高中物理人教版选修34教学案第十三章第78节光的颜色色散激光

第7、8节光的颜色—色散—激光

1.光的颜色由频率打算，不同颜色的光波长不同。

2.含有多种颜色的光被分解为单色光的现象叫做光的色散，这些

关单色光按波长的有序排列就是光谱。

3.能使光色散的方法有：（1）薄膜干预色散；（2）衍射色散；（3）折

键射色散。

4.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

语

短，波速越慢。

句5.激光是人工产生的，具有相干性好、平行度好、亮度高的特点。

I__.

・蚯朝”加攸由课前自主学习，基稳才能楼高

一、光的颜色色散

1.光的颜色与波长：不同颜色的光，波长不同。

氏।

图13-7-1

2.光的色散：含有多种颜色的光被分解为单鱼龙的现象。如图13-7-1。

3.光谱：含有多种颜色的光被分解后，各种色光按其波氏的有序排列。

4.几种色散现象

（1）薄膜干预中的色散

①薄膜干预中相干光的获得

光照耀到薄膜上，在薄膜的前后两个面反射的光是由同一个实际的光源分解而成的，

它们具有相同的频率，恒定的相位差。

②薄膜干预的原理

光照在厚度不同的薄膜上时，在薄膜的不同位置，前后两个面的反射光的路程差不同,

在某些位置两列波叠加后相互加强，于是消失亮条纹;在另一些位置，两列波相遇后被相

互减弱，于是消失暗条纹。

（2）衍射时的色散

用白光做衍射试验时，得到的条纹是彩色的。这是由于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。

⑶折射时的色散

如图13-7-2说明白光通过棱镜折射后，由上到下的色光挨次为：红、橙、黄、绿、青、

蓝、紫，这说明白光是由土鱼光组成的。

5.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。

二'激光

1.激光的特点及应用

特点性质应用

激光具有频率单一、相位差恒定、偏振

相干性方向相同的特点，是人工产生的相干光纤通信

光，具有高度的相干性

激光的平行度特别好,传播很远的距离

平行度精确的测距；读取光盘上记录的信息等

仍能保持肯定的强度

它可以在很小的范围和很短的时间内用激光束切割、焊接，医学上可以用激

高亮度

集中很大的能量光做“光刀”，激发核反响等

2.全息照相

(1)与一般照相技术的比拟：一般照相技术所记录的只是光波的强弱信息，而全息照相

技术还记录了光波的相位信息。

(2)原理：全息照相的拍摄利用了光的王预原理，使参考光和物光在底片上相遇,发生

干预，形成简单的干预条纹。这要求参考光和物光必需具有很高的相王性。

(3)观看全息照片时要用激光照耀照片，从另一侧面观看。

1.自主思索一判一判

(1)色散现象说明白光是复色光。(J)

(2)单色光通过棱镜后也能发生色散。(X)

(3)某单色光在不同介质中传播时间的频率、波长均不同。(X)

(4)激光可以进行光纤通信是利用了相干性好的特点。(J)

⑸激光可用做“光刀"来切开皮肤是利用激光的相干性好。(X)

(6)全息照相技术只能记录光波的强弱信息。(X)

2.合作探究——议一议

⑴雨后天空消失的彩虹是怎样形成的？

提示：由于光的折射发生了色散现象形成的。

(2)利用激光测量地球到月球的距离，应用了激光哪方面的性质?

提示：应用了“平行度”特别好的性质。

课堂讲练设计，举一能通类题

考点一对光的色散的理解

@通知识

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13-7-3

所示，试验说明，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。

图13-7-3

(2)由于介质中的光速。=今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。紫〈。蓝〈…VoigV。红，即红光的速度最大，紫光的速度最小。

(3)如图13-7-3所示，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。

2.双缝干预中的色散

用不同的单色光做双缝干预试验，得到的条纹之间的距离不一样，但都是明暗相同的

单色条纹。由Ax=)知，红光波长最长，Ax最大，紫光波长最短，Ax最小。白光干预时

的条纹是彩色的，即白光是由多种色光组成的复色光，发生干预时，白光发生了色散现象。

。通方法

［典例1(多项选择)如图13-7-4,一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖，在玻璃

砖底面上的入射角为仇经折射后射出。两束光线。那么()

b

图13-7-4

A.在玻璃中，。光的传播速度小于b光的传播速度

B.在真空中，a光的波长小于b光的波长

C.玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率

D.假设转变光束的入射方向使，角渐渐变大，那么折射光线”首先消逝

E.分别用a、b光在同一个双缝干预试验装置上做试验，a光的干预条纹间距大于b

光的干预条纹间距

［解析］a光的折射角更大，那么玻璃砖对a光的折射率大于对力光的折射率，在玻璃

中a光的传播速度小于6光的传播速度，在真空中，a光的波长小于b光的波长，A、B项

正确，C项错误；玻璃对a光的折射率大于对》光的折射率，a光的临界角小，转变光束的

入射方向使〃角变大，那么折射光线a首先消逝，D项正确；a光的波长小于〃光的波长，

a光的干预条纹间距小于b光的干预条纹间距，E项错误。

［答案］ABD

光的色散的物理意义

(1)光谱的产生说明，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)色散现象说明，棱镜材料对不同色光的折射率是不同的。紫光经棱镜后偏折程度最

大，红光偏折程度最小，所以棱镜材料对紫光的折射率最大，对红光的折射率最小。

(3)由折射率的定义〃=£可知，在棱镜中紫光的速度最小，红光的速度最大。

万通题组

1.如图13-7-5所示，一个小的光源S发出白光，经三棱镜分光。假设人沿着折射光线

的反方向观看，通过棱镜可以看到()

图13-7-5

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.看不到光源的像

解析：选C由于各种单色光中，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，故C正确。

2.如图13-7-6所示，一束白光通过玻璃棱镜发生色散现象，以下说法正确的选项是（）

A.红光的偏折最大，紫光的偏折最小

B.红光的偏折最小，紫光的偏折最大

C.玻璃对红光的折射率比紫光大

D.玻璃中紫光的传播速度比红光大

解析：选B白光中红光的频率最低，在玻璃中的折射率最小，由〃=点可知，红光的

传播速度最大，紫光的频率最高，在玻璃中的折射率最大，传播速度最小，经过棱镜发生

色散时，偏折最大，综上所述，A、C、D均错误，B正确。

3.如图13-7-7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从棱镜的左边射入，从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6点之间，那么（）

图13-7-7

A.从。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，从功中点射出的是紫光

D.从a点和b点射出的都是紫光，从而中点射出的是红光

解析：选B由红光的折射率小于紫光的折射率知，紫光偏离原”紫红

来方向比红光严峻，并且向顶端偏折，光路图如下图，所以从。点射

出的是紫光，从b点射出的是红光，选项B正确。

考点二"薄膜干预的应用

。通知识

1.用干预法检查平面平整度

如图13-7-8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，得到的干预图样必是等间距的。假如被测外表某处凹下，那么对应亮条纹（或

暗条纹）提前消失，如图乙中尸条纹所示；假如某处凸起来，那么对应条纹延后消失，如图

乙中。所示，即亮条纹在凹陷处向空气膜较薄处弯曲，在凸起处向空气膜较厚处弯曲。（注:

“提前”与"延后”不是指在时间上，而是指由左到右的位置挨次上）

图13-7-8

2.增透膜

为了削减光学装置中的反射光的损失，可在元件外表涂一层透亮?????薄膜，一般是氟

化镁。

玻增透膜_一

璃----*------------

I--d—j空气

图13-7-9

如图13-7-9所示，在增透膜的前后外表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，在两个外表反射的光反向，相互抵消，从而使反射的两列光波

产生相消干预，反射光的能量几乎等于零。一般取最小厚度d满意2d=多此波长为光在该

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肯定波长的光相

消。由于人对绿光最敏感，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。

U通方法

［典例］（多项选择）如图13-7-10甲所示,用单色光照耀透亮?????标准板M来检查平面

N的上外表的平滑状况，观看到的图像如图乙所示的条纹中的尸和。的状况，这说明（）

图13-7-10

A.N的上外表A处向上凸起

B.N的上外表B处向上凸起

C.N的上外表A处向下凹陷

D.N的上外表8处向下凹陷

I解析］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，用单色光从上面照崔，入射光在空气层的上、下外表反射形成的

两列光波发生干预。假如被检测的面是平的，那么空气层的厚度相同的各点的干预条纹在

一条直线上。假设是被检测平面的某处凹下去了，这时干预条线就不是直线，在凹处的干

预条纹将向楔形膜中薄的一侧弯曲。这是由于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（路程差相同的干预条纹为同一

级，一般路程差大的干预条纹级别高，路程差小的干预条纹级别低），明显凹处的级别增大，

将与膜厚一些位置的干预条纹形成同一级别的条纹，故B、C正确。

［答案］BC

(SOD

被测平面凹下或凸起的形象推断法

被测平面凹下或凸起的形象推断法——矮人行走法。即把干预条纹看成“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：假设遇一凹下，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；假设遇一凸起，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。

。通题组

1.如图13-7-11所示是用干预法检查某块厚玻璃块的上外表是否平整的装置。所用单色

光是用一般光源加滤光片产生的，检查中所观看到的干预条纹是由以下哪两个外表反射的

光线叠加而成的（）

单色光

样板

I薄片

厚玻璃

图13-7-11

A.a的上外表和b的下外表

B.a的上外表和b的上外表

C.。的下外表和〜的上外表

D.a的下外表和b的下外表

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外表照

耀，入射光从空气薄膜的上、下外表反射回的两列光波形成干预条纹。空气薄膜的上、下

外表就是。的下外表和b的上外表，应选项C正确。

2.用如图13-7-12所示的试验装置观看光的薄膜干预现象。图（a）是点燃的酒精灯（在灯芯

上撒些盐），图（b）是直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，观看到的现象是（）

(a)(b)

图13-7-12

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

解析：选D竖直肥皂膜是由于重力作用产生的上薄下厚的薄膜，所以金属丝圈的缓

慢转动，转变不了肥皂液膜的上薄下厚的外形，由干预原理可知，同一厚度处的干预条纹

在同一级次上，所形成的干预条纹都是水平的，与金属丝圈在该竖直平面内的转动无关，

仍旧是水平的干预条纹，D正确。

3.关于薄膜干预，以下说法中正确的选项是（）

A,只有厚度匀称的薄膜才会发生干预现象

B.只有厚度不匀称的楔形薄膜，才会发生干预现象

C.厚度匀称的薄膜会形成干预条纹

D.观看肥皂液膜的干预现象时，观看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旗到薄膜上时，只要前后两个面反射回来的光波的

路程差满意振动加强的条件，就会消失明条纹，满意振动减弱的条件就会消失暗条纹。这

种状况在薄膜厚度不匀称时才会消失；当薄膜厚度匀称时，不会消失干预条纹，但也发生

干预现象，假如是单色光照耀，假设满意振动加强的条件，整个薄膜前方都是亮的，否那

么整个薄膜的前方都是暗的。假如是复色光照耀，某些颜色的光因干预而振动加强，另一

些颜色的光会因干预而振动减弱，减弱的光透过薄膜，加强的光被反射回来，这时会看到

薄膜的颜色呈某种单色光的颜色，但不形成干预条纹。应选D。

考点三

C通知识

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

相遇可以发生干预。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，相干性特别

好，颜色特殊纯。用激光做衍射、干预试验，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

⑴光纤通信。（2）激光测距。（3）激光读写。（4）激光加工。⑸激光手术（亦称光刀手术）。

（6）激光武器。（7）可控聚变反响中的应用。

旗题组

1.对于激光的熟悉，以下说法中正确的选项是（）

A.一般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.激光肯定比一般光的强度大

解析：选C激光是原子受激辐射产生的光，是人工产生的一种相干光，与一般光源

发出的光不同，所以C正确，A、B错误；用途不同，不同激光的强度大小并不相同，激光

不肯定比一般光的强度大，D错误。

2.（多项选择）关于激光与自然光，以下说法正确的选项是（）

A.激光的频率单一，而自然光是含有各种色光频率的光，所以激光的相干性好

B.自然光是由物质的原子放射出来的，而激光是人工产生的，所以激光不是由物质的

原子放射出来的

C.激光和自然光都具有相同的本质，它们都是由原子的跃迁产生的

D.相干性好是激光与一般光的根本区分

解析：选ACD激光的频率单一，相干性很好，自然光中含有各种频率的光，故A、

D正确；激光和自然光都是由原子的跃迁产生的，故B错误，C正确。

也缮藤况联庭理本课后层级训练，步步提升能力

一、基础题与熟

1.汽车行驶时常会滴下一些油滴，滴下的油滴在有水路面上会形成一层薄油膜，并显

现彩色，这是由于（）

A.空气的折射

B.膜的上、下外表反射形成光的干预

C.光的衍射

D.水的折射

解析：选B白光射到油膜上，从膜的上、下外表反射回来，形成相干光源。由于各

种色光波长不同，所产生的干预条纹的宽度不同，所以各色光在薄膜上形成干预条纹呈现

彩色，所以B项正确。

2.以下说法正确的选项是（）

A.真空中蓝光的波长比红光的波长长

B.天空中的彩虹是由光干预形成的

C.光纤通信利用了光的全反射原理

D.机械波在不同介质中传播，波长保持不变

解析：选C真空中蓝光的波长比红光的波长短，A项错误；天空中的彩虹是由光的

折射形成的，B项错误；光纤利用了光的全反射传递信息，C项正确；机械波在不同的介质

中传播时频率不变，速度变化，因而波长会变化，D项错误。

3.（多项选择）激光的体积小，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供应，通过一套装置，像手电筒一样，让激光束射入发动机的燃烧

室，使推动剂受热而急剧膨胀，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BC激光的平行度好且亮度高，可以在很小的空间和很短的时间内集中很大

的能量，这样可以给供应高能量，B、C正确。

4.登山运发动在登雪山时要留意防止紫外线的过度照耀，尤其是眼睛更不能长时间被

紫外线照耀，否那么将会严峻地损伤视力。有人想利用薄膜干预的原理设计一种能大大减

小紫外线对眼睛的损害的眼镜。他选用的薄膜材料的折射率为〃=1.5,所要消退的紫外线

的频率/XIOMHz,那么他设计的这种“增反膜〃的厚度至少是（）

X10-8X10-7m

XIO"xlor

解析：选C由"=£得0=。=叫¥~m/s=2xl08m/s。依据波速公式得力=，

2x1（）8

xl07m要实现“增反〃的效果，薄膜的厚度至少为半个波长，那样在薄膜的外

=AV1U^-»

表两列反射光相互加强，从而使入射到眼睛的紫外线减弱，减轻紫外线对眼睛的损害，故C

选项正确。

5.某物理爱好小组用试验探究光的色散规律，他们将半圆形玻璃砖放在竖直面内，在其

左方竖直放置一个很大的光屏P,让一复色光束SA射向玻璃砖的圆心。后，有两束单色光

a和b射向光屏P,如图1所示。他们依据试验现象提出了以下四个猜测，你认为正确的选

项是（）

A.单色光a的波长小于单色光》的波长

B.在玻璃中单色光a的传播速度大于单色光b的传播速度

C.单色光a通过玻璃砖所需的时间大于单色光b通过玻璃砖所需的时间

D.当光束SA绕圆心0逆时针转动过程中，在光屏尸上最早消逝的是a光

解析：选B依据光的折射定律可知a光的折射率小于6光的折射率，那么“光的频

率小于分光的频率，由2=^可知A项错误；由可知B项正确；由于复色光在玻璃砖中

D1

传播距离相同，依据/=£可知C项错误；由sinC=G可知D项错误。

6.虹和霓是太阳光在水珠内分别经过一次和两次反射后出射形成的，可用白光照耀玻

璃球来说明。两束平行白光照耀到透亮?????玻璃球后，在水平的白色桌面上会形成MN和

PQ两条彩色光带，光路如图2所示。M、N、尸、。点的颜色分别为（）

图2

A.紫、红、红、紫B.红、紫、红、紫

C.红、紫、紫、红D.紫、红、紫、