高中物理 第十三章 光 第7节 光的颜色 色散教案 新人教版选修3-4

1、13.7光的颜色 色散物理核心素养主要由“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面构成。一、教材分析1、地位首先，这节内容是在学了“光的折射”和“光的干涉”的普遍规律后的一个综合应用，在整章光学内容中也是至关重要。新教材把薄膜干涉中的色散和折射时的色散放在同一节内容中，是因为两者有共同的“色散”现象，但根本的原理是不同的，所以教学中要重视现象的本质探究，把实质讲清楚。同时生活中的色散现象比比皆是，可以训练学生利用已学的知识和科学研究方法去探索新的物理规律，培养学生的创新精神和实践能力。故这节课能充分发挥学生的能动性，强化物理知识的形成过程和应用过程，使学生体验、认识和运用科

2、学研究的过程和方法，促进学生思维，让学生正确掌握探究式学习的方法。2、重难点分析本节主要阐述色散的概念和发生色散的两种情况，即薄膜干涉的色散和棱镜折射时的色散。关于光的颜色、频率和波长，应当明确，不同颜色的光具有不同的频率，光的频率决定于光源，与介质无关。光在不同介质中传播的速度不同，波长改变，但其频率（颜色）不变。本节重点是棱镜折射时的色散，该现象主要涉及到同一介质对不同色光速度、折射率、偏折角的影响及其关系。本节难点是薄膜干涉的色散，关键是寻找和判断发生干涉的两列光从何而来。二、教学目标（一）物理观念（1）知道光的颜色由频率决定，知道白光是由多种色光组成；（2）了解双缝干涉、薄膜干涉及折射

3、时的色散现象及原因；（3）了解薄膜干涉的原理及应用；（4）知道不同色光在同一介质中的传播速度、折射率都不同。（二）科学思维、科学探究（2）体验探究自然规律的艰辛与喜悦。三、设计思想：本堂课围绕阐述色散的概念和发生色散的两种情况展开。在教学中利用探究式教学方式，让学生在“活动”中认识自然现象，探究物理规律，掌握物理知识，训练学生的观察能力、实验能力、归纳综合能力、推理能力、运用所学知识进行再探索的能力。实现知识和能力、过程和方法、情感态度和价值观的全面教育。为了突破薄膜干涉这一难点，设计随堂实验，让学生亲自动手做肥皂膜的干涉实验，观察灯焰像上的明暗条纹和白光的彩色条纹，增强感性认识，激发好奇心。

4、并通过启发式的提问，复习巩固干涉的条件和产生明暗条纹。让学生明白薄膜干涉的原理和薄膜干涉中白光发生干涉的原因。在讲解折射时的色散时，老师做演示实验，让学生观察现象，引导学生自己画光路图来分析说明色散的原理。最后总结出不同色光在同一介质中的传播速度、折射率都不同。通过对比分析，重在区别并弄清薄膜干涉的色散和棱镜折射时的色散的基本原理。四、教学过程：一、光的颜色和色散在第三节用双缝干涉测量光的波长实验中让学生先观察白光的双缝干涉现象。本节新课时可提出问题：前一节课我们观察到用白光的双缝干涉条纹是彩色的。问：原因是？答：不同颜色的光，波长不同，条纹间距也就不同，白光被分解了。从这个实验也可见：不同颜

5、色的光，波长不同。白光是由多种色光组成的。问：那光的颜色是由什么（频率、波长、介质）决定的？演示：用激光笔将激光从空气射入水中、玻璃中，波长会发生变化，但颜色并不变，可见光的颜色不是由波长决定，应该由频率决定。光由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。含有多种颜色的光被分解为单色光的现象叫做光的色散。介绍：人的视网膜上有两种感光细胞：一种叫视杆细胞，对光非常敏感，但不能区分光的频率；另一种叫视锥细胞，对光不大敏感，但能区分光的频率，人眼靠它分辨颜色。各种色光按其波长的有序排列，就是光谱。下面是可见光部分的光谱。二、薄膜干涉中的色散在哪些光现象中也能发生色散呢？演

6、示：吹泡泡。看到无色的肥皂水，吹出的泡泡是彩色的。问：这些色散现象怎样形成？（设置悬念，留后回答）学生分组实验：在酒精灯的灯芯上撒些盐或在酒精中溶解一些盐，灯焰就能发出明亮的黄光。把铁丝圈在肥皂水中蘸一下，让它挂上一层薄薄的液膜，把液膜当作一个平面镜，来观察灯焰的像。（3分钟实验结束）问：这个像与直接看到的灯焰有什么不同？答：像上有亮暗相间的条纹，条纹水平状呈竖直排列。说明成像的同时又发生了干涉现象，这是薄膜干涉现象。复习提问：干涉的条件是？生：两列光波频率相同，振动情况一致。问：像上的明暗条纹是哪两列相干光干涉产生的呢？（这个问题，学生一时回答不上）启发：成像是什么现象造成？生：光的反射。师

7、：相干光肯定与液膜反射的光脱不了干系。生（恍然大悟）：表面上的反射光干涉。师：光源不同的部分发出的光经表面反射是相干光吗？生：应该不是。（有点疑惑）启发： 竖直放置的肥皂薄膜，由于受到重力的作用，形成了上薄下厚的楔形（画出图）。我们虽然不能明显观察到膜上薄下厚，但是这样微小的厚度差别与光的波长相比还是相当大的。生：根据双缝“一分为二”的思想，从膜的前表面和后表面分别反射出来的两列光波，频率相同，振动情况也必定相同，所以能够发生干涉。复习提问：干涉产生明暗条纹的条件？生：S=k，出现亮纹；S=（2k+1）/2，出现暗纹。进一步分析产生干涉的原理：竖直放置的肥皂薄膜，竖直方向不同位置，膜的厚度不同

8、，前、后表面分别反射出来的两列光波路程差不同。在薄膜的某些位置，两列波反射回来时恰是同相，即波峰和波峰、波谷和波谷叠加，使光波的振动加强，形成黄色的亮条纹；在另外一些位置，两列波的波峰和波谷叠加，使光波的振动互相削弱，形成暗条纹。问：用单色红光或蓝光分别做实验，条纹间距有什么区别？分析：条纹的间距不一样，即出现亮条纹的位置不同。 问：用白光照射下，肥皂液膜上会出现彩色条纹吗？为什么？学生活动：观察日光灯下肥皂液膜干涉的彩色条纹。分析：若用白光照射肥皂液膜，由于各色光在不同的位置得到加强出现亮条纹，这样液膜上就会出现彩色的条纹。肥皂泡、水面上的油膜常常看到的彩色花纹，也是薄膜干涉中发生色散的结果

9、。薄膜干涉的应用增透膜：增透膜：现代光学装置，如摄像机和电影放映机的镜头、潜水艇的望远镜、照相机等，都是有许多的光学元件透镜、棱镜等组成，进入这些装置的光，在每个元件的表面上都要受到反射，结果只有入射光的10%-20%通过装置，所成的像既暗又不清楚。（展示照相机图片）问：怎样消除表面的反射造成的后果呢？即怎样才能减小镜片反射光的能量呢？答：可以在透镜如棱镜的表面涂上一层薄膜（一般用氟化镁）。问：薄膜的厚度应为多少？答：薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长的时，在薄膜的两个面上反射的光，路程差恰好等于半个波长，因而相互抵消，这就大大减少了光的反射损失，增强了透射光的强度，这种薄膜叫增透膜。问：入射光一

10、般都是白光，是由各种不同波长的单色光复合而成的，增透膜能使所用波长的光都相互抵消吗？答：不能。因此在确定薄膜厚度时，应该取中间部分的绿色光，即人的视觉最敏感的光，在垂直入射时完全抵消。这时，可见光边缘的红光和紫光并没有显著削弱，所以有增透膜的光学镜头呈淡紫色。薄膜干涉在科学技术中的应用用干涉法检查平面的平整程度（这部分内容可根据学生实际情况把握讲解的难易程度，也可放在第二课时进行讲解。）在磨制各种镜面或其他精密部件时，对加工表面的形状可以用干涉法检查。如果被检查的表面是一个平面，可以在它的上面放一个透明的标准样板，并在一端垫一个透明的标准样板，使样板的标准平面和被检查的平面间形成一个楔形的空气

11、薄层，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波，于是从反射光中就会看到干涉条纹，如果被测表面是平的，那么空气层的厚度相同的各点就位于一条直线上，因此产生的干涉条纹就是平行的；如果被测的表面某些地方不平，那里空气层的厚度相同的各点不再位于同一直线上，因此产生的干涉条纹就要发生弯曲，从干涉条纹弯曲的方向和程度还可以了解被测表面的不平情况。这种测量的精度可达厘米。如图所示：对干涉弯曲条纹进行分析：问题：如图所示弯曲的干涉条纹说明被检查的平面在此处是凹下还是凸出？三、折射时的色散问：（展示图片）雨后的天空有时会出现彩虹，这个色散现象又是怎么产生的呢？介绍：光学研究中常常用到横截面为

12、三角形的三棱镜，简称棱镜。我们先研究一下光通过棱镜后光路有什么变化？用激光演示仪分别演示棱镜的底面在下方和底面在上方的两种情况，让学生观察现象，归纳得出结论：折射后光线向横截面的底边偏折。学生活动：请一个同学到黑板上作出折射时的光路图。问：如果通过的是白光，会出现什么现象呢？演示实验，得出结论：折射后出现彩色光斑，红光分布在最上边，紫光分布在最下边。学生活动：再请一个同学在同一个图上作出紫光折射时的光路图。根据光路图可知：红光（偏向角）偏折程度最小，紫光偏向角（偏折程度）最大。分析在折射时发生色散的原因：透明物质对于不同波长的光的折射率不同，波长越短，折射率越大，偏折程度越大。波长越长，折射率

13、越小，偏折程度越小，白光被分解。由于折射率和波速的关系是：nc/v，所以能够得出结论：在同一物质中，不同波长的光波的传播速度也不同。波长越短，折射率越大，波速越慢。发生色散的原因（1）白光是由各种单色光组成的复色光；（2）光的颜色由光的频率决定。组成白光的各种单色光中，红光频率最小，紫光频率最大。在不同介质中，光的频率不变。（3）同一介质对不同色光的折射率不同，通常情况下频率越高，在介质中的折射率也越大，所以白光进入某种介质发生折射时，紫光偏折得最厉害，红光偏折最小，即n红最小。n紫最大。（4）不同频率的色光在真空中传播速度相同，为C3108ms。由知，光在其它介质中速度各不相同，同一种介质中，紫光