高中物理选修34精品学案137138光的颜色 色散 激光Word文档格式.docx

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在另一些位置，两列波相遇后相互削弱，于是出现暗条纹．

2．衍射中的色散

用白光进行衍射实验时，得到的是彩色条纹，这是由于白光中包含各种颜色的光，不同色光亮条纹的位置不同．

3．折射中的色散

一束白光通过棱镜折射后，在屏上的光斑是彩色的，是因为透明物质对于波长不同的光的折射率n不一样，λ越小，n越大，波速v越慢（填“快”或“慢”）．

三、激光

1．激光的特点及应用

特点

应用

相干性强：

激光具有频率相同、相位差恒定、偏振方向一致的特点，是人工产生的相干光，具有高度的相干性

光纤通信

平行度好：

激光的平行度非常好，传播很远的距离后仍能保持一定的强度

激光会聚一点，读取光盘上记录的信息，激光测距等

亮度高：

它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量

用激光束切割、焊接，医学上可以用激光做“光刀”，激发核聚变等

2.全息照相

（1）普通照相技术所记录的只是光波的强弱信息，而全息照相技术还可以记录光波的相位信息．

（2）原理：

全息照片的拍摄利用了光的干涉原理．

[即学即用]

1．判断下列说法的正误．

（1）光的波长决定光的颜色．（　×

　）

（2）水面上的油膜呈现彩色条纹，是油膜表面反射光与入射光叠加的结果．（　×

（3）白光通过单缝的衍射条纹是彩色的，说明白光衍射后可以改变颜色．（　×

（4）用激光做双缝干涉实验这是应用了激光具有高度的相干性的特点．（　√　）

2．水面上的油膜在阳光照射下呈彩色是光的________（填“干涉”“衍射”或“折射”）形成的色散现象；

通过狭缝观察发光日光灯时看到的彩色条纹是光的________（填“干涉”“衍射”或“折射”）形成的色散现象．

[答案]　干涉　衍射

一、薄膜干涉中的色散

[导学探究]　小朋友吹出的肥皂泡、热菜汤表面的油花、马路上积水表面的油膜，都会看到彩色的条纹，这些彩色条纹是如何形成的呢？

[答案]　由薄膜干涉造成的．白光照射在肥皂泡膜、油膜表面，被薄膜前、后表面反射的两列反射波叠加，形成干涉条纹．由于白光中的各色光波长不同，干涉后的条纹间距不同，薄膜上就会出现彩色条纹．

[知识深化]　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、后两个面反射的光是由同一个实际的光源分解而成的，它们具有相同的频率，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时，前、后两个面的反射光的路程差等于相应位置膜厚度的2倍，在某些位置，两列波叠加后相互加强，于是出现亮条纹；

在另一些位置，叠加后相互削弱，于是出现暗条纹．

3．薄膜干涉是经薄膜前后面反射的两束光叠加的结果

出现亮条纹的位置，两束光的路程差Δr＝kλ（k＝0,1,2，3…），出现暗条纹的位置，两束光的路程差Δr＝

λ（k＝0,1,2,3…）．

4．薄膜干涉的应用

（1）用干涉法检查平面的平整度．

（2）光学仪器上的增透膜．

例1　用单色光照射位于竖直平面内的肥皂液薄膜，所观察到的干涉条纹为（　　）

[答案]　B

[解析]　由于在光的干涉中亮、暗条纹的位置取决于两列光波相遇时通过的路程差，则在薄膜干涉中取决于入射点处薄膜的厚度．因肥皂液薄膜在重力作用下形成了一个上薄下厚的楔形膜，厚度相等的位置在同一条水平线上，故同一条干涉条纹必然是水平的，由此可知只有选项B正确．

1．由于薄膜干涉是经薄膜前、后表面反射的两束光叠加而形成的，所以观察时眼睛与光源应在膜的同一侧．

2．在光的薄膜干涉中，前、后表面反射光的路程差由膜的厚度决定，所以薄膜干涉中同一亮条纹或同一暗条纹应出现在厚度相同的地方，因此又叫等厚干涉，每一条纹都是水平的．

3．用单色光照射得到明暗相间的条纹，用白光照射得到彩色条纹．

例2　（多选）如图1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，观察到如图乙所示条纹中的P和Q情况，这说明（　　）

图1

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

[答案]　BC

[解析]　空气薄膜厚度从左向右依次增大，又因为同一条亮（暗）条纹上各处空气薄膜厚度相同，因此可知被检查平面发生弯曲的P处的空气厚度本应该比同一条纹上其他位置的空气厚度小，而实际上厚度一样，故A处存在凹陷，同理可知B处存在凸起．

薄膜干涉的应用

1．检查平面平整度的原理

光线经空气薄膜的上、下两面的反射，得到两束相干光，如果被检测平面是光滑的，得到的干涉条纹是等间距的．如果被检测平面某处凹下，则对应条纹提前出现，如果某处凸起，则对应条纹延后出现．

2．增透膜的原理

在增透膜的前、后表面反射的两列光波形成相干波，当路程差为半波长的奇数倍时，两光波相互削弱，反射光的能量几乎等于零．

二、衍射和折射时的色散

[导学探究]　

1．拔一根鸡翅膀上的羽毛（鹅、鸭的羽毛也可以），白天隔羽毛观看太阳，可见七色光芒向外四射，你能解释这种现象吗？

[答案]　阳光透过羽毛上密集的羽丝间的小缝隙（光栅）而出现衍射现象，衍射时不同色光的亮条纹的位置不同，于是各种色光就区分开了．

2.如图2所示为光线通过三棱镜的光路图，在光线进入棱镜时是远离法线还是靠近法线？

光线从棱镜射出时，是远离法线还是靠近法线？

用白光做实验，会观察到什么现象？

图2

[答案]　进入棱镜时，靠近法线；

离开棱镜时，远离法线．用白光做实验，会看到屏上出现彩色光带．

[知识深化]

1．衍射中的色散

白光的衍射条纹是彩色的，是因为白光中包含了各种颜色的光，且各种颜色的光的波长不同，致使不同色光的亮条纹的位置不同，于是各种色光就区分开了．

2．折射中的色散

如图3所示，白光通过棱镜折射后，由上到下的色光顺序为：

红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，这说明：

图3

（1）射出棱镜的光线与入射光线方向的夹角叫通过棱镜的偏向角，如图所示，白光色散时，红光的偏向角最小，紫光的偏向角最大，说明玻璃对不同色光的折射率是不同的．

（2）根据n＝

可知：

在同种介质中折射率大的速度小，各种色光在同种介质中的速度从小到大排序依次为v紫＜v蓝＜…＜v橙＜v红，即红光的速度最大，紫光的速度最小．

例3　如图4所示，从点光源S发出的一细束白光以一定的角度入射到三棱镜的表面，经过三棱镜的折射后发生色散现象，在光屏的ab间形成一条彩色光带．下面的说法中正确的是（　　）

图4

A．a侧是红色光，b侧是紫色光

B．在真空中a侧光的波长小于b侧光的波长

C．三棱镜对a侧光的折射率小于对b侧光的折射率

D．在三棱镜中a侧光的传播速度大于b侧光的传播速度

[解析]　红光的折射率小于紫光的折射率，经过三棱镜，红光的偏折角小于紫光的偏折角，则a侧是紫色光，b侧是红色光，A错；

由题图知a侧光的偏折角大，三棱镜对a侧光的折射率大，a侧光的波长小，B对，C错；

三棱镜对a侧光的折射率大，由v＝

知，在三棱镜中a侧光的传播速度小于b侧光的传播速度，D错．

1．同一介质对不同的色光有不同的折射率，介质对频率大、波长短的光折射率大，按折射率从小到大依次排列为：

红、橙、黄、绿、青、蓝、紫．

2．在同一介质中，不同色光的传播速度不同，红光的折射率小，传播速度大；

紫光的折射率大，传播速度小．

三、激光的特点和应用

[导学探究]　激光作为一种人造光源在科研、通信、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，如图5.激光的应用如此广泛，激光到底具有哪些特性？

图5

[答案]　相干性强、平行度好、亮度高．

例4　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．医学中用激光做“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

[答案]　C

[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度好，B错误；

医疗中用激光做“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好的特点，D错误．

1．（薄膜干涉）用如图6所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象．图（a）是点燃的酒精灯（在灯芯上撒些盐），图（b）是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属线圈．将金属线圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是（　　）

图6

A．当金属线圈旋转30°

时，干涉条纹同方向旋转30°

B．当金属线圈旋转45°

时，干涉条纹同方向旋转90°

C．当金属线圈旋转60°

D．干涉条纹保持不变

[答案]　D

[解析]　在本实验中肥皂液薄膜之所以产生干涉条纹，是因为在重力作用下肥皂液薄膜的竖截面是梯形，前后两面的反射光叠加而形成的，金属线圈在其所在平面内缓慢旋转并不能影响肥皂液薄膜的竖截面，故金属线圈在其所在平面内旋转时干涉条纹保持不变．

2．（薄膜干涉）（多选）把一平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上，一端用薄片垫起，构成空气劈尖，让单色光从上方射入，如图7所示，这时可以看到明暗相间的条纹，下面关于条纹的说法中正确的是（　　）

图7

A．干涉条纹的产生是由于光在空气劈尖膜的上、下两表面反射形成的两列光波叠加的结果

B．干涉条纹中的暗条纹是由于上述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果

C．将上玻璃板平行上移，条纹向着劈尖移动

D．观察薄膜干涉条纹时，应在入射光的另一侧

[答案]　AC

[解析]　根据薄膜干涉的产生原理，上述现象是由空气膜上、下两表面反射的两列光叠加而成的，当波峰与波峰、波谷与波谷相遇叠加时，振动加强，形成亮条纹，所以A项正确，B项错误；

因相干光是反射光，故观察薄膜干涉时，应在入射光的同一侧，故D项错误；

根据条纹的位置与空气膜的厚度是对应的，当上玻璃板平行上移时，同一厚度的空气膜向劈尖移动，故条纹向着劈尖移动，故C项正确．

3．（折射中的色散）如图8所示，一束可见光穿过平行玻璃砖后，变为a、b两束单色光．如果光束b是蓝光，则光束a可能是（　　）

图8

A．红光B．黄光

C．绿光D．紫光

[解析]　由题图可知，可见光穿过玻璃砖后，发生了色散，其中a光的侧移距离大于b光的侧移距离，说明玻璃对a光的折射率大于玻璃对b光的折射率，同种介质对红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的折射率依次增大，由于b光是蓝光，故只有D选项符合题意．

4．（激光的应用）（多选）激光火箭的体积小，却可以装载更大、更重的卫星或飞船，激光由地面激光站或空间激光动力卫星提供，通过一套装置，像手电筒一样，让激光束射入火箭发动机的燃烧室，使推进剂受热而急剧膨胀，于是形成一股高温高压的燃气流，以极高的速度喷出，产生巨大的推力，把卫星或飞船送入太空．激光火箭利用了激光的（　　）

A．单色性好B．平行度好

C．高能量D．相干性好

[解析]　由于激