第三章 第5讲

第十三章 光 目标定位 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，了解全息照片的拍摄. 第5讲 光的颜色 色散 激光 1 预习导学 梳理识记点拨 2 课堂讲义 理解深化探究 3对点练习 巩固应用反馈 预习导学 梳理识记点拨 4 第5讲 光的颜色 色散 激光 一、光的颜色 色散 1.不同颜色的光，波长 .白光是由 组成的. 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. 不同多种色光 单色光 波长 5 第5讲 光的颜色 色散 激光 想一想 观察课本P67表1“各色光在真空中的波长和频率” ，光由红到紫波长如何变化，频率如何变化？光的颜色取决 于什么？ 答案 由红到紫波长逐渐变短，频率逐渐变大；光的颜色决 定于频率. 6 第5讲 光的颜色 色散 激光 二、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. 路程差 加强 削弱 7 第5讲 光的颜色 色散 激光 想一想 小朋友吹出的肥皂泡、热菜汤表面的油花、马路 上积水表面的油膜，都会看到彩色的条纹，这些彩色条纹 是如何形成的呢？ 答案 由薄膜干涉造成的.白光照射在肥皂泡膜、油膜表面 ，被薄膜前、后表面反射的两列反射波叠加，形成干涉条 纹.由于白光中的各色光波长不同，干涉后的条纹间距不同 ，薄膜上就会出现彩色花纹. 8 第5讲 光的颜色 色散 激光 三、衍射中的色散 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. 彩色 位置 9 第5讲 光的颜色 色散 激光 四、折射中的色散 1.一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. 2.透明物质对于波长不同的光的折射率n不一样，越 ， n越大. 3.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. 彩色 小 短 10 第5讲 光的颜色 色散 激光 五、激光 1.激光的特点及其应用 特点性质应用 相干 性 只有频率 、相位差 、偏振方 向 的光才是相干光.激光是一种人 工产生的相干光，具有高度的相干性 光纤通信 相同 恒定 一致 11 第5讲 光的颜色 色散 激光 平行 度 激光的 非常好， 在传播很远的距离后仍 能保持一定的强度 精确的测距；读取光盘上记录 的信息等 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 平行度 空间 时间 能量 12 第5讲 光的颜色 色散 激光 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)全息照相的拍摄利用了光的 原理，这就要求参考光 和物光有很高的相干性. 强弱 相位 干涉 课堂讲义 理解深化探究 13 第5讲 光的颜色 色散 激光 一、对薄膜干涉的理解 1.现象：光照到薄膜上，从膜的前表面和后表面反射回来的 光再次相遇而产生的干涉现象.两反射光的光程差等于膜厚 度的2倍. 14 第5讲 光的颜色 色散 激光 2.图样：以光照射肥皂泡为例，如果是单色光照射肥皂泡 ，肥皂泡上就会出现明暗相间的条纹或区域；如果是白光 照射肥皂泡，液膜上就会出现彩色条纹，且每一条纹呈水 平分布. 3.应用：用干涉法检查平面的平整程度；光学镜头上的增 透膜. 15 第5讲 光的颜色 色散 激光 例1 如图1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( ) 图1 16 第5讲 光的颜色 色散 激光 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形 成亮条纹，所以干涉条纹应是水平的. 答案 D 17 第5讲 光的颜色 色散 激光 借题发挥 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亮条纹或同一暗条纹 应出现在厚度相同的地方，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. 18 第5讲 光的颜色 色散 激光 例2 关于薄膜干涉，下列说法中正确的是( ) A.只有厚度均匀的薄膜，才会发生干涉现象 B.只有厚度不均匀的楔形薄膜，才会发生干涉现象 C.厚度均匀的薄膜会形成干涉条纹 D.观察肥皂液膜的干涉现象时，观察者应和光源在液膜的 同一侧 19 第5讲 光的颜色 色散 激光 解析 当光从薄膜的一侧照射到薄膜上时，只要前后两个面 反射回来的光波的路程差满足振动加强的条件，就会出现明 条纹，满足振动减弱的条件就会出现暗条纹.这种情况在薄膜 厚度不均匀时才会出现；当薄膜厚度均匀时，不会出现干涉 条纹，但也发生干涉现象. 答案 D 20 第5讲 光的颜色 色散 激光 二、光在棱镜中的色散 1.棱镜对光的传播方向的改变遵循光的折射定律. 图2 如图2所示中的为光的偏向角，光的偏向角越大，表示棱镜 对光的偏折程度越大. 21 第5讲 光的颜色 色散 激光 2.光的颜色由光源的频率决定，与介质无关，与波长无关 ，波速由介质和光的频率共同决定. 3.白光由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种色光组成，七 种色光的特性差异可以用下表表示出来. 各种色光红 橙 黄 绿 青 蓝 紫 频 率小大 波 长长短 22 第5讲 光的颜色 色散 激光 折射率小大 波速(介质中)大小 双缝干涉时所产生的条纹间距大小 薄膜干涉时所产生的条纹间距大小 经三棱镜折射时偏向角大小小大 23 第5讲 光的颜色 色散 激光 例3 如图3所示，从点光源S发出的一细束白光以一定的角 度入射到三棱镜的表面，经过三棱镜的折射后发生色散现象 ，在光屏的ab间形成一条彩色光带.下面的说法中正确的是( ) A.a侧是红色光，b侧是紫色光 B.在真空中a侧光的波长小于b侧光的波长 C.三棱镜对a侧光的折射率小于对b侧光的折射率 D.在三棱镜中a侧光的传播速度大于b侧光的传播速度 图3 24 第5讲 光的颜色 色散 激光 解析 由于玻璃对各色光的折射率不同，导致色散的形成， 玻璃对紫光的折射率最大，对红光的折射率最小，据n 可知a侧为紫光，b侧为红光，在真空中，红光的波长大于紫 光的波长，由n 可以求出，在三棱镜中，红光的传播速度 大于紫光的传播速度. 答案 B 25 第5讲 光的颜色 色散 激光 三、激光的应用 1.利用激光通过光导纤维实现通信(利用相干性，便于调制). 2.激光雷达测距、测速(平行度好，结合多普勒效应). 3.DVD、CD唱机、电脑光驱(平行度好). 4.医学上的“激光刀”、激光雕刻、激光切割、激光焊接、 受控核聚变(能量集中及高能量). 5.全息照相技术. 26 第5讲 光的颜色 色散 激光 例4 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 27 第5讲 光的颜色 色散 激光 解析 激光平行度好，即使在传播了很远的距离之后，它 仍保持一定的强度，此特点可用于激光测距，选项A正确 ； 激光的亮度高，能量十分集中，可用于金属加工、激光医 疗、激光美容、激光武器等，选项B错误； 由于激光亮度高、能量大，在切割皮肤的同时，也能杀灭 细菌，所以选项C正确； 28 第5讲 光的颜色 色散 激光 激光具有很高的相干性，可用于全息照相，由于它记录了 光的相位信息，所以看起来立体感较强，选项D正确. 答案 ACD 对点练习 巩固应用反馈 29 第5讲 光的颜色 色散 激光 薄膜干涉 1.如图4所示是用干涉法检查某块厚玻璃板的上表面是否平整的 装置，所用单色光是用普通光通过滤光片产生的，检查中所观察 到的干涉条纹是由下列哪两个表面反射的光线叠加而成的( ) 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 图4 30 第5讲 光的颜色 色散 激光 解析 干涉法的原理是利用单色光的薄膜干涉，这里的薄膜 指的是样板与待测玻璃板之间的空气层.在空气层的上表面和 下表面分别反射的光会发生干涉，观察干涉后形成的条纹是 否为平行直线，可以断定厚玻璃板的上表面是否平整.因此选 项C是正确的. 答案 C 31 第5讲 光的颜色 色散 激光 2.用如图5所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象.图 (a)是点燃的酒精灯(在灯芯上洒些盐)，图(b)是竖立 的附着一层肥皂液薄膜的金属丝圈.将金属丝圈在其 所在的竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是( ) A.当金属丝圈旋转30时干涉条纹同方向旋转30 B.当金属丝圈旋转45时干涉条纹同方向旋转90 C.当金属丝圈旋转60时干涉条纹同方向旋转30 D.干涉条纹保持原来状态不变 图5 32 第5讲 光的颜色 色散 激光 解析 金属丝圈的转动，改变不了肥皂液膜的上薄下厚 的形状，由干涉原理可知干涉条纹与金属丝圈在该竖直 平面内的转动无关，仍然是水平的干涉条纹，A、B、C 错误，D正确. 答案 D 33 第5讲 光的颜色 色散 激光 折射中的色散 3.一束由红、紫两色光组成的复色光，从空气斜射向玻璃三 棱镜.下面四幅图中能正确表示该复色光经三棱镜折射分离成 两束单色光的是( ) 34 第5讲 光的颜色 色散 激光 解析 光通过玻璃三棱镜后向它的横截面的底边偏折，故C、 D选项错误； 同一介质对频率越高的光的折射率越大，所以复色光经玻璃 折射后，光路应分开，故A选项错误； 紫光的频率比红光的大，故经玻璃三棱镜后紫光的偏折程