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

13.7　光的顏色　色散 13.8　激光 學(xué) 習(xí) 目 標 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 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13­7­1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、紫，這說明白光是由七色光組成的． 圖13­7­1 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．(×) 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． 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＝可知，不同顏色的光頻率不同． 2．薄膜干涉的成因 如圖13­7­2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13­7­2 3．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13­7­3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13­7­4(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13­7­3 圖13­7­4 (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、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，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】　BCE 3.如圖13­7­5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13­7­5 A．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】　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，對紅光的折射率最小． 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． 1．激光可以進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．(×) 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)． 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，一條細細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行調(diào)制，使其在光導(dǎo)纖維中進行信息傳遞 B．計算機內(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”利用激光測量很遠目標的距離是應(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】　ABC 5．準分子激光器利用氬氣和氟氣的混合物產(chǎn)生激光刀，可用于進行近視眼的治療．用這樣的激光刀對近視眼進行手術(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(　　) 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行手術(shù) C．激光治療近視眼手術(shù)是對視網(wǎng)膜進行修復(fù) D．激光治療近視眼手術(shù)是對角膜進行切削 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 激光的特點及其應(yīng)用 特點 作用 應(yīng)用實例 相干光 可進行調(diào)制、傳遞信息 光纖通信、全息照相 平行度非常好 傳播很遠距離仍能保持一定強度，可精確測距、測速 激光雷達 平行度非常好 可會聚于很小的一點，記錄信息密度高 DVD機，CD唱機、計算機的光驅(qū) 亮度高 可在很小空間、短時間內(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