高中物理 第13章 第7、8节光的颜色色散激光课件 新人教版选修34.ppt

成才之路 物理 路漫漫其修远兮吾将上下而求索 人教版 选修3 4 光 第十三章 第七节光的颜色色散第八节激光 第十三章 夏天 大雨之后往往在天空中会出现美丽的彩虹 这是发生了什么样的光学现象 为什么会出现不同颜色的光 光的色散 频率 波长 单色光 波长 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 的光是由同一个光波分解而成的 它们具有相同的 恒定的相位差及振动方向 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 前后两个面的反射光的 不同 在某些位置两列波叠加后相互加强 于是出现 条纹 在另一些位置 两列波相遇后相互削弱 于是出现 条纹 色散 反射 频率 路程差 亮 暗 2 衍射时的色散用白光进行衍射实验时 得到的是 条纹 这是由于白光中包含各种颜色的光 不同色光亮条纹的 不同造成的 3 折射时的色散白光通过棱镜折射后 由上到下的色光顺序为 红 在同一种物质中 不同波长的光波的传播速度不一样 波长越短 波速 彩色 位置 橙 黄 绿 蓝 靛 紫 越小 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 两列相同激光相遇可以发生 激光是 的相干光 激光的产生 相同 干涉 人工产生 激光的特点及应用 单一 恒定 相同 平行度 很远 测距 信息 时间 切割 光刀 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 3 观察方向观察全息照片时要用 照射照片 从另一侧面观察 全息照相 相位 干涉 参考光 相干 激光 一 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 叠加后互相减弱 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 观察薄膜干涉现象时 要在有光照的一侧观察还是在无光照的一侧观察 解析 在有光照的一侧 因为薄膜干涉是前后两个面的反射光发生的干涉 二 薄膜干涉的应用1 等倾法检查平面平整度如图所示 被检查平面b与标准样板a之间形成了一个楔形的空气薄膜 用单色光照射 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 被检查平面若是平的 空气膜厚度相同的各点就位于一条直线上 干涉条纹平行 若被检查表面某些地方不平 那里空气膜产生的干涉条纹将发生弯曲 特别提醒 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 三 折射时的色散1 棱镜 1 定义 光学研究中常用棱镜的横截面为三角形 有的棱镜的横截面为梯形 通常都简称为棱镜 2 光学作用 光通过棱镜后向它的横截面的底边方向偏折 如图中所示的 为光的偏向角 光的偏向角越大 棱镜对光的偏折程度越大 棱镜对光的传播方向的改变遵循光的折射定律 2 光折射时的色散一束白光通过三棱镜后扩展成由红 橙 黄 绿 蓝 靛 紫各色光组成的光带 这种现象称为折射时的色散 从图中可以看出 红光 波长较长 通过棱镜后偏折的程度比其他颜色的光要小 而紫光 波长较短 偏折的程度比其他颜色的光要大 雨后初晴 往往会看到绚丽的彩虹 你知道彩虹是如何形成的吗 答案 彩虹是因为太阳光照射到空中的圆形小水滴 经小水滴的折射 反射形成色散而成的 解析 彩虹 又称天虹 简称虹 是气象中的一种光学现象 当太阳光照射到空气中的水滴 光线被折射及反射 在天空上形成拱形的七彩光谱 雨后常见 形状弯曲 色彩艳丽 彩虹是因为阳光射到空中接近圆形的小水滴 造成光的色散及反射而成的 四 激光具有的特点1 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 2 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 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 激光是不是都很强 解析 在不同的用途上激光的强度差别很大 像唱片中的激光读写 儿童玩具激光灯 激光教鞭等都很弱 像激光手术刀 激光测距 激光加工等都比较强 像激光武器 激光在可控聚变反应中的应用等都特别强 五 全息照相如图所示为拍摄全息照片的基本光路 同一束激光被分为两部分 一部分直接照射到底片上 称为参考光 另一部分通过被拍摄物反射后再到达底片 称为物光 参考光和物光在底片上相遇时会发生干涉 形成复杂的干涉条纹 底片上某点的明暗程度反映了两束光叠加后到达这点时光波的强弱 全息照片的拍摄利用了光的干涉原理 要求参考光和物光有很高的相干性 关于薄膜干涉 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才会出现 当薄膜厚度均匀时 不会出现干涉条纹 但也能发生干涉现象 这时某些颜色的光因干涉而减弱 另一些光因干涉而加强 减弱的光透过薄膜 加强的光被反射回来 所以这时看到薄膜的颜色是振动加强的光的颜色 但不会形成干涉条纹 答案 d 点评 薄膜干涉时 不一定会看到干涉条纹 分析时要注意领会干涉现象的实质 光的叠加 使某些地方的光振动加强 另一些地方振动减弱 或使某种色光振动加强 另一些色光振动减弱 这都属于干涉现象 如图所示是用干涉法检查某块厚玻璃板的上表面是否平的装置 所用单色光是用普通光源加滤光片产生的 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 答案 c解析 样板和厚玻璃之间存在楔形空气薄层 用单色光从这个空气薄层上表面照射 入射光从空气薄层的上 下表面即a的下表面与b的上表面反射回的两列光波叠加形成干涉条纹 折射时的色散现象 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侧光的折射率大于对b侧光的折射率d 在三棱镜中a侧光的传播速率大于b侧光的传播速率解析 由图可以看出 a侧光偏折得较厉害 三棱镜对a侧光的折射率较大 所以a侧是紫色光 波长较小 b侧是红色光 波长较大 因此a错 b c正确 又v c n 所以三棱镜中a侧光的传播速率小于b侧光的传播速率 d错 答案 bc 点评 同一介质对不同的色光有不同的折射率 介质对频率大 波长短的光折射率大 按折射率从小到大依次排列为 红 橙 黄 绿 蓝 靛 紫 东营市2013 2014学年高二下学期六校联考 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 蓝光和紫光答案 b解析 第一次折射时 把水滴看做三棱镜 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 激光的应用 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解析 由激光的特点及应用可知光纤通信主要利用了激光的相干性 a错误 计算机内的 磁头 读出光盘上的信息主要应用了激光的平行性好 b错误 医疗中的激光 光刀 利用了激光的亮度高的特