2017-2018學(xué)年高中物理 第十三章 光 第7節(jié) 光的顏色 色散 第8節(jié) 激光學(xué)案 新人教版選修3-4

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1、 13.7　光的顏色　色散 13.8　激光 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 知 識(shí) 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(diǎn)) 3．理解光折射時(shí)的色散現(xiàn)象，知道同一介質(zhì)對(duì)不同色光的折射率不同．(重點(diǎn)、難點(diǎn)) 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 1．光的顏色與波長(zhǎng)：不同顏色的光，波長(zhǎng)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(zhǎng)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

2、中相干光的獲得 光照射到薄膜上，在薄膜的前后兩個(gè)面反射的光是由同一個(gè)實(shí)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(shí)，在薄膜的不同位置，前后兩個(gè)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(qiáng)，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(shí)的色散 用白光做衍射實(shí)驗(yàn)時(shí)，得到的條紋是彩色的．這是因?yàn)檠苌鋾r(shí)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(shí)的色散． (3)折射時(shí)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?yàn)椋杭t、橙、黃、綠、青、藍(lán)、

3、紫，這說明白光是由七色光組成的． 圖13-7-1 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(shí)光的頻率、波長(zhǎng)均不同．(×) 1．棱鏡對(duì)不同單色光的折射率相同嗎？對(duì)哪種單色光的折射率最大？ 【提示】　不相同，對(duì)紫光的折射率最大． 2．白光發(fā)生干涉時(shí)，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． 1．光的顏色 在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，不同色光發(fā)生干涉，條紋之間的距離不同，因?yàn)闂l紋之間的距離與光波的波長(zhǎng)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(zhǎng)不同．由f＝可知，不同顏色的

4、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(qiáng)，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13-7-2 3．薄膜干涉中應(yīng)注意的三個(gè)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(shí)，某一位置紅光得到加強(qiáng)，其他顏色的光就被削弱，故

5、在此位置看到的是紅色，而另一位置則會(huì)看到黃色等其他顏色，因此，用白光做這個(gè)實(shí)驗(yàn)看到的將是彩色條紋；而在單色光照射下，則會(huì)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(cè)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(duì)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(duì)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(shí)間上，而是

6、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(cè)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(zhǎng)的，這樣反射回來的兩列光波經(jīng)過的路程差恰好等于半個(gè)波長(zhǎng)，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(qiáng)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

7、實(shí)驗(yàn)時(shí)，除中央白色條紋外，兩側(cè)出現(xiàn)彩色條紋，是因?yàn)闂l紋的間距與波長(zhǎng)有關(guān)，各種色光的波長(zhǎng)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(huì)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】　BCE 3.如圖13-7-5所示，一個(gè)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(　　)

8、 圖13-7-5 A．白光點(diǎn) B．光點(diǎn)上部紅色，下部紫色 C．光點(diǎn)上部紫色，下部紅色 D．看到的光點(diǎn)比實(shí)際光源的位置高 E．看到的光點(diǎn)是光源的虛像 【答案】　CDE 1．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(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(duì)紫光的折射率最大，對(duì)紅光的折射率最?。? 3．由折射率的定義n＝可知，在棱鏡中紫光的速度最小，紅光的速度最大． 激光 1．激光的特點(diǎn)及應(yīng)用 性質(zhì) 應(yīng)用 相干性：激光

9、具有頻率相同、相位差恒定、偏振方向一致的特點(diǎn)，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(qiáng)度 激光測(cè)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(shí)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(qiáng)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． 1．激光可以進(jìn)行光纖通信是利用了相干性好的特點(diǎn)．(√) 2．激光可用做“光刀”來切開皮膚是利用激光的相干性好．(×)

10、 3．全息照相技術(shù)只能記錄光波的強(qiáng)弱信息．(×) 利用激光測(cè)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)． 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(shí)驗(yàn)時(shí)，無需在雙縫前放一個(gè)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(diǎn)，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(shí)傳送一百億路電話和一千萬套電視，全國(guó)人民同時(shí)通話還用不完它

11、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(qiáng)度，保持它的高能量，利用這一點(diǎn)可以精確測(cè)距．現(xiàn)在利用激光測(cè)量地月距離精確度已達(dá)到1 m. 3．激光的亮度非常高 它可以在很小的空間和很短的時(shí)間內(nèi)集中很大的能量．如果把強(qiáng)大的激光束會(huì)聚起來，可使物體被照部分在千分之一秒的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生幾千萬度的高溫．不能直接照射眼睛，否則會(huì)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(diǎn)對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制

12、，使其在光導(dǎo)纖維中進(jìn)行信息傳遞 B．計(jì)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(diǎn)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(diǎn) D．“激光測(cè)距雷達(dá)”利用激光測(cè)量很遠(yuǎn)目標(biāo)的距離是應(yīng)用了激光亮度高的特點(diǎn) E．激光打孔是應(yīng)用了激光相干性好的特點(diǎn) 【答案】　ABC 5．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(duì)近視眼進(jìn)行手術(shù)，手術(shù)時(shí)間短、效果好、無痛苦．關(guān)于這個(gè)治療，以下說法中正確的是(　　) 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

13、非常小的面積上對(duì)眼睛進(jìn)行手術(shù) C．激光治療近視眼手術(shù)是對(duì)視網(wǎng)膜進(jìn)行修復(fù) D．激光治療近視眼手術(shù)是對(duì)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】　ABD 6．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(shí)現(xiàn)了照片的立體性．若照相時(shí)，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(gè)觀察物體的窗口．激光全息照相利用了激光________的性質(zhì)． 【答案】　相干性好 激光的特點(diǎn)及其應(yīng)用 特點(diǎn) 作用 應(yīng)用實(shí)例 相干光 可進(jìn)行調(diào)制、傳遞信息 光纖通信、全息照相 平行度非常好 傳播很遠(yuǎn)距離仍能保持一定強(qiáng)度，可精確測(cè)距、測(cè)速 激光雷達(dá) 平行度非常好 可會(huì)聚于很小的一點(diǎn)，記錄信息密度高 DVD機(jī)，CD唱機(jī)、計(jì)算機(jī)的光驅(qū) 亮度高 可在很小空間、短時(shí)間內(nèi)集中很大能量 激光切割、焊接、打孔、醫(yī)療手術(shù) 亮度高 產(chǎn)生高壓引起核聚變 人工控制聚變反應(yīng) 8