2019-2020学年高中物理 第13章 7 光的颜色 色散 8 激光课件 新人教版选修3-4

第十三章光7光的颜色色散8激光[学习目标]1.知道光的色散现象，知道白光是由多种色光组成的.2.理解薄膜干涉中的色散现象，并了解薄膜干涉的应用．(重点)3.理解光折射时的色散现象，知道同一介质对不同色光的折射率不同．(重点、难点)4.了解激光的特性和应用，应用激光观察全息照片．自主探新知预习一、光的颜色和色散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．不同单色光波长4．几种色散现象(1)薄膜干涉中的色散①薄膜干涉中相干光的获得光照射到薄膜上，在薄膜的前后两个面____的光是由同一个实际的光源分解而成的，它们具有相同的____，恒定的______．反射频率相位差②薄膜干涉的原理光照在厚度不同的薄膜上时，在薄膜的不同位置，前后两个面的____光的____差不同，在某些位置两列波叠加后相互加强，于是出现______；在另一些位置，两列波相遇后被相互削弱，于是出现______．反射路程亮条纹暗条纹(2)衍射时的色散用白光做衍射实验时，得到的条纹是____的．这是因为衍射时不同色光的亮条纹的位置不同，于是各种色光就区分开了．这种现象是光在衍射时的色散．彩色(3)折射时的色散如图说明白光通过棱镜折射后，由上到下的色光顺序为：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫，这说明白光是由____光组成的．七色二、激光1．激光的特点及应用性质应用相干性：激光具有频率____、相位差____、偏振方向____的特点，具有高度的相干性光纤通信相同恒定一致平行度：激光的______非常好，传播很远的距离仍能保持一定的强度激光____，读取光盘上记录的信息等亮度高：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”、激发核反应等平行度测距空间时间能量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____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．强弱相位干涉1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(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)激光可以进行光纤通信是利用了相干性好的特点．()(5)激光可用做“光刀”来切开皮肤是利用激光的相干性好．()√××√×2．竖直的肥皂膜在单色光的照射下，表面会形成明暗相间的条纹，下列说法中正确的是()A．干涉条纹基本上是竖直的B．干涉条纹基本上是水平的C．干涉条纹的产生是由于光在肥皂膜前后表面上反射的两列波叠加的结果D．干涉条纹是彩色的E．若改用白光照射则干涉条纹是彩色的BCE[薄膜干涉条纹的产生是薄膜的前表面与后表面反射来的光叠加所产生的，同一明条纹或同一暗条纹应出现在膜的厚度相同的地方，同一水平高度处，膜的厚度相同，所以条纹基本是水平的，由于光是单色光，故不会发生色散．故正确答案为B、C、E.]3．关于激光的应用，下列说法中正确的是()A．光纤通信是应用激光相干好的特点对信号进行调制，使其在光导纤维中进行信息传递B．计算机内用“磁头”可读出光盘上记录的信息是应用了激光平行度好的特点来进行的C．医学中用激光作“光刀”来切除肿瘤是应用了激光亮度高的特点D．“激光测距雷达”利用激光测量很远目标的距离是应用了激光亮度高的特点E．激光打孔是应用了激光相干性好的特点ABC[光纤通信主要利用激光的相干性好的特点，选项A正确；计算机内的“磁头”可读出光盘上的信息主要应用了激光的平行度好的特点，选项B正确；医疗中用激光作“光刀”和工业上用激光打孔都是利用了激光的亮度高的特点，选项C正确，E错误；激光测距利用的是激光的平行度好的特点，选项D错误．]合作攻重难探究光的颜色和色散1．对光的颜色的理解不同颜色的光，波长不同，频率不同，而同种颜色的光在不同介质中折射率不同，速度和波长均不相同，但频率相同，因此说光的颜色是由频率决定的，而不是由波长决定的．2．棱镜对光线传播方向的改变(1)正确画好光线通过棱镜的光路图，如图甲所示．(2)棱镜成像的画法，如图乙所示．3．各种色光特性的比较各种色光红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫频率小→大折射率小→大经三棱镜折射时的偏折角小→大波长长→短介质中的波速大→小双缝干涉的条纹间距大→小薄膜干涉的条纹间距大→小4．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．由Δx＝ldλ知，红光波长最长，Δx最大，紫光波长最短，Δx最小．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．【例1】(单选)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B[玻璃对频率不同的各种色光的折射率不同，在可见光中，对红光的折射率最小，对紫光的折射率最大．因此在空气和玻璃的第一个界面上，虽然各单色光入射角相同，但各单色光的折射角不同，由n＝sinθ1sinθ2可知，红光的折射角最大，紫光的折射角最小．在另一个界面上，光由玻璃进入空气，根据光路的可逆性可知，紫光的折射角最大，红光的折射角最小．由n＝cv可知，可见光中红光在玻璃中的传播速度最大．]同种介质对不同波长单色光的折射率不同，折射率由小到大的顺序是红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫．根据真空中光速相同，即c＝λf，可知不同单色光波长由大到小的顺序是红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫．1.如图所示，一个小的光源S发出白光，棱镜分光，若人沿着折射光线的反方向观察，通过棱镜可以看到()A．白光点B．光点上部红色，下部紫色C．光点上部紫色，下部红色D．看到的光点比实际光源的位置高E．看到的光点是光源的虚像CDE[由于各种单色光中，紫光的折射率最大，偏折角也最大，成的像最高，红光的折射率最小，偏折角也最小，成的像最低．]薄膜干涉现象及应用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别反射，如同由前、后表面反射出来的两列完全相同的光，满足相干条件．2．薄膜干涉的成因如图所示，竖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，从膜的前、后表面反射的两列光波叠加，若两列波叠加后互相加强，则出现亮纹；在另一些地方，叠加互相减弱，则出现暗纹．故在单色光照射下，就出现了明暗相间的干涉条纹；若在白光照射下，则出现彩色干涉条纹．3．薄膜干涉中应注意的三个问题(1)观察的是从膜前、后两表面反射回来的光，不是透过膜的光，眼睛与光源在膜的同一侧．(2)用单色光和白光分别照射同一膜，观察到的现象是不同的．用白光照射膜时，某一位置红光得到加强，其他颜色的光就被削弱，故在此位置看到的是红色，而另一位置则会看到黄色等其他颜色，因此，用白光做这个实验看到的将是彩色条纹；而在单色光照射下，则会出现明、暗相间的条纹．(3)每一条纹呈现水平分布，各条纹按竖直方向排列．4．薄膜干涉在技术上的应用(1)用干涉法检查平面如图所示，两板之间形成一层空气膜，用单色光从上向下照射，入射光从空气膜的上下表面反射出两列光波，形成干涉条纹．如果被检测平面是光滑的，得到的干涉图样必是等间距的．如果某处凹下，则对应明条纹(或暗条纹)提前出现，如图(a)所示；如果某处凸起来，则对应条纹延后出现，如图(b)所示(注：“提前”与“延后”不是指在时间上，而是指由左向右的顺序位置上)．(2)增透膜的应用在光学仪器中，为了减少光在光学元件(透镜、棱镜)表面的反射损失，可用薄膜干涉相消来减少反射光，如照相机、测距仪、潜望镜上用的光学元件表面为了减少光的反射损失都镀上了一层介质薄膜(氟化镁)，使薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长的14，这样反射回来的两列光波经过的路程差恰好等于半个波长，它们叠加后相互抵消，从而减少了光学元件表面反射造成的光能损失，增强了透射光的能量，故称为增透膜．【例2】如图甲所示，用平行单色光照射透明标准样板来检查零件表面的情况，观察到如图乙所示的条纹，这说明被检查平面的条纹弯曲处是________(填“凹”或“凸”)的，该方法检查平面测量的精度可达________m.[解析]因为同一条亮(暗)纹上各处空气厚度相同，由垫片位置和弯曲方向可知，弯曲处的空气层厚度应该比同一条纹上其他位置的空气层厚度小，而现在实际上是一样厚度，可见，该处一定存在凹陷．干涉法检查平面精确度很高，可达10－8m.[答案]凹10－8被测平面凹下或凸起的形象判断法被测平面凹下或凸起的形象判断法——矮人行走法．即把干涉条纹看成“矮人”的行走轨迹．让一个小矮人在两板间沿着一条条纹直立行走，始终保持脚踏被测板，头顶样板，在行走过程中：若遇一凹下，他必向薄膜的尖端去绕，方可按上述要求过去，即条纹某处弯向薄膜尖端，该处为一凹下；若遇一凸起，他必向薄膜的底部去绕，方可按上述要求过去，即条纹某处弯向薄膜底部，该处为一凸起．2．劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图甲所示．将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜．当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图乙所示．干涉条纹有如下特点：(1)任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等．(2)任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定．现将甲图装置中的纸片抽去一张，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，则条纹()A．变疏B．变密C．不变D．消失A[根据形成明条纹的条件可知，相邻明条纹对应的路程差等于入射光的波长．抽去一张纸片，样板的倾角变小，要使相邻明条纹对应的路程差仍等于入射光的波长，则样板上条纹间的距离将会增大，即干涉条纹将变疏．]激光1．激光的相干性好所谓相干性好，是指容易产生干涉现象．普通光源发出的光(即使是所谓的单色光)频率是不一样的，而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，现在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．利用相干光易于调制的特点，传输信息，所能传递的信息密度极高，一条细细的激光束通过光缆可以同时传送一百亿路电话和一千万套电视，全国人民同时通话还用不完它的通讯容量，而光纤通信就必须借助激光技术才能发展．2．激光的平行度非常好与普通光相比，传播相同距离的激光束的扩散程度小，光线仍能保持很大的强度，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的精确度已达到1m.3．激光的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千分之一秒的时间内产生几千万度的高温．不能直接照射眼睛，否则会伤害眼睛．4．激光单色性很好激光的频率范围极窄，颜色几乎是完全一致的．【例3】准分子激光器利用氩气和氟气的混合物产生激光刀，可用于进行近视眼的治疗．用这样的激光刀对近视眼进行手术，手术时间短、效果好、无痛苦．关于这个治疗，以下说法中正确的是()A．近视眼是物体成像在眼球中的视网膜的前面，使人不能看清物体B．激光具有很好的方向性，用激光刀可以在非常小的面积上对眼睛进行手术C．激光治疗近视眼手术是对视网膜进行修复D．激光治疗近视眼手术是对角膜进行切削E．激光治疗近视眼手术是利用激光的相干性好ABD[激光手术是物理技术用于临床医学的最新成果．人的眼睛是一个光学成像系统，角膜和晶状体相当于一个凸透镜，物体通过凸透镜成像在视网膜上，人就能看清楚物体．当角膜和晶状体组成的这个凸透镜的焦距比较小，物体成像在视网膜的前面时，人就不能看清物体，这就是近视眼，A对；激光具有很好的方向性，用激光刀可以在非常小的面积上对眼睛进行手术，B对，E错；激光手术不是修复视网膜，而是对角膜进行切削，改变角膜的形状，使眼球中的凸透镜的焦距适当变大，物体经过角