利用薄膜干预检查玻璃表面能否平坦的方法中所说的薄膜在这里指的是标准样板与待测玻璃间的空气膜。单色光在这个空气膜的上下表面的反射光形成相关光，因为膜呈楔形，故产生明暗相间的条纹。若待测厚玻璃板是平的，则产生的条纹是平行的直条纹，不然直条纹发生曲折。C正确。激光的产生激光是原子受激辐射产生的光，发光的方向、频次、偏振方向均同样，两列同样激光相遇能够发生干预。2．激光的特色激光是人工产生的相关光，其单色性好，相关性好。激光的频次单调，相关性特别好，颜色特别纯。用激光做衍射、干预实验，成效很好。激光的平行度好。从激光器发出的激光拥有极好的平行性，几乎是一束方向不变、发散角很小的平行光。流传几千米后，激光斑扩展范围可是几厘米，而探照灯的光束能扩展到几十米范围。亮度高。激光能够在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量。3．激光的应用光纤通讯；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；可控聚变反响中的应用。[

典型例题

]例3.[多项选择]对于激光，以下说法正确的选项是

(

)A．激光是用人工方法激发出的一种特别的光B．自然界中某些天然物体也能够发出激光C．激光能够像刀子同样切除肿瘤D．因为激光的方向性好，所以激光不可以发生衍射现象[分析]

激光是用人工方法激发出的一种特别的光，

A项正确，

B项错误；激光拥有方向性好、亮度高、强度大等特色，能够像刀子同样切除肿瘤，假如波就能发生衍射现象，D项错误。[答案]AC

C项正确；激光是一种波，只[即时稳固]3．[多项选择]以下说法中正确的选项是()A．全息照片的拍摄利用了光的干预原理B．自然光也能够拍摄全息照片C．全息照相过程中，只有一部分光照耀究竟片上D．全息照相过程中，有两部分光照耀究竟片上分析：选AD自然光不是相关光，所以不可以用来拍摄全息照片。全息照相过程中，要把激光分红两部分(参照光和物光)照耀究竟片上发生干预，进而形成全息照片，故A、D正确。1．在演示双缝干预的实验时，常用激光做光源，这主假如应用激光的什么特征()A．亮度高B．平行性好C．单色性好D．颠簸性好分析：选C频次同样的两束光相遇才能发生干预，激光的单色性好，频次单调，经过双缝时能够获取两束相关光，C正确。2．以下图，一束白光经过玻璃棱镜发生色散现象，以下说法正确的选项是()A．红光的偏折角最大，紫光的偏折角最小B．红光的偏折角最小，紫光的偏折角最大C．玻璃对红光的折射率比紫光大D．玻璃中紫光的流传速度比红光大分析：选B依据色散，可知上端是红光，下端是紫光；红光的偏折角最小，紫光的偏c折角最大，

A错误，

B正确；紫光的折射率大于红光的折射率，

C错误；依据

n＝v可知，D错误。3．一个半径较大的透明玻璃球体，若截去其上边的一大多数，而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，以下图，在反射光中看到的是()A．平行的、明暗相间的干预条纹B．环形的、明暗相间的干预条纹C．只好看到同颜色的平行反射光D．一片黑暗分析：选B薄膜干预条纹可看做等厚线，题图中，厚度同样的空气薄膜应是以切点为圆心的一个个圆，故干预条纹应是环形的条纹，又因是单色光照耀，所以是明暗相间的条纹，应选项B正确，A、C、D错误。4．[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，只可用于加工金属资料C．外科研制的“激光刀”能够有效地减少细菌的感染D．激光可用于全息照相，有独到的长处分析：选ACD激光平行度好，即便在流传很远的距离以后，它仍保持必定的强度，此特色可用于激光测距，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；因为激光明度高，能量大，在切割皮肤等的同时，也能杀灭细菌，C正确；激光拥有很高的相关性，可用于全息照相，因为它记录了光的相位信息，所以看起来跟真的同样，立体感较强，

D正确。5．以下图，

OO′是半圆柱形玻璃的对称轴在纸面上的投影。在面内有两细束与

OO′平行且等距的单色光

A和

B，从玻璃砖射出后订交于

OO′下方的

P点，由此可知，

A光的频率比

B光的________(填“大”或“小”

)，

A光在玻璃中的流传速度比

B光在玻璃中的流传速度________(填“大”或“小”

)。c分析：从图中可看出，玻璃对

A光束的折射率大，则

A

光的频次大；由

n＝v可知，A光在玻璃中的流传速度比B光在玻璃中的流传速度小。答案：大小[基础练]一、选择题1．激光拥有相关性好、平行度好、亮度高等特色，在科学技术和平时生活中应用宽泛。下边对于激光的表达正确的选项是()A．激光是纵波B．频次同样的激光在不同介质中的波长同样C．两束频次不同的激光能产生干预现象D．利用激光平行度好的特色能够丈量月球到地球的距离分析：选D全部光都是横波，A错误；依据v＝λf，光在不同介质中的流传速度不同，频次同样，波长不同，B错误；发生干预现象的两束光频次一定同样，C错误；由激光有关知识知，D正确。2．以下图，一束红光和一束蓝光平行入射到三棱镜上，经折射后，汇聚在屏上同一点，若n1和n2分别表示三棱镜对红光和蓝光的折射率，以下判断正确的有()A．n1＜n2，a为蓝光，b为红光B．n1<n2，a为红光，b为蓝光C．n1>n2，a为红光，b为蓝光D．n1>n2，a为蓝光，b为红光分析：选A因为红光的频次低于蓝光的频次，有n1<n2，由题图可知，a为蓝光，b为红光，A正确。3．用白光做双缝干预实验时，获取彩色的干预条纹，以下说法正确的选项是()A．干预图样的中央亮条纹是彩色的B．在凑近中央亮条纹双侧最初出现的是红色条纹C．在凑近中央亮条纹双侧最初出现的是紫色条纹D．在凑近中央亮条纹双侧最初出现的彩色条纹的颜色与双缝间距离有关分析：选C白光是各样不同色光构成的复色光，光屏中央到两狭缝距离相等，各色光经双缝抵达光屏中央的行程差为零，在光屏中央均出现亮条纹，各色收复合成白光，所以中l央亮条纹为白色。由x＝λ可知，不同色光的干预条纹间距x随波长的增大而增大，d紫光的波长最短，所以凑近中央亮纹双侧最初出现的是紫色条纹，故C正确。4．劈尖干预是一种薄膜干预，其装置如图甲所示，将一块平板玻璃搁置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，进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，从上往下看到的干预条纹如图乙所示。干预条纹有以下特色：一是随意一条明条纹或暗条纹所在地点下边的薄膜厚度相等；二是随意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定。现若在图中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预条纹()A．变疏B．变密C．不变D．消逝分析：选A干预条纹是由空气薄膜的上下两个表面反射的光芒叠加而成的，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)一定变疏才能切合所在地点下边对应的薄膜厚度差跟原来同样，A正确。二、非选择题5．为了减少光在透镜表面因为反射带来的损失，可在透镜表面涂上一层增透膜，一般用折射率为1.38的氟化镁，为了使在真空中波长为5.52×10－7m的绿光在垂直表面入射时使反射光干预相消，求所涂的这类增透膜的厚度。分析：因为人眼对绿光最敏感，所以往常所用的光学仪器其镜头表面所涂的增透膜的厚1度只使反射的绿光干预相抵消，但薄膜的厚度不宜过大，使其厚度为绿光在膜中波长的4，使绿光在增透膜的前后两个表面上的反射光相互抵消，而光从真空进入某种介质后，其波长会发生变化。若绿光在真空中波长为λ，在增透膜中的波长为λ，0由折射率与光速的关系和光速与波长及频次的关系得cλ0fn＝v＝λf，λ0得λ＝n那么增透膜厚度1λ05.52×10－7－7h＝4λ＝4n＝4×1.38m＝1×10m－7答案：1×10m[提能练]一、选择题1．[多项选择](2016·杭州高二检测)以下图，截面为ABC的玻璃直角三棱镜搁置在空气中，宽度均为d的紫、红两束光垂直照耀三棱镜的一个直角边AB，在三棱镜的另一侧搁置一平行于AB边的光屏(图中未画出)，屏的距离远近可调，在屏上出现紫、红两条光带，可能是()A．紫色光带在上，红色光带在下，紫色光带较宽B．紫色光带在下，红色光带在上，紫色光带较宽C．红色光带在上，紫色光带在下，红色光带较宽D．红色光带在下，紫色光带在上，红色光带较宽分析：选CD因为玻璃对紫光的折射率大于对红光的折射率，故紫光和红光经过棱镜后光路以下图。在光屏由近及远挪动过程中，可能是红色光带在上，紫色光带在下，也可能是红色光带在下，紫色光带在上，但红色光带一直较宽，应选项

C、D正确，选项

A、B错误。2．以下图，半圆柱形玻璃砖置于光屏

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，折射光在光屏上体现七色光带。

若入射点由

A向

B迟缓移动，并保持白光沿半径方向入射到O点，察看到各色光在光屏上陆续消逝。在光带未完整消失以前，反射光的强度变化以及光屏上最初消逝的光分别是()A．减弱，红光B．增强，红光C．减弱，紫光D．增强，紫光分析：选D频次越高的光，介质对它的折射率就越大，在可见光中从红光到紫光频次愈来愈大，故玻璃对它们的折射率愈来愈大，再由＝1知，折射率越大，临界角越小，nsinC所以紫光的临界角最小，从玻璃进入空气，在入射点从A向B挪动的过程中，入射角渐渐增大，紫光先消逝，跟着折射光芒的消逝，反射光愈来愈强，D正确，A、B、C错误。3．雨后太阳光入射到水滴中发生色散而形成彩虹。设水滴是球形的，图中的圆代表水滴过球心的截面，入射光芒在过此截面的平面内，、、、d代表四条不同颜色的出射光abc线，则它们可能挨次是()A．紫光、黄光、蓝光和红光B．紫光、蓝光、黄光和红光C．红光、蓝光、黄光和紫光D．红光、黄光、蓝光和紫光分析：选B作出a、b、c、d四条光芒第一次折射时的法线，以下图，可知其折射率大小关系为na>nb>nc>nd，则它们可能挨次是紫光、蓝光、黄光和红光，B正确。4．以下图为半圆形的玻璃砖，

C为

AB