高中物理 第13章 光 7-8 光的顏色、色散 激光課件 新人教版選修3-4.ppt

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7 光的顏色 色散 8 激光,填一填,練一練,1.光的顏色與色散(見課本第67頁) (1)光的顏色與波長:雙縫干涉實驗中,各種顏色的條紋間距不一樣,這說明不同顏色的光,波長不同。 (2)白光的組成:白光干涉時,條紋是彩色的,這說明白光是由多種色光組成的。 (3)光的色散與光譜 ①光的色散:含有多種顏色的光被分解為單色光的現(xiàn)象。 ②光譜:含有多種顏色的光被分解后,各種色光按其波長的有序排列。,,,,,,填一填,練一練,2.色散的分類(見課本第68~69頁) (1)薄膜干涉中的色散 ①薄膜干涉的成因:豎直放置的肥皂薄膜受到重力的作用,下面厚,上面薄,因此在膜上不同位置,來自前后兩個面的反射光所走的路程差不同,在某些位置,光波疊加后相互加強,于是出現(xiàn)亮條紋;在另一些位置,疊加后相互削弱,出現(xiàn)了暗條紋。 ②薄膜干涉的應(yīng)用:用干涉法檢查平面的平整程度。 (2)衍射時的色散 用白光進(jìn)行衍射實驗時,得到的是彩色條紋。這是由于白光中包含各種顏色的光,不同色光亮條紋的位置不同。,,,,,,,填一填,練一練,(3)折射時的色散 ①偏折角:如圖所示中的θ為光的偏折角,光的偏折角越大,棱鏡對光的偏折程度越大。 ②白光通過棱鏡時的色散 a.光譜:如圖所示,由上到下的色光順序為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫。,,,,,,,填一填,練一練,b.結(jié)論:白光色散時,紅光的偏折角最小,紫光的偏折角最大。這說明同種物質(zhì)對波長不同的光的折射率不一樣,波長越短,折射率越大。 c.波長與波速關(guān)系:波長越短,波速越慢。,,,,,填一填,練一練,3.激光(見課本第71頁) (1)激光的特點及應(yīng)用,,,,,,,,,填一填,練一練,(2)全息照相 ①普通照相技術(shù)所記錄的只是光波的強弱信息,而全息照相技術(shù)還可以記錄光波的相位信息。 ②全息照片的拍攝利用了光的干涉原理,這就要求參考光和物光有很高的相干性。激光符合這個要求。 ③觀察全息照片時要用激光照射照片,從另一側(cè)面觀察。,,,,,,,填一填,練一練,如圖所示,一束白光通過玻璃棱鏡發(fā)生色散現(xiàn)象,下列說法正確的是( ) A.紅光的偏折最大,紫光的偏折最小 B.紅光的偏折最小,紫光的偏折最大 C.玻璃對紅光的折射率比紫光大 D.玻璃中紫光的傳播速度比紅光大 解析:玻璃對紫光的折射率最大,則紫光的偏折最大,由 知玻璃中紅光的傳播速度比紫光大,故選項A、C、D錯誤,B正確。 答案:B,,,探究一,探究二,探究三,探究一對色散的理解 問題導(dǎo)引 如圖所示,一束白光照射到三棱鏡上后出現(xiàn)的色散現(xiàn)象,請問玻璃對哪種色光的折射率最大,對哪種色光的折射率最小?,探究一,探究二,探究三,名師精講 1.對光的顏色的理解 不同顏色的光,波長不同,頻率不同,而同種顏色的光在不同介質(zhì)中折射率不同,速度和波長均不相同,但頻率相同,因此說光的顏色是由頻率決定的,而不是由波長決定的。 2.棱鏡對光線傳播方向的改變 (1)正確畫好光線通過棱鏡的光路圖,如圖甲所示。 (2)棱鏡成像的畫法,如圖乙所示。,探究一,探究二,探究三,3.各種色光特性的比較,探究一,探究二,探究三,4.雙縫干涉中的色散 用不同的單色光做雙縫干涉實驗,得到的條紋之間的距離不一樣,但都是明暗相間的單色條紋。由 知,紅光波長最長,Δx最大,紫光波長最短,Δx最小。 白光干涉時的條紋是彩色的,可見,白光是由多種色光組成的復(fù)色光,發(fā)生干涉時,白光發(fā)生了色散現(xiàn)象。,探究一,探究二,探究三,探究一,探究二,探究三,典例剖析 【例題1】 如圖,半圓形玻璃磚置于光屏PQ的左下方。一束白光沿半徑方向從A點射入玻璃磚,在O點發(fā)生反射和折射,折射光在光屏上呈現(xiàn)七色光帶,a、b是其中的兩單色光。若入射點由A向B緩慢移動,并保持白光沿半徑方向入射到O點,觀察到各色光在光屏上陸續(xù)消失。下面正確的是( ) A.紫光最先消失 B.紅光最先消失 C.a光在玻璃中的傳播速度小于b光 在玻璃中的傳播速度 D.通過同一雙縫發(fā)生干涉,a光相鄰條 紋間距小于b光相鄰條紋間距,探究一,探究二,探究三,,探究一,探究二,探究三,變式訓(xùn)練1 導(dǎo)學(xué)號38190102如圖所示,從點光源S發(fā)出的一細(xì)束白光以一定的角度入射到三棱鏡的表面,經(jīng)過三棱鏡的折射后發(fā)生色散現(xiàn)象,在光屏的ab間形成一條彩色光帶。下面的說法中正確的是( ) A.a側(cè)是紅色光,b側(cè)是紫色光 B.在真空中a側(cè)光的波長小于b側(cè)光的波長 C.三棱鏡對a側(cè)光的折射率大于對b側(cè)光的折射率 D.在三棱鏡中a側(cè)光的傳播速率大于b側(cè)光的傳播速率,探究一,探究二,探究三,解析:由題圖可以看出,a側(cè)光偏折得較厲害,三棱鏡對a側(cè)光的折射率較大,所以a側(cè)是紫色光,波長較小,b側(cè)是紅色光,波長較大,因此選項A錯誤,B、C正確;又 ,所以在三棱鏡中a側(cè)光的傳播速率小于b側(cè)光的傳播速率,選項D錯誤。 答案:BC,,探究一,探究二,探究三,探究二薄膜干涉現(xiàn)象及其應(yīng)用 問題導(dǎo)引 在酒精燈的燈芯上撒一些食鹽,燈焰就能發(fā)出明亮的黃光。把鐵絲圈在肥皂水中蘸一下,讓它掛上一層薄薄的液膜。把這層液膜當(dāng)作一個平面鏡,用它觀察燈焰的像。這個像與直接看到的燈焰有什么不同?如果用白光做實驗情況又會如何?,名師精講 1.薄膜干涉中相干光的光源 一列光在膜的前表面和后表面分別反射,如同由前、后表面反射出來的兩列完全相同的光,滿足相干條件。 2.薄膜干涉的成因及特點 (1)形成原因 ①由薄膜的前、后表面的反射光疊加而成明、暗相間條紋。 ②如果膜的厚度為h,折射率為n,前、后表面的反射光的路程差為2h。若滿足2h為膜中波長的整數(shù)倍時,該處出現(xiàn)亮條紋;滿足2h為膜中半波長的奇數(shù)倍時,該處出現(xiàn)暗條紋。 (2)條紋是水平方向的 因為在同一水平高度處,薄膜的厚度相同,從前、后兩表面反射的光的路程差均相同,如果此時兩反射光互相加強,則此高度水平方向各處均加強,因此,明暗相間的干涉條紋應(yīng)為水平方向。,探究一,探究二,探究三,探究一,探究二,探究三,3.應(yīng)用 (1)等傾法檢查平面平整度 原理:如圖所示,在被測平面上放一個透明的樣板,在樣板的一端墊一個薄片,使樣板的標(biāo)準(zhǔn)平面與被測平面之間形成一個楔形空氣薄層。用單色光照射時,空氣層的上、下兩個表面反射的兩列光波發(fā)生干涉。空氣厚度相同的地方,兩列波的路程差相同,兩列波疊加時互相加強或減弱的情況相同,因此若被測面是平的,干涉條紋就是一組平行的直線,如果干涉條紋是彎曲的,就表明被測平面不平整。如圖所示。,探究一,探究二,探究三,(2)增透膜 為了減少光學(xué)裝置中的反射光的損失,可在元件表面涂一層透明薄膜,一般是氟化鎂。如圖所示,在增透膜的前后表面反射的兩列光波形成相干波,相互疊加,當(dāng)路程差為半波長的奇數(shù)倍時,在兩個表面反射的光產(chǎn)生相消干涉,反射光的能量幾乎等于零。 一般取最小厚度d滿足2d= (此波長為光在該種介質(zhì)中的波長)。由于白光中含有多種波長的光,所以增透膜只能使其中一定波長的光相消。因為人對綠光最敏感,一般選擇對綠光起增透作用的膜,所以在反射光中綠光強度幾乎為零,而其他波長的光并沒有完全抵消,所以增透膜呈現(xiàn)淡紫色。,探究一,探究二,探究三,典例剖析 【例題2】 劈尖干涉是一種薄膜干涉,其裝置如圖甲所示。將一塊平板玻璃放置在另一平板玻璃之上,在一端夾入兩張紙片,從而在兩玻璃表面之間形成一個劈形空氣薄膜。當(dāng)光垂直入射后,從上往下看到的干涉條紋如圖乙所示,干涉條紋有如下特點:①任意一條明條紋或暗條紋所在位置下面的薄膜厚度相等;②任意相鄰明條紋或暗條紋所對應(yīng)的薄膜厚度差恒定?，F(xiàn)若在圖甲裝置中抽去一張紙片,則當(dāng)光垂直入射到新劈形空氣薄膜后,從上往下觀察到的干涉條紋將如何變化?( ),探究一,探究二,探究三,A.變疏 B.變密 C.不變 D.消失,探究一,探究二,探究三,,探究一,探究二,探究三,探究一,探究二,探究三,變式訓(xùn)練2 導(dǎo)學(xué)號38190103如圖所示,在一塊平板玻璃上放置一平凸薄透鏡,在兩者之間形成厚度不均勻的空氣膜,讓一束單一波長的光垂直入射到該裝置上,結(jié)果在上方觀察到如圖所示的同心內(nèi)疏外密的圓環(huán)狀干涉條紋,稱為牛頓環(huán),以下說法正確的是( ) A.干涉現(xiàn)象是由于凸透鏡下表面反射光和玻璃上表面反射光疊加形成的 B.干涉現(xiàn)象是由于凸透鏡上表面反射光和玻璃上表面反射光疊加形成的 C.干涉條紋不等間距是因為空氣膜厚度不是均勻變化的 D.干涉條紋不等間距是因為空氣膜厚度是均勻變化的,探究一,探究二,探究三,解析:凸透鏡下表面與玻璃上表面形成空氣薄膜,干涉現(xiàn)象是由于凸透鏡下表面反射光和玻璃上表面反射光干涉疊加而成的,故A正確,B錯誤。干涉條紋不等間距是由于透鏡表面是曲面,使得空氣膜的厚度不是均勻變化的,導(dǎo)致間距不均勻增大,從而觀察到如題圖所示的同心內(nèi)疏外密的圓環(huán)狀條紋,故C正確,D錯誤。 答案:AC,,探究一,探究二,探究三,變式訓(xùn)練3 用如圖所示的實驗裝置觀察光的薄膜干涉現(xiàn)象。圖甲是點燃的酒精燈(在燈芯上撒些鹽),圖乙是豎立的附著一層肥皂液薄膜的金屬線圈。將金屬線圈在其所在的豎直平面內(nèi)緩慢旋轉(zhuǎn),觀察到的現(xiàn)象是( ) A.當(dāng)金屬線圈旋轉(zhuǎn)30°時,干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)30° B.當(dāng)金屬線圈旋轉(zhuǎn)45°時,干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)90° C.當(dāng)金屬線圈旋轉(zhuǎn)60°時,干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)30° D.干涉條紋保持不變,探究一,探究二,探究三,解析:在本實驗中肥皂液薄膜之所以產(chǎn)生干涉條紋,是因為在重力作用下肥皂液薄膜的豎截面是梯形,前后兩面的反射光疊加而形成的,金屬線圈在其所在平面內(nèi)緩慢旋轉(zhuǎn)并不能影響肥皂液薄膜的豎截面,故金屬線圈在其所在平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)時干涉條紋保持不變。故正確選項為D。 答案:D,,探究一,探究二,探究三,探究三激光及應(yīng)用 問題導(dǎo)引 一激光切割機切割元件圖例如圖所示。激光切割技術(shù)已廣泛應(yīng)用于金屬和非金屬材料的加工中,可大大減少加工時間,降低加工成本,提高加工質(zhì)量?，F(xiàn)代的激光成了人們所幻想追求的削鐵如泥的“寶劍”,那么,激光切割是利用了激光的什么特點來完成的?,探究一,探究二,探究三,探究一,探究二,探究三,名師精講 1.激光的產(chǎn)生 激光是原子受激輻射產(chǎn)生的光,發(fā)光的方向、頻率、偏振方向均相同,兩列相同激光相遇可以發(fā)生干涉。 2.激光的特點 (1)激光是人工產(chǎn)生的相干光,其單色性好,相干性好。 激光的頻率單一,相干性非常好,顏色特別純。用激光做衍射、干涉實驗,效果很好。 (2)激光的平行度好。從激光器發(fā)出的激光具有極好的平行性,幾乎是一束方向不變、發(fā)散角很小的平行光。傳播幾千米后,激光斑擴(kuò)展范圍不過幾厘米,而探照燈的光束能擴(kuò)展到幾十米范圍。 (3)亮度高。激光可以在很小的空間和很短的時間內(nèi)集中很大的能量。,探究一,探究二,探究三,典例剖析 【例題3】 關(guān)于激光,下列說法正確的是( ) A.激光是用人工方法激發(fā)出的一種特殊的光 B.自然界中某些天然物體也可以發(fā)出激光 C.激光可以像刀子一樣切除腫瘤 D.由于激光的方向性好,所以激光不能發(fā)生衍射現(xiàn)象 解析:激光是用人工方法激發(fā)的一種特殊的光,具有很強的相干性,選項A正確;普通光源發(fā)出的光是自然光,選項B錯誤;醫(yī)用光刀利用激光方向性好、亮度高、能量強等特點切除腫瘤,選項C正確;激光是一種特殊的光,光的一切規(guī)律都可以直接應(yīng)用于激光,選項D錯誤。 答案:AC,,,探究一,探究二,探究三,變式訓(xùn)練4 導(dǎo)學(xué)號38190104關(guān)于激光的應(yīng)用問題,下列說法中正確的是( ) A.光纖通信是應(yīng)用激光平行度非常好的特點對信號進(jìn)行調(diào)制,使其在光導(dǎo)纖維中進(jìn)行傳遞信息 B.計算機內(nèi)“磁頭”讀出光盤上記錄的信息是應(yīng)用了激光有相干性的特點來進(jìn)行的 C.醫(yī)學(xué)中用激光做“光刀”來切除腫瘤是應(yīng)用了激光亮度高的特點 D.“激光測距雷達(dá)”利用激光測量很遠(yuǎn)目標(biāo)的距離是應(yīng)用了激光亮度高的特點,探究一,探究二,探究三,解析:由激光的特點及應(yīng)用可知光纖通信主要利用激光的相干性,選項A錯誤;計算機內(nèi)的“磁頭”讀出光盤上的信息主要應(yīng)用了激光的平行度好,選項B錯誤;醫(yī)療中的激光“光刀”利用了激光亮度高的特點,選項C正確;激光測距利用激光的平行性好,選項D錯誤。 答案:C,,探究一,探究二,探究三,1 2 3 4 5,,,,,,1.下列現(xiàn)象中可以用薄膜干涉來解釋的是( ) A.雨后的彩虹 B.水面上的油膜在陽光照射下呈彩色 C.透過昆蟲的翅膀看陽光呈彩色 D.荷葉上的水珠在陽光下晶瑩透亮 解析:雨后的彩虹是色散現(xiàn)象,故選項A錯誤;油膜在陽光照射下呈彩色是薄膜干涉的結(jié)果,故選項B正確;透過昆蟲的翅膀看陽光呈彩色是衍射現(xiàn)象,故選項C錯誤;水珠在陽光下晶瑩透亮是全反射的結(jié)果,故選項D錯誤。 答案:B,,,1 2 3 4 5,,,,,,2.下面是光在科學(xué)技術(shù)、生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用,其中說法正確的是( ) A.用透明的標(biāo)準(zhǔn)平面樣板檢查光學(xué)平面的平整程度是利用光的衍射現(xiàn)象 B.用三棱鏡觀察白光看到的彩色圖樣是利用光的偏振現(xiàn)象 C.在光導(dǎo)纖維束內(nèi)傳送圖像是利用光的色散現(xiàn)象 D.光學(xué)鏡頭上的增透膜是利用光的干涉現(xiàn)象 解析:用透明的標(biāo)準(zhǔn)平面樣板檢查光學(xué)平面的平整程度是利用光的干涉現(xiàn)象,選項A錯;用三棱鏡觀察白光看到的彩色圖樣是利用光的折射現(xiàn)象,選項B錯;在光導(dǎo)纖維束內(nèi)傳送圖像是利用光的全反射現(xiàn)象,選項C錯;光學(xué)鏡頭上的增透膜是利用光的干涉現(xiàn)象,選項D對。 答案:D,,,1 2 3 4 5,,,,,,3.下圖表示一束白光通過三棱鏡的光路圖,其中正確的是 ( ) 解析:光在棱鏡的兩個側(cè)面上發(fā)生折射,每次折射都向底邊偏折,并且玻璃對不同單色光的折射率不同,不同單色光在同一側(cè)面的偏折角就不同,故選項D正確。 答案:D,,,1 2 3 4 5,,,,,,4.如圖是用干涉法檢查某塊厚玻璃板的上表面是否平整的裝置,所用單色光為普通光加濾光片產(chǎn)生的,檢查中所觀察到的條紋是由下列哪兩個表面反射的光線疊加而成的( ) 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 解析:本題的關(guān)鍵是找到使光線發(fā)生干涉的薄膜。本題中a是樣本,b是被檢查的平面,而形成干涉的兩束反射光是a、b間的空氣薄層反射的,所以選項C正確。 答案:C,,,1 2 3 4 5,,,,,,5.導(dǎo)學(xué)號38190105(選做題)為了減少光在透鏡表面由于反射帶來的損失,可在透鏡表面涂上一層增透膜,一般用折射率為1.38的氟化鎂。為了使波長為5.52×10-7 m的綠光在垂直表面入射時使反射光干涉相消,求所涂的這種增透膜的厚度。,1 2 3 4 5,,,,,,解析:由于人眼對綠光最敏感,所以通常所用的光學(xué)儀器其鏡頭表面所涂的增透膜的厚度只使反射的綠光干涉相消,但薄膜的厚度不宜過大,只需使其厚度為綠光在膜中波長的 ,使綠光在增透膜的前后兩個表面上的反射光互相抵消。而光從真空進(jìn)入某種介質(zhì)后,其波長會發(fā)生變化。 答案:1×10-7 m,,