(人教版选修3-4课件)高中物理选修：13.7、8课件 46页

物理选修3-4·人教版新课标导学\n第十三章光第七节光的颜色色散第八节激光\n※了解光谱的概念，知道光的色散的定义※※掌握薄膜干涉及薄膜干涉中的色散现象※知道折射中的色散现象\n\n1课前预习2课内探究3素养提升4课堂达标5课时作业\n课前预习\n光的色散频率波长单色光波长\n1．薄膜干涉中的色散(1)薄膜干涉中相干光的获得：光照射到薄膜上，在薄膜的前后两个面_______的光是由同一个光波分解而成的，它们具有相同的_________、恒定的相位差及振动方向。(2)薄膜干涉的原理：光照在厚度不同的薄膜上时，在薄膜的不同位置，前后两个面的反射光的_________不同，在某些位置两列波叠加后相互加强，于是出现_____条纹；在另一些位置，两列波相遇后相互削弱，于是出现______条纹。色散反射频率路程差亮暗\n2．衍射时的色散用白光进行衍射实验时，得到的是_________条纹，这是由于白光中包含各种颜色的光，不同色光亮条纹的_________不同造成的。3．折射时的色散白光通过棱镜折射后，由上到下的色光顺序为：红、___________________________，在同一种物质中，不同波长的光波的传播速度不一样，波长越短，波速_________。彩色位置橙、黄、绿、蓝、靛、紫越小\n激光是原子受激辐射产生的光，发光的方向、频率、偏振方向均______，两列相同激光相遇可以发生_______。激光是____________的相干光。激光的产生相同干涉人工产生\n激光的特点及应用特点性质应用相干性激光具有频率_________、相位差_________、偏振方向_________的特点，是人工产生的相干光，具有高度的相干性光纤通信平行度激光的___________非常好，传播________的距离仍能保持一定的强度精确的_________；读取光盘上记录的_________等高亮度它可以在很小的_________和很短的_________内集中很大的_________用激光束_______、焊接、医学上可以用激光做“_______”；激发核反应等单一恒定相同平行度很远测距信息范围时间能量切割光刀\n1．与普通照相技术的比较普通照相技术所记录的只是光波的能量强弱信息，而全息照相技术还记录了光波的_________信息。2．原理全息照相的拍摄利用了光的_________原理，使_________和物光在底片上相遇，发生干涉，形成复杂的干涉条纹。这要求参考光和物光必须具有很高的_________性。3．观察方向观察全息照片时要用_________照射照片，从另一侧面观察。全息照相相位干涉参考光相干激光\n『判一判』(1)光的颜色是由光的波长决定的。()(2)色散现象表明，白光是复色光。()(3)单色光通过棱镜后也能发生色散。()(4)某单色光在不同介质中传播时光的频率、波长均不同。()(5)全息照相技术利用激光平行度好的特点。()(6)激光不能像无线电波那样用来传播信息。()×√××××\n『选一选』(多选)(江苏徐州市2016年高二下学期期末)关于激光，下列说法正确的是()A．激光可从自然界中直接获取B．用激光读出光盘上的信息是利用了激光的平行度好C．医学上用激光做“光刀”来切开皮肤是利用了激光的平行度好D．激光雷达测量目标的运动速度是利用了多普勒效应解析：激光是原子受激辐射产生的，不能从自然界直接获取，A错；用激光做“光刀”是利用了激光的亮度高，C错；根据激光的特性可知B、D选项正确。BD\n答案：彩虹是因为太阳光照射到空中的圆形小水滴，经小水滴的折射、反射形成色散而成的。解析：彩虹，又称天虹，简称虹，是气象中的一种光学现象。当太阳光照射到空气中的水滴，光线被折射及反射，在天空上形成拱形的七彩光谱，雨后常见。形状弯曲，色彩艳丽。彩虹是因为阳光射到空中接近圆形的小水滴，造成光的色散及反射而成的。『想一想』雨后初晴，往往会看到绚丽的彩虹，你知道彩虹是如何形成的吗？\n课内探究\n如图所示是一白光照射到三棱镜上后出现的色散现象，请问玻璃对哪种色光的折射率最大，对哪种色光的折射率最小？提示：对紫光的折射率最大，对红光的折射率最小。探究一　对色散的理解\n1．折射时的色散(1)棱镜①定义：光学研究中常用棱镜的横截面为三角形，有的棱镜的横截面为梯形，通常都简称为棱镜。②光学作用：光通过棱镜后向它的横截面的底边方向偏折，如图中所示的θ为光的偏向角，光的偏向角越大，棱镜对光的偏折程度越大。棱镜对光的传播方向的改变遵循光的折射定律。\n(2)光折射时的色散一束白光通过三棱镜后扩展成由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫各色光组成的光带，这种现象称为折射时的色散。从图中可以看出，红光(波长较长)通过棱镜后偏折的程度比其他颜色的光要小，而紫光(波长较短)偏折的程度比其他颜色的光要大。\n2．对光的颜色的理解不同颜色的光，波长不同，频率不同，而同种颜色的光在不同的介质中折射率不同，速度和波长均不相同，但频率相同，因此说光的颜色是由频率决定的，而不是由波长决定的。\n3．各种色光特性比较各种色光红、橙、黄、绿、青、蓝、紫频率小→大波长长→短同一介质中折射率小→大同一介质中波速大→小双缝干涉时所产生的条纹间距大→小薄膜干涉时所产生的条纹间距大→小经三棱镜折射时偏向角大小小→大\n(河北省鸡泽县一中2017年高二下学期期末)某棱镜顶角θ＝41.30°，一束白光以较大的入射角从棱镜的一个侧面射入，通过棱镜折射后从另一个侧面射出，在光屏上形成由红到紫的彩色光带，如图所示，当入射角θ1逐渐减小到零的过程中，彩色光带变化的情况是(根据表格中的数据判断)()A色光紫蓝绿黄橙红折射率1.5321.5281.5191.5171.5141.513临界角40.75°40.88°41.17°41.23°41.34°41.37°\nA．紫光最先消失，最后只剩下红光和橙光B．紫光最先消失，最后只剩下黄光、橙光和红光C．红光最先消失，最后只剩下紫光和蓝光D．红光最先消失，最后只剩下紫光、蓝光和绿光解题指导：根据光的折射和全反射临界角分析判断。解析：各种色光均以相同的入射角射向某种介质时，由于介质对不同色光的折射率不同，则折射角就不同。介质对它的折射率越大，在AB界面上折射时的折射角越小，而在AC界面上对应的入射角越大，当入射角减小时，折射光在AC面上的入射角增大。当入射角减为零时，所有光线到AC面上时入射角均为θ＝41.30°，结合上表可知：紫、蓝、绿、黄四色光均在AC面发生全反射，且紫光最先消失，故选项A正确。\n〔对点训练1〕(西北大学附中2016年高二下学期期末)虹和霓是太阳光在水珠内分别经过一次和两次反射后出射形成的，可用白光照射玻璃球来说明。两束平行白光照射到透明玻璃球后，在水平的白色桌面上会形成MN和PQ两条彩色光带，光路如图所示。M、N、P、Q点的颜色分别为()A．紫、红、红、紫B．红、紫、红、紫C．红、紫、紫、红D．紫、红、紫、红解析：白光中的可见光部分从红到紫排列，对同一介质的折射率n紫>n红，由折射定律知紫光的折射角较大，由光路可知，紫光将到达M点和Q点，而红光到达N点和P点，故选A。A\n观察薄膜干涉现象时，要在有光照的一侧观察还是在无光照的一侧观察？提示：在有光照的一侧，因为薄膜干涉是前后两个面的反射光发生的干涉。探究二　薄膜干涉及其应用\n1．薄膜干涉的成因如图所示，竖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，从膜的前、后表面反射的两列光波叠加，若两列波叠加后互相加强，则出现亮纹；在另一些地方，叠加后互相减弱，则出现暗纹。故在单色光照射下，就出现了明暗相间的干涉条纹；若在白光照射下，则出现彩色干涉条纹。\n2．薄膜干涉的应用(1)等倾法检查平面平整度如图所示，被检查平面B与标准样板A之间形成了一个楔形的空气薄膜，用单色光照射，入射光从空气膜的上、下表面反射出两列光波，形成干涉条纹。被检查平面若是平的，空气膜厚度相同的各点就位于一条直线上，干涉条纹平行；若被检查表面某些地方不平，那里空气膜产生的干涉条纹将发生弯曲。\n特别提醒：对“增透”的理解：如果用宏观的思维方式来理解，两束反射光相互抵消，并没有增加透射光的强度，因此，此过程只是“消反”，却不能“增透”。其实光的干涉将引起整个光场分布的改变，但总的能量是守恒的，反射光的能量被削弱了，透射光的能量就必然得到增强。增透膜正是通过“消反”来确保“增透”的。\n(多选)如图甲所示，用单色光照射透明标准板M来检查平面N的上表面的平滑情况，观察到的图象如图乙所示的条纹中的P和Q的情况，这说明()A．N的上表面A处向上凸起B．N的上表面B处向上凸起C．N的上表面A处向下凹陷D．N的上表面B处向下凹陷解题指导：条纹朝高的地方偏，说明该处是凸的。反之，则凹。BC\n解析：利用光的薄膜干涉来检查平面的平滑情况，就是由标准样板平面和被检查平面间形成一个楔形的空气薄层，用单色光从上面照射，入射光在空气层的上、下表面反射形成的两列相干光束。如果被检测的平面是平的，那么空气层的厚度相同的各点的干涉条纹在一条直线上。若是被测平面的某处凹下去了，这时干涉条纹就不在一条直线上，将与膜厚一些位置的干涉条纹形成同一级别的条纹。这是因为凹处的两束反射光的路程差变大，它只能与膜厚一些位置的两反射光的路程差相同而形成同一级的条纹(路程差相同的干涉条纹为同一级，一般路程差大的干涉条纹级别高，路程差小级别低)，显然凹处的级别增大，将与膜厚一些位置的干涉条纹形成同一级别的条纹。故选项C正确。同理，若是被测平面某处凸起来了，则该处的干涉条纹将与膜薄一些位置的干涉条纹形成同一级别的条纹。故选项B正确。\n〔对点训练2〕(浙江省湖州市2017～2018学年高二下学期期末)关于甲、乙、丙、丁四个实验，以下说法正确的是()甲：单色光通过劈尖产生明暗条纹乙：单色光通过牛顿环产生明暗条纹丙：单色光通过双缝产生明暗条纹丁：单色光通过单缝产生明暗条纹A．四个实验产生的条纹均为干涉条纹B．甲、乙两实验产生的条纹均为等距条纹C．丙实验中，产生的条纹间距越大，该光的频率越大D．丁实验中，产生的明暗条纹为光的衍射条纹D\n解析：丁实验中，单色光通过单缝产生的明暗条纹为光的衍射条纹，其它三个均为光的干涉条纹，选项A错误，D正确；牛顿环产生明暗条纹是不等距的，选项B错误；丙实验中，产生的条纹间距越大，该光的波长越大，频率越小，选项C错误；故选D。\n激光作为一种人造光源在科研、通讯、工业生产、军事科技等领域都有着广泛应用，如激光干涉仪、激光切割机、激光炮等。激光的应用如此广泛，激光到底具有哪些特性？提示：激光具有单色性好、相干性好、亮度高、平行度好等特性。探究三　激光及应用\n1．激光的产生激光是人工产生的相干光。\n2．激光具有的特点(1)相干性好所谓相干性好，是指容易产生干涉现象。普通光源发出的光(即使是所谓的单色光)频率是不一样的，而激光器发出的激光的频率几乎是单一的，并且满足其他的相干条件。所以，现在我们做双缝干涉实验时，无需在双缝前放一个单缝，而是用激光直接照射双缝，就能得到既明亮又清晰的干涉条纹。利用相干光易于调制的特点传输信息，所能传递的信息密度极高，一条细细的激光束通过光缆可以同时传送一百亿路电话和一千万套电视，全国人民同时通话还用不完它的通讯容量。\n(2)平行度非常好与普通光相比，传播相同距离的激光束的扩散程度小，光线仍能保持很大的强度，保持它的高能量，利用这一点可以精确测距。现在利用激光测量地月距离精确度已达到1m。(3)激光的亮度非常高它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量。如果把强大的激光束会聚起来，可使物体被照部分在千分之一秒的时间内产生几千万度的高温。(4)激光单色性很好激光的频率范围极窄，颜色几乎是完全一致的。\n3．全息照相如图所示为拍摄全息照片的基本光路。同一束激光被分为两部分，一部分直接照射到底片上(称为参考光)，另一部分通过被拍摄物反射后再到达底片(称为物光)。参考光和物光在底片上相遇时会发生干涉，形成复杂的干涉条纹。底片上某点的明暗程度反映了两束光叠加后到达这点时光波的强弱。全息照片的拍摄利用了光的干涉原理，要求参考光和物光有很高的相干性。\n关于激光的应用问题，下列说法中正确的是()A．光纤通信是应用激光平行度非常好的特点对信号进行调制，使其在光导纤维中传递信息的B．计算机内的“磁头”读出光盘上记录的信息是应用激光有相干性的特点C．医学中用激光作“光刀”来切除肿瘤是应用了激光亮度高的特点D．“激光测距雷达”利用激光测量很远目标的距离是应用了激光亮度高的特点解题指导：要了解激光的常见应用，并知道应用了激光的什么性质。C\n解析：由激光的特点及应用可知光纤通信主要利用了激光的相干性，A错误。计算机内的“磁头”读出光盘上的信息主要应用了激光的平行性好，B错误。医疗中的激光“光刀”利用了激光的亮度高的特点，C正确。激光测距利用的是激光的平行度和方向性好的特点，D错误。\n〔对点训练3〕(多选)关于激光与自然光，下列说法正确的是()A．激光的频率单一，而自然光是含有各种色光频率的光，所以激光的相干性好B．自然光是由物质的原子发射出来的，而激光是人工产生的，所以激光不是由物质的原子发射出来的C．激光和自然光都具有相同的本质，它们都是由原子的跃迁产生的D．相干性好是激光与普通光的根本区别解析：激光的频率单一，相干性很好，自然光中含有各种频率的光，故A、D正确；激光和自然光都是由原子的跃迁产生的，故B错误，C正确。ACD\n素养提升\n易错点：混淆了中空三棱镜与普通三棱镜如图所示，在水中有一厚度不计的薄玻璃片做成的中空三棱镜，里面是空气，一束光A从棱镜的左边射入，从三棱镜的右边射出时发生色散，射出的可见光分布在a点和b点之间，则()BA．从a点射出的是红光，从b点射出的是紫光B．从a点射出的是紫光，从b点射出的是红光C．从a点和b点射出的都是紫光，从ab中点射出的是红光D．从a点和b点射出的都是红光，从ab中点射出的是紫光\n易错分析：选A的同学，错误原因在于把中空的三棱镜当作了普通的三棱镜。“通过棱镜的光线向底边方向偏折”不适用于本题的条件，切忌生搬硬套。正确解答：由红光的折射率小于紫光的折射率知，紫光偏离原来方向比红光严重，并且向顶端偏折，光路图如图所示，所以从a点射出的是紫光，从b点射出的是红光，故选项B正确。\n课堂达标\n课时作业\n