高二物理课件 13.7 光的颜色 色散 13.8 激光 （人教版选修3-4）

\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n一、对色散的理解\n1.折射时的色散(1)我们把射出棱镜的光线与入射光线方向的夹角叫通过棱镜的偏向角，如图所示，实验表明，白光色散时，红光的偏向角最小，紫光的偏向角最大.这说明玻璃对不同色光的折射率是不同的.紫光的最大，红光的最小.\n(2)由于介质中的光速v=故在同种介质中折射率大的光速小，各种色光在同种介质中的光速依次为v紫<v蓝<…<v橙<v红，即红光的速度最大，紫光的速度最小.(3)如图所示，白光经过三棱镜后，在光屏上呈现七色光带；若从棱镜的顶角向底边看，由红到紫依次排列，紫光最靠近底边，光的色散实质上是光的折射现象.\n2.双缝干涉中的色散用不同的单色光做双缝干涉实验，得到的条纹之间的距离不一样，但都是明暗相间的单色条纹.由Δx=知，红光波长最长，Δx最大，紫光波长最短，Δx最小.白光干涉时的条纹是彩色的，可见，白光是由多种色光组成的复色光，发生干涉时，白光发生了色散现象.\n色散现象的本质是同一种介质对频率不同的复色光的折射率不同，各种色光以相同的入射角射入介质时，折射角不同，折射方向不同，各种色光就分散开来，形成彩色光带.\n【典例1】一束细白光通过玻璃三棱镜折射后，在竖直放置的光屏上形成了如图所示的光谱，其中a、c为光谱的边缘色光，关于a、b、c三种色光，下列说法正确的是()\nA.把温度计放在光屏上c色光的下方，示数增加最快B.若分别让a、b、c三色光通过一双缝干涉装置,则a光形成的干涉条纹的间距最大C.a、b、c三色光在玻璃三棱镜中的传播速度依次越来越小D.让a、b、c三色光以同一入射角，从空气中射入某一介质，若b光恰能发生全反射，则c光也一定能发生全反射\n【解题指导】解答本题可按以下流程进行分析:\n【标准解答】选A.同一介质对红光折射率最小，对紫光折射率最大，所以a是紫光，c是红光.红外线具有热效应，温度计放在其中，示数增加最快，故选项A正确；根据Δx=可知，红光波长最长，干涉条纹间距最大，故选项B错误；根据n=折射率大的速率小，所以va<vb<vc，故选项C错误；由于nb>nc，根据sinC=，Cb<Cc，当b光恰能发生全反射时，c光的入射角小于临界角，不会发生全反射，故选项D错误.\n【变式训练】(2011·三明高二检测)如图所示，从点光源S发出的一束细白光以一定的角度入射到三棱镜的表面，经过三棱镜的折射后发生色散现象，在光屏的ab间形成一条彩色光带.下面的说法中正确的是()\nA.在三棱镜中a侧光的传播速率大于b侧光的传播速率B.b侧光更容易产生衍射现象C.若改变白光的入射角，在屏上最先消失的是b侧光D.通过同一双缝干涉装置产生的干涉条纹的间距Δxa>Δxb\n【解析】选B.根据色散形成的光谱，所以fa>fb,λa<λb，所以b更容易产生衍射，故B正确；na>nb，根据n=，所以va<vb，故选项A错误；sinC=，所以b光的临界角大，a光更容易发生全反射，故选项C错误；根据Δx=可知，Δxa<Δxb，故选项D错误.\n【变式备选】如图所示，一束红光和一束紫光平行入射到三棱镜上，经三棱镜折射后，交汇在同一点，若三棱镜对红光和紫光的折射率分别为n1和n2，红光和紫光的频率分别为f1和f2，则有()\nA.n1<n2，a为红光，b为紫光，f1>f2B.n1<n2，a为紫光，b为红光，f1<f2C.n1>n2，a为红光，b为紫光，f1>f2D.n1>n2，a为紫光，b为红光，f1<f2【解析】选B.由介质进入空气，光的频率不变，故选项B正确.\n二、薄膜干涉及其应用\n1.用干涉法检查平面平整度如图甲所示，两板之间形成一层空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检测平面是光滑的，得到的干涉图样必是等间距的.如果被测表面某处凹下，则对应亮条纹(或暗条纹)提前出现，如图乙中P条纹所示；如果某处凸起来，则对应条纹延后出现，如图乙中Q所示.\n(注：“提前”与“延后”不是指在时间上，而是指由左到右的位置顺序上)\n2.增透膜为了减少光学装置中的反射光的损失，可在元件表面涂一层透明薄膜，一般是氟化镁.如图所示，在增透膜的前后表面反射的两列光波形成相干波，相互叠加，当路程差为半波长的奇数倍时，在两个表面反射的光反向，相互抵消，从而使反射的两列光波产生相消干涉，反射光的能量几乎等于零.\n一般取最小厚度d满足2d=(此波长为光在该种介质中的波长)由于白光中含有多种波长的光，所以增透膜只能使其中一定波长的光相消.因为人对绿光最敏感，一般选择对绿光起增透作用的膜，所以在反射光中绿光强度几乎为零，而其他波长的光并没有完全抵消，所以增透膜呈现淡紫色.\n增透膜的“增透”应理解为：两束反射光相互抵消，反射光的能量减少，由于总的能量是守恒的，反射光的能量被削弱了，透射光的能量就必然得到增强.增透膜是通过“消反”来确保“增透”的.\n【典例2】如图所示是用干涉法检查某块厚玻璃块的上表面是否平整的装置.所用单色光是用普通光源加滤光片产生的，检查中所观察到的干涉条纹是由下列哪两个表面反射的光线叠加而成的()\nA.a的上表面和b的下表面B.a的上表面和b的上表面C.a的下表面和b的上表面D.a的下表面和b的下表面【解题指导】薄膜干涉是从薄膜两个表面反射的两束光叠加形成的.\n【标准解答】选C.样板和厚玻璃之间存在楔形空气薄膜，用单色光从这个空气薄膜表面照射，入射光从空气薄膜的上、下表面反射回的两列光波形成干涉条纹.空气薄膜的上、下表面就是a的下表面和b的上表面，故选项C正确.\n【互动探究】(2011·哈尔滨高二检测)光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是()A.用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度利用了光的偏振现象B.用三棱镜观察白光看到的彩色图样利用了光的衍射现象C.光导纤维传递信息利用了光的全反射现象D.光学镜头上的增透膜利用了光的干涉现象\n【解析】选C、D.检查光学平面的平整程度是利用了薄膜干涉现象，故选项A错误；用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用了色散现象，故选项B错误；光导纤维传递信息是利用全反射现象，故选项C正确；增透膜利用了光的薄膜干涉现象，故选项D正确.\n【规律方法】被测平面凹下或凸起的形象判断法：被测平面凹下(或凸起)的形象判断法——矮人行走法.即把干涉条纹看成“矮人”的行走轨迹.让一个小矮人在两板间沿着一条条纹直立行走，始终保持脚踏被测板，头顶样板，在行走过程中：若遇一凹下，他必向薄膜的尖端去绕，方可按上述要求过去，即条纹某处弯向薄膜尖端，该处为一凹下；若遇一凸起，他必向薄膜的底部去绕，方可按上述要求过去，即条纹某处弯向薄膜底部，该处为一凸起.\n【变式备选】(2011·福州高二检测)用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象.左侧点燃酒精灯(在灯芯上洒些盐)，右侧是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属丝圈.下面说法正确的是()A.火焰的像在肥皂液薄膜上B.若要观察到干涉图样，人应位于金属丝圈的左侧C.若要观察到干涉图样，人应位于金属丝圈的右侧D.由于重力作用，使肥皂液薄膜上薄下厚，相当于三棱镜，所以这一现象实际上是光的色散\n【解析】选B.根据透镜或平面镜成像原理，火焰的像都在薄膜右侧，不在薄膜上，故选项A错误；肥皂膜的彩色条纹是前后两表面反射的光束干涉的结果，故选项D错误；观测到干涉图样，应该在入射光一侧观察，故选项B正确，选项C错误.\n【典例】(2010·江苏高考)激光具有相干性好、平行度好、亮度高等特点，在科学技术和日常生活中应用广泛.下面关于激光的叙述正确的是()A.激光是纵波B.频率相同的激光在不同介质中的波长相同C.两束频率不同的激光能产生干涉现象D.利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离\n【标准解答】选D.一切光都是横波，故选项A错误；根据v=λf，光在不同介质中的传播速度不同，频率相同，波长不同，故选项B错误；发生干涉现象的两束光频率必须相同，故选项C错误；D项正确.\n一、选择题1.(2011·萍乡高二检测)下列与光的干涉有关的事实是()A.用光导纤维传播信号B.用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度C.一束白光通过三棱镜形成彩色光带D.水面上的油膜呈现彩色\n【解析】选A、B、D.光导纤维是利用光的全反射和激光的相干性,从而能像无线电波那样被调制，用来传递信息，故选项A正确；白光通过三棱镜出现彩色光带是色散现象，故C错；用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度、水面上的油膜呈现彩色是光在前后两个表面反射的光干涉形成的，故选项B、D正确.\n2.(2011·海淀区高二检测)如图所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置，P是附有肥皂膜的铁丝圈，S是一点燃的酒精灯.往火焰上洒些盐后，在肥皂膜上观察到的干涉图象应是如图中的()\n【解析】选D.薄膜竖直放置，上端薄，下端厚，同一水平位置的薄膜的厚度相同，出现的干涉条纹应是水平，故选项D正确.\n3.以下关于偏振片和增透膜的说法正确的是()A.拍摄水下景物时，为减小光在水面处的反射，使景物更加清晰，可在照相机镜头前加一增透膜B.为减小光在照相机镜面处的反射，使景物更加清晰，可在照相机镜头前加一偏振片C.照相机的增透膜厚度通常为λ/2D.3D立体电影充分利用了光的偏振原理\n【解析】选D.水面的反射光是偏振光，减弱偏振光的影响，应该加偏振片，故选项A错误；照相机镜头前应加增透膜，以减小反射光，故选项B错误；增透膜的厚度通常为绿光在增透膜这种介质中的波长的，故选项C错误；3D立体电影充分利用了光的偏振原理，故选项D正确.\n4.下列现象中可以用薄膜干涉来解释的是()A.雨后的彩虹B.水面上的油膜在阳光照射下呈彩色C.透过昆虫的翅膀看阳光呈彩色D.荷叶上的水珠在阳光下晶莹透亮【解析】选B.雨后的彩虹是色散现象，故选项A错误；透过昆虫的翅膀看阳光呈彩色是衍射现象，故选项C错误；水珠在阳光下晶莹透亮是全反射的结果，故选项D错误；油膜在阳光照射下呈彩色是薄膜干涉的结果，故现象B正确.\n5.(2011·安庆高二检测)下列说法不正确的是()A.增透膜的厚度应为入射光在薄膜中波长的四分之一B.光的色散现象表明了同一介质对不同色光的折射率不同，各色光在同一介质中的光速也不同C.用单色光做双缝干涉实验相邻条纹之间的距离不相等D.光的衍射为光的波动说提供了有力的证据\n【解析】选C.增透膜厚度不宜太厚，所以增透膜的厚度应为使从增透膜前后两表面反射的光路程差等于故选项A正确；光的色散说明同一介质对不同色光的折射率不同，折射后偏折角不同，才分散开形成彩色光带，故选项B正确；单色光双缝干涉条纹的距离相同，故选项C错误；干涉、衍射是波具有的特性，故选项D正确.所以说法不正确的是C选项.\n6.(2011·福州高二检测)如图所示，一束白光通过玻璃棱镜发生色散现象，下列说法正确的是()A.红光的偏折最大，紫光的偏折最小B.红光的偏折最小，紫光的偏折最大C.玻璃对红光的折射率比紫光大D.玻璃中紫光的传播速度比红光大\n【解析】选B.根据色散，可知上端是红光，下端是紫光；红光的偏折角最小，紫光的偏折角最大，故选项A错误，B正确.紫光的折射率大于红光的折射率，故选项C错误；根据n=可知，选项D错误.\n7.一复色光中只含有a、b两种单色光，用该复色光照射一竖直理想透明薄膜(膜层厚度从零开始，上薄下厚)时，得到如图所示的干涉图样.若用此复色光通过玻璃半球射向空气，下列四个光路图中可能符合实际情况的是()\n\n【解析】选A、D.根据薄膜干涉图象，可知λa<λb，所以a光的折射率大，故选项A、D正确.\n二、非选择题8.如图所示，一束由红、绿、紫三种单色光组成的复色光，通过横截面为梯形的玻璃后，在光屏上形成彩色光带，则彩色光带从上到下依次为_____的排列顺序.\n【解析】发生折射时，折射率越小，偏折角越小.由于红、绿、紫光的频率依次增大，折射率依次增大，故彩色光带从上到下依次为紫、绿、红.答案：紫、绿、红\n9.(2011·广州高二检测)用干涉法检查物体表面平滑程度，产生的干涉条纹是一组平行的条纹，若劈尖的上表面向上平移，如图甲所示，则干涉条纹的距离将_____；若使劈尖角度增大，如图乙所示，干涉条纹的距离将_____；若用折射率为n的透明介质充满劈尖，干涉条纹的距离将_____.(均选填“变窄”、“变宽”或“不变”)\n【解析】劈尖的上表面向上平移时，上下表面的反射光的光程差增大，但变化情况仍相同，只是条纹平移了，条纹间距不变；若劈尖角度增大，则光程差变大的快了，因而条纹间距变窄；如果用折射率为n的透明介质充满劈尖，光波的波长变小，因而条纹间距变窄.答案：不变变窄变窄\n10.为了减少光在透镜表面由于反射带来的损失，可在透镜表面涂上一层增透膜，一般用折射率为1.38的氟化镁，为了使波长为5.52×10-7m的绿光在垂直表面入射时使反射光干涉相消，求所涂的这种增透膜的厚度.\n【解析】增透膜的厚度为绿光在膜中波长的设绿光在真空中的波长为λ0，在增透膜中的波长为λ，由关系式得：所以增透膜厚度答案：1×10-7m\nThankyou!\n励志名言形成天才的决定因素应该是勤奋\n安全小贴上课间活动注意安全