高中物理 第十三章 光 第7節(jié) 光的顏色 色散 第8節(jié) 激光學(xué)案 新人教版選修3-4

1、13.7光的顏色色散13.8激光學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識(shí) 脈 絡(luò)1.知道光的色散現(xiàn)象，知道白光是由多種色光組成的2理解薄膜干涉中的色散現(xiàn)象，并了解薄膜干涉的應(yīng)用(重點(diǎn))3理解光折射時(shí)的色散現(xiàn)象，知道同一介質(zhì)對(duì)不同色光的折射率不同(重點(diǎn)、難點(diǎn))4了解激光的特性和應(yīng)用，應(yīng)用激光觀察全息照片.光的顏色和色散1光的顏色與波長(zhǎng)：不同顏色的光，波長(zhǎng)不同2光的色散：含有多種顏色的光被分解為單色光的現(xiàn)象3光譜：含有多種顏色的光被分解后，各種色光按其波長(zhǎng)的有序排列4幾種色散現(xiàn)象(1)薄膜干涉中的色散薄膜干涉中相干光的獲得光照射到薄膜上，在薄膜的前后兩個(gè)面反射的光是由同一個(gè)實(shí)際的光源分解而成的，它們具有相同的頻率，恒

2、定的相位差薄膜干涉的原理光照在厚度不同的薄膜上時(shí)，在薄膜的不同位置，前后兩個(gè)面的反射光的路程差不同，在某些位置兩列波疊加后相互加強(qiáng)，于是出現(xiàn)亮條紋；在另一些位置，兩列波相遇后被相互削弱，于是出現(xiàn)暗條紋(2)衍射時(shí)的色散用白光做衍射實(shí)驗(yàn)時(shí)，得到的條紋是彩色的這是因?yàn)檠苌鋾r(shí)不同色光的亮條紋的位置不同，于是各種色光就區(qū)分開(kāi)了這種現(xiàn)象是光在衍射時(shí)的色散(3)折射時(shí)的色散如圖1371說(shuō)明白光通過(guò)棱鏡折射后，由上到下的色光順序?yàn)椋杭t、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫，這說(shuō)明白光是由七色光組成的圖13711色散現(xiàn)象表明白光是復(fù)色光()2單色光通過(guò)棱鏡后也能發(fā)生色散()3某單色光在不同介質(zhì)中傳播時(shí)光的頻率、波長(zhǎng)均不同(

3、)1棱鏡對(duì)不同單色光的折射率相同嗎？對(duì)哪種單色光的折射率最大？【提示】不相同，對(duì)紫光的折射率最大2白光發(fā)生干涉時(shí)，出現(xiàn)彩色條紋的原因是什么？【提示】不同單色光的干涉條紋間距不同1光的顏色在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，不同色光發(fā)生干涉，條紋之間的距離不同，因?yàn)闂l紋之間的距離與光波的波長(zhǎng)成正比，由此我們能夠判定：同種介質(zhì)中不同顏色的光波長(zhǎng)不同由f可知，不同顏色的光頻率不同2薄膜干涉的成因如圖1372所示，豎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，從膜的前、后表面反射的兩列光波疊加，若兩列波疊加后互相加強(qiáng)，則出現(xiàn)亮紋；在另一些地方，疊加互相減弱，則出現(xiàn)暗紋故在單色光照射下，就

4、出現(xiàn)了明暗相間的干涉條紋；若在白光照射下，則出現(xiàn)彩色干涉條紋圖13723薄膜干涉中應(yīng)注意的三個(gè)問(wèn)題(1)觀察的是從膜前、后兩表面反射回來(lái)的光，不是透過(guò)膜的光，眼睛與光源在膜的同一側(cè)(2)用單色光和白光分別照射同一膜，觀察到的現(xiàn)象是不同的用白光照射膜時(shí)，某一位置紅光得到加強(qiáng)，其他顏色的光就被削弱，故在此位置看到的是紅色，而另一位置則會(huì)看到黃色等其他顏色，因此，用白光做這個(gè)實(shí)驗(yàn)看到的將是彩色條紋；而在單色光照射下，則會(huì)出現(xiàn)明、暗相間的條紋(3)每一條紋呈現(xiàn)水平分布，各條紋按豎直方向排列4薄膜干涉在技術(shù)上的應(yīng)用(1)用干涉法檢查平面如圖1373所示，兩板之間形成一層空氣膜，用單色光從上向下照射，入射

5、光從空氣膜的上下表面反射出兩列光波，形成干涉條紋如果被檢測(cè)平面是光滑的，得到的干涉圖樣必是等間距的如果某處凹下，則對(duì)應(yīng)明條紋(或暗條紋)提前出現(xiàn)，如圖1374(a)所示；如果某處凸起來(lái)，則對(duì)應(yīng)條紋延后出現(xiàn)，如圖(b)所示(注：“提前”與“延后”不是指在時(shí)間上，而是指由左向右的順序位置上)圖1373圖1374(2)增透膜的應(yīng)用在光學(xué)儀器中，為了減少光在光學(xué)元件(透鏡、棱鏡)表面的反射損失，可用薄膜干涉相消來(lái)減少反射光，如照相機(jī)、測(cè)距儀、潛望鏡上用的光學(xué)元件表面為了減少光的反射損失都鍍上了一層介質(zhì)薄膜(氟化鎂)，使薄膜的厚度是入射光在薄膜中波長(zhǎng)的，這樣反射回來(lái)的兩列光波經(jīng)過(guò)的路程差恰好等于半個(gè)波長(zhǎng)

6、，它們疊加后相互抵消，從而減少了光學(xué)元件表面反射造成的光能損失，增強(qiáng)了透射光的能量，故稱為增透膜1一束白光通過(guò)雙縫后在屏上觀察到干涉條紋，除中央白色條紋外，兩側(cè)還有彩色條紋，其原因是什么？【解析】用白光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，除中央白色條紋外，兩側(cè)出現(xiàn)彩色條紋，是因?yàn)闂l紋的間距與波長(zhǎng)有關(guān)，各種色光的波長(zhǎng)不同，條紋間距不同，除中央條紋外的各色條紋不能完全重合，出現(xiàn)彩色【答案】見(jiàn)解析2豎直的肥皂膜在單色光的照射下，表面會(huì)形成明暗相間的條紋，下列說(shuō)法中正確的是()A干涉條紋基本上是豎直的B干涉條紋基本上是水平的C干涉條紋的產(chǎn)生是由于光在肥皂膜前后表面上反射的兩列波疊加的結(jié)果D干涉條紋是彩色的E若改用白光照

7、射則干涉條紋是彩色的【答案】BCE3.如圖1375所示，一個(gè)小的光源S發(fā)出白光，經(jīng)三棱鏡分光，若人沿著折射光線的反方向觀察，通過(guò)棱鏡可以看到()圖1375A白光點(diǎn)B光點(diǎn)上部紅色，下部紫色C光點(diǎn)上部紫色，下部紅色D看到的光點(diǎn)比實(shí)際光源的位置高E看到的光點(diǎn)是光源的虛像【答案】CDE1光譜的產(chǎn)生表明，白光是各種單色光組成的復(fù)色光由于各種單色光通過(guò)棱鏡時(shí)偏折的角度不同，所以產(chǎn)生了色散現(xiàn)象2色散現(xiàn)象表明，棱鏡材料對(duì)不同色光的折射率是不同的紫光經(jīng)棱鏡后偏折程度最大，紅光偏折程度最小，所以棱鏡材料對(duì)紫光的折射率最大，對(duì)紅光的折射率最小3由折射率的定義n可知，在棱鏡中紫光的速度最小，紅光的速度最大激光1激光的

8、特點(diǎn)及應(yīng)用性質(zhì)應(yīng)用相干性：激光具有頻率相同、相位差恒定、偏振方向一致的特點(diǎn)，具有高度的相干性光纖通信平行度：激光的平行度非常好，傳播很遠(yuǎn)的距離仍能保持一定的強(qiáng)度激光測(cè)距，讀取光盤上記錄的信息等亮度高：它可以在很小的空間和很短的時(shí)間內(nèi)集中很大的能量用激光束切割、焊接醫(yī)學(xué)上可以用激光做“光刀”、激發(fā)核反應(yīng)等2.全息照相(1)與普通照相技術(shù)的比較普通照相技術(shù)所記錄的只是光波的強(qiáng)弱信息，而全息照相技術(shù)還記錄了光波的相位信息(2)原理：全息照片的拍攝利用了光的干涉原理1激光可以進(jìn)行光纖通信是利用了相干性好的特點(diǎn)()2激光可用做“光刀”來(lái)切開(kāi)皮膚是利用激光的相干性好()3全息照相技術(shù)只能記錄光波的強(qiáng)弱信息

9、()利用激光測(cè)量地球到月球的距離，應(yīng)用了激光哪方面的性質(zhì)？【提示】應(yīng)用了“平行度”非常好的性質(zhì)1激光的相干性好所謂相干性好，是指容易產(chǎn)生干涉現(xiàn)象普通光源發(fā)出的光(即使是所謂的單色光)頻率是不一樣的，而激光器發(fā)出的激光的頻率幾乎是單一的，并且滿足其他的相干條件所以，現(xiàn)在我們做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，無(wú)需在雙縫前放一個(gè)單縫，而是用激光直接照射雙縫，就能得到既明亮又清晰的干涉條紋利用相干光易于調(diào)制的特點(diǎn)，傳輸信息，所能傳遞的信息密度極高，一條細(xì)細(xì)的激光束通過(guò)光纜可以同時(shí)傳送一百億路電話和一千萬(wàn)套電視，全國(guó)人民同時(shí)通話還用不完它的通訊容量，而光纖通信就必須借助激光技術(shù)才能發(fā)展2激光的平行度非常好與普通光相比，

10、傳播相同距離的激光束的擴(kuò)散程度小，光線仍能保持很大的強(qiáng)度，保持它的高能量，利用這一點(diǎn)可以精確測(cè)距現(xiàn)在利用激光測(cè)量地月距離精確度已達(dá)到1 m.3激光的亮度非常高它可以在很小的空間和很短的時(shí)間內(nèi)集中很大的能量如果把強(qiáng)大的激光束會(huì)聚起來(lái)，可使物體被照部分在千分之一秒的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生幾千萬(wàn)度的高溫不能直接照射眼睛，否則會(huì)傷害眼睛4激光單色性很好激光的頻率范圍極窄，顏色幾乎是完全一致的4關(guān)于激光的應(yīng)用，下列說(shuō)法中正確的是()A光纖通信是應(yīng)用激光相干好的特點(diǎn)對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，使其在光導(dǎo)纖維中進(jìn)行信息傳遞B計(jì)算機(jī)內(nèi)用“磁頭”可讀出光盤上記錄的信息是應(yīng)用了激光平行度好的特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行的C醫(yī)學(xué)中用激光作“光刀”來(lái)切除腫瘤

11、是應(yīng)用了激光亮度高的特點(diǎn)D“激光測(cè)距雷達(dá)”利用激光測(cè)量很遠(yuǎn)目標(biāo)的距離是應(yīng)用了激光亮度高的特點(diǎn)E激光打孔是應(yīng)用了激光相干性好的特點(diǎn)【答案】ABC5準(zhǔn)分子激光器利用氬氣和氟氣的混合物產(chǎn)生激光刀，可用于進(jìn)行近視眼的治療用這樣的激光刀對(duì)近視眼進(jìn)行手術(shù)，手術(shù)時(shí)間短、效果好、無(wú)痛苦關(guān)于這個(gè)治療，以下說(shuō)法中正確的是() A近視眼是物體成像在眼球中的視網(wǎng)膜的前面，使人不能看清物體B激光具有很好的方向性，用激光刀可以在非常小的面積上對(duì)眼睛進(jìn)行手術(shù)C激光治療近視眼手術(shù)是對(duì)視網(wǎng)膜進(jìn)行修復(fù)D激光治療近視眼手術(shù)是對(duì)角膜進(jìn)行切削E激光治療近視眼手術(shù)是利用激光的相干性好【答案】ABD6激光全息照片的底片上記錄了光的干涉條紋，含有被拍攝物體反射的光的所有信息，實(shí)現(xiàn)了照片的立體性若照相時(shí)，被攝物體被擋住一部分，通過(guò)調(diào)整視線仍可看見(jiàn)被擋部分照片被切開(kāi)成兩半，從一半上仍可看到物體的全像，照片就像一個(gè)觀察物體的窗口激光全息照相利用了激