年人教版物理選修3-4講義：第13章+7光的顏色色散+8激光及答案

1、2022-2022 年人教版物理選修3-4 講義：第 13 章+7光的顏色色散 +8激光及答案7光的顏色色散 學習目標 8激光.2.懂得薄膜1.知道光的色散現(xiàn)象, 知道白光是由多種色光組成的干涉中的色散現(xiàn)象,并明白薄膜干涉的應用重點 3.懂得光折射時的色散現(xiàn)象,知道同一介質對不同色光的折射率不同重點、難點 4.明白激光的特性和應用,應用激光觀看全息照片一、光的顏色和色散 1光的顏色與波長：不同顏色的光,波長不同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 光照耀到薄膜上

2、,在薄膜的前后兩個面反射的光是由同一個實際的光源分解 而成的,它們具有相同的頻率,恒定的相位差薄膜干涉的原理 光照在厚度不同的薄膜上時,在薄膜的不同位置,前后兩個面的反射光的路 程差不同,在某些位置兩列波疊加后相互加強,于是顯現(xiàn)亮條紋；在另一些位置,兩列波相遇后被相互減弱,于是顯現(xiàn)暗條紋2衍射時的色散 用白光做衍射試驗時,得到的條紋是彩色的這是由于衍射時不同色光的亮 條紋的位置不同,于是各種色光就區(qū)分開了這種現(xiàn)象是光在衍射時的色散- 1 - / 11 2022-2022 年人教版物理選修3-4 講義：第 13 章+7光的顏色色散 +8激光及答案3折射時的色散如圖說明白光通過棱鏡折射后,由上到下

3、的色光次序為：紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫,這說明白光是由七色光組成的二、激光1激光的特點及應用性質光纖通信應用相干性：激光具有頻率相同、相位差恒定、偏振方向一樣的特點,具有高度的相干性平行度：激光的平行度特別好, 傳播很遠的距離激光測距,讀取光盤上記錄仍能保持肯定的強度 的信息等亮度高：它可以在很小的空間和很短的時間內集 中很大的能量2.全息照相 1與一般照相技術的比較用激光束切割、焊接醫(yī)學 上可以用激光做“ 光刀” 、激發(fā)核反應等一般照相技術所記錄的只是光波的強弱信息,而全息照相技術仍記錄了光波的相位信息2原理：全息照片的拍照利用了光的干涉原理1摸索判定 正確的打“ ” ,錯誤的打“ ” 1

4、色散現(xiàn)象說明白光是復色光 2單色光通過棱鏡后也能發(fā)生色散 3某單色光在不同介質中傳播時間的頻率、波長均不同 4激光可以進行光纖通信是利用了相干性好的特點 5激光可用做“ 光刀” 來切開皮膚是利用激光的相干性好 2豎直的肥皂膜在單色光的照耀下,表面會形成明暗相間的條紋,以下說法中正確選項 - 2 - / 11 2022-2022 年人教版物理選修3-4 講義：第 13 章+7光的顏色色散 +8激光及答案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果D干涉條紋是彩色的E如改用白光照耀就干涉條紋是彩色的BCE 薄膜干涉條紋的產(chǎn)生是薄膜

5、的前表面與后表面反射來的光疊加所產(chǎn)生的,同一明條紋或同一暗條紋應顯現(xiàn)在膜的厚度相同的地方,同一水平高度處,膜的厚度相同,所以條紋基本是水平的,由于光是單色光,故不會發(fā)生色散故正確答案為 B、C、E. 3關于激光的應用,以下說法中正確選項 A光纖通信是應用激光相干好的特點對信號進行調制,使其在光導纖維中進行信息傳遞B運算機內用“ 磁頭” 可讀出光盤上記錄的信息是應用了激光平行度好的特點來進行的C醫(yī)學中用激光作“ 光刀” 來切除腫瘤是應用了激光亮度高的特點D“ 激光測距雷達” 利用激光測量很遠目標的距離是應用了激光亮度高的特點E激光打孔是應用了激光相干性好的特點ABC 光纖通信主要利用激光的相干性

6、好的特點,選項 A 正確；運算機內的“ 磁頭 ” 可讀出光盤上的信息主要應用了激光的平行度好的特點,選項 B 正確；醫(yī)療中用激光作 “ 光刀 ” 和工業(yè)上用激光打孔都是利用了激光的亮度高的特點,選項 C 正確, E 錯誤；激光測距利用的是激光的平行度好的特點,選項 D 錯誤 光的顏色和色散- 3 - / 11 2022-2022 年人教版物理選修3-4 講義：第 13 章+7光的顏色色散 +8激光及答案1對光的顏色的懂得不同顏色的光,波長不同,頻率不同,而同種顏色的光在不同介質中折射率不同,速度和波長均不相同,但頻率相同,因此說光的顏色是由頻率打算的,而不是由波長打算的2棱鏡對光線傳播方向的轉

7、變1正確畫好光線通過棱鏡的光路圖,如圖甲所示2棱鏡成像的畫法,如圖乙所示3各種色光特性的比較各種色光 紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫頻率 小大折射率 小大經(jīng)三棱鏡折射時的偏折角 小大波長 長短介質中的波速 大小雙縫干涉的條紋間距 大小薄膜干涉的條紋間距 大小4雙縫干涉中的色散用不同的單色光做雙縫干涉試驗,得到的條紋之間的距離不一樣,但都是明暗相間的單色條紋由 xl d 知,紅光波長最長, x 最大,紫光波長最短, x最小白光干涉時的條紋是彩色的,可見,白光是由多種色光組成的復色光,發(fā)生干涉時,白光發(fā)生了色散現(xiàn)象【例 1】單項 如下列圖,一束白光通過玻璃棱鏡發(fā)生色散現(xiàn)象,以下說法正確選項 - 4 -

8、 / 11 2022-2022 年人教版物理選修3-4 講義：第 13 章+7光的顏色色散 +8激光及答案A紅光的偏折最大,紫光的偏折最小 B紅光的偏折最小,紫光的偏折最大 C玻璃對紅光的折射率比紫光大 D玻璃中紫光的傳播速度比紅光大B 玻璃對頻率不同的各種色光的折射率不同,在可見光中,對紅光的折射率最小,對紫光的折射率最大因此在空氣和玻璃的第一個界面上,雖然各單色光入射角相同,但各單色光的折射角不同,由nsin 1 sin 2可知,紅光的折射角最大,紫光的折射角最小在另一個界面上,光由玻璃進入空氣,依據(jù)光路的可逆性可知,紫光的折射角最大,紅光的折射角最小由 中的傳播速度最大 nc v可知,可

9、見光中紅光在玻璃同種介質對不同波長單色光的折射率不同,折射率由小到大的次序是紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫依據(jù)真空中光速相同,即 到小的次序是紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫c f,可知不同單色光波長由大1.如下列圖,一個小的光源S 發(fā)出白光,棱鏡分光,如人沿著折射光線的反方向觀看,通過棱鏡可以看到 A白光點B光點上部紅色,下部紫色- 5 - / 11 2022-2022 年人教版物理選修3-4 講義：第 13 章+7光的顏色色散 +8激光及答案C光點上部紫色,下部紅色 D看到的光點比實際光源的位置高 E看到的光點是光源的虛像CDE 由于各種單色光中, 紫光的折射率最大, 偏折角也最大, 成的像最高,紅

10、光的折射率最小,偏折角也最小,成的像最低 薄膜干涉現(xiàn)象及應用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別反射,猶如由前、后表面反射出來的兩列 完全相同的光,滿意相干條件2薄膜干涉的成因 如下列圖,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,如兩列波疊加 后相互加強,就顯現(xiàn)亮紋；在另一些地方,疊加相互減弱,就顯現(xiàn)暗紋故在單 色光照耀下,就顯現(xiàn)了明暗相間的干涉條紋；如在白光照耀下,就顯現(xiàn)彩色干涉 條紋3薄膜干涉中應留意的三個問題 1觀看的是從膜前、后兩表面反射回來的光,不是透過膜的光,眼睛與光源 在膜的同一側2用單

11、色光和白光分別照耀同一膜,觀看到的現(xiàn)象是不同的用白光照耀膜 時,某一位置紅光得到加強,其他顏色的光就被減弱,故在此位置看到的是紅色,而另一位置就會看到黃色等其他顏色,因此,用白光做這個試驗看到的將是彩色 條紋；而在單色光照耀下,就會顯現(xiàn)明、暗相間的條紋3每一條紋出現(xiàn)水平分布,各條紋按豎直方向排列4薄膜干涉在技術上的應用 1用干涉法檢查平面- 6 - / 11 2022-2022 年人教版物理選修3-4 講義：第 13 章+7光的顏色色散 +8激光及答案如下列圖,兩板之間形成一層空氣膜,用單色光從上向下照耀,入射光從空氣膜的上下表面反射出兩列光波,形成干涉條紋假如被檢測平面是光滑的,得到的干涉圖

12、樣必是等間距的假如某處凹下,就對應明條紋 或暗條紋 提前顯現(xiàn),如圖 a所示；假如某處凸起來,就對應條紋延后顯現(xiàn),如圖 b所示 注：“ 提前”與“ 延后” 不是指在時間上,而是指由左向右的次序位置上 2增透膜的應用在光學儀器中,為了削減光在光學元件透鏡、棱鏡 表面的反射缺失,可用薄膜干涉相消來削減反射光,如照相機、測距儀、潛望鏡上用的光學元件表面為了削減光的反射缺失都鍍上了一層介質薄膜氟化鎂 ,使薄膜的厚度是入射光在薄膜中波長的1 4,這樣反射回來的兩列光波經(jīng)過的路程差恰好等于半個波長,它們疊加 后相互抵消,從而削減了光學元件表面反射造成的光能缺失,增強了透射光的能量,故稱為增透膜【例 2】如圖

13、甲所示, 用平行單色光照耀透亮標準樣板來檢查零件表面的情況,觀看到如圖乙所示的條紋,這說明被檢查平面的條紋彎曲處是 _填“ 凹” 或“ 凸”的,該方法檢查平面測量的精度可達 _m. 解析 由于同一條亮 暗紋上各處空氣厚度相同,由墊片位置和彎曲方向可知,彎曲處的空氣層厚度應當比同一條紋上其他位置的空氣層厚度小,而現(xiàn)在實際上是一樣厚度,可見,該處肯定存在凹陷干涉法檢查平面精確度很高,可達108 m.答案 凹8 10- 7 - / 11 2022-2022 年人教版物理選修3-4 講義：第 13 章+7光的顏色色散 +8激光及答案被測平面凹下或凸起的形象判定法被測平面凹下或凸起的形象判定法 矮人行走

14、法即把干涉條紋看成“ 矮人” 的行走軌跡讓一個小矮人在兩板間沿著一條條紋直立行走,始終保持腳踏被測板,頭頂樣板,在行走過程中：如遇一凹下,他必向薄膜的尖端去繞,方可按上述要求過去,即條紋某處彎向薄膜尖端,該處為一凹下；如遇一凸起,他必向薄膜的底部去繞,方可按上述要求過去,即條紋某處彎向薄膜底部,該處為一凸起2劈尖干涉是一種薄膜干涉,其裝置如圖甲所示將一塊平板玻璃放置在另一平板玻璃之上,在一端夾入兩張紙片,從而在兩玻璃表面之間形成一個劈形空氣薄膜當光垂直入射后,從上往下看到的干涉條紋如圖乙所示干涉條紋有如下特點：1任意一條明條紋或暗條紋所在位置下面的薄膜厚度相等2任意相鄰明條紋或暗條紋所對應的薄

15、膜厚度差恒定現(xiàn)將甲圖裝置中的紙片抽去一張,就當光垂直入射到新的劈形空氣薄膜后,就條紋 A變疏 B變密 C不變 D消逝A 依據(jù)形成明條紋的條件可知,相鄰明條紋對應的路程差等于入射光的波長抽去一張紙片,樣板的傾角變小,要使相鄰明條紋對應的路程差仍等于入射光的波長,就樣板上條紋間的距離將會增大,即干涉條紋將變疏 - 8 - / 11 2022-2022 年人教版物理選修3-4 講義：第 13 章+7光的顏色色散 +8激光及答案激光1激光的相干性好所謂相干性好,是指簡單產(chǎn)生干涉現(xiàn)象一般光源發(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,并且滿意其他 的相干條件所以

16、,現(xiàn)在我們做雙縫干涉試驗時,無需在雙縫前放一個單縫,而 是用激光直接照耀雙縫,就能得到既光明又清晰的干涉條紋利用相干光易于調 制的特點,傳輸信息,所能傳遞的信息密度極高,一條細細的激光束通過光纜可 以同時傳送一百億路電話和一千萬套電視,全國人民同時通話仍用不完它的通訊 容量,而光纖通信就必需借助激光技術才能進展2激光的平行度特別好 與一般光相比,傳播相同距離的激光束的擴散程度小,光線仍能保持很大的 強度,保持它的高能量,利用這一點可以精確測距現(xiàn)在利用激光測量地月距離 的精確度已達到 1 m. 3激光的亮度特別高 它可以在很小的空間和很短的時間內集中很大的能量假如把強大的激光束 會聚起來,可使物

17、體被照部分在千分之一秒的時間內產(chǎn)生幾千萬度的高溫不能 直接照耀眼睛,否就會損害眼睛4激光單色性很好 激光的頻率范疇極窄,顏色幾乎是完全一樣的【例 3】準分子激光器利用氬氣和氟氣的混合物產(chǎn)生激光刀,可用于進行近視眼的治療用這樣的激光刀對近視眼進行手術,于這個治療,以下說法中正確選項 手術時間短、成效好、無痛楚關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, 用激光刀可以在特別小的面積上對眼睛進行手術 C激光治療近視眼手術是對視網(wǎng)膜進行修復 D激光治療近視眼手術是對角膜進行切削 E激光治療近視眼手術是利用激光的相干性好ABD 激光手術是物理技術用于臨床醫(yī)學的最

18、新成果人的眼睛是一個光學- 9 - / 11 2022-2022 年人教版物理選修3-4 講義：第 13 章+7光的顏色色散 +8激光及答案成像系統(tǒng),角膜和晶狀體相當于一個凸透鏡,物體通過凸透鏡成像在視網(wǎng)膜上,人就能看清晰物體當角膜和晶狀體組成的這個凸透鏡的焦距比較小,物體成像在視網(wǎng)膜的前面時,人就不能看清物體,這就是近視眼,A 對；激光具有很好的方向性,用激光刀可以在特別小的面積上對眼睛進行手術,B 對,E 錯；激光手術不是修復視網(wǎng)膜,而是對角膜進行切削,轉變角膜的外形,使眼球中的凸透鏡的焦距適當變大,物體經(jīng)過角膜和晶狀體后成像在視網(wǎng)膜上,C 錯、 D 對 3激光全息照片的底片上記錄了光的干涉條紋,含有被拍照物體反射的光的全部信息,實現(xiàn)了照片的立體性如照相時,被攝物體被攔住一部分,通過調整視線仍可觀察被擋部分照片被切開成兩半,從一半上仍可看到物體的全像,照片就像一個觀看物體的窗口激光全息照相利用了激光_的性質解析 全息照相利用激光的頻率單一、相干性好的特點, 使參考光和物光有很高的相干性,拍照立體照片答案 相干性好激光的特點及其應用特點作用應用實例相干光可進行調制、傳遞信息光纖通信、全息照相平行度傳