(人教版選修3-4課件)高中物理選修：13.7、8課件

(人教版選修(xuǎnxiū)3-4課件)高中物理選修(xuǎnxiū)：13.7、8課件第一頁，共48頁。第十三章光第七節(jié)光的顏色色散(sèsàn)第八節(jié)激光第二頁，共48頁?！私夤庾V的概念，知道光的色散的定義※※掌握薄膜干涉及薄膜干涉中的色散現(xiàn)象※知道折射中的色散現(xiàn)象第三頁，共48頁。第四頁，共48頁。1課前預習2課內(nèi)探究3素養(yǎng)提升4課堂達標5課時作業(yè)第五頁，共48頁。課前預習第六頁，共48頁。光的色散(sèsàn)頻率(pínlǜ)波長(bōcháng)單色光波長第七頁，共48頁。1．薄膜干預中的色散(1)薄膜干預中相干光的獲得：光照射到薄膜上，在薄膜的前后兩個面_______的光是由同一個光波分解而成的，它們具有相同的_________、恒定(héngdìng)的相位差及振動方向。(2)薄膜干預的原理：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_________不同，在某些位置兩列波疊加后相互加強，于是出現(xiàn)_____條紋；在另一些位置，兩列波相遇后相互削弱，于是出現(xiàn)______條紋。色散(sèsàn)反射(fǎnshè)頻率路程差亮暗第八頁，共48頁。2．衍射時的色散用白光進行衍射實驗時，得到的是_________條紋，這是由于白光中包含各種顏色的光，不同色光(sèguāng)亮條紋的_________不同造成的。3．折射時的色散白光通過棱鏡折射后，由上到下的色光(sèguāng)順序為：紅、___________________________，在同一種物質(zhì)中，不同波長的光波的傳播速度不一樣，波長越短，波速_________。彩色(cǎisè)位置(wèizhi)橙、黃、綠、藍、靛、紫越小第九頁，共48頁。激光是原子受激輻射產(chǎn)生的光，發(fā)光(fāɡuānɡ)的方向、頻率、偏振方向均______，兩列相同激光相遇可以發(fā)生_______。激光是____________的相干光。激光(jīguāng)的產(chǎn)生相同(xiānɡtónɡ)干預人工產(chǎn)生第十頁，共48頁。激光(jīguāng)的特點及應用特點性質(zhì)應用相干性激光具有頻率_________、相位差_________、偏振方向_________的特點，是人工產(chǎn)生的相干光，具有高度的相干性光纖通信平行度激光的___________非常好，傳播________的距離仍能保持一定的強度精確的_________；讀取光盤上記錄的_________等高亮度它可以在很小的_________和很短的_________內(nèi)集中很大的_________用激光束_______、焊接、醫(yī)學上可以用激光做“_______”；激發(fā)核反應等單一(dānyī)恒定(héngdìng)相同平行度很遠測距信息范圍時間能量切割光刀第十一頁，共48頁。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(guāngbō)的能量強弱信息，而全息照相技術(shù)還記錄了光波(guāngbō)的_________信息。2．原理全息照相的拍攝利用了光的_________原理，使_________和物光在底片上相遇，發(fā)生干預，形成復雜的干預條紋。這要求參考光和物光必須具有很高的_________性。3．觀察方向觀察全息照片時要用_________照射照片，從另一側(cè)面觀察。全息照相(quánxīzhàoxiàng)相位(xiàngwèi)干預參考光相干激光第十二頁，共48頁?！号幸慌小?1)光的顏色是由光的波長決定的。()(2)色散現(xiàn)象說明，白光是復色光。()(3)單色光通過棱鏡后也能發(fā)生色散。()(4)某單色光在不同介質(zhì)中傳播時光的頻率、波長均不同。()(5)全息照相技術(shù)利用激光平行(píngxíng)度好的特點。()(6)激光不能像無線電波那樣用來傳播信息。()×√××××第十三頁，共48頁。『選一選』(多項選擇)(江蘇徐州市2016年高二下學期期末)關于(guānyú)激光，以下說法正確的選項是()A．激光可從自然界中直接獲取B．用激光讀出光盤上的信息是利用了激光的平行度好C．醫(yī)學上用激光做“光刀〞來切開皮膚是利用了激光的平行度好D．激光雷達測量目標的運動速度是利用了多普勒效應解析：激光是原子受激輻射產(chǎn)生的，不能從自然界直接獲取，A錯；用激光做“光刀〞是利用了激光的亮度高，C錯；根據(jù)激光的特性可知B、D選項正確。BD第十四頁，共48頁。答案：彩虹是因為太陽光照射到空中的圓形小水滴，經(jīng)小水滴的折射、反射形成色散而成的。解析：彩虹，又稱天虹，簡稱虹，是氣象中的一種光學現(xiàn)象。當太陽光照射到空氣中的水滴，光線被折射及反射，在天空上形成拱形的七彩光譜，雨后常見。形狀彎曲(wānqū)，色彩艷麗。彩虹是因為陽光射到空中接近圓形的小水滴，造成光的色散及反射而成的?！合胍幌搿挥旰蟪跚纾鶗吹浇k麗的彩虹(cǎihóng)，你知道彩虹(cǎihóng)是如何形成的嗎？第十五頁，共48頁。課內(nèi)探究第十六頁，共48頁。如下圖是一白光照射到三棱鏡上后出現(xiàn)的色散(sèsàn)現(xiàn)象，請問玻璃對哪種色光的折射率最大，對哪種色光的折射率最??？提示：對紫光的折射率最大，對紅光的折射率最小。探究(tànjiū)一對色散的理解第十七頁，共48頁。1．折射時的色散(1)棱鏡①定義：光學研究中常用(chánɡyònɡ)棱鏡的橫截面為三角形，有的棱鏡的橫截面為梯形，通常都簡稱為棱鏡。②光學作用：光通過棱鏡后向它的橫截面的底邊方向偏折，如圖中所示的θ為光的偏向角，光的偏向角越大，棱鏡對光的偏折程度越大。棱鏡對光的傳播方向的改變遵循光的折射(zhéshè)定律。第十八頁，共48頁。(2)光折射時的色散一束(yīshù)白光通過三棱鏡后擴展成由紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫各色光組成的光帶，這種現(xiàn)象稱為折射時的色散。從圖中可以看出，紅光(波長較長)通過棱鏡后偏折的程度比其他顏色的光要小，而紫光(波長較短)偏折的程度比其他顏色的光要大。第十九頁，共48頁。2．對光的顏色的理解不同顏色的光，波長不同，頻率不同，而同種顏色的光在不同的介質(zhì)中折射率不同，速度(sùdù)和波長均不相同，但頻率相同，因此說光的顏色是由頻率決定的，而不是由波長決定的。第二十頁，共48頁。3．各種(ɡèzhǒnɡ)色光特性比較各種色光紅、橙、黃、綠、青、藍、紫頻率小→大波長長→短同一介質(zhì)中折射率小→大同一介質(zhì)中波速大→小雙縫干涉時所產(chǎn)生的條紋間距大→小薄膜干涉時所產(chǎn)生的條紋間距大→小經(jīng)三棱鏡折射時偏向角大小小→大第二十一頁，共48頁。 (河北省雞澤縣一中2017年高二下學期期末)某棱鏡頂角θ＝41.30°，一束白光以較大的入射角從棱鏡的一個側(cè)面射入，通過棱鏡折射后從另一個側(cè)面射出，在光屏上形成由紅到紫的彩色光帶(ɡuānɡdài)，如下圖，當入射角θ1逐漸減小到零的過程中，彩色光帶(ɡuānɡdài)變化的情況是(根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)判斷)()A色光紫藍綠黃橙紅折射率1.5321.5281.5191.5171.5141.513臨界角40.75°40.88°41.17°41.23°41.34°41.37°第二十二頁，共48頁。A．紫光最先消失，最后(zuìhòu)只剩下紅光和橙光B．紫光最先消失，最后(zuìhòu)只剩下黃光、橙光和紅光C．紅光最先消失，最后(zuìhòu)只剩下紫光和藍光D．紅光最先消失，最后(zuìhòu)只剩下紫光、藍光和綠光解題指導：根據(jù)光的折射和全反射臨界角分析判斷。解析：各種色光均以相同的入射角射向某種介質(zhì)時，由于介質(zhì)對不同色光的折射率不同，那么折射角就不同。介質(zhì)對它的折射率越大，在AB界面上折射時的折射角越小，而在AC界面上對應的入射角越大，當入射角減小時，折射光在AC面上的入射角增大。當入射角減為零時，所有光線到AC面上時入射角均為θ＝41.30°，結(jié)合上表可知：紫、藍、綠、黃四色光均在AC面發(fā)生全反射，且紫光最先消失，應選項A正確。第二十三頁，共48頁?！矊c訓練1〕(西北大學附中2016年高二下學期期末)虹和霓是太陽光在水珠內(nèi)分別經(jīng)過一次和兩次反射后出射形成的，可用白光照射玻璃球來說明。兩束平行白光照射到透明(tòumíng)玻璃球后，在水平的白色桌面上會形成MN和PQ兩條彩色光帶，光路如下圖。M、N、P、Q點的顏色分別為()A．紫、紅、紅、紫B．紅、紫、紅、紫C．紅、紫、紫、紅D．紫、紅、紫、紅解析：白光中的可見光局部從紅到紫排列，對同一介質(zhì)的折射率n紫>n紅，由折射定律知紫光的折射角較大，由光路可知，紫光將到達M點和Q點，而紅光到達N點和P點，應選A。A第二十四頁，共48頁。觀察薄膜干預現(xiàn)象(xiànxiàng)時，要在有光照的一側(cè)觀察還是在無光照的一側(cè)觀察？提示：在有光照的一側(cè)，因為薄膜干預是前后兩個面的反射光發(fā)生的干預。探究(tànjiū)二薄膜干預及其應用第二十五頁，共48頁。1．薄膜干預(gānyù)的成因如下圖，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、后外表反射的兩列光波疊加，假設兩列波疊加后互相加強，那么出現(xiàn)亮紋；在另一些地方，疊加后互相減弱，那么出現(xiàn)暗紋。故在單色光照射下，就出現(xiàn)了明暗相間的干預(gānyù)條紋；假設在白光照射下，那么出現(xiàn)彩色干預(gānyù)條紋。第二十六頁，共48頁。2．薄膜干預的應用(1)等傾法檢查平面平整度如下圖，被檢查平面B與標準樣板A之間形成了一個楔形的空氣薄膜，用單色光照射，入射光從空氣膜的上、下外表反射出兩列光波，形成干預條紋。被檢查平面假設是平的，空氣膜厚度相同的各點就位于一條直線上，干預條紋平行；假設被檢查外表某些地方(dìfāng)不平，那里空氣膜產(chǎn)生的干預條紋將發(fā)生彎曲。第二十七頁，共48頁。特別提醒：對“增透〞的理解：如果用宏觀的思維方式來理解，兩束反射光相互抵消，并沒有增加透射光的強度，因此，此過程只是“消反〞，卻不能“增透〞。其實光的干預(gānyù)將引起整個光場分布的改變，但總的能量是守恒的，反射光的能量被削弱了，透射光的能量就必然得到增強。增透膜正是通過“消反〞來確保“增透〞的。第二十八頁，共48頁。 (多項選擇)如圖甲所示，用單色光照射透明標準板M來檢查平面N的上外表的平滑情況，觀察到的圖象如圖乙所示的條紋中的P和Q的情況，這說明()A．N的上外表A處向上凸起 B．N的上外表B處向上凸起C．N的上外表A處向下凹陷 D．N的上外表B處向下凹陷解題(jiětí)指導：條紋朝高的地方偏，說明該處是凸的。反之，那么凹。BC第二十九頁，共48頁。解析：利用光的薄膜干預來檢查平面的平滑情況，就是由標準樣板平面和被檢查平面間形成一個楔形的空氣薄層，用單色光從上面照射，入射光在空氣層的上、下外表反射形成的兩列相干光束(guāngshù)。如果被檢測的平面是平的，那么空氣層的厚度相同的各點的干預條紋在一條直線上。假設是被測平面的某處凹下去了，這時干預條紋就不在一條直線上，將與膜厚一些位置的干預條紋形成同一級別的條紋。這是因為凹處的兩束反射光的路程差變大，它只能與膜厚一些位置的兩反射光的路程差相同而形成同一級的條紋(路程差相同的干預條紋為同一級，一般路程差大的干預條紋級別高，路程差小級別低)，顯然凹處的級別增大，將與膜厚一些位置的干預條紋形成同一級別的條紋。應選項C正確。同理，假設是被測平面某處凸起來了，那么該處的干預條紋將與膜薄一些位置的干預條紋形成同一級別的條紋。應選項B正確。第三十頁，共48頁?！矊c訓練2〕(浙江省湖州市2017～2018學年高二下學期期末)關于(guānyú)甲、乙、丙、丁四個實驗，以下說法正確的選項是()甲：單色光通過劈尖產(chǎn)生明暗條紋乙：單色光通過牛頓環(huán)產(chǎn)生明暗條紋丙：單色光通過雙縫產(chǎn)生明暗條紋?。簡紊馔ㄟ^單縫產(chǎn)生明暗條紋A．四個實驗產(chǎn)生的條紋均為干預條紋B．甲、乙兩實驗產(chǎn)生的條紋均為等距條紋C．丙實驗中，產(chǎn)生的條紋間距越大，該光的頻率越大D．丁實驗中，產(chǎn)生的明暗條紋為光的衍射條紋D第三十一頁，共48頁。解析：丁實驗中，單色光通過單縫產(chǎn)生的明暗條紋為光的衍射條紋，其它三個均為光的干預條紋，選項A錯誤，D正確；牛頓環(huán)產(chǎn)生明暗條紋是不等距的，選項B錯誤；丙實驗中，產(chǎn)生的條紋間距越大，該光的波長(bōcháng)越大，頻率越小，選項C錯誤；應選D。第三十二頁，共48頁。激光作為一種人造光源在科研(kēyán)、通訊、工業(yè)生產(chǎn)、軍事科技等領域都有著廣泛應用，如激光干預儀、激光切割機、激光炮等。激光的應用如此廣泛，激光到底具有哪些特性？提示：激光具有單色性好、相干性好、亮度高、平行度好等特性。探究(tànjiū)三激光及應用第三十三頁，共48頁。1．激光(jīguāng)的產(chǎn)生激光(jīguāng)是人工產(chǎn)生的相干光。第三十四頁，共48頁。2．激光具有的特點(1)相干性好所謂相干性好，是指容易產(chǎn)生干預現(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)在我們做雙縫干預實驗時，無需在雙縫前放一個(yīɡè)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預條紋。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，一條細細的激光束通過光纜可以同時傳送一百億路和一千萬套電視，全國人民同時通話還用不完它的通訊容量。第三十五頁，共48頁。(2)平行度非常好與普通光相比(xiānɡbǐ)，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?，F(xiàn)在利用激光測量地月距離精確度已到達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，可使物體被照局部在千分之一秒的時間內(nèi)產(chǎn)生幾千萬度的高溫。(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。第三十六頁，共48頁。3．全息照相如下圖為拍攝全息照片的根本光路。同一束激光被分為兩局部，一局部直接照射到底片上(稱為參考光)，另一局部通過(tōngguò)被拍攝物反射后再到達底片(稱為物光)。參考光和物光在底片上相遇時會發(fā)生干預，形成復雜的干預條紋。底片上某點的明暗程度反映了兩束光疊加后到達這點時光波的強弱。全息照片的拍攝利用了光的干預原理，要求參考光和物光有很高的相干性。第三十七頁，共48頁。 關于激光的應用問題，以下說法(shuōfǎ)中正確的選項是()A．光纖通信是應用激光平行度非常好的特點對信號進行調(diào)制，使其在光導纖維中傳遞信息的B．計算機內(nèi)的“磁頭〞讀出光盤上記錄的信息是應用激光有相干性的特點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解題指導：要了解激光的常見應用，并知道應用了激光的什么性質(zhì)。C第三十八頁，共48頁。解析：由激光的特點及應用可知光纖通信主要利用了激光的相干性，A錯誤。計算機內(nèi)的“磁頭〞讀出光盤上的信息主要應用了激光的平行性好，B錯誤。醫(yī)療中的激光“光刀(ɡuānɡdāo)〞利用了激光的亮度高的特點，C正確。激光測距利用的是激光的平行度和方向性好的特點，D錯誤。第三十九頁，共48頁?！矊c訓練3〕(多項選擇)關于激光與自然光，以下說法正確的選項是()A．激光的頻率單一，而自然光是含有各種色光頻率的光，所以激光的相干性好B．自然光是由物質(zhì)的原子發(fā)射出來的，而激光是人工產(chǎn)生的，所以激光不是由物質(zhì)的原子發(fā)射出來的C．激光和自然光都具有相