《光的顏色色散》PPT課件.ppt

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1、第1頁(yè) 共 49 頁(yè) 第四節(jié) 光的顏色 色散 第2頁(yè) 共 49 頁(yè) 知識(shí)梳理圖 (學(xué)生用書P57) 第3頁(yè) 共 49 頁(yè) 知識(shí)點(diǎn) 1.光的顏色與波長(zhǎng)的關(guān)系 2.色散 3.薄膜干涉 4.折射時(shí)色散 第4頁(yè) 共 49 頁(yè) 情 景 設(shè) 置 (學(xué)生用書P57)大雨過(guò)后,彩虹的絢麗多彩,雨后馬路上油膜的彩色以及肥皂泡的五顏六色,這些彩色是怎么形成的,產(chǎn)生的過(guò)程都是一樣的嗎,你能解釋一下嗎? 第5頁(yè) 共 49 頁(yè) 深 化 探 究 (學(xué)生用書P57)一光的顏色在做光的雙縫實(shí)驗(yàn)時(shí),各種顏色的光都會(huì)發(fā)生干涉,形成干涉條紋,但條紋間距是不等的.由 ,若由同一干涉裝置,做各種顏色光的干涉實(shí)驗(yàn),條紋間距正比于光的波長(zhǎng)

2、,也就說(shuō)顏色不同的光的波長(zhǎng)是不相等的,由 可知,也就說(shuō)波長(zhǎng)不同的光的頻率也是不同的.光的顏色是由光的頻率決定的.在紅橙黃綠藍(lán)靛紫這七種顏色的光中,頻率最低的為紅光,頻率最高的為紫光. Lx d cf 第6頁(yè) 共 49 頁(yè) 二光的色散1.含有多種顏色的光被分解成為單色光的現(xiàn)象叫做光的色散.2.光譜:含有多種顏色的光被分解后,各色光按其波長(zhǎng)的有序排列,就叫光譜.紅光到紫光波長(zhǎng)依次減小,頻率依次增大. 第7頁(yè) 共 49 頁(yè) 三薄膜干涉中的色散1.薄膜干涉的成因如圖所示,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,因此在薄膜上下不同的地方,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

3、加強(qiáng),則出現(xiàn)亮條紋;在另一些地方,疊加后互相減弱,則出現(xiàn)暗紋,故在單色光照射下,就出現(xiàn)了明暗相間的條紋;若在白光照射下,則出現(xiàn)彩色條紋. 第8頁(yè) 共 49 頁(yè) 第9頁(yè) 共 49 頁(yè) 觀察的是從前后表面反射回來(lái)的光,不是透過(guò)膜的光,眼睛跟光源在同一側(cè);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光,而另一位置則會(huì)看到黃光藍(lán)光等其他顏色的光,所以白光的薄膜干涉條紋為彩色,而在單色光照射下,則會(huì)出現(xiàn)明暗相間的條紋. 第10頁(yè) 共 49 頁(yè) 2.薄膜干涉的應(yīng)用(1)利用薄膜干涉檢查平面的平整程度,如下圖所示. 第1

4、1頁(yè) 共 49 頁(yè) 被檢查平面與標(biāo)準(zhǔn)樣板之間形成一個(gè)楔形的空氣薄膜,用單色光照射,入射光從空氣膜的上下表面反射出兩列光波,形成相干條紋,被檢查平面若是平的,空氣膜上厚度相同的各點(diǎn)就位于一條直線上,干涉條紋平行;若被檢查平面某些地方不平,那里的空氣膜干涉條紋將發(fā)生彎曲,如下圖所示. 第12頁(yè) 共 49 頁(yè) (2)增透膜利用薄膜干涉現(xiàn)象可以制做增透膜,如在透鏡表面鍍一層厚度均勻的介質(zhì)薄膜,要求介質(zhì)的折射率小于制作的透鏡的玻璃的折射率,厚度等于黃綠色光在介質(zhì)中傳播時(shí)波長(zhǎng)的 這樣從介質(zhì)膜后表面反射的光與從介質(zhì)前表面反射的光恰好相差半個(gè)波長(zhǎng),干涉的結(jié)果是光振動(dòng)相互抵消,即反射光的強(qiáng)度大大降低,有人對(duì)以上

5、分析都接受,但他們認(rèn)為這只能叫“消反”卻不能“增透”, 1 ,4 第13頁(yè) 共 49 頁(yè) 這是人們習(xí)慣于用宏觀的思維方式來(lái)思考問(wèn)題,認(rèn)為反射回來(lái)的光相互抵消,并沒(méi)有增加透射光,其實(shí)光的干涉現(xiàn)象將引起整個(gè)光場(chǎng)分布的改變,總的能量守恒,反射光的能量被削弱,透射光的能量就必然得到增強(qiáng),增透膜由于“消反”而確實(shí)在“增透”,在光學(xué)儀器上,包括人佩帶的眼鏡片,都廣泛地用了增透膜,通常的鏡頭上增透膜的厚度都以人眼比較敏感的黃綠光為標(biāo)準(zhǔn),紅光和紫光的反射波不能完全抵消,故鏡頭一般呈淡紫色. 第14頁(yè) 共 49 頁(yè) 四折射時(shí)的色散1.棱鏡:光學(xué)研究中用到的截面為三角形的棱鏡,簡(jiǎn)稱為棱鏡,其作用有兩個(gè)(1)可以改

6、變光的傳播方向;(2)可以使光發(fā)生色散.2.棱鏡對(duì)光的偏折作用如圖所示,光線射到三棱鏡后,光路向底面偏折. 第15頁(yè) 共 49 頁(yè) 3.光折射時(shí)的色散一束白光通過(guò)三棱鏡后會(huì)擴(kuò)展成由紅橙黃綠藍(lán)靛紫各色組成的光帶,這種現(xiàn)象稱為折射時(shí)的色散,這種按一定次序排列的彩色光帶叫做光譜.如下圖所示. 第16頁(yè) 共 49 頁(yè) (1)光譜的產(chǎn)生表明,白光是由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)不同顏色的光的折射率是不同的,經(jīng)棱鏡折射后紫光的偏折角度最大,紅光的偏折角度最小,所以棱鏡材料對(duì)紫光折射率最大,對(duì)紅光的折射率最小.(3)由折射

7、率 可知,在棱鏡中紫光的速度最小,紅光的速度最大. cn v 第17頁(yè) 共 49 頁(yè) 典 例 分 析 (學(xué)生用書P58)一對(duì)薄膜干涉的分析和計(jì)算例1:劈尖干涉是一種薄膜干涉,其裝置如下圖甲所示.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(gè)劈形空氣薄膜.當(dāng)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(diǎn):(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(duì)應(yīng)的薄膜厚度差恒定,現(xiàn)若在圖甲裝置中抽去一張紙片,則當(dāng)光垂直入射到新劈形空氣薄膜后,從上往下觀察到的干涉條紋( ) 第18頁(yè) 共 49 頁(yè)A.變疏

8、B.變密C.不變D.消失 第19頁(yè) 共 49 頁(yè) 解析:光線在空氣薄膜的上下表面上反射,并發(fā)生干涉,從而形成干涉條紋.設(shè)空氣膜頂角為,d1、d2處為兩相鄰明條紋,如右圖所示,則兩處光程差分別為x1=2d1,x2=2d2因?yàn)閤2-x1=, 2 12 1d d l, ta12 n ,l . , l , A.2 d dltan 所以設(shè)條紋間距為則由幾何關(guān)系得即當(dāng)抽去一張紙片減小時(shí)增大故選答案:A 第20頁(yè) 共 49 頁(yè) 鞏固練習(xí)1 市場(chǎng)上有種燈具俗稱“冷光燈”,用它照射物體時(shí)能使被照物體處產(chǎn)生的熱效應(yīng)大大降低,從而廣泛地應(yīng)用于博物館,商店等處.這種燈能降低熱效應(yīng)的原因之一,是燈泡后面放置的反光鏡玻璃

9、表面鍍有一層薄膜(例如氟化鎂).這種膜能消除不鍍膜時(shí)玻璃表面反射回來(lái)的熱效應(yīng)最顯著的紅外線,以表示紅外線的波長(zhǎng),則所鍍薄膜的最小厚度為( )1 1. .8 4 1. .2A BC D 第21頁(yè) 共 49 頁(yè) 解析:紅外線最顯著的特點(diǎn)就是熱效應(yīng)當(dāng)光照射物體時(shí),一般都伴有大量的紅外線致熱,在燈泡后面放置的反光鏡玻璃表面鍍一層氟化鎂的薄膜;相當(dāng)于增透膜,當(dāng)膜的最小厚度等于紅外線在其中傳播的波長(zhǎng)的 時(shí),燈泡發(fā)生的紅外線射到增透膜后,從膜的前后表面反射回來(lái)的兩束紅外線發(fā)生干涉,相互抵消,使反射的紅外線強(qiáng)度減弱,從而達(dá)到冷光效果. 14答案:B 第22頁(yè) 共 49 頁(yè) 二折射中的色散分析例2:如右圖所示,

10、從點(diǎn)光源S發(fā)出的一細(xì)束白光以一定的角度入射到三棱鏡的表面,經(jīng)過(guò)三棱鏡的折射后發(fā)生色散現(xiàn)象,在光屏的ab間形成一條彩色光帶.下面的說(shuō)法中正確的是( ) 第23頁(yè) 共 49 頁(yè) A.a側(cè)是紅色光,b側(cè)是紫色光B.在真空中a側(cè)光的波長(zhǎng)小于b側(cè)光的波長(zhǎng)C.三棱鏡對(duì)a側(cè)光的折射率大于對(duì)b側(cè)光的折射率D.在三棱鏡中a側(cè)光的傳播速率大于b側(cè)光的傳播速率解析:由圖可以看出,a側(cè)光偏折得較厲害,三棱鏡對(duì)a側(cè)光的折射率較大,所以a側(cè)是紫色光,波長(zhǎng)較小,b側(cè)是紅色光,波長(zhǎng)較大,因此A錯(cuò),B C正確;又v=c/n,所以三棱鏡中a側(cè)光的傳播速率小于b側(cè)光的傳播速率,D錯(cuò).答案:BC 第24頁(yè) 共 49 頁(yè) 點(diǎn)評(píng):本題很

11、容易錯(cuò)選A D原因是沒(méi)有光線入射的方向或者說(shuō)沒(méi)有認(rèn)真分析光線與三棱鏡的對(duì)應(yīng)關(guān)系,如果將三棱鏡繞上底轉(zhuǎn)180,就變?yōu)槲覀兪熘墓獾纳?wèn)題了. 第25頁(yè) 共 49 頁(yè) 鞏固練習(xí)2 如右圖所示,一束紅光和一束綠光的適當(dāng)?shù)慕嵌壬湎虬雸A形玻璃磚,其射出光線都是從圓心O點(diǎn)沿OF方向射出,則下列說(shuō)法正確的是( )A.P光束為紅光,Q光束為綠光B.P光束為綠光,Q光束為紅光C.P光束在玻璃磚中傳播時(shí)間長(zhǎng)D.Q光束在玻璃磚中傳播時(shí)間長(zhǎng) 第26頁(yè) 共 49 頁(yè) 解析:根據(jù)折射定律可知,光線OF在空氣中的折射角相同,由題意可知P Q兩束光是沿半徑入射到圓心O.光線PO的入射角小于光線Q O的入射角.故光線P在玻璃

12、磚的折射率較大,則P光的頻率較大,應(yīng)為綠光,Q光線為紅光,由 可知,綠光在玻璃中傳播速度比紅光的速度小,傳播距離都為玻璃磚的半徑,所以綠光時(shí)間較長(zhǎng).選項(xiàng)B C正確. cn v答案:BC 第27頁(yè) 共 49 頁(yè) 梯 度 練 習(xí) (學(xué)生用書P59)基礎(chǔ)強(qiáng)化1.如下圖所示為一顯示薄膜干涉現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)裝置,P是附有肥皂膜的鐵線圈,S是一點(diǎn)燃的酒精燈,往火焰上灑些鹽后,在肥皂膜上觀察到的干涉圖象應(yīng)是下圖中的( ) 第28頁(yè) 共 49 頁(yè) 解析:肥皂膜由于重力作用形成一個(gè)上面薄,下面厚的劈形膜,同一高度的厚度相同,所以薄膜干涉的條紋是水平的,故D選項(xiàng)正確.答案:D 第29頁(yè) 共 49 頁(yè) 2.在下列現(xiàn)象中屬

13、于光的干涉的是( )A.雨后馬路上油膜顯彩色B.肥皂泡在陽(yáng)光下呈現(xiàn)出彩色C.陽(yáng)光通過(guò)三棱鏡形成彩色光帶D.單色光通過(guò)雙縫時(shí)形成明暗相間的條紋答案:ABD 第30頁(yè) 共 49 頁(yè) 3.如下圖所示是用干涉法檢查某塊厚玻璃的上表面是否是平整的裝置.所用單色光是用普通光源加濾光片產(chǎn)生的,檢查中所觀察到的干涉條紋是由下列哪兩個(gè)表面反射的光線疊加而成的( ) 第31頁(yè) 共 49 頁(yè) A.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的下表面解析:本題考查對(duì)薄膜干涉的認(rèn)識(shí)和理解.樣板和厚玻璃之間的楔形空氣薄膜,用單色光從這個(gè)空氣薄膜層上表面照射,入射光從空氣膜的

14、上下表面反射回去,這兩列光波產(chǎn)生干涉條紋,空氣膜的上下表面就是a的下表面和b的上表面,故C選項(xiàng)正確.答案:C 第32頁(yè) 共 49 頁(yè) 4.如右圖為某復(fù)色光自水中射向空氣分成a、b兩光束的示意圖.下列說(shuō)法中正確的是( )A.在水中光速較大的為a光束B.在水中光速較大的為b光束C.水對(duì)a光束的折射率較大D.水對(duì)b光束的折射率較大 第33頁(yè) 共 49 頁(yè) 解析:光從水中射向空氣,由圖可知,a光在水中的折射率小,由 故a光在水中傳播速度較大,故A選項(xiàng)正確,B選項(xiàng)錯(cuò)誤,D選項(xiàng)正確,C選項(xiàng)錯(cuò)誤.,cn v答案:AD 第34頁(yè) 共 49 頁(yè) 5.如右圖所示,一束白光通過(guò)玻璃棱鏡發(fā)生色散現(xiàn)象,下列說(shuō)法正確的是

15、( )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(duì)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 第35頁(yè) 共 49 頁(yè) 解析:白光通過(guò)三棱鏡發(fā)生色散是由于各種色光在玻璃中的折射率不同,對(duì)紅光和紫光來(lái)說(shuō),玻璃對(duì)紫光折射率大,紫光偏折角度大,由 可知,紫光在玻璃中傳播速度小.cn v答案:B 第36頁(yè) 共 49 頁(yè) 能力提升6.如右圖所示,用三塊完全相同的平板玻璃組成一個(gè)等邊三角形,一束單色光由AB面射入,由AC面射出,則以下說(shuō)法正確的是( )A.出射光線方向與入射光線平行B.出射光向頂角偏折C.出射光會(huì)發(fā)生色散D.出射光會(huì)向底邊偏折 第37頁(yè) 共 49

16、頁(yè) 解析:根據(jù)光在發(fā)生折射時(shí)的規(guī)律可知:當(dāng)光通過(guò)平行玻璃磚時(shí)不改變傳播方向,可知選項(xiàng)A正確;由于不改變傳播方向,不存在偏折和色散現(xiàn)象,選項(xiàng)B C D錯(cuò)誤.答案:A 第38頁(yè) 共 49 頁(yè) 7.如圖所示,在水中厚度不計(jì)的薄玻璃片做成中空三棱鏡,里面是空氣,一束白光A從棱鏡的左邊射入,從三棱鏡的右邊射出時(shí)發(fā)生色散,射出的可見(jiàn)光分布在a點(diǎn)和b點(diǎn)之間,則( )A.從a點(diǎn)射出的是紅光,從b點(diǎn)射出的是紫光B.從a點(diǎn)射出的是紫光,從b點(diǎn)射出的是紅光C.從a點(diǎn)和b點(diǎn)射出的都是紫光,從ab中點(diǎn)射出的是紅光D.從a點(diǎn)和b點(diǎn)射出的都是紅光,從ab中點(diǎn)射出的是紫光 第39頁(yè) 共 49 頁(yè) 解析:由紅光的折射率小于紫光

17、的折射率知,紫光偏離原來(lái)方向比紅光嚴(yán)重.由于光線是由水向空氣傳播,所以光線經(jīng)折射后向頂角偏折,光路如圖所示.所以從a點(diǎn)射出的是紫光,從b點(diǎn)射出的是紅光,選項(xiàng)B正確.答案:B 第40頁(yè) 共 49 頁(yè) 8.關(guān)于薄膜干涉,下列說(shuō)法正確的是( )A.干涉條紋的產(chǎn)生是由于光在膜的前后表面反射,形成的兩列光波疊加的結(jié)果B.干涉條紋中的暗條紋是由于上述兩列反射光的波谷與波谷疊加的結(jié)果C.干涉條紋是等間距的平行線時(shí),說(shuō)明膜的厚度處處相等D.觀察薄膜干涉條紋時(shí),應(yīng)在入射光的同一側(cè)答案:AD 第41頁(yè) 共 49 頁(yè) 9.如下圖所示,一束復(fù)色光從空氣中沿半圓玻璃磚半徑方向射入,從玻璃磚射出后分成a、b兩單色光,則(

18、 ) 第42頁(yè) 共 49 頁(yè) A.玻璃磚對(duì)a光的折射率為B.玻璃磚對(duì)a光的折射率為1.5C.b光的頻率比a光大D.b光在玻璃中的傳播速度比a光大2答案:AC 第43頁(yè) 共 49 頁(yè) 10.白光通過(guò)三棱鏡發(fā)生色散,這說(shuō)明( )A.不同顏色的光在真空中的光速不同B.對(duì)同一介質(zhì)紅光的折射率比紫光大C.在同一介質(zhì)中,紅光的光速比紫光大D.每種顏色的光通過(guò)三棱鏡都會(huì)分成幾種顏色的光答案:C 第44頁(yè) 共 49 頁(yè) 11.如圖所示,一細(xì)束復(fù)色光從空氣中射到半球形玻璃體球心O點(diǎn),經(jīng)折射分為a、b兩束光,分別由P Q兩點(diǎn)射出玻璃體PP Q Q 均與過(guò)O點(diǎn)的界面法線垂直,設(shè)光線a、b在玻璃體內(nèi)穿行時(shí)間分別為ta

19、、tb,則ta:tb等于( )A.Q Q :PP B.PP:Q Q C.OP:OQ D.OQ :OP 第45頁(yè) 共 49 頁(yè) a ba ba b b a a ba b b a b a: , a b ,a b n nn v :v n :n sin :sin t t : t v :v sin :sin : Q Q :PA . , Pa bsin sinsin sincvR QQ PPv R R 解析設(shè)復(fù)色光的入射角折射光、光束的折射角為、則、兩束光的折射率又所以由可得故只有選項(xiàng)正確答案:A 第46頁(yè) 共 49 頁(yè) 12.登山運(yùn)動(dòng)員在登雪山時(shí)要注意防止紫外線的過(guò)度照射,尤其是眼睛更不能長(zhǎng)時(shí)間被紫外線

20、照射,否則將會(huì)嚴(yán)重地?fù)p傷視力.有人想利用薄膜干涉的原理設(shè)計(jì)一種能大大減小紫外線對(duì)眼睛的傷害的眼鏡.他選用的薄膜材料的折射率為n=1.5,所要消除的紫外線的頻率f=8.11014 H z,那么它設(shè)計(jì)的這種“增反膜”的厚度至少是( )A.9.2510-8 m B.1.8510-7 mC.1.2310 -7 m D.6.1810-8 m 第47頁(yè) 共 49 頁(yè) 8 78 48 1: n v 2 10 m /s.v f, 3 101.5 2 108. m 2.46 10 m.“ ” , , ,1 1, 0C .c cv n vf 解析由得根據(jù)波速公式得要實(shí)現(xiàn)增反的效果薄膜的厚度至少為半個(gè)波長(zhǎng)那樣在薄膜的表面兩列反射光相互加強(qiáng)從而使入射到眼睛的紫外線減弱減輕紫外線對(duì)眼睛的傷害故選項(xiàng)正確答案:C 第48頁(yè) 共 49 頁(yè) 13.如下圖所示,AC表面鍍有反射膜,一束白光斜射向AB面上,經(jīng)折射反射后,在光屏PP上形成寬ab的彩色光帶,試用作圖法分析,a、b光束的顏色. 第49頁(yè) 共 49 頁(yè) 答案:如下圖.