人教版选修34 激光 第1课时 学案 (1).docx

13.7光的颜色 色散13.8激光学 习 目 标：1.知道光的色散现象，知道白光是由多种色光组成的2理解薄膜干涉中的色散现象，并了解薄膜干涉的应用3理解光折射时的色散现象，知道同一介质对不同色光的折射率不同4了解激光的特性和应用，应用激光观察全息照片.重点：理解薄膜干涉中的色散现象，并了解薄膜干涉的应用难点：理解光折射时的色散现象，知道同一介质对不同色光的折射率不同预习新课：光的颜色和色散1光的颜色与波长：不同颜色的光，波长不同2光的色散：含有多种颜色的光被分解为单色光的现象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4几种色散现象(1)薄膜干涉中的色散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反射的光是由同一个实际的光源分解而成的，它们具有相同的频率，恒定的相位差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路程差不同，在某些位置两列波叠加后相互加强，于是出现亮条纹；在另一些位置，两列波相遇后被相互削弱，于是出现暗条纹(2)衍射时的色散用白光做衍射实验时，得到的条纹是彩色的这是因为衍射时不同色光的亮条纹的位置不同，于是各种色光就区分开了这种现象是光在衍射时的色散(3)折射时的色散如图1371说明白光通过棱镜折射后，由上到下的色光顺序为：红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，这说明白光是由七色光组成的图1371问题：1棱镜对不同单色光的折射率相同吗？对哪种单色光的折射率最大？【提示】不相同，对紫光的折射率最大2白光发生干涉时，出现彩色条纹的原因是什么？【提示】不同单色光的干涉条纹间距不同1光的颜色在双缝干涉实验中，不同色光发生干涉，条纹之间的距离不同，因为条纹之间的距离与光波的波长成正比，由此我们能够判定：同种介质中不同颜色的光波长不同由f可知，不同颜色的光频率不同2薄膜干涉的成因如图1372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图13723薄膜干涉中应注意的三个问题(1)观察的是从膜前、后两表面反射回来的光，不是透过膜的光，眼睛与光源在膜的同一侧(2)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色，而另一位置则会看到黄色等其他颜色，因此，用白光做这个实验看到的将是彩色条纹；而在单色光照射下，则会出现明、暗相间的条纹(3)每一条纹呈现水平分布，各条纹按竖直方向排列4薄膜干涉在技术上的应用(1)用干涉法检查平面如图1373所示，两板之间形成一层空气膜，用单色光从上向下照射，入射光从空气膜的上下表面反射出两列光波，形成干涉条纹如果被检测平面是光滑的，得到的干涉图样必是等间距的如果某处凹下，则对应明条纹(或暗条纹)提前出现，如图1374(a)所示；如果某处凸起来，则对应条纹延后出现，如图(b)所示(注：“提前”与“延后”不是指在时间上，而是指由左向右的顺序位置上)图1373图1374(2)增透膜的应用在光学仪器中，为了减少光在光学元件(透镜、棱镜)表面的反射损失，可用薄膜干涉相消来减少反射光，如照相机、测距仪、潜望镜上用的光学元件表面为了减少光的反射损失都镀上了一层介质薄膜(氟化镁)，使薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长的，这样反射回来的两列光波经过的路程差恰好等于半个波长，它们叠加后相互抵消，从而减少了光学元件表面反射造成的光能损失，增强了透射光的能量，故称为增透膜练习1：1一束白光通过双缝后在屏上观察到干涉条纹，除中央白色条纹外，两侧还有彩色条纹，其原因是什么？【解析】用白光做双缝干涉实验时，除中央白色条纹外，两侧出现彩色条纹，是因为条纹的间距与波长有关，各种色光的波长不同，条纹间距不同，除中央条纹外的各色条纹不能完全重合，出现彩色【答案】见解析2竖直的肥皂膜在单色光的照射下，表面会形成明暗相间的条纹，下列说法中正确的是()a干涉条纹基本上是竖直的b干涉条纹基本上是水平的c干涉条纹的产生是由于光在肥皂膜前后表面上反射的两列波叠加的结果d干涉条纹是彩色的e若改用白光照射则干涉条纹是彩色的【答案】bce3.如图1375所示，一个小的光源s发出白光，经三棱镜分光，若人沿着折射光线的反方向观察，通过棱镜可以看到()图1375a白光点b光点上部红色，下部紫色c光点上部紫色，下部红色d看到的光点比实际光源的位置高e看到的光点是光源的虚像【答案】cde小结1：1光谱的产生表明，白光是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，棱镜材料对不同色光的折射率是不同的紫光经棱镜后偏折程度最大，红光偏折程度最小，所以棱镜材料对紫光的折射率最大，对红光的折射率最小3由折射率的定义n可知，在棱镜中紫光的速度最小，红光的速度最大激光1激光的特点及应用性质应用相干性：激光具有频率相同、相位差恒定、偏振方向一致的特点，具有高度的相干性光纤通信平行度：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激光测距，读取光盘上记录的信息等亮度高：它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量用激光束切割、焊接医学上可以用激光做“光刀”、激发核反应等2.全息照相(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强弱信息，而全息照相技术还记录了光波的相位信息(2)原理：全息照片的拍摄利用了光的干涉原理问题：利用激光测量地球到月球的距离，应用了激光哪方面的性质？【提示】应用了“平行度”非常好的性质1激光的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，而光纤通信就必须借助激光技术才能发展2激光的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1 m.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不能直接照射眼睛，否则会伤害眼睛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练习2：4关于激光的应用，下列说法中正确的是()a光纤通信是应用激光相干好的特点对信号进行调制，使其在光导纤维中进行信息传递b计算机内用“磁头”可读出光盘上记录的信息是应用了激光平行度好的特点来进行的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e激光打孔是应用了激光相干性好的特点【答案】abc5准分子激光器利用氩气和氟气的混合物产生激光刀，可用于进行近视眼的治疗用这样的激光刀对近视眼进行手术，手术时间短、效果好、无痛苦关于这个治疗，以下说法中正确的是() a近视眼是物体成像在眼球中的视网膜的前面，使人不能看清物体b激光具有很好的方向性，用激光刀可以在非常小的面积上对眼睛进行手术c激光治疗近视眼手术是对视网膜进行修复d激光治疗近视眼手术是对角膜进行切削e激光治疗近视眼手术是利用激光的相干性好【答案】abd6激光全息照片的底片上记录了光的干涉条纹，含有被拍摄物体反射的光的所有信息，实现了照片的立体性若照相时，被摄物体被挡住一部分，通过调整视线仍可看见被挡部分照片被切开成两半，从一半上仍可看到物体的全像，照片就像一个观察物体的窗口激光全息照相利用了激光_的性质【答案】相干性好小结2：激光的特点及其应用特点作用应用实例相干光可进行调制、传递信息光纤通信、全息照相平行度非常好传播很远距离仍能保持一定强度，可精确测距、测速激光雷达平行度非常好可会聚于很小的一点，记录信息密度高dvd机，cd唱机、计算机的光驱亮度高可在很小空间、短时间内集中很大能量激光切割、焊接、打孔、医疗手术亮度高产生高压引起核聚变人工控制聚变反应作业：1.把一平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上，一端用薄片垫起，构成空气劈尖，让单色光从上方射入，如图1376所示，这时可以看到亮暗相间的条纹下面关于条纹的说法中正确的是()图1376a干涉条纹的产生是由于光在空气劈尖膜的上下两表面反射形成的两列光波叠加的结果b干涉条纹中的暗纹是由于上述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果c将上玻璃板平行上移，条纹向着劈尖移动d观察薄膜干涉条纹时，应在入射光的另一侧e如果上边玻璃板的下表面有凸凹不平的地方，则对应的干涉条纹不再是平行直条纹【解析】根据薄膜干涉的产生原理，上述现象是由空气膜上下表面反射的两列光叠加而成的，当波峰与波峰、波谷与波谷相遇叠加时，振动加强，形成亮条纹，所以a项正确，b项错误；因相干光是反射光，故观察薄膜干涉时，应在入射光的同一侧，故d项错误；根据条纹的位置与空气膜的厚度是对应的，当上玻璃板平行上移时，同一厚度的空气膜向劈尖移动，故条纹向着劈尖移动，故c、e项正确【答案】ace2.(多选)对激光的认识,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.激光已经深入到我们生活的各个方面解析:普通光源发出的光是自然光,自然光不能发生干涉,是非相干光,激光是人工产生的光,具有很好的相干性,激光已得到广泛的应用。故正确选项为c、d。答案:cd3.(多选)关于激光,下列说法正确的是()a.激光是用人工方法激发的一种特殊的光b.自然界中某些天然物体也可以发出激光c.激光可以像刀子一样切除肿瘤d.由于激光的方向性好,所以激光不能发生衍射现象解析:激光是人工方法激发的一种特殊的光,a对,b错;激光具有亮度高、方向性好、能量强等特点,可以像刀子一样切除肿瘤,c项正确。激光是一种波,只要是波就能发生衍射现象,d错。答案:ac4.取两块平玻璃板,合在一起用手捏紧,会从玻璃板上看到彩色条纹,这是光的干涉现象,有关这一现象的叙述正确的是()a.这是上下两块玻璃板的上表面反射光干涉的结果b.这是两玻璃板间的空气薄层上下两表面的反射光相干涉的结果c.这是上面一块玻璃板的上、下两表面的反射光干涉的结果d.这是下面一块玻璃板的上、下两表面的反射光干涉的结果解析:形成干涉条纹是有一定条件的,即两列相干光的光程差需要连续变化,当=k,k=0,1,2,时,形成明条纹,当=(2k+1),k=0,1,2,时,形成暗条纹,当入射光是白光时,就会形成彩色条纹,对平板玻璃来说,每一块平板玻璃上下表面都是平行的,故不具备产生干涉条纹的条件,而中间的空气膜则可能具备这一条件,故应选b。答案:b5关于激光所具有的特点，下列说法正确的是()a激光相干性强b激光平行度好c激光亮度高d激光不能发生多普勒效应【解析】激光是人工产生的相干光，具有相干性强、平行度好和亮度高的特点，激光也是波，能发生多普勒效应，故正确的选项为a、b、c.【答案】abc6下列应用激光的事例中，错误的是()a利用激光进行长距离测量b利用激光进行通信c利用激光进行室内照明d利用激光加工坚硬的材料【解析】激光不能用于照明【答案】c7下列说法中正确的是()a偏振光可以是横波，也可以是纵波b因为激光的方向性好，所以激光不能发生衍射现象c激光可以像刀子一样切除肿瘤d以上说法都不对【解析】理解激光的几种特点，并联系实际应用【答案】c8关于薄膜干涉，下列说法中正确的是() a厚度均匀的薄膜，也会发生干涉现象b只有厚度不均匀的楔形薄膜，才会发生干涉现象c厚度均匀的薄膜会形成干涉条纹d观察肥皂液膜的干涉现象时，观察者应和光源在液膜的同一侧e厚度不均匀的薄膜才