高中物理人教版4第十三章光8激光（全國一等獎）

光的顏色色散激光導(dǎo)學(xué)案學(xué)習(xí)目標(biāo)知識脈絡(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)3．理解光折射時的色散現(xiàn)象，知道同一介質(zhì)對不同色光的折射率不同．(重點、難點)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eq\a\vs4\al([先填空])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①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．②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)衍射時的色散用白光做衍射實驗時，得到的條紋是彩色的．這是因為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．(3)折射時的色散如圖13-7-1說明白光通過棱鏡折射后，由上到下的色光順序為：紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫，這說明白光是由七色光組成的．圖13-7-1eq\a\vs4\al([再判斷])1．色散現(xiàn)象表明白光是復(fù)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(zhì)中傳播時光的頻率、波長均不同．(×)eq\a\vs4\al([后思考])1．棱鏡對不同單色光的折射率相同嗎？對哪種單色光的折射率最大？【提示】不相同，對紫光的折射率最大．2．白光發(fā)生干涉時，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．eq\a\vs4\al([核心點擊])1．光的顏色在雙縫干涉實驗中，不同色光發(fā)生干涉，條紋之間的距離不同，因為條紋之間的距離與光波的波長成正比，由此我們能夠判定：同種介質(zhì)中不同顏色的光波長不同．由f＝eq\f(c,λ)可知，不同顏色的光頻率不同．2．薄膜干涉的成因如圖13-7-2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，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13-7-23．薄膜干涉中應(yīng)注意的三個問題(1)觀察的是從膜前、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(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，某一位置紅光得到加強，其他顏色的光就被削弱，故在此位置看到的是紅色，而另一位置則會看到黃色等其他顏色，因此，用白光做這個實驗看到的將是彩色條紋；而在單色光照射下，則會出現(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13-7-3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，則對應(yīng)明條紋(或暗條紋)提前出現(xiàn)，如圖13-7-4(a)所示；如果某處凸起來，則對應(yīng)條紋延后出現(xiàn)，如圖(b)所示(注：“提前”與“延后”不是指在時間上，而是指由左向右的順序位置上)．圖13-7-3圖13-7-4(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減少反射光，如照相機(jī)、測距儀、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的eq\f(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，從而減少了光學(xué)元件表面反射造成的光能損失，增強了透射光的能量，故稱為增透膜．1．一束白光通過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驗時，除中央白色條紋外，兩側(cè)出現(xiàn)彩色條紋，是因為條紋的間距與波長有關(guān)，各種色光的波長不同，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】見解析2．豎直的肥皂膜在單色光的照射下，表面會形成明暗相間的條紋，下列說法中正確的是()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．若改用白光照射則干涉條紋是彩色的【答案】BCE3.如圖13-7-5所示，一個小的光源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，通過棱鏡可以看到()圖13-7-5A．白光點B．光點上部紅色，下部紫色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【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棱鏡時偏折的角度不同，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，所以棱鏡材料對紫光的折射率最大，對紅光的折射率最?。?．由折射率的定義n＝eq\f(c,v)可知，在棱鏡中紫光的速度最小，紅光的速度最大．激光eq\a\vs4\al([先填空])1．激光的特點及應(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，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度激光測距，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．eq\a\vs4\al([再判斷])1．激光可以進(jìn)行光纖通信是利用了相干性好的特點．(√)2．激光可用做“光刀”來切開皮膚是利用激光的相干性好．(×)3．全息照相技術(shù)只能記錄光波的強弱信息．(×)eq\a\vs4\al([后思考])利用激光測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)．eq\a\vs4\al([核心點擊])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驗時，無需在雙縫前放一個單縫，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，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，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精確度已達(dá)到1m.3．激光的亮度非常高它可以在很小的空間和很短的時間內(nèi)集中很大的能量．如果把強大的激光束會聚起來，可使物體被照部分在千分之一秒的時間內(nèi)產(chǎn)生幾千萬度的高溫．不能直接照射眼睛，否則會傷害眼睛．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，下列說法中正確的是()A．光纖通信是應(yīng)用激光相干好的特點對信號進(jìn)行調(diào)制，使其在光導(dǎo)纖維中進(jìn)行信息傳遞B．計算機(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來進(jìn)行的C．醫(yī)學(xué)中用激光作“光刀”來切除腫瘤是應(yīng)用了激光亮度高的特點D．“激光測距雷達(dá)”利用激光測量很遠(yuǎn)目標(biāo)的距離是應(yīng)用了激光亮度高的特點E．激光打孔是應(yīng)用了激光相干性好的特點【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．用這樣的激光刀對近視眼進(jìn)行手術(shù)，手術(shù)時間短、效果好、無痛苦．關(guān)于這個治療，以下說法中正確的是()【導(dǎo)學(xué)號：23570116】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眼睛進(jìn)行手術(shù)C．激光治療近視眼手術(shù)是對視網(wǎng)膜進(jìn)行修復(fù)D．激光治療近視眼手術(shù)是對角膜進(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，實現(xiàn)了照片的立體性．若照相時，被攝物體被擋住一部分，通過調(diào)整視線仍可看見被擋部分．照片被切開成兩半，從一半上仍可看到物體的全像，照片就像一個觀察物體的窗口．激