2020版高中物理 第十三章 7 光的颜色 色散 8 激光课件 新人教版选修3-4

7光的颜色色散8激光[学习目标]1.知道白光是由多种色光组成的,知道光的色散及光谱的概念.2.能说明薄膜干涉条纹的特点,能解释薄膜干涉的成因.3.理解折射时的色散,知道不同色光的折射率不同.4.了解激光的特点和应用,了解全息照相的原理.课前预习感悟新知教材探究知识点一光的颜色与色散[问题导学]用单色光做双缝干涉实验时,光屏上出现明暗相间的条纹,而用不同的色光,条纹间距不同,这说明什么?用白光做双缝干涉实验时光屏上出现了彩色条纹,这又说明什么?答案:在双缝干涉实验中,各种颜色的光的条纹间距不同,如红光条纹间距比黄光大,蓝光条纹间距比黄光小.由公式Δx=ldλ可知,不同颜色的光的波长不同;白光干涉条纹是彩色的,说明白光是由各种色光组成的,由于各色光条纹间距不同,发生干涉时白光被分解了.[知识梳理]1.光的颜色与波长:双缝干涉实验中,各种颜色的光条纹间距不一样,这说明不同颜色的光,不同.2.白光的组成:白光干涉时,条纹是的,这说明白光是由________组成的.3.光的色散与光谱(1)光的色散:含有多种颜色的光被分解为的现象.(2)光谱:含有多种颜色的光被分解后,各种色光按其的有序排列.波长彩色多种色光单色光波长知识点二薄膜干涉中的色散[问题导学]在酒精灯的灯芯上撒一些食盐,灯焰就能发出明亮的黄光.把铁丝圈在肥皂水中蘸一下,让它挂上一层薄薄的液膜.把这层液膜当做一个平面镜,用它观察灯焰的像如图所示.这个像与直接看到的灯焰有什么不同?如果用白光做实验情况又会如何?答案:灯焰的像由明暗相间的水平条纹组成.如果用白光做实验,肥皂膜上会出现彩色水平条纹.[知识梳理]1.薄膜干涉的成因:竖直放置的肥皂薄膜受到的作用,下面厚、上面薄,因此在膜上不同位置,来自前后两个面的反射光所走的路程差不同,在某些位置,光波叠加后相互加强,于是出现;在另一些位置,叠加后相互削弱,出现了.2.薄膜干涉的应用:用检查平面的平整程度.重力亮条纹暗条纹干涉法知识点三折射时的色散[问题导学]光线通过棱镜,传播方向的改变有何特点?白光经过棱镜发生色散,则棱镜对各种色光的折射情况有何规律?说明了什么问题?答案:光线通过棱镜后向底面偏折;棱镜对红、橙、黄、绿、青、蓝、紫光的折射程度逐渐增大;说明介质对不同色光的折射率不同,介质对红、橙、黄、绿、青、蓝、紫光的折射率依次变大.[知识梳理]1.偏折角:如图所示中的θ为光通过棱镜后的偏折角,光的偏折角越大,棱镜对光的偏折程度.越大2.白光通过棱镜时的色散(1)光谱:如图所示,由上到下的色光顺序为、橙、、、、蓝、紫.(2)结论:白光色散时,的偏折角最小,偏折角最大.这说明同种物质对波长不同的光的折射率不一样,波长越短,折射率.(3)波长与波速关系:在同一种介质中,光的波长越短,波速.红黄绿青红光紫光越大越慢知识点四激光[问题导学]激光作为一种人造光源在科研、通信、工业生产、军事科技等领域都有着广泛应用,如激光干涉仪、激光测距、激光炮(如图所示)等.激光的应用如此广泛,激光到底具有哪些特性?答案:相干性强、平行度好、亮度高.[知识梳理]1.激光的特点及应用特点性质应用相干性激光具有频率、相位差、偏振方向的特点,是人工产生的相干光,具有高度的相干性光纤通信平行度激光的非常好,传播很远的距离仍能保持一定的强度精确测距;读取光盘上记录的信息等高亮度它可以在很小的和很短的内集中很大的______用激光束切割、“焊接”、医学上可以用激光做“光刀”、激发核反应等相同恒定一致平行度空间时间能量2.全息照相(1)普通照相技术所记录的只是光波的信息,而全息照相技术还可以记录光波的信息.(2)全息照片的拍摄利用了光的原理,这就要求参考光和物光有很高的.符合这个要求.强弱相位干涉相干性激光思考判断1.白光通过玻璃棱镜发生色散时,偏折角越大的色光,说明介质对其折射率越大.()2.不同颜色的光波长不同,光的颜色由波长决定.()3.同一种介质里,波长越长的光波,波速越快.()4.激光是相干光,可以像无线电波一样被调制,传递信息.()5.白光光谱按照波长由小到大的顺序是红橙黄绿青蓝紫.()6.全息照相利用了激光的衍射原理.()√×√√××要点一色散的理解课堂探究突破要点1.折射时的色散(1)如图所示,实验表明,白光色散时,红光的偏折角最小,紫光的偏折角最大.这说明玻璃对不同色光的折射率是不同的.紫光的折射率最大,红光的折射率最小❶.(2)由于介质中的光速v=cn,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v紫v蓝…v橙v红,即红光的速度最大,紫光的速度最小❷.(3)白光经过三棱镜后,在光屏上呈现七色光带;若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.双缝干涉中的色散:用不同的单色光做双缝干涉实验,得到的条纹之间的距离不一样,但都是明暗相间的单色条纹.用同一双缝干涉得到的条纹间距从红、橙、黄、绿、青、蓝、紫依次变小.由Δx=ldλ知,红光波长最长,紫光波长最短.白光干涉时的条纹是彩色的,可见,白光是由多种色光组成的复色光,发生干涉时,白光发生了色散现象.状元心得❷各种色光的波长,由长到短的顺序依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫.在频率方面,按照由低到高的顺序依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫.❶由sinC=1n知,同种介质对各色光发生全反射时的临界角由大到小的顺序为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫.[例1]实验表明,可见光通过三棱镜时各色光的折射率n随波长λ的变化符合科西经验公式:n=A+2B+4C,其中A,B,C是正的常量.太阳光进入三棱镜后发生色散的情形如图所示,则()A.屏上c处是紫光B.屏上d处是红光C.屏上b处是紫色D.屏上a处是红光D解析:可见光中红光波长最长,折射率最小,折射程度最小,所以a为红光,而紫光折射率最大,所以d为紫光.方法总结(1)光的频率(颜色)由光源决定,与介质无关,光的波长、波速与介质有关,各种色光在真空中传播的速度都为c=3×108m/s.(2)同一介质中,频率越大的光折射率越大,其他特点可由n=cv=0等知识推导.[针对训练1]如图,半圆形玻璃砖置于光屏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,折射光在光屏上呈现七色光带.若入射点由A向B缓慢移动,并保持白光沿半径方向入射到O点,观察到各色光在光屏上陆续消失.在光带未完全消失之前,反射光的强度变化以及光屏上最先消失的光分别是()A.减弱,紫光B.减弱,红光C.增强,紫光D.增强,红光解析:由于入射点由A向B缓慢移动,入射角增大,因此反射光增强,折射光减弱,A,B错;紫光折射率大,临界角小,因此在光屏上最先消失的是紫光,C对,D错.C要点二薄膜干涉及应用1.薄膜干涉的形成:入射光经薄膜某表面反射后得第一束光,折射光经薄膜另一表面反射,又经该表面折射后得第二束光,这两束光在薄膜的同侧,由同一入射光形成,是相干光❶,当薄膜厚度不同时,则会形成薄膜干涉.2.用干涉法检查平面平整度: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射,如果被检测平面是光滑的,得到的干涉图样必是等间距的.如果被测表面某处凹下,则对应亮条纹(或暗条纹)出现位置偏左,如图(乙)中P条纹所示;如果某处凸起来,则对应条纹出现位置偏右,如图(乙)中Q所示.3.增透膜(1)为了减少光学装置中的反射光的损失,可在元件表面涂一层透明薄膜,一般是氟化镁.(2)如图所示,在增透膜的前后表面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,在两个表面反射的光产生相消干涉,反射光的能量几乎等于零❷.增透膜的厚度表达式d=(21)4k(k=0,1,2,3,…),最小厚度为4(λ为光在介质中传播时的波长).(3)由于白光中含有多种波长的光,所以增透膜只能使其中一定波长的光相消.(4)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,但红、紫光的反射最强,所以增透膜一般呈现淡紫色.状元心得❶明暗条纹的形成:1)由薄膜的两表面的反射光叠加形成明暗相间条纹.2)若两表面的反射光的路程差满足膜中波长的整数倍时,该处出现亮纹;满足膜中半波长的奇数倍时,该处出现暗纹.❷对“增透”的理解:经增透膜两表面反射的两束光相互抵消,可以消除反射光,相当于增强了入射光.考查角度1:薄膜干涉的理解[例2](多选)把一个平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上,一端用薄片垫起,构成空气劈尖,让单色光从上方射入(如图),这时可以看到明暗相间的条纹,下面关于条纹的说法中正确的是()A.将薄片向着劈尖方向移动使劈角变大时,条纹变疏B.将上玻璃板平行上移,条纹远离劈尖方向移动C.将上玻璃板平行上移,条纹向着劈尖方向移动D.将薄片远离劈尖方向移动使劈角变小时,条纹变疏CD解析:劈角变小时,由于形成亮条纹(或暗条纹)的两束光间的路程差恒定,当倾角变小后形成该路程差的水平距离变大,如图所示,因此干涉条纹变疏,选项A错误,D正确;将上玻璃板平行上移,路程差变大,条纹向着劈尖方向移动,选项B错误,C正确.考查角度2:增透膜[例3]市场上有一种灯具俗称“冷光灯”用它照射物体时能使被照物体处产生的热效应大大降低,从而广泛地应用于博物馆、商店等处.这种灯降低热效应的原因之一是在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面上镀一层薄膜(例如氟化镁),这种膜能消除玻璃表面反射回来的产生热效应最显著的红外线,以λ表示此红外线在薄膜中的波长,则所镀薄膜的厚度最小应为()A.8B.4C.2D.λB解析:当薄膜的最小厚度为红外线在薄膜中波长的14时,从两表面反射的光其光程差恰好为12λ.则两反射光叠加时,相互抵消,这样就减小了反射光的强度.故选B.[针对训练2]下列四幅图中,有1幅与其余3幅反映的光学原理不同,这幅图是()D解析:增透膜是利用光的干涉原理;用标准平面检查光学平面的平整程度是利用光的薄膜干涉现象;C选项为双缝干涉;D选项为单缝衍射,故D正确.要点三激光及应用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涉.激光是人工产生的光.2.激光的特点及应用(1)相干性好.所谓相干性好,是指容易产生干涉现象.激光器发出的激光的频率几乎是单一的,并且满足其他的相干条件.所以,我们做双缝干涉实验时,无需在双缝前放一个单缝,而是用激光直接照射双缝,就能得到既明亮又清晰的干涉条纹.由于激光是相干光,所以它具有易于调制的特点,可用来传递信息.光纤通信就是激光和光导纤维相结合的产物.(2)平行度非常好.与普通光相比,传播相同的距离激光束的扩散程度小,光线仍能保持一定的强度,保持它的高能量,利用这一点可以精确测距.现在利用激光测量地月距离精确度已达到1m.激光还被用来读取DVD,CD光盘等记录的信息.(3)亮度非常高.它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量,如果把强大的激光束会聚起来,可使物体被照部分在不到千分之一秒的时间内产生几千万摄氏度的高温.因此,利用激光束来切割、焊接以及在很硬的材料上打孔,医学上用激光做“光刀”,也可焊接脱落的视网膜,利用激光产生的高压引起核聚变等.[例4]让激光照到VCD机、CD机或计算机的光盘上,就可以读出光盘上记录的信息经过处理后还原成声音和图象,这是利用激光的()A.平行度好,可以会聚到很小的一点上B.相干性好,可以很容易形成干涉图样C.亮度高,可以在很短时间内集中很大的能量D.波长短,很容易发生明显的衍射现象A解析:激光的特点之一是平行度好,它可以会聚到一个很小的点上,DVD,VCD,CD唱机或电脑上的光驱及刻录设备就利用了激光的这一特点,选项A正确,B,C,D错误.误区警示激光是很好的相干光源,但不同的激光频率不同,因此,不同的激光不能产生干涉现象.[针对训练3](多选)下列说法正确的是()A.激光可用于测距B.激光能量十分集中,只可用于加工金属材料C.外科研制的“激光刀”可以有效地减少细菌的感染D.激光可用于全息照相,有独特的特点ACD解析:激光平行