13.7-8_光的颜色_色散_激光.ppt

13 7 8光的颜色色散激光 电大附中杨洪涛 一 通过棱镜的光线1 棱镜 定义 各平面相交的透明体叫做棱镜 横截面为三角形的棱镜叫三棱镜 通常所说的棱镜指三棱镜 问题 让一束单色光从空气射向玻璃棱镜的一个侧面 如图所示 试定性画出光通过棱镜的光路图 1 从玻璃棱镜的一个侧面射入的光线从另一侧面射出时向底面偏折 2 棱镜对光线的作用 偏折角度 折射率越大 偏折角越大 理解底边含义 相对而言的 棱镜能改变光的传播方向 但不改变光束的性质 a 平行光束通过棱镜后仍为平行光束 b 发散光束通过棱镜后仍为发散光束 c 会聚光束通过棱镜后仍为会聚光束 3 棱镜成像 问题 如果隔着棱镜看一个物体 就可以看到物体的像 那么像的位置与物体的位置相比向哪个方向偏移 分析 将一个物点S放在棱镜前 从物点发出的两条光线经棱镜折射后射出 我们根据光沿直线传播的经验 认为光线是从它们的反向延长线的交点S 射出的 S 就是S在棱镜中所成的像 如图所示 这个虚像的位置比物体的实际位置向顶角方向偏移 物像同侧 特点 隔着棱镜看物体的像是正立的虚像 像的位置向棱镜顶角方向偏移 S S 二 光的色散 1 实验探究 一束白光经过棱镜后会发生什么现象 这一现象说明了什么问题 现象 白光经过棱镜后在光屏上形成一条彩色的光带 红光在上端 紫光在最下端 结论 白光是由不同颜色的光组成的 棱镜材料对不同色光的折射率不同 对红光的折射率最小 对紫光的折射率最大 2 单色光 不能分解为其它颜色的光 称为单色光 复色光 由若干种单色光合成的光叫做复色光 3 色散 把复色光分解为单色光的现象叫光的色散 4 正确理解光的色散 光的颜色由光的频率决定 在不同介质中 光的频率不变 同一介质对不同色光的折射率不同 频率高的折射率大 不同频率的色光在真空中传播速度相同 为C 3 108m s 但在其它介质中速度各不相同 在同一种介质中 紫光速度最小 红光速度最大 V c n 逐增 逐减 逐增 变化趋势 逐增 5 光谱 复色光被分解后 各种色光按其波长 频率 有序排列起来 称为这种复色光的光谱 下图是太阳光的光谱 利用光谱可以知道该光是由哪些波长的光组成 回顾 双缝干涉实验 复述单色光干涉时的现象 条纹间距的计算公式 问题 我们用此装置来做白光的干涉实验会观察到什么现象呢 1 现象 中央为白色亮条纹 明暗相间的彩色条纹 干涉条纹是以中央亮纹为对称点排列的 三 白光的双缝干涉 2 解释 由白光是复色光 各色光的波长不同 各色光所得到的干涉图样中 相邻两条亮纹 或暗纹 间的距离也不同 各色光干涉后的条纹相叠加 在中央白色亮纹两边出现彩色条纹 四 薄膜干涉1 单色光实验 观察黄光的薄膜干涉 现象 薄膜两表面反射的光互相叠加而成的明暗条纹 条纹是水平排列 让一束光经薄膜的两个表面反射后 形成的两束反射光产生的干涉现象叫薄膜干涉 解释 薄膜两表面反射的光互相叠加而成的 竖立的肥皂膜在重力的作用下形成上薄下厚的楔形 当光照在薄膜上时 从膜的前后表面各反射回一列光波 这两列波即是频率相同的相干光波 由于薄膜的厚度不同 这两列光波的路程差不同 当路程差为光波波长的整数倍时 则为波峰与波峰相遇 波谷与波谷相遇 使光波的振动加强 形成亮条纹 当光波的路程差为半波长的奇数倍时 则波峰与波谷相遇 光波的振动减弱 形成暗条纹 2 白色 复色 光的薄膜干涉现象 明暗相间的彩色条纹 解释 由于白光是复色光 各色光的波长不同 各色光都发生薄膜干涉 但不同颜色的光在不同的位置相互加强 所以看起来肥皂泡是彩色的 其它 路面上飘浮的油膜上的彩色条纹 蝴蝶等昆虫翅膀上的彩色花纹等都是薄膜干涉 1 白光的薄膜干涉条纹 彩色条纹 2 水面上的油膜呈彩色 3 牛顿环 演示 薄膜干涉的应用 一 检查表面的平整程度 取一个透明的标准样板 放在待检查的部件表面并在一端垫一薄片 使样板的平面与被检查的平面间形成一个楔形空气膜 用单色光从上面照射 入射光从空气层的上下表面反射出两列光形成相干光 从反射光中就会看到干涉条纹 标准样板 待检部件 空气薄层 楔性空气薄层 标准样板 被检测平面 光在空气层的上下表面发生反射 这两束反射光发生干涉 如果被检测表面的平整的 将看到与底线平行的干涉条纹 原因是厚度相等的地方 光程差一样 干涉情况一样 即某一处反射回来的两列波叠加 若光振动加强 产生亮点 那些与此处厚度相等的地方都是亮点 这些亮点组成彼此平行的亮纹 反之是暗纹 如果被检表面是平的 产生的干涉条纹就是平行的 如图 b 所示 如果观察到的干涉条纹如图 c 所示 则表示被检测表面微有凸起或凹下 这些凸起或凹下的地方的干涉条纹就弯曲 从弯曲的程度就可以了解被测表面的平整情况 这种测量精度可达10 6cm 注 薄片厚度一般仅为零点零几毫米左右 只相当于一张纸片的厚度 薄膜干涉的应用 一 检查表面的平整程度 薄膜干涉的应用 二 增透膜 镀层薄膜 在透镜或棱镜的表面上涂上一层薄膜 一般用氟化镁 当薄膜的厚度适当时 在薄膜的两个表面上反射路程度恰好等于半个波长 因而互相抵消 这就大大减小光的反射损失 增强了透射光的强度 这种薄膜叫增透膜 增透膜由能量守恒可知 入射光总强度 反射光总强度 透射光总强度 光的强度由光的振幅决定 当满足增透膜厚度d 介 4时 两束反射光恰好实现波峰与波谷相叠加 实现干涉相消 使其合振幅接近于零 即反射光的总强度接近于零 从总效果上看 相当于光几乎不发生反射而透过薄膜 因而大大减少了光的反射损失 增强了透射光的强度 1 增透的条件是什么 即镀层薄膜的厚度至少多大 2 是否对所有颜色的光都有增透的作用 薄膜的厚度至少是入射光在薄膜中波长的1 4 why 因为人眼对绿光最敏感 所以一般增强绿光的透射 即薄膜的厚度是绿光在薄膜中波长的1 4 由于其它色光不能被有效透射 故反射较强 这样的镜头呈淡紫色 薄膜干涉的应用 一 检查表面的平整程度 为什么一般的照相机的镜头成淡紫色 增透膜只对人眼或感光胶片上最敏感的绿光起增透作用 当白光照到 垂直 增透膜上 绿光产生相消干涉 反射光中绿光的强度几乎是零 这时其他波长的光 如红光和紫光 并没有被完全抵消 因此 增透膜呈绿光的互补色 淡紫色 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 练习 AD 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 AC 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 A B 4 如右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 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 5 劈尖干涉是一种薄膜干涉 其装置如图1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 6 有关光学仪器上镜头的增透膜 下列说法正确的是 A 增透膜是为了减少光的反射损失而增强透光的强度 B 增透膜的厚度等于入射光在真空中波长的 4 C 增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波长的 4 D 因为增透膜厚度一般选适合绿光反射相互抵消的厚度 红光紫光反射不能完全抵消的厚度 所以涂有增透膜的镜头呈淡紫色 7 将波长为 的单色光从空气垂直入射到折射率为n的透明介质膜上 要使透射光得到加强 薄膜的厚度最少应为 A 4n B 2n C 4 D 2 课堂小结1 棱镜2 光的色散3 白光的干涉4 薄膜干涉 激光 1 物体发光的微观机理 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 某些物质的原子中的粒子受光或电刺激 使低能级的原子变成高能级原子 在向低能态跃迁时辐射出相位 频率 方向等完全相同的光 这种光叫作激光 2 激光的产生 3 激光的特性及应用 1 相干性应用 光纤通讯 激光全息技术 2 平行