2018-2019高中物理 第13章 光 13.7-13.8 光的颜色、色散 激光课件 新人教版选修3-4.ppt

7光的颜色色散8激光,【自主预习】1.光的颜色色散:(1)光的颜色、光谱。光的颜色:光的_决定光的颜色;不同颜色的光_不同。光的色散:含有多种颜色的光被分解为_的现象。,频率,波长,单色光,光谱:含有多种颜色的光被分解后,各色光按其波长的_。(2)三种色散现象。薄膜干涉中的色散:a.一束光照到薄膜上,经过前后两表面反射形成两束光,它们具有相同的_,恒定的相差,是相干光源,在前表面处叠加发生_。,有序排列,频率,干涉现象,b.如果是在单色光的照射下,出现_的条纹,如果是在白光的照射下则出现_。c.应用:利用薄膜干涉可以检查平面的_和制造_改善镜片的透光性能。如用白光做光的衍射实验,得到的是_,这个现象是光在衍射时的色散。,明暗相间,彩色条纹,平整度,增透膜,彩色条纹,折射中的色散:a.三棱镜:横截面是_的玻璃柱体,简称棱镜。b.三棱镜对光线的作用:光通过三棱镜后将向它的_方向偏折。,三角形,底边,2.激光:(1)普通光源的发光机理及特点:发光机理:光是从物质的_中发射出来的。原子获得能量后处于不稳定状态,它会以_的形式把能量发射出去。特点:普通光源(如白炽灯)中的原子在什么时候发光,朝哪个方向偏振都是随机的,发出的光的_也不一样,这样的光在叠加时不能发生_,是_。,原子,光,频率,干涉,非相干光,(2)激光和激光的产生:激光是原子受激辐射产生的,光的方向、频率、偏振方向均_,它是人工产生的_。激光的产生:现代科技中用_产生激光。,相同,相干光,激光器,(3)全息照相: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。,相位,原理:全息照相的拍摄利用了光的_原理,使_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。观察全息照片时要用_照射照片,从另一侧面观察。,干涉,参,考光,相干,激光,【预习小测】1.用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象,图甲是点燃的酒精灯(在灯芯上撒些盐),图乙是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属线圈,将金属线圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转,观察到的现象是(),A.当金属线圈旋转30时,干涉条纹同方向旋转30B.当金属线圈旋转45时,干涉条纹同方向旋转90C.当金属线圈旋转60时,干涉条纹同方向旋转30D.干涉条纹保持不变,【解析】选D。竖直肥皂膜是由于重力作用产生的上薄下厚的薄膜,所以金属线圈的转动,改变不了肥皂液膜的上薄下厚的形状,由干涉原理可知,同一厚度处的干涉条纹在同一级次上,所形成的干涉条纹都是水平的,与金属线圈在该竖直平面内的转动无关,仍然是水平的干涉条纹,D正确,A、B、C错误。,【补偿训练】雨后太阳光入射到水滴中发生色散而形成彩虹。设水滴是球形的,图中的圆代表水滴过球心的截面,入射光线在过此截面的平面内,a、b、c、d代表四条不同颜色的出射光线,则它们可能依次是(),A.紫光、黄光、蓝光和红光B.紫光、蓝光、黄光和红光C.红光、蓝光、黄光和紫光D.红光、黄光、蓝光和紫光,【解析】选B。第一次折射时,把水滴看作三棱镜,向下偏折程度最大的光线一定是紫光,偏折程度最小的是红光,故第二次折射后,从题图上可看出紫光是a,红光是d,所以正确答案是B。,2.一束细白光通过玻璃三棱镜折射后,在竖直放置的光屏上形成了如图所示的光谱,其中a、c为光谱的边缘色光,关于a、b、c三种色光,下列说法正确的是(),A.把温度计放在光屏上c色光的下方,示数增加最快B.若分别让a、b、c三色光通过一双缝干涉装置,则a光形成的干涉条纹的间距最大C.a、b、c三色光在玻璃三棱镜中的传播速度依次越来越小D.让a、b、c三色光以同一入射角,从某一介质射入空气中,若b光恰能发生全反射,则c光也一定能发生全反射,【解析】选A。同一介质对红光折射率最小,对紫光折射率最大,所以a是紫光,c是红光。红外线具有热效应,温度计放在其中,示数增加最快,故A正确;根据可知,红光波长最长,干涉条纹间距最大,故B错误;根据可知,折射率大的速度小,所以vanc,根据可知,CbCc,当b光恰能发生全反射时,c光的入射角小于临界角,不会发生全反射,故D错误。,3.(多选)对于激光的认识,以下说法正确的是()A.普通光源发出的光都是激光B.激光是自然界普遍存在的一种光C.激光是一种人工产生的相干光D.激光已经深入我们生活的各个方面,【解析】选C、D。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,并且满足相干条件,所以激光与普通光源发出的光有着质的区别,A选项错;激光是原子受激辐射产生的光,要通过人工专门制得,所以并不是在自然界中普遍存在的,B选项错,C选项正确;在日常的生产、生活中很多方面都用到了激光,D选项正确。,主题一光的颜色色散【互动探究】探究点1光的颜色(1)光的颜色是由什么决定的?提示:是由光的频率决定的。,(2)太阳光谱是由哪几种色光组成的?各色光的波长长短是如何排列的?提示:太阳光谱是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种单色光组成的,它们的波长按照从长到短的顺序排列。,(3)用白光照射薄膜时看到的条纹是什么颜色?这又说明什么?提示:是彩色条纹。这说明白光是由多种色光复合而成的,并且不同颜色的光频率不同。,探究点2色散,(1)图甲中薄膜干涉色散的原理是什么?提示:图甲中实线和虚线波形代表的两列光的路程差不同,在某些位置这两列波叠加后相互加强,出现了亮条纹;在另一些位置叠加后相互削弱,出现了暗条纹。,(2)照相机、望远镜的镜头表面增透膜的增透原理是什么?提示:由于膜的上表面与玻璃表面反射的光发生干涉,而达到增透目的。,(3)若换用白光做干涉实验会得到彩色条纹,其原因是什么?提示:换用白光,因干涉时不同色光的亮条纹的位置不同,所以得到的就是彩色条纹。,(4)白光在通过三棱镜后发生色散的原因是什么?提示:各色光的入射角都相等,但折射角不相等,红光折射角最大偏折最小,紫光的折射角最小偏折最大。通过棱镜后的偏折程度不同,所以出现了色散现象。,【探究总结】1.光谱与色散:(1)太阳光谱:太阳光谱是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种单色光组成的,它们的波长按照从长到短的顺序排列。,(2)薄膜干涉:相干光源是:液膜前后表面反射的光波。形成明暗相间条纹的原因:与双缝干涉的情况相同,在膜上不同位置,来自薄膜前后两个面的反射光所走的路程不同。a.路程差是光在介质中波长的整数倍的这些位置上,叠加后加强,出现了亮条纹。,b.路程差是光在介质中半波长的奇数倍的这些位置上,叠加后相互削弱,于是出现了暗条纹。(3)单缝衍射色散:白光照射到单缝上产生彩色干涉条纹。(4)三棱镜色散:白光照射到三棱镜上,不同色光折射率不同,出现了色散现象。,2.增透膜:(1)成分: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)增透原理:,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反向,相互抵消,从而使反射的两列光波产生相消干涉,反射光的能量几乎等于零。,一般取最小厚度d满足2d=(此波长为光在该种介质中的波长)。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。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,而其他波长的光并没有完全抵消,所以增透膜呈现淡紫色。,【典例示范】虹和霓是太阳光在水珠内分别经过一次和两次反射后出射形成的,可用白光照射玻璃球来说明。两束平行白光照射到透明玻璃球后,在水平的白色桌面上会形成MN和PQ两条彩色光带,光路如图所示。M、N、P、Q点的颜色分别为(),A.紫、红、红、紫B.红、紫、红、紫C.红、紫、紫、红D.紫、红、紫、红,【解题指南】解答本题需注意以下两点:(1)白光进入水珠后,根据第一次折射的情况判断色散后光束的两条边界光线哪个折射率大。(2)折射率大的是紫色光,另一条边界光线则是红光。,【解析】选A。因为玻璃对红光的折射率最小,对紫光的折射率最大,所以由题图可知,M、N、P、Q点的颜色分别为紫、红、红、紫,故选项A正确,选项B、C、D错误。,【探究训练】1.(多选)红光和紫光相比较,下列说法正确的是()A.红光波长大于紫光波长B.红光频率大于紫光频率C.在真空中传播时,红光波速大于紫光波速D.在真空中传播时,红光波速等于紫光波速,【解析】选A、D。各种光在真空中传播时,速度是一样的,故C错,D对;不同颜色的光有不同的频率,从红光到紫光,频率依次增大,波长依次减小,故A对,B错。,2.劈尖干涉是一种薄膜干涉,其装置如图所示,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。现若将图示装置中抽去一张纸片,则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后,从上往下观察到的干涉条纹()A.变疏B.变密C.不变D.消失,【解析】选A。光线在空气膜的上下表面上反射,并发生干涉,从而形成干涉条纹。设空气膜顶角为,d1、d2处为两相邻亮条纹到下表面的距离,如图所示,则两处光的路程差分别为1=2d1,2=2d2。因为2-1=,所以d2-d1=。设条纹间距为l,则由几何关系得:,=tan,即l=当抽去一张纸片时,减小,l增大,即条纹变疏,则A正确,B、C、D错误。,【补偿训练】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,往灯芯上撒些盐后,在肥皂膜上观察到的干涉图样应是图中的(),【解析】选D。铁丝圈上的肥皂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,那么这一水平线上的光波均会加强,所以干涉条纹应是水平的。,【通法悟道】三种色散现象的解题技巧(1)干涉色散主要有两种情况,一种是双缝干涉色散,另一种是薄膜干涉色散,解决这类问题的关键就是弄清题设条件,理解这两种色散现象中相干光产生的机理,然后根据产生明暗条纹的条件等知识解决相关问题。(2)对于衍射中的色散,要弄清白光色散图样的特点,理清和干涉色散图样的区别和联系,不能混淆。,(3)对于折射色散的问题,关键是清楚同一种介质对不同色光的折射率不同,明确各种色光的折射率大小,画出光路图,结合折射定律进行分析。,主题二激光的特点及应用【互动探究】1.为什么说自然界中的发光体不能发出激光?提示:激光是一种特殊的光,自然界中的发光体不能发出激光。,2.激光具有哪些特点?提示:相干性:激光具有频率相同、相位差恒定、偏振方向相同的特点,具有高度的相干性。平行性:激光的平行度非常好,传播很远的距离仍能保持一定的强度。亮度高:它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量。,3.激光是很好的相干光源,不同的激光能产生干涉吗?提示:不同激光的频率不同,只有频率相同、相差稳定的激光才能产生干涉。,4.举例说明激光的应用。提示:激光用于光纤通信是利用了激光的相干性好;激光可以会聚到很小的一点,读取光盘上记录的信息是利用了激光的平行性好;用激光来切割、焊接,医学上用激光做手术,激发核反应等是利用了激光的高亮度。,【探究总结】,【典例示范】在演示双缝干涉的实验时,常用激光做光源,这主要是应用激光的()A.亮度高B.平行性好C.单色性好D.波动性好,【解题指南】解答本题需注意以下两点:(1)发生干涉现象的条件。(2)激光的特点。,【解析】选C。频率相同的两束光相遇才能发生干涉,激光的单色性好,频率单一,通过双缝时能够得到两束相干光,故本题的正确答案是C。,【探究训练】1.(2018长沙高二检测)激光在科学技术和日常生活中应用广泛。下面关于激光的叙述正确的是()A.激光是纵波B.频率相同的激光在不同介质中的波长相同C.两束频率不同的激光能产生干涉现象D.利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离,【解析】选D。激光是横波,A项错误;波长与介质的折射率有关,频率相同的激光在不同介质中的波长不相同,B项错误;两束频率不同的激光,不符合相干条件,不能产生干涉现象,C项错误;利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离,D项正确。,2.(多选)关于激光与自然光,下列说法正确的是()A.激光的频率单一,而自然光是含有各种色光频率的光,所以激光的相干性好B.自然光是由物质的原子发射出来的,而激光是人工产生的,所以激光不是由物质的原子发射出来的C.激光和自然光都具有相同的本质,它们都是由原子的跃迁产生的D.相干性好是激光与普通光的根本区别,【解析】选A、C、D。激光的频率单一,相干性很好,自然光中含有各种频率的光,故A、D正确;激光和自然光都是由原子的跃迁产生的,故B错误,C正确。,3.让激光照到VCD机、CD机或计算机的光盘上,就可以读出盘上记录的信息,经过处理后还原成声音和图象,这是利用光的()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,【解析】选A。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,VCD机、CD机或计算机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。,【补偿训练】纳米科技是跨世纪新科技,使激光束的宽度在纳米级范围内,可恢复人体已损坏的器官,对DNA分子进行超微型基因修复,把至今尚令人类无奈的癌症彻