13.4光的颜色 色散.ppt

第四节光的颜色色散 知识梳理图 学生用书P57 知识点1 光的颜色与波长的关系2 色散3 薄膜干涉4 折射时色散 情景设置 学生用书P57 大雨过后 彩虹的绚丽多彩 雨后马路上油膜的彩色以及肥皂泡的五颜六色 这些彩色是怎么形成的 产生的过程都是一样的吗 你能解释一下吗 深化探究 学生用书P57 一 光的颜色在做光的双缝实验时 各种颜色的光都会发生干涉 形成干涉条纹 但条纹间距是不等的 由 若由同一干涉装置 做各种颜色光的干涉实验 条纹间距正比于光的波长 也就说颜色不同的光的波长是不相等的 由可知 也就说波长不同的光的频率也是不同的 光的颜色是由光的频率决定的 在红橙黄绿蓝靛紫这七种颜色的光中 频率最低的为红光 频率最高的为紫光 二 光的色散1 含有多种颜色的光被分解成为单色光的现象叫做光的色散 2 光谱 含有多种颜色的光被分解后 各色光按其波长的有序排列 就叫光谱 红光到紫光波长依次减小 频率依次增大 三 薄膜干涉中的色散1 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 因此在薄膜上下不同的地方 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 则出现亮条纹 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条纹 若在白光照射下 则出现彩色条纹 观察的是从前后表面反射回来的光 不是透过膜的光 眼睛跟光源在同一侧 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光 而另一位置则会看到黄光 蓝光等其他颜色的光 所以白光的薄膜干涉条纹为彩色 而在单色光照射下 则会出现明暗相间的条纹 2 薄膜干涉的应用 1 利用薄膜干涉检查平面的平整程度 如下图所示 被检查平面与标准样板之间形成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 形成相干条纹 被检查平面若是平的 空气膜上厚度相同的各点就位于一条直线上 干涉条纹平行 若被检查平面某些地方不平 那里的空气膜干涉条纹将发生弯曲 如下图所示 2 增透膜利用薄膜干涉现象可以制做增透膜 如在透镜表面镀一层厚度均匀的介质薄膜 要求介质的折射率小于制作的透镜的玻璃的折射率 厚度等于黄绿色光在介质中传播时波长的这样从介质膜后表面反射的光与从介质前表面反射的光恰好相差半个波长 干涉的结果是光振动相互抵消 即反射光的强度大大降低 有人对以上分析都接受 但他们认为这只能叫 消反 却不能 增透 这是人们习惯于用宏观的思维方式来思考问题 认为反射回来的光相互抵消 并没有增加透射光 其实光的干涉现象将引起整个光场分布的改变 总的能量守恒 反射光的能量被削弱 透射光的能量就必然得到增强 增透膜由于 消反 而确实在 增透 在光学仪器上 包括人佩带的眼镜片 都广泛地用了增透膜 通常的镜头上增透膜的厚度都以人眼比较敏感的黄绿光为标准 红光和紫光的反射波不能完全抵消 故镜头一般呈淡紫色 四 折射时的色散1 棱镜 光学研究中用到的截面为三角形的棱镜 简称为棱镜 其作用有两个 1 可以改变光的传播方向 2 可以使光发生色散 2 棱镜对光的偏折作用如图所示 光线射到三棱镜后 光路向底面偏折 3 光折射时的色散一束白光通过三棱镜后会扩展成由红橙黄绿蓝靛紫各色组成的光带 这种现象称为折射时的色散 这种按一定次序排列的彩色光带叫做光谱 如下图所示 1 光谱的产生表明 白光是由各种单色光组成的复色光 由于各种单色光通过棱镜时偏折的角度不同 所以产生了色散现象 2 色散现象表明 棱镜材料对不同颜色的光的折射率是不同的 经棱镜折射后紫光的偏折角度最大 红光的偏折角度最小 所以棱镜材料对紫光折射率最大 对红光的折射率最小 3 由折射率可知 在棱镜中紫光的速度最小 红光的速度最大 典例分析 学生用书P58 一 对薄膜干涉的分析和计算例1 劈尖干涉是一种薄膜干涉 其装置如下图甲所示 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 现若在图甲装置中抽去一张纸片 则当光垂直入射到新劈形空气薄膜后 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 光线在空气薄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处为两相邻明条纹 如右图所示 则两处光程差分别为 x1 2d1 x2 2d2因为 x2 x1 答案 A 巩固练习1市场上有种灯具俗称 冷光灯 用它照射物体时能使被照物体处产生的热效应大大降低 从而广泛地应用于博物馆 商店等处 这种灯能降低热效应的原因之一 是灯泡后面放置的反光镜玻璃表面镀有一层薄膜 例如氟化镁 这种膜能消除不镀膜时玻璃表面反射回来的热效应最显著的红外线 以 表示红外线的波长 则所镀薄膜的最小厚度为 解析 红外线最显著的特点就是热效应 当光照射物体时 一般都伴有大量的红外线致热 在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面镀一层氟化镁的薄膜 相当于增透膜 当膜的最小厚度等于红外线在其中传播的波长的时 灯泡发生的红外线射到增透膜后 从膜的前后表面反射回来的两束红外线发生干涉 相互抵消 使反射的红外线强度减弱 从而达到冷光效果 答案 B 二 折射中的色散分析例2 如右图所示 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 本题很容易错选A D原因是没有光线入射的方向或者说没有认真分析光线与三棱镜的对应关系 如果将三棱镜绕上底转180 就变为我们熟知的光的色散问题了 巩固练习2如右图所示 一束红光和一束绿光的适当的角度射向半圆形玻璃砖 其射出光线都是从圆心O点沿OF方向射出 则下列说法正确的是 A P光束为红光 Q光束为绿光B P光束为绿光 Q光束为红光C P光束在玻璃砖中传播时间长D Q光束在玻璃砖中传播时间长 解析 根据折射定律可知 光线OF在空气中的折射角相同 由题意可知P Q两束光是沿半径入射到圆心O 光线PO的入射角小于光线QO的入射角 故光线P在玻璃砖的折射率较大 则P光的频率较大 应为绿光 Q光线为红光 由可知 绿光在玻璃中传播速度比红光的速度小 传播距离都为玻璃砖的半径 所以绿光时间较长 选项B C正确 答案 BC 梯度练习 学生用书P59 基础强化1 如下图所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置 P是附有肥皂膜的铁线圈 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 解析 肥皂膜由于重力作用形成一个上面薄 下面厚的劈形膜 同一高度的厚度相同 所以薄膜干涉的条纹是水平的 故D选项正确 答案 D 2 在下列现象中属于光的干涉的是 A 雨后马路上油膜显彩色B 肥皂泡在阳光下呈现出彩色C 阳光通过三棱镜形成彩色光带D 单色光通过双缝时形成明暗相间的条纹答案 ABD 3 如下图所示是用干涉法检查某块厚玻璃的上表面是否是平整的装置 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的下表面解析 本题考查对薄膜干涉的认识和理解 样板和厚玻璃之间的楔形空气薄膜 用单色光从这个空气薄膜层上表面照射 入射光从空气膜的上下表面反射回去 这两列光波产生干涉条纹 空气膜的上下表面就是a的下表面和b的上表面 故C选项正确 答案 C 4 如右图为某复色光自水中射向空气分成a b两光束的示意图 下列说法中正确的是 A 在水中光速较大的为a光束B 在水中光速较大的为b光束C 水对a光束的折射率较大D 水对b光束的折射率较大 解析 光从水中射向空气 由图可知 a光在水中的折射率小 由故a光在水中传播速度较大 故A选项正确 B选项错误 D选项正确 C选项错误 答案 AD 5 如右图所示 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 解析 白光通过三棱镜发生色散是由于各种色光在玻璃中的折射率不同 对红光和紫光来说 玻璃对紫光折射率大 紫光偏折角度大 由可知 紫光在玻璃中传播速度小 答案 B 能力提升6 如右图所示 用三块完全相同的平板玻璃组成一个等边三角形 一束单色光由AB面射入 由AC面射出 则以下说法正确的是 A 出射光线方向与入射光线平行B 出射光向顶角偏折C 出射光会发生色散D 出射光会向底边偏折 解析 根据光在发生折射时的规律可知 当光通过平行玻璃砖时不改变传播方向 可知选项A正确 由于不改变传播方向 不存在偏折和色散现象 选项B C D错误 答案 A 7 如图所示 在水中厚度不计的薄玻璃片做成中空三棱镜 里面是空气 一束白光A从棱镜的左边射入 从三棱镜的右边射出时发生色散 射出的可见光分布在a点和b点之间 则 A 从a点射出的是红光 从b点射出的是紫光B 从a点射出的是紫光 从b点射出的是红光C 从a点和b点射出的都是紫光 从ab中点射出的是红光D 从a点和b点射出的都是红光 从ab中点射出的是紫光 解析 由红光的折射率小于紫光的折射率知 紫光偏离原来方向比红光严重 由于光线是由水向空气传播 所以光线经折射后向顶角偏折 光路如图所示 所以从a点射出的是紫光 从b点射出的是红光 选项B正确 答案 B 8 关于薄膜干涉 下列说法正确的是 A 干涉条纹的产生是由于光在膜的前后表面反射 形成的两列光波叠加的结果B 干涉条纹中的暗条纹是由于上述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果C 干涉条纹是等间距的平行线时 说明膜的厚度处处相等D 观察薄膜干涉条纹时 应在入射光的同一侧答案 AD 9 如下图所示 一束复色光从空气中沿半圆玻璃砖半径方向射入 从玻璃砖射出后分成a b两单色光 则 A 玻璃砖对a光的折射率为B 玻璃砖对a光的折射率为1 5C b光的频率比a光大D b光在玻璃中的传播速度比a光大 答案 AC 10 白光通过三棱镜发生色散 这说明 A 不同颜色的光在真空中的光速不同B 对同一介质红光的折射率比紫光大C 在同一介质中 红光的光速比紫光大D 每种颜色的光通过三棱镜都会分成几种颜色的光答案 C 11 如图所示 一细束复色光从空气中射到半球形玻璃体球心O点 经折射分为a b两束光 分别由P Q两点射出玻璃体PP QQ 均与过O点的界面法线垂直 设光线a b在玻璃体内穿行时间分别为ta tb 则ta tb等于 A QQ PP B PP QQ C OP OQ D OQ OP 答案 A 12 登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射 尤其是眼睛更不能长时间