2019-2020学年高中物理 第十三章 第7节 光的颜色 色散第8节 激光课件 新人教版选修3-4

第十三章光第7节光的颜色色散第8节激光第十三章光1.知道白光是由多种色光组成的．2.能说明薄膜干涉条纹的特点，能解释薄膜干涉的成因．3．理解折射中的色散，了解各种色光特性的差别．4.了解激光的特性和应用，用激光观察全息照片．一、光的颜色、色散1．光的颜色与波长：不同颜色的光，波长______．2．光的色散：含有多种颜色的光被分解为________的现象．3．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，就是光谱．不同单色光波长4．色散的分类(1)薄膜干涉中的色散：竖直放置的肥皂薄膜受到重力作用，下面厚，上面薄，因此在膜上不同的位置，来自前后两个面的反射光的________不同，在某些位置，这两列波叠加后相互______，出现亮条纹；在另一些位置，叠加后相互______，出现暗条纹．(2)衍射时的色散：用白光做衍射实验，得到的条纹是______的．这是因为白光中包含了各种颜色的光，衍射时不同色光的亮条纹的______不同，于是各种色光就区分开了．路程差加强削弱彩色位置(3)折射时的色散①光通过棱镜后将向它的横截面的______方向偏折．②一束白光通过棱镜而被折射后，在屏上的光斑是______的，这说明光在折射过程中发生了色散．③透明物质对于波长λ不同的光的折射率n不一样，λ______，n越大．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___，波速越慢．底边彩色越小短二、激光1．激光的特点及其应用特点性质应用相干性激光具有频率______、相位差恒定、偏振方向一致的特点，0是人工产生的相干光，具有高度的相干性光纤通信平行度好激光的________非常好，传播很远的距离仍能保持一定的强度精确的测距；读取光盘上记录的信息等相同平行度特点性质应用高亮度它可以在很小的范围和很短的时间内集中很大的______用激光束切割、焊接；医学上可以用激光做“光刀”；激发核反应等能量2.全息照相(1)与普通照相技术的比较：普通照相技术所记录的只是光波的能量强弱信息，而全息照相技术还记录了光波的______信息．(2)原理：全息照片的拍摄利用了光的______原理，使参考光和物光在底片上相遇，发生干涉，形成复杂的干涉条纹．这要求参考光和物光必须具有很高的______性．(3)观察全息照片时要用______照射照片，从另一侧面观察．相位干涉相干激光判一判(1)色散现象表明，白光是复色光．()(2)单色光通过棱镜后也能发生色散．()(3)某单色光在不同介质中传播时光的频率、波长均不同．()(4)肥皂泡看起来呈彩色和照相机镜头呈淡紫色，都是薄膜干涉现象．()√××√(5)激光用于光纤通信是利用了它亮度高的特点．()(6)激光可用做“光刀”来切开皮肤，是利用了激光的相干性好．()(7)全息照相技术只能记录光波的强弱信息．()×××对光的色散的理解1．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，如图所示．实验表明，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．紫光的折射率最大，红光的折射率最小．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．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．如图所示，一束白光通过玻璃棱镜发生色散现象，下列说法正确的是()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]白色光经过三棱镜后产生色散现象，在光屏由上至下依次为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫．由于紫光的折射率最大，所以偏折最大；红光的折射率最小，则偏折程度最小．故A错误，B正确．根据折射定律得知，玻璃对红光的折射率比紫光小．故C错误．由v＝cn分析可知，折射率大的在玻璃中传播速度小，则紫光的传播速度比红光小．故D错误．[答案]B单色光特性比较各种色光红橙黄绿蓝靛紫频率小→大波长长→短折射率小→大介质中的波速大→小双缝干涉的条纹间距大→小(2017·高考北京卷)如图所示，一束可见光穿过平行玻璃砖后，变为a、b两束单色光．如果光束b是蓝光，则光束a可能是()A．红光B．黄光C．绿光D．紫光解析：选D.由题图可知，光束a的折射角小，根据n＝sinisinr知，光束a的折射率大于光束b的折射率，频率越大，折射率越大，且已知光束b是蓝光，选项中频率大于蓝光频率的只有紫光，故光束a可能是紫光，D项正确．薄膜干涉及其应用1．薄膜干涉的形成：入射光经薄膜上表面反射后得第一束光，折射光经薄膜下表面反射，又经上表面折射后得第二束光，这两束光在薄膜的同侧，由同一入射振动分出，是相干光，属分振幅干涉．2．薄膜干涉的成因(1)由薄膜的前、后表面的反射光叠加而形成明、暗相间的条纹．(2)如果膜的厚度为h，折射率为n，入射光在空气中的波长为λ，前、后表面的反射光的路程差为2h.若满足2h为膜中波长λn的整数倍时，该处出现亮条纹；若满足2h为膜中半波长λ2n的奇数倍时，该处出现暗条纹．(3)若换用白光，将得到彩色条纹．3．竖放肥皂液膜的干涉现象(1)白光照射图样是彩色的如图所示，竖直放置的肥皂液膜，因重力的作用，上面薄、下面厚，由于不同颜色的光的波长不同，从前、后两个表面反射的光，在不同的位置被加强，换句话说，不同颜色的光对应亮条纹的位置不同，不能完全重合，因此看起来是彩色的．(2)条纹是水平方向的：因为在同一水平高度处，薄膜的厚度相同，从前、后两表面反射的光的路程差均相同，如果此时两反射光互相加强，则此高度水平方向各处均加强，因此，明暗相间的干涉条纹应为水平方向的．(3)观察薄膜干涉，应从光源这一侧观察．4．增透膜(1)原理：光学镜头表面常常镀一层介质薄膜(氟化镁)，使薄膜的厚度为入射光在薄膜中波长的14，从介质膜前后两个面反射的光的路程差为λ2，所以两列光波相互削弱，使反射光的强度大大降低，透射光的强度得到加强．(2)对“增透”的理解：如果用宏观的思维方式来理解，两束反射光相互抵消，并没有增加透射光的强度，因此，此过程只是“消反”，却不能“增透”．其实光的干涉将引起整个光场分布的改变，但总的能量是守恒的，反射光的能量被削弱了，透射光的能量就必然得到增强．增透膜正是通过“消反”来确保“增透”的．命题视角1薄膜干涉现象及成因如图所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置，P是附有肥皂薄膜的铁丝圈，S是一点燃的酒精灯，往火焰上撒些盐后，在肥皂膜上观察到的干涉图样应是图中的()[解析]铁丝圈上的肥皂泡薄膜在重力作用下上薄下厚，在同一水平线上厚度基本一致，如果某一厚度处前后表面反射的同一列光波叠加得到加强，那么这一水平线上同一厚度处光波会加强，所以干涉条纹应是水平的．[答案]D在光的薄膜干涉中，前、后表面反射光的路程差由膜的厚度决定，所以薄膜干涉中同一明条纹或同一暗条纹应出现在膜的厚度相同的地方，因此又叫等厚干涉．由于光波波长极短，因此做薄膜干涉所用的介质膜应足够薄，才能观察到干涉条纹．命题视角2薄膜干涉现象(多选)如图甲所示，用单色光照射透明标准板M来检查被检体N的上表面的平直情况，观察到的现象如图乙所示，条纹中的P和Q的情况说明()A．N的上表面A处向上凸起B．N的上表面B处向上凸起C．N的上表面A处向下凹陷D．N的上表面B处向下凹陷[思路点拨](1)若某处有一凹下，条纹向薄膜尖端弯曲．(2)若某处有一凸起，条纹向薄膜底部弯曲．[解析]A处条纹向左弯曲，说明A处空气膜的厚度增大，与它右边的相同，使A处的条纹弯向左边，故知A处下凹．同理可知B处有凸起．[答案]BC【通关练习】1．光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是()A．用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象B．用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象C．在光导纤维束内传送的图象是利用光的色散现象D．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象解析：选D.检查光学平面的平整程度是利用光的干涉现象，故A错误；用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光发生折射而形成色散现象，故B错误；光导纤维束内传送图象是利用了光由光密介质到光疏介质时会发生全反射，故C错误；增透膜是利用光的干涉现象，故D正确．2．把一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，如图所示，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．干涉条纹的产生是由于光在空气薄膜的上、下两表面反射形成的两列光波叠加的结果，条纹间距都相等B．干涉条纹中的暗纹是由于两列反射光的波谷与波谷叠加的结果C．将薄片增厚，条纹变疏D．观察薄膜干涉条纹时，眼睛应在入射光的另一侧解析：选A.由于空气膜厚度是均匀变化的，故条纹间距是相等的，A对；波谷与波谷叠加是亮条纹，故B错；薄片增厚，条纹变密，C错；观察薄膜干涉条纹，应在入射光一侧，D错．激光的特点及其应用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，相干性非常好，颜色特别纯．用激光做衍射、干涉实验，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．以下说法不正确的是()A．光纤通信利用了激光相干性好的特点B．激光武器利用了激光亮度高的特点C．激光写、读利用了激光亮度高的特点D．激光加工、激光手术和激光武器都利用了激光亮度高的特点[解析]由于激光频率单一、相干性好，故可用来光纤通信，故A正确；激光亮度高，能量大，激光加工、激光手术和激光武器都利用了激光的这个特点．故B、D正确；激光方向性好、平行度高，可以会聚到很小的一点，激光写、读利用了激光的这个特点．故C错误．[答案]C(多选)激光技术是在1958年发明的．激光被誉为神奇的光，关于激光的应用下列说法中正确的是()A．激光用来控制核聚变，是因为它的方向性好，光源的能量就集中在很小一点上，可以在空间某个小区域内产生极高的温度B．由于激光是相干光，所以它能像无线电波那样被调制，用来传递信息C．用激光拦截导弹，摧毁卫星，是因为激光在大气中传播不受大气的影响D．能利用激光测量地面到月球表面的距离，是因为激光通过地球大气不会发生折射解析：选AB.激光用来控制核聚变，是因为它的方向性好，光源的能量就集中在很小一点上，可以在空间某个小区域内产生极高的温度，故A正确．由于激光是相干光，所以它能像无线电波那样被调制，用来传递信息，故B正确．用激光拦截导弹，摧毁卫星，是因为激光方向性好、能量高；能利用激光测量地面到月球表面的距离，是因为激光平行度好，方向性好，但都会不同程度地受大气影响，故C、D错误．