2018-2019學(xué)年高中物理 13.7+13.8 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,一、光的顏色與色散1.光的顏色與波長(zhǎng):不同顏色的光，波長(zhǎng)_____。2.光的色散:含有多種顏色的光被分解為_(kāi)______的現(xiàn)象。3.光譜:含有多種顏色的光被分解后，各種色光按其_____的有序排列。,不同,單色光,波長(zhǎng),二、色散的分類(lèi)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)面反射的光是由同一個(gè)光波分解而成的，它們具有相同的_____、恒定的相位差及振動(dòng)方向。,頻率,(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)亮條紋；在另一些位置，兩列波相遇后相互削弱，于是出現(xiàn)暗條紋。,路程差,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，不同色光亮條紋的位置不同。,彩色,3.折射時(shí)的色散:如圖，說(shuō)明通過(guò)棱鏡折射后由上到下的色光順序?yàn)榧t、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫。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_____。,越慢,三、激光1.激光的特點(diǎn)及應(yīng)用:,相同,平行度,范圍,時(shí)間,能量,2.全息照相:(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。,相位,(2)原理:全息照相的拍攝利用了光的_____原理，使參考光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相干性。(3)觀察全息照片時(shí)要用_____照射照片，從另一側(cè)面觀察。,干涉,激光,【思考辨析】(1)光的顏色是由光的波長(zhǎng)決定的。()(2)根據(jù)光譜我們可以知道哪些光波長(zhǎng)較長(zhǎng)，哪些光波長(zhǎng)較短。(),(3)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。()(4)計(jì)算機(jī)內(nèi)的“磁頭”讀出光盤(pán)上記錄的信息是應(yīng)用了激光有相干性的特點(diǎn)。(),(5)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)。()(6)“激光測(cè)距”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)。(),提示:(1)。光的顏色是由光的頻率決定的。光由一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)頻率不變，但波長(zhǎng)發(fā)生變化。(2)√。光譜是按照各種色光的波長(zhǎng)有序排列起來(lái)的。(3)。光纖通信主要利用激光的相干性。,(4)。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。(5)√。醫(yī)療中的激光“光刀”利用了激光的高亮度的特點(diǎn)。(6)?！凹す鉁y(cè)距”利用的是激光的平行性。,知識(shí)點(diǎn)一色散的理解探究導(dǎo)入:如圖所示是一束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:由圖可知，紅光經(jīng)過(guò)棱鏡后偏折程度最小，紫光經(jīng)過(guò)棱鏡后偏折程度最大，故玻璃對(duì)紫光的折射率最大，對(duì)紅光的折射率最小。,【歸納總結(jié)】1.折射時(shí)的色散:,(1)把射出棱鏡的光線與入射光線方向的夾角叫通過(guò)棱鏡的偏向角，如圖所示。實(shí)驗(yàn)表明，白光色散時(shí)，紅光的偏向角最小，紫光的偏向角最大。這說(shuō)明玻璃對(duì)不同色光的折射率是不同的。紫光的折射率最大，紅光的折射率最小。,(2)由于介質(zhì)中的光速v=，故在同種介質(zhì)中折射率大的光速小，各種色光在同種介質(zhì)中的光速依次為v紫va，選項(xiàng)B錯(cuò)誤，D正確；由于na>nb，則頻率fa>fb，λa<λb，由Δx=λ知，Δxa<Δxb，選項(xiàng)A、C正確。,知識(shí)點(diǎn)二薄膜干涉及應(yīng)用探究導(dǎo)入:如圖所示是幾種常見(jiàn)的薄膜干涉圖樣，這些干涉圖樣是怎樣形成的呢？,提示:是由薄膜上、下表面反射光束相遇而產(chǎn)生的干涉。,【歸納總結(jié)】1.薄膜干涉的形成:入射光經(jīng)薄膜上表面反射后得第一束光，折射光經(jīng)薄膜下表面反射，又經(jīng)上表面折射后得第二束光，這兩束光在薄膜的同側(cè)，由同一入射振動(dòng)分出，是相干光，屬分振幅干涉。,2.用干涉法檢查平面平整度:如圖甲所示，兩板之間形成一層空氣膜，用單色光從上向下照射，如果被檢測(cè)平面是光滑的，得到的干涉圖樣必是等間距的。如果被測(cè)表面某處凹下，則對(duì)應(yīng)亮條紋(或暗條紋)提前出現(xiàn)，如圖乙中P條紋所示；如果某處凸起來(lái)，則對(duì)應(yīng)條紋延后出現(xiàn)，如圖乙中Q所示。(注:“提前”與“延后”不是指在時(shí)間上，而是指由左到右的位置順序上),3.增透膜:(1)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。,(2)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(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，在兩個(gè)表面反射的光產(chǎn)生相消干涉，反射光的能量幾乎等于零。增透膜的最小厚度:增透膜厚度d=(k=0，1，2，3……)，最小厚度為。(λ為光在介質(zhì)中傳播時(shí)的波長(zhǎng)),(3)由于白光中含有多種波長(zhǎng)的光，所以增透膜只能使其中一定波長(zhǎng)的光相消。(4)因?yàn)槿藢?duì)綠光最敏感，一般選擇對(duì)綠光起增透作用的膜，所以在反射光中綠光強(qiáng)度幾乎為零，而其他波長(zhǎng)的光并沒(méi)有完全抵消，所以增透膜呈現(xiàn)淡紫色。,【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。,【典題通關(guān)】【典例】(2018濟(jì)南高二檢測(cè))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(gè)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(diǎn):(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(duì)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)光垂直入射到新的劈形空氣薄膜后，從上往下觀察到的干涉條紋(),A.變疏B.變密C.不變D.消失,【正確解答】選A。干涉條紋是由空氣薄膜的上下兩個(gè)表面反射的光線疊加而成的，當(dāng)抽去一張紙片后，劈形空氣薄膜傾角減小，相鄰明條紋(或暗條紋)必須變疏才能符合所在位置下面對(duì)應(yīng)的薄膜厚度差跟原先一樣，故選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)B、C、D錯(cuò)誤。,【規(guī)律方法】被測(cè)平面凹下或凸起的形象判斷法被測(cè)平面凹下或凸起的形象判斷法——矮人行走法。即把干涉條紋看成“矮人”的行走軌跡。讓一個(gè)小矮人在兩板間沿著一條條紋直立行走，始終保持腳踏被測(cè)板，頭頂樣板，在行走過(guò)程中:,(1)若遇一凹下，他必向薄膜的尖端去繞，方可按上述要求過(guò)去，即條紋某處彎向薄膜尖端，該處為一凹下。(2)若遇一凸起，他必向薄膜的底部去繞，方可按上述要求過(guò)去，即條紋某處彎向薄膜底部，該處為一凸起。因此，條紋向薄膜尖端彎曲時(shí)，說(shuō)明下凹，反之，上凸。,【過(guò)關(guān)訓(xùn)練】1.用單色光照射位于豎直平面內(nèi)的肥皂液薄膜，所觀察到的干涉條紋為(),【解析】選B。薄膜的干涉是等厚干涉，同一條紋厚度相同，故條紋是水平的，故選B。,2.(多選)(2018襄陽(yáng)高二檢測(cè))如圖(1)所示是用干涉法來(lái)檢查某塊厚玻璃板上表面是否平整的裝置，所用紅色光是用普通光源加紅色濾色光片產(chǎn)生的，從上往下觀察到的干涉條紋如圖(2)所示，則下列判斷正確的是(),A.若觀察到的條紋如圖甲所示，則說(shuō)明厚玻璃板上表面是平整的B.若觀察到的條紋如圖乙所示，則厚玻璃板上表面有下凹的位置C.若觀察到的條紋如圖乙所示，則厚玻璃板上表面有上凸的位置D.若是用黃色濾色光片產(chǎn)生的黃色光做該實(shí)驗(yàn)，則干涉條紋變密,【解析】選A、B、D。薄膜干涉形成的條紋是膜的上下表面的反射光干涉產(chǎn)生的，若觀察到的條紋如圖甲所示，則說(shuō)明厚玻璃板上表面是平整的，故A正確；薄膜干涉是等厚干涉，即明條紋處空氣膜的厚度相同，從彎曲的條紋可知，檢查平面左邊處的空氣膜厚度與后面的空氣膜厚度相同，知該處凹陷，故B正確，C錯(cuò)誤；若是用黃色濾色光片產(chǎn)生的黃色光做該實(shí)驗(yàn)，則波長(zhǎng)變短，則干涉條紋變密，故D正確。故選A、B、D。,【補(bǔ)償訓(xùn)練】1.如圖所示，一束白光從左側(cè)射入肥皂薄膜，下列說(shuō)法正確的是(),A.人從左側(cè)向右看，可以看到彩色條紋水平排列B.人從右側(cè)向左看，可以看到彩色條紋水平排列C.人從右側(cè)向左看，可以看到彩色條紋豎直排列D.人從左側(cè)向右看，可以看到彩色條紋豎直排列,【解析】選A。觀察薄膜干涉時(shí)，應(yīng)從入射光的同一側(cè)，可以看到彩色條紋水平排列，故選項(xiàng)A正確。,2.如圖所示是用干涉法檢查某塊厚玻璃塊的上表面是否平整的裝置。所用單色光是用普通光源加濾光片產(chǎn)生的，檢查中所觀察到的干涉條紋是由下列哪兩個(gè)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】選C。樣板和厚玻璃之間存在楔形空氣薄膜，用單色光從這個(gè)空氣薄膜表面照射，入射光從空氣薄膜的上、下表面反射回的兩列光波形成干涉條紋?？諝獗∧さ纳?、下表面就是a的下表面和b的上表面，故選項(xiàng)C正確。,知識(shí)點(diǎn)三激光及其應(yīng)用探究導(dǎo)入: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、方向性好、亮度高等特點(diǎn)。,【歸納總結(jié)】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。激光是人工產(chǎn)生的相干光。,2.激光的特點(diǎn):(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(shí)驗(yàn)，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(guò)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(shí)間內(nèi)集中很大的能量。,【典題通關(guān)】【典例】(多選)對(duì)于激光的認(rèn)識(shí)，以下說(shuō)法正確的是()A.普通光源發(fā)出的光都是激光B.激光是自然界普遍存在的一種光C.激光是一種人工產(chǎn)生的相干光D.激光已經(jīng)深入我們生活的各個(gè)方面,【正確解答】選C、D。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)足相干條件，所以激光與普通光源發(fā)出的光有著質(zhì)的區(qū)別，A選項(xiàng)錯(cuò)；激光是原子受激輻射產(chǎn)生的光，要通過(guò)人工專(zhuān)門(mén)制得，所以并不是在自然界中普遍存在的，B選項(xiàng)錯(cuò)，C選項(xiàng)正確；在日常的生產(chǎn)、生活中很多方面都用到了激光，D選項(xiàng)正確。,【規(guī)律方法】激光的應(yīng)用舉例與對(duì)應(yīng)的特性(1)激光雷達(dá):對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)出一個(gè)極短的激光脈沖，測(cè)量發(fā)射脈沖和收到回波的時(shí)間間隔，結(jié)合發(fā)射的方向，就可探知目標(biāo)的方位和距離，結(jié)合多普勒效應(yīng)，還可以求出目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度。(利用激光的平行度好),(2)讀盤(pán):激光的平行度很好，可以會(huì)聚到很小的一點(diǎn)，讓會(huì)聚點(diǎn)照射到VCD碟片、CD碟片、計(jì)算機(jī)的光盤(pán)上，就可讀出光盤(pán)上記錄的信息。(利用激光的平行度好)(3)醫(yī)用激光刀:可以用于醫(yī)療的某些手術(shù)上，具有手術(shù)時(shí)間短、損傷小、不會(huì)引起細(xì)菌感染、止血快等優(yōu)點(diǎn)。(利用激光的亮度高),【過(guò)關(guān)訓(xùn)練】1.(多選)(2018漳州高二檢測(cè))激光火箭的體積小，卻可以裝載更大、更重要的衛(wèi)星或飛船，激光由地面激光站或空間激光動(dòng)力衛(wèi)星提供，通過(guò)一套裝置，像手電筒一樣，讓激光束射入火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室，使推進(jìn)劑受熱而急劇膨脹，于是形成一股高溫高壓的燃?xì)饬?，以極大的速度噴出，產(chǎn)生巨大的推力，把衛(wèi)星或飛船送入太空。激光火箭利用了激光的(),A.單色性好B.平行度高C.高能量D.相干性好【解析】選B、C。由于激光站與衛(wèi)星相隔距離遠(yuǎn)，為了減少能量損失，必須使激光具有很好的平行度，同時(shí)使用激光的高能量。故選B、C。,2.(多選)將激光束的寬度聚焦到納米級(jí)(10-9m)范圍內(nèi)，可修復(fù)人體已損壞的器官，可對(duì)DNA分子進(jìn)行超微型基因修復(fù)，把至今尚令人無(wú)奈的癌癥、遺傳疾病徹底根除，以上功能是利用了激光的()A.單色性好B.平行度好C.粒子性D.高能量,【解析】選B、D。激光的平行度好，故可聚焦到很小的范圍；激光的亮度高、能量大，故可修復(fù)器官。,【拓展例題】考查內(nèi)容:激光的應(yīng)用【典例】一種紅寶石激光器發(fā)射的激光是不連續(xù)的一道道閃光，每道閃光為一個(gè)(列)光脈沖，若這種激光器光脈沖的持續(xù)時(shí)間為1.010-11s，波長(zhǎng)為694.3nm，發(fā)射功率為1.01010W，求:,(1)每列光脈沖的長(zhǎng)度是多少？(2)用這種紅寶石激光器照射皮膚上的色斑，每平方厘米色斑吸收能量達(dá)到60J以后，色斑便逐漸消失，一塊色斑的面積為50mm2，則它要吸收多少個(gè)(列)紅寶石激光脈沖才能逐漸消失？,【正確解答】(1)光脈沖持續(xù)時(shí)間即為發(fā)射一個(gè)光脈沖所需的時(shí)間，所以一個(gè)光脈沖長(zhǎng)度Δl=cΔt=31081.010-11m=3.010-3m。,(2)面積為1cm2色斑吸收的能量E=60J，色斑便逐漸消失。而1個(gè)光脈沖的能量為ΔE=PΔt=1.010101.010-11J=0.1J消除50mm2的色斑需要光脈沖數(shù)為n==300(個(gè))。答案:(1)3.010-3m(2)300個(gè),