年人教版物理选修3-4讲义：第13章+7光的颜色色散+8激光及答案

1、2022-2022 年人教版物理选修3-4 讲义：第 13 章+7光的颜色色散 +8激光及答案7光的颜色色散 学习目标 8激光.2.懂得薄膜1.知道光的色散现象, 知道白光是由多种色光组成的干涉中的色散现象,并明白薄膜干涉的应用重点 3.懂得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重点、难点 4.明白激光的特性和应用,应用激光观看全息照片一、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 光照耀到薄膜上

2、,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,于是显现亮条纹；在另一些位置,两列波相遇后被相互减弱,于是显现暗条纹2衍射时的色散 用白光做衍射试验时,得到的条纹是彩色的这是由于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- 1 - / 11 2022-2022 年人教版物理选修3-4 讲义：第 13 章+7光的颜色色散 +8激光及答案3折射时的色散如图说明白光通过棱镜折射后,由上到下

3、的色光次序为：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫,这说明白光是由七色光组成的二、激光1激光的特点及应用性质光纤通信应用相干性：激光具有频率相同、相位差恒定、偏振方向一样的特点,具有高度的相干性平行度：激光的平行度特别好, 传播很远的距离激光测距,读取光盘上记录仍能保持肯定的强度 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2.全息照相 1与一般照相技术的比较用激光束切割、焊接医学 上可以用激光做“ 光刀” 、激发核反应等一般照相技术所记录的只是光波的强弱信息,而全息照相技术仍记录了光波的相位信息2原理：全息照片的拍照利用了光的干涉原理1摸索判定 正确的打“ ” ,错误的打“ ” 1

4、色散现象说明白光是复色光 2单色光通过棱镜后也能发生色散 3某单色光在不同介质中传播时间的频率、波长均不同 4激光可以进行光纤通信是利用了相干性好的特点 5激光可用做“ 光刀” 来切开皮肤是利用激光的相干性好 2竖直的肥皂膜在单色光的照耀下,表面会形成明暗相间的条纹,以下说法中正确选项 - 2 - / 11 2022-2022 年人教版物理选修3-4 讲义：第 13 章+7光的颜色色散 +8激光及答案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如改用白光照耀就干涉条纹是彩色的BCE 薄膜干涉条纹的产生是薄膜

5、的前表面与后表面反射来的光叠加所产生的,同一明条纹或同一暗条纹应显现在膜的厚度相同的地方,同一水平高度处,膜的厚度相同,所以条纹基本是水平的,由于光是单色光,故不会发生色散故正确答案为 B、C、E. 3关于激光的应用,以下说法中正确选项 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运算机内用“ 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ABC 光纤通信主要利用激光的相干性

6、好的特点,选项 A 正确；运算机内的“ 磁头 ” 可读出光盘上的信息主要应用了激光的平行度好的特点,选项 B 正确；医疗中用激光作 “ 光刀 ” 和工业上用激光打孔都是利用了激光的亮度高的特点,选项 C 正确, E 错误；激光测距利用的是激光的平行度好的特点,选项 D 错误 光的颜色和色散- 3 - / 11 2022-2022 年人教版物理选修3-4 讲义：第 13 章+7光的颜色色散 +8激光及答案1对光的颜色的懂得不同颜色的光,波长不同,频率不同,而同种颜色的光在不同介质中折射率不同,速度和波长均不相同,但频率相同,因此说光的颜色是由频率打算的,而不是由波长打算的2棱镜对光线传播方向的转

7、变1正确画好光线通过棱镜的光路图,如图甲所示2棱镜成像的画法,如图乙所示3各种色光特性的比较各种色光 红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫频率 小大折射率 小大经三棱镜折射时的偏折角 小大波长 长短介质中的波速 大小双缝干涉的条纹间距 大小薄膜干涉的条纹间距 大小4双缝干涉中的色散用不同的单色光做双缝干涉试验,得到的条纹之间的距离不一样,但都是明暗相间的单色条纹由 xl d 知,红光波长最长, x 最大,紫光波长最短, x最小白光干涉时的条纹是彩色的,可见,白光是由多种色光组成的复色光,发生干涉时,白光发生了色散现象【例 1】单项 如下列图,一束白光通过玻璃棱镜发生色散现象,以下说法正确选项 - 4 -

8、 / 11 2022-2022 年人教版物理选修3-4 讲义：第 13 章+7光的颜色色散 +8激光及答案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B 玻璃对频率不同的各种色光的折射率不同,在可见光中,对红光的折射率最小,对紫光的折射率最大因此在空气和玻璃的第一个界面上,虽然各单色光入射角相同,但各单色光的折射角不同,由nsin 1 sin 2可知,红光的折射角最大,紫光的折射角最小在另一个界面上,光由玻璃进入空气,依据光路的可逆性可知,紫光的折射角最大,红光的折射角最小由 中的传播速度最大 nc v可知,可

9、见光中红光在玻璃同种介质对不同波长单色光的折射率不同,折射率由小到大的次序是红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫依据真空中光速相同,即 到小的次序是红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫c f,可知不同单色光波长由大1.如下列图,一个小的光源S 发出白光,棱镜分光,如人沿着折射光线的反方向观看,通过棱镜可以看到 A白光点B光点上部红色,下部紫色- 5 - / 11 2022-2022 年人教版物理选修3-4 讲义：第 13 章+7光的颜色色散 +8激光及答案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CDE 由于各种单色光中, 紫光的折射率最大, 偏折角也最大, 成的像最高,红

10、光的折射率最小,偏折角也最小,成的像最低 薄膜干涉现象及应用1薄膜干涉中相干光的光源 一列光在膜的前表面和后表面分别反射,犹如由前、后表面反射出来的两列 完全相同的光,满意相干条件2薄膜干涉的成因 如下列图,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,如两列波叠加 后相互加强,就显现亮纹；在另一些地方,叠加相互减弱,就显现暗纹故在单 色光照耀下,就显现了明暗相间的干涉条纹；如在白光照耀下,就显现彩色干涉 条纹3薄膜干涉中应留意的三个问题 1观看的是从膜前、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

11、色光和白光分别照耀同一膜,观看到的现象是不同的用白光照耀膜 时,某一位置红光得到加强,其他颜色的光就被减弱,故在此位置看到的是红色,而另一位置就会看到黄色等其他颜色,因此,用白光做这个试验看到的将是彩色 条纹；而在单色光照耀下,就会显现明、暗相间的条纹3每一条纹出现水平分布,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- 6 - / 11 2022-2022 年人教版物理选修3-4 讲义：第 13 章+7光的颜色色散 +8激光及答案如下列图,两板之间形成一层空气膜,用单色光从上向下照耀,入射光从空气膜的上下表面反射出两列光波,形成干涉条纹假如被检测平面是光滑的,得到的干涉图

12、样必是等间距的假如某处凹下,就对应明条纹 或暗条纹 提前显现,如图 a所示；假如某处凸起来,就对应条纹延后显现,如图 b所示 注：“ 提前”与“ 延后” 不是指在时间上,而是指由左向右的次序位置上 2增透膜的应用在光学仪器中,为了削减光在光学元件透镜、棱镜 表面的反射缺失,可用薄膜干涉相消来削减反射光,如照相机、测距仪、潜望镜上用的光学元件表面为了削减光的反射缺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1 4,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,从而削减了光学元件表面反射造成的光能缺失,增强了透射光的能量,故称为增透膜【例 2】如图

13、甲所示, 用平行单色光照耀透亮标准样板来检查零件表面的情况,观看到如图乙所示的条纹,这说明被检查平面的条纹弯曲处是 _填“ 凹” 或“ 凸”的,该方法检查平面测量的精度可达 _m. 解析 由于同一条亮 暗纹上各处空气厚度相同,由垫片位置和弯曲方向可知,弯曲处的空气层厚度应当比同一条纹上其他位置的空气层厚度小,而现在实际上是一样厚度,可见,该处肯定存在凹陷干涉法检查平面精确度很高,可达108 m.答案 凹8 10- 7 - / 11 2022-2022 年人教版物理选修3-4 讲义：第 13 章+7光的颜色色散 +8激光及答案被测平面凹下或凸起的形象判定法被测平面凹下或凸起的形象判定法 矮人行走

14、法即把干涉条纹看成“ 矮人” 的行走轨迹让一个小矮人在两板间沿着一条条纹直立行走,始终保持脚踏被测板,头顶样板,在行走过程中：如遇一凹下,他必向薄膜的尖端去绕,方可按上述要求过去,即条纹某处弯向薄膜尖端,该处为一凹下；如遇一凸起,他必向薄膜的底部去绕,方可按上述要求过去,即条纹某处弯向薄膜底部,该处为一凸起2劈尖干涉是一种薄膜干涉,其装置如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

15、膜厚度差恒定现将甲图装置中的纸片抽去一张,就当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后,就条纹 A变疏 B变密 C不变 D消逝A 依据形成明条纹的条件可知,相邻明条纹对应的路程差等于入射光的波长抽去一张纸片,样板的倾角变小,要使相邻明条纹对应的路程差仍等于入射光的波长,就样板上条纹间的距离将会增大,即干涉条纹将变疏 - 8 - / 11 2022-2022 年人教版物理选修3-4 讲义：第 13 章+7光的颜色色散 +8激光及答案激光1激光的相干性好所谓相干性好,是指简单产生干涉现象一般光源发出的光 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,并且满意其他 的相干条件所以

16、,现在我们做双缝干涉试验时,无需在双缝前放一个单缝,而 是用激光直接照耀双缝,就能得到既光明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,全国人民同时通话仍用不完它的通讯 容量,而光纤通信就必需借助激光技术才能进展2激光的平行度特别好 与一般光相比,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 的精确度已达到 1 m. 3激光的亮度特别高 它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量假如把强大的激光束 会聚起来,可使物

17、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 直接照耀眼睛,否就会损害眼睛4激光单色性很好 激光的频率范畴极窄,颜色几乎是完全一样的【例 3】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,于这个治疗,以下说法中正确选项 手术时间短、成效好、无痛楚关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, 用激光刀可以在特别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ABD 激光手术是物理技术用于临床医学的最

18、新成果人的眼睛是一个光学- 9 - / 11 2022-2022 年人教版物理选修3-4 讲义：第 13 章+7光的颜色色散 +8激光及答案成像系统,角膜和晶状体相当于一个凸透镜,物体通过凸透镜成像在视网膜上,人就能看清晰物体当角膜和晶状体组成的这个凸透镜的焦距比较小,物体成像在视网膜的前面时,人就不能看清物体,这就是近视眼,A 对；激光具有很好的方向性,用激光刀可以在特别小的面积上对眼睛进行手术,B 对,E 错；激光手术不是修复视网膜,而是对角膜进行切削,转变角膜的外形,使眼球中的凸透镜的焦距适当变大,物体经过角膜和晶状体后成像在视网膜上,C 错、 D 对 3激光全息照片的底片上记录了光的干涉条纹,含有被拍照物体反射的光的全部信息,实现了照片的立体性如照相时,被摄物体被拦住一部分,通过调整视线仍可观察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,照片就像一个观看物体的窗口激光全息照相利用了激光_的性质解析 全息照相利用激光的频率单一、相干性好的特点, 使参考光和物光有很高的相干性,拍照立体照片答案 相干性好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、全息照相平行度传