2018-2019學年高中物理 13.7+13.8 光的顏色 色散 激光課件 新人教版選修3-4.ppt

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7光的顏色色散8激光,一、光的顏色與色散1.光的顏色與波長:不同顏色的光，波長_____。2.光的色散:含有多種顏色的光被分解為_______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_____的有序排列。,不同,單色光,波長,二、色散的分類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光波分解而成的，它們具有相同的_____、恒定的相位差及振動方向。,頻率,(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_______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，兩列波相遇后相互削弱，于是出現(xiàn)暗條紋。,路程差,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，不同色光亮條紋的位置不同。,彩色,3.折射時的色散:如圖，說明通過棱鏡折射后由上到下的色光順序為紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫。在同一種物質中，不同波長的光波的傳播速度不一樣，波長越短，波速_____。,越慢,三、激光1.激光的特點及應用:,相同,平行度,范圍,時間,能量,2.全息照相:(1)與普通照相技術的比較:普通照相技術所記錄的只是光波的能量強弱信息，而全息照相技術還記錄了光波的_____信息。,相位,(2)原理:全息照相的拍攝利用了光的_____原理，使參考光和物光在底片上相遇，發(fā)生干涉，形成復雜的干涉條紋。這要求參考光和物光必須具有很高的相干性。(3)觀察全息照片時要用_____照射照片，從另一側面觀察。,干涉,激光,【思考辨析】(1)光的顏色是由光的波長決定的。()(2)根據(jù)光譜我們可以知道哪些光波長較長，哪些光波長較短。(),(3)光纖通信是應用激光平行度非常好的特點對信號進行調制，使其在光導纖維中傳遞信息的。()(4)計算機內的“磁頭”讀出光盤上記錄的信息是應用了激光有相干性的特點。(),(5)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。()(6)“激光測距”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。(),提示:(1)。光的顏色是由光的頻率決定的。光由一種介質進入另一種介質時頻率不變，但波長發(fā)生變化。(2)√。光譜是按照各種色光的波長有序排列起來的。(3)。光纖通信主要利用激光的相干性。,(4)。計算機內的“磁頭”讀出光盤上的信息主要應用了激光的平行性好。(5)√。醫(yī)療中的激光“光刀”利用了激光的高亮度的特點。(6)?！凹す鉁y距”利用的是激光的平行性。,知識點一色散的理解探究導入:如圖所示是一束白光照射到三棱鏡上后出現(xiàn)的色散現(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小？,提示:由圖可知，紅光經過棱鏡后偏折程度最小，紫光經過棱鏡后偏折程度最大，故玻璃對紫光的折射率最大，對紅光的折射率最小。,【歸納總結】1.折射時的色散:,(1)把射出棱鏡的光線與入射光線方向的夾角叫通過棱鏡的偏向角，如圖所示。實驗表明，白光色散時，紅光的偏向角最小，紫光的偏向角最大。這說明玻璃對不同色光的折射率是不同的。紫光的折射率最大，紅光的折射率最小。,(2)由于介質中的光速v=，故在同種介質中折射率大的光速小，各種色光在同種介質中的光速依次為v紫va，選項B錯誤，D正確；由于na>nb，則頻率fa>fb，λa<λb，由Δx=λ知，Δxa<Δxb，選項A、C正確。,知識點二薄膜干涉及應用探究導入:如圖所示是幾種常見的薄膜干涉圖樣，這些干涉圖樣是怎樣形成的呢？,提示:是由薄膜上、下表面反射光束相遇而產生的干涉。,【歸納總結】1.薄膜干涉的形成:入射光經薄膜上表面反射后得第一束光，折射光經薄膜下表面反射，又經上表面折射后得第二束光，這兩束光在薄膜的同側，由同一入射振動分出，是相干光，屬分振幅干涉。,2.用干涉法檢查平面平整度:如圖甲所示，兩板之間形成一層空氣膜，用單色光從上向下照射，如果被檢測平面是光滑的，得到的干涉圖樣必是等間距的。如果被測表面某處凹下，則對應亮條紋(或暗條紋)提前出現(xiàn)，如圖乙中P條紋所示；如果某處凸起來，則對應條紋延后出現(xiàn)，如圖乙中Q所示。(注:“提前”與“延后”不是指在時間上，而是指由左到右的位置順序上),3.增透膜:(1)為了減少光學裝置中的反射光的損失，可在元件表面涂一層透明薄膜，一般是氟化鎂。,(2)如圖所示，在增透膜的前后表面反射的兩列光波形成相干波，相互疊加，當路程差為半波長的奇數(shù)倍時，在兩個表面反射的光產生相消干涉，反射光的能量幾乎等于零。增透膜的最小厚度:增透膜厚度d=(k=0，1，2，3……)，最小厚度為。(λ為光在介質中傳播時的波長),(3)由于白光中含有多種波長的光，所以增透膜只能使其中一定波長的光相消。(4)因為人對綠光最敏感，一般選擇對綠光起增透作用的膜，所以在反射光中綠光強度幾乎為零，而其他波長的光并沒有完全抵消，所以增透膜呈現(xiàn)淡紫色。,【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”。其實光的干涉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?！霸鐾浮钡摹?【典題通關】【典例】(2018濟南高二檢測)劈尖干涉是一種薄膜干涉，其裝置如圖甲所示。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劈形空氣薄膜。當光垂直入射后，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:(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應的薄膜厚度差恒定?，F(xiàn)若在圖甲裝置中抽去一張紙片，則當光垂直入射到新的劈形空氣薄膜后，從上往下觀察到的干涉條紋(),A.變疏B.變密C.不變D.消失,【正確解答】選A。干涉條紋是由空氣薄膜的上下兩個表面反射的光線疊加而成的，當抽去一張紙片后，劈形空氣薄膜傾角減小，相鄰明條紋(或暗條紋)必須變疏才能符合所在位置下面對應的薄膜厚度差跟原先一樣，故選項A正確，選項B、C、D錯誤。,【規(guī)律方法】被測平面凹下或凸起的形象判斷法被測平面凹下或凸起的形象判斷法——矮人行走法。即把干涉條紋看成“矮人”的行走軌跡。讓一個小矮人在兩板間沿著一條條紋直立行走，始終保持腳踏被測板，頭頂樣板，在行走過程中:,(1)若遇一凹下，他必向薄膜的尖端去繞，方可按上述要求過去，即條紋某處彎向薄膜尖端，該處為一凹下。(2)若遇一凸起，他必向薄膜的底部去繞，方可按上述要求過去，即條紋某處彎向薄膜底部，該處為一凸起。因此，條紋向薄膜尖端彎曲時，說明下凹，反之，上凸。,【過關訓練】1.用單色光照射位于豎直平面內的肥皂液薄膜，所觀察到的干涉條紋為(),【解析】選B。薄膜的干涉是等厚干涉，同一條紋厚度相同，故條紋是水平的，故選B。,2.(多選)(2018襄陽高二檢測)如圖(1)所示是用干涉法來檢查某塊厚玻璃板上表面是否平整的裝置，所用紅色光是用普通光源加紅色濾色光片產生的，從上往下觀察到的干涉條紋如圖(2)所示，則下列判斷正確的是(),A.若觀察到的條紋如圖甲所示，則說明厚玻璃板上表面是平整的B.若觀察到的條紋如圖乙所示，則厚玻璃板上表面有下凹的位置C.若觀察到的條紋如圖乙所示，則厚玻璃板上表面有上凸的位置D.若是用黃色濾色光片產生的黃色光做該實驗，則干涉條紋變密,【解析】選A、B、D。薄膜干涉形成的條紋是膜的上下表面的反射光干涉產生的，若觀察到的條紋如圖甲所示，則說明厚玻璃板上表面是平整的，故A正確；薄膜干涉是等厚干涉，即明條紋處空氣膜的厚度相同，從彎曲的條紋可知，檢查平面左邊處的空氣膜厚度與后面的空氣膜厚度相同，知該處凹陷，故B正確，C錯誤；若是用黃色濾色光片產生的黃色光做該實驗，則波長變短，則干涉條紋變密，故D正確。故選A、B、D。,【補償訓練】1.如圖所示，一束白光從左側射入肥皂薄膜，下列說法正確的是(),A.人從左側向右看，可以看到彩色條紋水平排列B.人從右側向左看，可以看到彩色條紋水平排列C.人從右側向左看，可以看到彩色條紋豎直排列D.人從左側向右看，可以看到彩色條紋豎直排列,【解析】選A。觀察薄膜干涉時，應從入射光的同一側，可以看到彩色條紋水平排列，故選項A正確。,2.如圖所示是用干涉法檢查某塊厚玻璃塊的上表面是否平整的裝置。所用單色光是用普通光源加濾光片產生的，檢查中所觀察到的干涉條紋是由下列哪兩個表面反射的光線疊加而成的(),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】選C。樣板和厚玻璃之間存在楔形空氣薄膜，用單色光從這個空氣薄膜表面照射，入射光從空氣薄膜的上、下表面反射回的兩列光波形成干涉條紋?？諝獗∧さ纳?、下表面就是a的下表面和b的上表面，故選項C正確。,知識點三激光及其應用探究導入:激光作為一種人造光源在科研、通訊、工業(yè)生產、軍事科技等領域都有著廣泛應用，如激光干涉儀、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、方向性好、亮度高等特點。,【歸納總結】1.激光的產生:激光是原子受激輻射產生的光，發(fā)光的方向、頻率、偏振方向均相同，兩列相同激光相遇可以發(fā)生干涉。激光是人工產生的相干光。,2.激光的特點:(1)激光是人工產生的相干光，其單色性好，相干性好。激光的頻率單一，相干性非常好，顏色特別純。用激光做衍射、干涉實驗，效果很好。,(2)激光的平行度好。從激光器發(fā)出的激光具有極好的平行性，幾乎是一束方向不變、發(fā)散角很小的平行光。傳播幾千米后，激光斑擴展范圍不過幾厘米，而探照燈的光束能擴展到幾十米范圍。(3)亮度高。激光可以在很小的空間和很短的時間內集中很大的能量。,【典題通關】【典例】(多選)對于激光的認識，以下說法正確的是()A.普通光源發(fā)出的光都是激光B.激光是自然界普遍存在的一種光C.激光是一種人工產生的相干光D.激光已經深入我們生活的各個方面,【正確解答】選C、D。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，并且滿足相干條件，所以激光與普通光源發(fā)出的光有著質的區(qū)別，A選項錯；激光是原子受激輻射產生的光，要通過人工專門制得，所以并不是在自然界中普遍存在的，B選項錯，C選項正確；在日常的生產、生活中很多方面都用到了激光，D選項正確。,【規(guī)律方法】激光的應用舉例與對應的特性(1)激光雷達:對準目標發(fā)出一個極短的激光脈沖，測量發(fā)射脈沖和收到回波的時間間隔，結合發(fā)射的方向，就可探知目標的方位和距離，結合多普勒效應，還可以求出目標的運動速度。(利用激光的平行度好),(2)讀盤:激光的平行度很好，可以會聚到很小的一點，讓會聚點照射到VCD碟片、CD碟片、計算機的光盤上，就可讀出光盤上記錄的信息。(利用激光的平行度好)(3)醫(yī)用激光刀:可以用于醫(yī)療的某些手術上，具有手術時間短、損傷小、不會引起細菌感染、止血快等優(yōu)點。(利用激光的亮度高),【過關訓練】1.(多選)(2018漳州高二檢測)激光火箭的體積小，卻可以裝載更大、更重要的衛(wèi)星或飛船，激光由地面激光站或空間激光動力衛(wèi)星提供，通過一套裝置，像手電筒一樣，讓激光束射入火箭發(fā)動機的燃燒室，使推進劑受熱而急劇膨脹，于是形成一股高溫高壓的燃氣流，以極大的速度噴出，產生巨大的推力，把衛(wèi)星或飛船送入太空。激光火箭利用了激光的(),A.單色性好B.平行度高C.高能量D.相干性好【解析】選B、C。由于激光站與衛(wèi)星相隔距離遠，為了減少能量損失，必須使激光具有很好的平行度，同時使用激光的高能量。故選B、C。,2.(多選)將激光束的寬度聚焦到納米級(10-9m)范圍內，可修復人體已損壞的器官，可對DNA分子進行超微型基因修復，把至今尚令人無奈的癌癥、遺傳疾病徹底根除，以上功能是利用了激光的()A.單色性好B.平行度好C.粒子性D.高能量,【解析】選B、D。激光的平行度好，故可聚焦到很小的范圍；激光的亮度高、能量大，故可修復器官。,【拓展例題】考查內容:激光的應用【典例】一種紅寶石激光器發(fā)射的激光是不連續(xù)的一道道閃光，每道閃光為一個(列)光脈沖，若這種激光器光脈沖的持續(xù)時間為1.010-11s，波長為694.3nm，發(fā)射功率為1.01010W，求:,(1)每列光脈沖的長度是多少？(2)用這種紅寶石激光器照射皮膚上的色斑，每平方厘米色斑吸收能量達到60J以后，色斑便逐漸消失，一塊色斑的面積為50mm2，則它要吸收多少個(列)紅寶石激光脈沖才能逐漸消失？,【正確解答】(1)光脈沖持續(xù)時間即為發(fā)射一個光脈沖所需的時間，所以一個光脈沖長度Δl=cΔt=31081.010-11m=3.010-3m。,(2)面積為1cm2色斑吸收的能量E=60J，色斑便逐漸消失。而1個光脈沖的能量為ΔE=PΔt=1.010101.010-11J=0.1J消除50mm2的色斑需要光脈沖數(shù)為n==300(個)。答案:(1)3.010-3m(2)300個,