13.7-8 光的颜色 色散 激光.doc

13.7-8 光的颜色 色散 激光导学方案 2011年6月15日 编写：杨洪涛 审阅：张四林 课时：2学习要求1. 知道什么是色散现象2. 观察薄膜干涉现象，知道薄膜干涉能产生色散，并能利用它来解释生活中相关的现象3. 知道棱镜折射能产生色散。认识对同一介质，不同颜色的光折射率不同4. 了解激光的特点及其应用5. 知道全息照相的原理，体验现代科技的神奇，培养对科学的兴趣学习重难点1. 薄膜干涉的色散的理解2. 棱镜折射的色散学习过程 第一课时 1、 光的颜色 色散【回忆】在双缝干涉中，各种颜色的单色光都会发生干涉，但条纹间的距离不一样。由知条纹间的距离与光波的波长成正比，由此可知：不同颜色的光，_不同。现象：白光的干涉条纹是_原因：白光是有多种色光组成。发生干涉时由于不同颜色的条纹间距间距不同，白光被分解了。【演示】白光的双缝干涉实验（P67)1. 光的色散：含有多种颜色的光被分解为单色光的现象叫做光的色散讨论：为什么中间是白色光，两侧是彩色光？2. 各色光的颜色是由频率决定的，光有一种介质进入另一种介质，不变的是频率，故光的颜色不会随介质的改变而改变。（不同的人对颜色的感觉不完全一样，光的频率是客观存在的。人眼的视网膜上有两种感光细胞，一种叫视杆细胞，它对光非常敏感，但不能区分不同波长（频率）的光；另一种叫视锥细胞，它对光的敏感度不如视杆细胞，但能区分不同波长（频率）的光，人眼依靠视锥细胞分辨颜色。）3. 光谱：含有多种颜色的光被分解后，各种色光按其波长的有序排列即为光谱。2、 薄膜干涉中的色散【提出问题】肥皂泡、雨后公路积水上漂浮的油膜是彩色的。这现象是怎样形成的？【演示】现象：灯焰的像是液膜前后两个面反射的光形成的。来自两个面的反射光相互叠加，发生干涉。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，它们具有相同的_，恒定的_。2. 薄膜干涉的原理光照到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（光程差是半波长的偶数倍），于是出现_；在另一些位置，两列波相遇后被相互削弱（光程差是半波长的奇数倍），于是出现_。注意：不同波长的光在做薄膜干涉时，前后两面反射的光将在不同的位置相互加强，从肥皂膜上看到的亮条纹的位置也会不同。在白光下观察肥皂泡，白光中不同波长的光（即不同颜色的光）经前后表面反射后，在不同的位置加强，所以看起来是彩色的。3. 应用：照相机、望远镜的镜头表面常镀一层透光的膜，膜的上表面与玻璃表面反射的光发生干涉。（由于只有一定波长（一定颜色）的光干涉时才会相互加强，所以镀膜镜头看起来是有颜色的。镀膜厚度不同，镜头的颜色也不一样。）利用光的干涉检查平整度3、 衍射中的色散如果用白光做单缝衍射实验，得到的条纹是彩色的。原因：因为白光中包含了各种颜色的光，衍射时不同色光亮条纹的位置不同，各种色光被区分开。实验现象：组成白光的各种色光，对三棱镜的入射角都相同，但出射时各色光偏折角度不同。原因：由于棱镜对于不同的色光的折射率不同造成。红光偏折最小，表明棱镜材料对于红光的折射率最小；紫光的偏折大，表明棱镜对于蓝光的折射率较大4、 折射时的色散1. 分析折射时的色散（1） 光通过三棱镜后将向底面偏折（根据折射定律分析）（2） 不同的色光经棱镜后偏折的角度不相同。红光偏折最小，紫光偏折最大。这样，白光经三棱镜后被分解为各种颜色的色光，发生了色散。 说明：透明物质对于波长不同的光的折射率n不一样，越小（f越大），n越大。（3） 由折射率n与波速v的关系知：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（频率越大），波速越慢。（4） 光的颜色由频率决定。光从一种介质进入另一种介质时，频率不变。则,由此可以判定有关色光在介质中的传播速度、波长、入射线与折射线偏折程度等问题。 课堂探究题1. 在用白光做双缝干涉实验时，除了中心的一个亮条纹外，在其他各级亮条纹中，红色为什么总是在最外侧？2. 无色的肥皂液，吹出的肥皂泡为什么是彩色的？3. 凸透镜的弯曲表面是个球面，球面的半径叫做这个曲面的曲率半径。把一个凸透镜压在一块平面玻璃上，让单色光从上方射入，从上往下看凸透镜，可以看到亮暗相间的圆环状条纹。这个现象是牛顿首先发现的，这些环状条纹叫做牛顿环，它是两个玻璃表面之间的空气膜引起的薄膜干涉造成的。如果换一个表面曲率半径更大的凸透镜，观察到的圆环半径是更大还是更小？如果改用波长更长的单色光照射，观察到的圆环半径是变大还是变小？4. 描绘地势高低可以用等高线，描绘静电场可以用等势线，薄膜干涉条纹实际上是等厚线，同一干涉条纹上各个地方薄膜的厚度是相等的。观察到了干涉条纹的形状，就等于知道了等厚线的走向，因而不难判断被检测平面的凹下或凸出的位置。（1）为什么薄膜干涉条纹是等厚线？ （2）当单色光源的波长是时，相邻两亮条纹中心处薄膜的厚度差是多少？5. 图中，a是一束白光，射向半圆玻璃砖的圆心O，折射后发生了色散。折射后哪一侧是红光？哪一侧是紫光？请在甲、乙图中标明。课后练习1、下列现象属于薄膜干涉的有: （ ）A.在水面上的油膜呈现的彩色花纹; B.雨后天空中呈现的彩虹;C.阳光下通过三棱镜得到的彩色条纹 D.肥皂泡上呈现的彩色环纹。2、用单色光照射肥皂薄膜:（ ）A.看到的干涉图样是明暗相间的条纹;B.从光源发出的光与肥皂膜表面反射的光发生干涉,形成干涉图样。C.一束入射光从薄膜的前表面和后表面分别反射出来,形成两列波,这两列波频率相同,所以可以产生干涉;D.若改用白光照射则看不到干涉条纹。3. 如图所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置，P是附有肥皂膜的铁丝圈，S是一点燃的酒精灯。往火焰上洒些盐后，在肥皂膜上观察到的干涉图象应是下图中的（ ） 4、如下左图是用干涉法检查某种厚玻璃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哪两个表面反射的光叠加而成的( )Aa的上表面和b的下表面 Ba的上表面和b的上表面Ca的下表面和b的上表面 Da的下表面和b的下表面 5、劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如上右图所示。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如图2所示。干涉条纹有如下特点：任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定。现若在图1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将（ ） A.变疏 B.变密 C.不变 D.消失 第二课时5、 激光【科学史】1958年，人类在实验室里激发出了一种自然界中没有的光，那就是激光。1960年美国科学家梅曼制成了世界上第一台红宝石激光器，它能产生频率单一、方向高度集中的光激光1. 激光的特点及其应用（1） 激光是一种人工产生的相干光，具有高度的相干性。物体发光的微观原理：物质中的原子受到激发以后，原子能量增加，处于不稳定状态，要向低能态跃迁。在向低能态跃迁的过程中，会发出光。（光是从物质的原子中发射出来的。原子获得能量以后处于不稳定的状态，它会以光的形式把能量发射出去）非相干光：普通的光源，发光的频率不一定相同，不同的原子发出的光没有确定的相位差。因此，两个独立的普通光源发出的光在叠加时，不能形成稳定的亮区和暗区，不会发生干涉。这样的光是非相干光。相干光：频率相同、相位差恒定、偏振方向一致的光应用：全息照相 光纤通信 （光纤通信是激光与光导纤维相结合的产物 信息理论：电磁波的频率越高，它能携带的信息量就越大，激光可以比无线电波传递更多的信息）（2） 激光的平行度非常好（传播很远的距离后仍能保持一定的强度） 可以用来精确测距 激光测距雷达原理：对准目标发出一个极短的激光脉冲，测量发射脉冲与收到反射回波得时间间隔，就可以测出目标的距离。 多用途的激光雷达不仅可以测量距离，而且能够根据多普勒效应测出目标的运动速度进行跟踪平行度好，激光可以会聚到很小的一点。 DVD机、CD唱机、计算机光盘（3） 激光的亮度高（它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量）利用激光束切割、焊接以及在很硬的材料上打孔医学上可以用激光做“光刀”来切开皮肤、切除肿瘤，“焊接”剥落的视网膜可能实现核聚变的途径：把核燃料制成小颗粒，用激光从四面八方对他照射，利用强激光产生的高压引起核聚变。6、 全息照相1. 普通照相的乳剂成像技术2. 普通照相技