高中物理 第十三章 光 第7節(jié) 光的顏色 色散 第8節(jié) 激光課件 新人教版選修34

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1、物 理選修選修3-4 人教版人教版第十三章光光第七節(jié)第七節(jié) 光的顏色光的顏色 色散色散第八節(jié)第八節(jié) 激光激光了解光譜的概念，知道光的色散的定義了解光譜的概念，知道光的色散的定義掌握薄膜干涉及薄膜干涉中的色散現(xiàn)象掌握薄膜干涉及薄膜干涉中的色散現(xiàn)象知道折射中的色散現(xiàn)象知道折射中的色散現(xiàn)象1 1課前預(yù)習(xí)課前預(yù)習(xí)2 2課內(nèi)探究課內(nèi)探究3 3素養(yǎng)提升素養(yǎng)提升4 4課堂達(dá)標(biāo)課堂達(dá)標(biāo)5 5課時(shí)作業(yè)課時(shí)作業(yè)課課 前前 預(yù)預(yù) 習(xí)習(xí)光的色散光的色散頻率頻率 波長(zhǎng)波長(zhǎng) 單色光單色光 波長(zhǎng)波長(zhǎng) 1薄膜干涉中的色散 (1)薄膜干涉中相干光的獲得：光照射到薄膜上，在薄膜的前后兩個(gè)面_的光是由同一個(gè)光波分解而成的，它們具有

2、相同的_、恒定的相位差及振動(dòng)方向。 (2)薄膜干涉的原理：光照在厚度不同的薄膜上時(shí)，在薄膜的不同位置，前后兩個(gè)面的反射光的_不同，在某些位置兩列波疊加后相互加強(qiáng)，于是出現(xiàn)_條紋；在另一些位置，兩列波相遇后相互削弱，于是出現(xiàn)_條紋。色散色散反射反射 頻率頻率 路程差路程差 亮亮 暗暗 2衍射時(shí)的色散 用白光進(jìn)行衍射實(shí)驗(yàn)時(shí)，得到的是_條紋，這是由于白光中包含各種顏色的光，不同色光亮條紋的_不同造成的。 3折射時(shí)的色散 白光通過(guò)棱鏡折射后，由上到下的色光順序?yàn)椋杭t、_ _，在同一種物質(zhì)中，不同波長(zhǎng)的光波的傳播速度不一樣，波長(zhǎng)越短，波速_。彩色彩色 位置位置 橙、黃、綠、藍(lán)、橙、黃、綠、藍(lán)、 靛、紫靛

3、、紫 越小越小 激光是原子受激輻射產(chǎn)生的光，發(fā)光的方向、頻率、偏振方向均_，兩列相同激光相遇可以發(fā)生_。激光是_的相干光。激光的產(chǎn)生激光的產(chǎn)生相同相同 干涉干涉 人工產(chǎn)生人工產(chǎn)生 激光的特點(diǎn)及應(yīng)用激光的特點(diǎn)及應(yīng)用特點(diǎn)特點(diǎn)性質(zhì)性質(zhì)應(yīng)用應(yīng)用相干性相干性激光具有頻率激光具有頻率_、相位差、相位差_、偏振方向、偏振方向_的特的特點(diǎn)，是人工產(chǎn)生的相干光，具有高度點(diǎn)，是人工產(chǎn)生的相干光，具有高度的相干性的相干性光纖通信光纖通信平行度平行度激光的激光的_非常好，傳播非常好，傳播_的距離仍能保持一定的強(qiáng)度的距離仍能保持一定的強(qiáng)度精確的精確的_；讀取光盤(pán)上；讀取光盤(pán)上記錄的記錄的_等等高亮度高亮度它可以在很小的

4、它可以在很小的_和很短的和很短的_內(nèi)集中很大的內(nèi)集中很大的_用激光束用激光束_、焊接、醫(yī)學(xué)、焊接、醫(yī)學(xué)上可以用激光做上可以用激光做“_”；激發(fā)核反應(yīng)等激發(fā)核反應(yīng)等單一單一 恒定恒定 相同相同 平行度平行度 很遠(yuǎn)很遠(yuǎn) 測(cè)距測(cè)距 信息信息 范圍范圍 時(shí)間時(shí)間 能量能量 切割切割 光刀光刀 1與普通照相技術(shù)的比較 普通照相技術(shù)所記錄的只是光波的能量強(qiáng)弱信息，而全息照相技術(shù)還記錄了光波的_信息。 2原理 全息照相的拍攝利用了光的_原理，使_和物光在底片上相遇，發(fā)生干涉，形成復(fù)雜的干涉條紋。這要求參考光和物光必須具有很高的_性。 3觀察方向 觀察全息照片時(shí)要用_照射照片，從另一側(cè)面觀察。全息照相全息照相

5、相位相位 干涉干涉 參考光參考光 相干相干 激光激光 判一判 (1)光的顏色是由光的波長(zhǎng)決定的。() (2)色散現(xiàn)象表明，白光是復(fù)色光。() (3)單色光通過(guò)棱鏡后也能發(fā)生色散。() (4)某單色光在不同介質(zhì)中傳播時(shí)光的頻率、波長(zhǎng)均不同。() (5)全息照相技術(shù)利用激光平行度好的特點(diǎn)。() (6)激光不能像無(wú)線電波那樣用來(lái)傳播信息。() 選一選 (多選)(江蘇徐州市2016年高二下學(xué)期期末)關(guān)于激光，下列說(shuō)法正確的是 () A激光可從自然界中直接獲取 B用激光讀出光盤(pán)上的信息是利用了激光的平行度好 C醫(yī)學(xué)上用激光做“光刀”來(lái)切開(kāi)皮膚是利用了激光的平行度好 D激光雷達(dá)測(cè)量目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度是利用了多

6、普勒效應(yīng) 解析：激光是原子受激輻射產(chǎn)生的，不能從自然界直接獲取，A錯(cuò)；用激光做“光刀”是利用了激光的亮度高，C錯(cuò)；根據(jù)激光的特性可知B、D選項(xiàng)正確。BD 答案：彩虹是因?yàn)樘?yáng)光照射到空中的圓形小水滴，經(jīng)小水滴的折射、反射形成色散而成的。 解析：彩虹，又稱(chēng)天虹，簡(jiǎn)稱(chēng)虹，是氣象中的一種光學(xué)現(xiàn)象。當(dāng)太陽(yáng)光照射到空氣中的水滴，光線被折射及反射，在天空上形成拱形的七彩光譜，雨后常見(jiàn)。形狀彎曲，色彩艷麗。彩虹是因?yàn)殛?yáng)光射到空中接近圓形的小水滴，造成光的色散及反射而成的。想一想想一想雨后初晴，往往會(huì)看到絢麗的彩虹，你知道彩虹雨后初晴，往往會(huì)看到絢麗的彩虹，你知道彩虹是如何形成的嗎？是如何形成的嗎？課課 內(nèi)內(nèi)

7、 探探 究究 如圖所示是一白光照射到三棱鏡上后出現(xiàn)的色散現(xiàn)象，請(qǐng)問(wèn)玻璃對(duì)哪種色光的折射率最大，對(duì)哪種色光的折射率最??？ 提示：對(duì)紫光的折射率最大，對(duì)紅光的折射率最小。探究一對(duì)色散的理解探究一對(duì)色散的理解 1折射時(shí)的色散 (1)棱鏡 定義：光學(xué)研究中常用棱鏡的橫截面為三角形，有的棱鏡的橫截面為梯形，通常都簡(jiǎn)稱(chēng)為棱鏡。光學(xué)作用：光通過(guò)棱鏡后向它的橫截面的底邊方光學(xué)作用：光通過(guò)棱鏡后向它的橫截面的底邊方向偏折，如圖中所示的向偏折，如圖中所示的為光的偏向角，光的偏向角越為光的偏向角，光的偏向角越大，棱鏡對(duì)光的偏折程度越大。棱鏡對(duì)光的傳播方向的大，棱鏡對(duì)光的偏折程度越大。棱鏡對(duì)光的傳播方向的改變遵循光的

8、折射定律。改變遵循光的折射定律。 (2)光折射時(shí)的色散 一束白光通過(guò)三棱鏡后擴(kuò)展成由紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫各色光組成的光帶，這種現(xiàn)象稱(chēng)為折射時(shí)的色散。從圖中可以看出，紅光(波長(zhǎng)較長(zhǎng))通過(guò)棱鏡后偏折的程度比其他顏色的光要小，而紫光(波長(zhǎng)較短)偏折的程度比其他顏色的光要大。 2對(duì)光的顏色的理解 不同顏色的光，波長(zhǎng)不同，頻率不同，而同種顏色的光在不同的介質(zhì)中折射率不同，速度和波長(zhǎng)均不相同，但頻率相同，因此說(shuō)光的顏色是由頻率決定的，而不是由波長(zhǎng)決定的。 3各種色光特性比較各種色光各種色光紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫頻率頻率小小大大波長(zhǎng)波長(zhǎng)長(zhǎng)長(zhǎng)短短同一介質(zhì)中折射率同一介質(zhì)中折

9、射率小小大大同一介質(zhì)中波速同一介質(zhì)中波速大大小小雙縫干涉時(shí)所產(chǎn)生的條紋間距雙縫干涉時(shí)所產(chǎn)生的條紋間距大大小小薄膜干涉時(shí)所產(chǎn)生的條紋間距薄膜干涉時(shí)所產(chǎn)生的條紋間距大大小小經(jīng)三棱鏡折射時(shí)偏向角大小經(jīng)三棱鏡折射時(shí)偏向角大小小小大大(河北省雞澤縣一中2017年高二下學(xué)期期末)某棱鏡頂角41.30，一束白光以較大的入射角從棱鏡的一個(gè)側(cè)面射入，通過(guò)棱鏡折射后從另一個(gè)側(cè)面射出，在光屏上形成由紅到紫的彩色光帶，如圖所示，當(dāng)入射角1逐漸減小到零的過(guò)程中，彩色光帶變化的情況是(根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)判斷) ()A 色光色光紫紫藍(lán)藍(lán)綠綠黃黃橙橙紅紅折射率折射率1.5321.5281.5191.5171.5141.513臨

10、界角臨界角40.75 40.88 41.17 41.23 41.34 41.37 A紫光最先消失，最后只剩下紅光和橙光 B紫光最先消失，最后只剩下黃光、橙光和紅光 C紅光最先消失，最后只剩下紫光和藍(lán)光 D紅光最先消失，最后只剩下紫光、藍(lán)光和綠光 解題指導(dǎo)：根據(jù)光的折射和全反射臨界角分析判斷。 解析：各種色光均以相同的入射角射向某種介質(zhì)時(shí)，由于介質(zhì)對(duì)不同色光的折射率不同，則折射角就不同。介質(zhì)對(duì)它的折射率越大，在AB界面上折射時(shí)的折射角越小，而在AC界面上對(duì)應(yīng)的入射角越大，當(dāng)入射角減小時(shí)，折射光在AC面上的入射角增大。當(dāng)入射角減為零時(shí)，所有光線到AC面上時(shí)入射角均為41.30，結(jié)合上表可知：紫、藍(lán)

11、、綠、黃四色光均在AC面發(fā)生全反射，且紫光最先消失，故選項(xiàng)A正確。 對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1(西北大學(xué)附中2016年高二下學(xué)期期末)虹和霓是太陽(yáng)光在水珠內(nèi)分別經(jīng)過(guò)一次和兩次反射后出射形成的，可用白光照射玻璃球來(lái)說(shuō)明。兩束平行白光照射到透明玻璃球后，在水平的白色桌面上會(huì)形成MN和PQ兩條彩色光帶，光路如圖所示。M、N、P、Q點(diǎn)的顏色分別為() A紫、紅、紅、紫 B紅、紫、紅、紫 C紅、紫、紫、紅 D紫、紅、紫、紅 解析：白光中的可見(jiàn)光部分從紅到紫排列，對(duì)同一介質(zhì)的折射率n紫n紅，由折射定律知紫光的折射角較大，由光路可知，紫光將到達(dá)M點(diǎn)和Q點(diǎn)，而紅光到達(dá)N點(diǎn)和P點(diǎn)，故選A。A 觀察薄膜干涉現(xiàn)象時(shí)，要在有光照的一

12、側(cè)觀察還是在無(wú)光照的一側(cè)觀察？ 提示：在有光照的一側(cè)，因?yàn)楸∧じ缮媸乔昂髢蓚€(gè)面的反射光發(fā)生的干涉。探究二薄膜干涉及其應(yīng)用探究二薄膜干涉及其應(yīng)用 1薄膜干涉的成因 如圖所示，豎直放置的肥皂薄膜由于受到重力的作用使下面厚、上面薄，因此在薄膜上不同的地方，從膜的前、后表面反射的兩列光波疊加，若兩列波疊加后互相加強(qiáng)，則出現(xiàn)亮紋；在另一些地方，疊加后互相減弱，則出現(xiàn)暗紋。故在單色光照射下，就出現(xiàn)了明暗相間的干涉條紋；若在白光照射下，則出現(xiàn)彩色干涉條紋。 2薄膜干涉的應(yīng)用 (1)等傾法檢查平面平整度 如圖所示，被檢查平面B與標(biāo)準(zhǔn)樣板A之間形成了一個(gè)楔形的空氣薄膜，用單色光照射，入射光從空氣膜的上、下表面反

13、射出兩列光波，形成干涉條紋。被檢查平面若是平的，空氣膜厚度相同的各點(diǎn)就位于一條直線上，干涉條紋平行；若被檢查表面某些地方不平，那里空氣膜產(chǎn)生的干涉條紋將發(fā)生彎曲。 特別提醒：對(duì)“增透”的理解：如果用宏觀的思維方式來(lái)理解，兩束反射光相互抵消，并沒(méi)有增加透射光的強(qiáng)度，因此，此過(guò)程只是“消反”，卻不能“增透”。其實(shí)光的干涉將引起整個(gè)光場(chǎng)分布的改變，但總的能量是守恒的，反射光的能量被削弱了，透射光的能量就必然得到增強(qiáng)。增透膜正是通過(guò)“消反”來(lái)確保“增透”的。(多選)如圖所示，用單色光照射透明標(biāo)準(zhǔn)板M來(lái)檢查平面N的上表面的平滑情況，觀察到的圖象如圖乙所示的條紋中的P和Q的情況，這說(shuō)明() AN的上表面A

14、處向上凸起 BN的上表面B處向上凸起 CN的上表面A處向下凹陷 DN的上表面B處向下凹陷 解題指導(dǎo)：條紋朝高的地方偏，說(shuō)明該處是凸的。反之，則凹。BC 解析：利用光的薄膜干涉來(lái)檢查平面的平滑情況，就是由標(biāo)準(zhǔn)樣板平面和被檢查平面間形成一個(gè)楔形的空氣薄層，用單色光從上面照射，入射光在空氣層的上、下表面反射形成的兩列相干光束。如果被檢測(cè)的平面是平的，那么空氣層的厚度相同的各點(diǎn)的干涉條紋在一條直線上。若是被測(cè)平面的某處凹下去了，這時(shí)干涉條紋就不在一條直線上，將與膜厚一些位置的干涉條紋形成同一級(jí)別的條紋。這是因?yàn)榘继幍膬墒瓷涔獾穆烦滩钭兇?，它只能與膜厚一些位置的兩反射光的路程差相同而形成同一級(jí)的條紋(

15、路程差相同的干涉條紋為同一級(jí)，一般路程差大的干涉條紋級(jí)別高，路程差小級(jí)別低)，顯然凹處的級(jí)別增大，將與膜厚一些位置的干涉條紋形成同一級(jí)別的條紋。故選項(xiàng)C正確。 同理，若是被測(cè)平面某處凸起來(lái)了，則該處的干涉條紋將與膜薄一些位置的干涉條紋形成同一級(jí)別的條紋。故選項(xiàng)B正確。 對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練2(浙江省湖州市20172018學(xué)年高二下學(xué)期期末)關(guān)于甲、乙、丙、丁四個(gè)實(shí)驗(yàn)，以下說(shuō)法正確的是() 甲：?jiǎn)紊馔ㄟ^(guò)劈尖產(chǎn)生明暗條紋 乙：?jiǎn)紊馔ㄟ^(guò)牛頓環(huán)產(chǎn)生明暗條紋 丙：?jiǎn)紊馔ㄟ^(guò)雙縫產(chǎn)生明暗條紋 ?。?jiǎn)紊馔ㄟ^(guò)單縫產(chǎn)生明暗條紋 A四個(gè)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的條紋均為干涉條紋 B甲、乙兩實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的條紋均為等距條紋 C丙實(shí)驗(yàn)中，產(chǎn)生的

16、條紋間距越大，該光的頻率越大 D丁實(shí)驗(yàn)中，產(chǎn)生的明暗條紋為光的衍射條紋D 解析：丁實(shí)驗(yàn)中，單色光通過(guò)單縫產(chǎn)生的明暗條紋為光的衍射條紋，其它三個(gè)均為光的干涉條紋，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，D正確；牛頓環(huán)產(chǎn)生明暗條紋是不等距的，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；丙實(shí)驗(yàn)中，產(chǎn)生的條紋間距越大，該光的波長(zhǎng)越大，頻率越小，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；故選D。 激光作為一種人造光源在科研、通訊、工業(yè)生產(chǎn)、軍事科技等領(lǐng)域都有著廣泛應(yīng)用，如激光干涉儀、激光切割機(jī)、激光炮等。激光的應(yīng)用如此廣泛，激光到底具有哪些特性？ 提示：激光具有單色性好、相干性好、亮度高、平行度好等特性。探究三激光及應(yīng)用探究三激光及應(yīng)用 1激光的產(chǎn)生 激光是人工產(chǎn)生的相干光。 2激光具有的特

17、點(diǎn) (1)相干性好 所謂相干性好，是指容易產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。普通光源發(fā)出的光(即使是所謂的單色光)頻率是不一樣的，而激光器發(fā)出的激光的頻率幾乎是單一的，并且滿(mǎn)足其他的相干條件。所以，現(xiàn)在我們做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，無(wú)需在雙縫前放一個(gè)單縫，而是用激光直接照射雙縫，就能得到既明亮又清晰的干涉條紋。利用相干光易于調(diào)制的特點(diǎn)傳輸信息，所能傳遞的信息密度極高，一條細(xì)細(xì)的激光束通過(guò)光纜可以同時(shí)傳送一百億路電話和一千萬(wàn)套電視，全國(guó)人民同時(shí)通話還用不完它的通訊容量。 (2)平行度非常好 與普通光相比，傳播相同距離的激光束的擴(kuò)散程度小，光線仍能保持很大的強(qiáng)度，保持它的高能量，利用這一點(diǎn)可以精確測(cè)距?，F(xiàn)在利用激光測(cè)量地月距

18、離精確度已達(dá)到1m。 (3)激光的亮度非常高 它可以在很小的空間和很短的時(shí)間內(nèi)集中很大的能量。如果把強(qiáng)大的激光束會(huì)聚起來(lái)，可使物體被照部分在千分之一秒的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生幾千萬(wàn)度的高溫。 (4)激光單色性很好 激光的頻率范圍極窄，顏色幾乎是完全一致的。 3全息照相 如圖所示為拍攝全息照片的基本光路。同一束激光被分為兩部分，一部分直接照射到底片上(稱(chēng)為參考光)，另一部分通過(guò)被拍攝物反射后再到達(dá)底片(稱(chēng)為物光)。參考光和物光在底片上相遇時(shí)會(huì)發(fā)生干涉，形成復(fù)雜的干涉條紋。底片上某點(diǎn)的明暗程度反映了兩束光疊加后到達(dá)這點(diǎn)時(shí)光波的強(qiáng)弱。全息照片的拍攝利用了光的干涉原理，要求參考光和物光有很高的相干性。關(guān)于激光的應(yīng)

19、用問(wèn)題，下列說(shuō)法中正確的是() A光纖通信是應(yīng)用激光平行度非常好的特點(diǎn)對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，使其在光導(dǎo)纖維中傳遞信息的 B計(jì)算機(jī)內(nèi)的“磁頭”讀出光盤(pán)上記錄的信息是應(yīng)用激光有相干性的特點(diǎn) C醫(yī)學(xué)中用激光作“光刀”來(lái)切除腫瘤是應(yīng)用了激光亮度高的特點(diǎn) D“激光測(cè)距雷達(dá)”利用激光測(cè)量很遠(yuǎn)目標(biāo)的距離是應(yīng)用了激光亮度高的特點(diǎn) 解題指導(dǎo)：要了解激光的常見(jiàn)應(yīng)用，并知道應(yīng)用了激光的什么性質(zhì)。C 解析：由激光的特點(diǎn)及應(yīng)用可知光纖通信主要利用了激光的相干性，A錯(cuò)誤。計(jì)算機(jī)內(nèi)的“磁頭”讀出光盤(pán)上的信息主要應(yīng)用了激光的平行性好，B錯(cuò)誤。醫(yī)療中的激光“光刀”利用了激光的亮度高的特點(diǎn)，C正確。激光測(cè)距利用的是激光的平行度和方向性

20、好的特點(diǎn)，D錯(cuò)誤。 對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練3(多選)關(guān)于激光與自然光，下列說(shuō)法正確的是( ) A激光的頻率單一，而自然光是含有各種色光頻率的光，所以激光的相干性好 B自然光是由物質(zhì)的原子發(fā)射出來(lái)的，而激光是人工產(chǎn)生的，所以激光不是由物質(zhì)的原子發(fā)射出來(lái)的 C激光和自然光都具有相同的本質(zhì)，它們都是由原子的躍遷產(chǎn)生的 D相干性好是激光與普通光的根本區(qū)別 解析：激光的頻率單一，相干性很好，自然光中含有各種頻率的光，故A、D正確；激光和自然光都是由原子的躍遷產(chǎn)生的，故B錯(cuò)誤，C正確。ACD 素素 養(yǎng)養(yǎng) 提提 升升 易錯(cuò)點(diǎn)：混淆了中空三棱鏡與普通三棱鏡如圖所示，在水中有一厚度不計(jì)的薄玻璃片做成的中空三棱鏡，里面是空氣，

21、一束光A從棱鏡的左邊射入，從三棱鏡的右邊射出時(shí)發(fā)生色散，射出的可見(jiàn)光分布在a點(diǎn)和b點(diǎn)之間，則()B A從從a點(diǎn)射出的是紅光，從點(diǎn)射出的是紅光，從b點(diǎn)射出的是紫光點(diǎn)射出的是紫光B從從a點(diǎn)射出的是紫光，從點(diǎn)射出的是紫光，從b點(diǎn)射出的是紅光點(diǎn)射出的是紅光C從從a點(diǎn)和點(diǎn)和b點(diǎn)射出的都是紫光，從點(diǎn)射出的都是紫光，從ab中點(diǎn)射出的是紅光中點(diǎn)射出的是紅光D從從a點(diǎn)和點(diǎn)和b點(diǎn)射出的都是紅光，從點(diǎn)射出的都是紅光，從ab中點(diǎn)射出的是紫光中點(diǎn)射出的是紫光 易錯(cuò)分析：選A的同學(xué)，錯(cuò)誤原因在于把中空的三棱鏡當(dāng)作了普通的三棱鏡。 “通過(guò)棱鏡的光線向底邊方向偏折”不適用于本題的條件，切忌生搬硬套。 正確解答：由紅光的折射率小于紫光的折射率知，紫光偏離原來(lái)方向比紅光嚴(yán)重，并且向頂端偏折，光路圖如圖所示，所以從a點(diǎn)射出的是紫光，從b點(diǎn)射出的是紅光，故選項(xiàng)B正確。