高二物理課件 13.4 《光的顏色》 色散 13.8 激光 （人教選修3-4）

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歡迎進入物理課堂 一 對色散的理解 1 折射時的色散 1 我們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 紫光的最大 紅光的最小 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 v藍 v橙 v紅 即紅光的速度最大 紫光的速度最小 3 如圖所示 白光經過三棱鏡后 在光屏上呈現(xiàn)七色光帶 若從棱鏡的頂角向底邊看 由紅到紫依次排列 紫光最靠近底邊 光的色散實質上是光的折射現(xiàn)象 2 雙縫干涉中的色散用不同的單色光做雙縫干涉實驗 得到的條紋之間的距離不一樣 但都是明暗相間的單色條紋 由 x 知 紅光波長最長 x最大 紫光波長最短 x最小 白光干涉時的條紋是彩色的 可見 白光是由多種色光組成的復色光 發(fā)生干涉時 白光發(fā)生了色散現(xiàn)象 色散現(xiàn)象的本質是同一種介質對頻率不同的復色光的折射率不同 各種色光以相同的入射角射入介質時 折射角不同 折射方向不同 各種色光就分散開來 形成彩色光帶 典例1 一束細白光通過玻璃三棱鏡折射后 在豎直放置的光屏上形成了如圖所示的光譜 其中a c為光譜的邊緣色光 關于a b c三種色光 下列說法正確的是 A 把溫度計放在光屏上c色光的下方 示數(shù)增加最快B 若分別讓a b c三色光通過一雙縫干涉裝置 則a光形成的干涉條紋的間距最大C a b c三色光在玻璃三棱鏡中的傳播速度依次越來越小D 讓a b c三色光以同一入射角 從空氣中射入某一介質 若b光恰能發(fā)生全反射 則c光也一定能發(fā)生全反射 解題指導 解答本題可按以下流程進行分析 標準解答 選A 同一介質對紅光折射率最小 對紫光折射率最大 所以a是紫光 c是紅光 紅外線具有熱效應 溫度計放在其中 示數(shù)增加最快 故選項A正確 根據(jù) x 可知 紅光波長最長 干涉條紋間距最大 故選項B錯誤 根據(jù)n 折射率大的速率小 所以vanc 根據(jù)sinC Cb Cc 當b光恰能發(fā)生全反射時 c光的入射角小于臨界角 不會發(fā)生全反射 故選項D錯誤 變式訓練 2011 三明高二檢測 如圖所示 從點光源S發(fā)出的一束細白光以一定的角度入射到三棱鏡的表面 經過三棱鏡的折射后發(fā)生色散現(xiàn)象 在光屏的ab間形成一條彩色光帶 下面的說法中正確的是 A 在三棱鏡中a側光的傳播速率大于b側光的傳播速率B b側光更容易產生衍射現(xiàn)象C 若改變白光的入射角 在屏上最先消失的是b側光D 通過同一雙縫干涉裝置產生的干涉條紋的間距 xa xb 解析 選B 根據(jù)色散形成的光譜 所以fa fb anb 根據(jù)n 所以va vb 故選項A錯誤 sinC 所以b光的臨界角大 a光更容易發(fā)生全反射 故選項C錯誤 根據(jù) x 可知 xa xb 故選項D錯誤 變式備選 如圖所示 一束紅光和一束紫光平行入射到三棱鏡上 經三棱鏡折射后 交匯在同一點 若三棱鏡對紅光和紫光的折射率分別為n1和n2 紅光和紫光的頻率分別為f1和f2 則有 A n1f2B n1n2 a為紅光 b為紫光 f1 f2D n1 n2 a為紫光 b為紅光 f1 f2 解析 選B 由介質進入空氣 光的頻率不變 故選項B正確 二 薄膜干涉及其應用 1 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 2 增透膜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 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反向 相互抵消 從而使反射的兩列光波產生相消干涉 反射光的能量幾乎等于零 一般取最小厚度d滿足2d 此波長為光在該種介質中的波長 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 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 增透膜的 增透 應理解為 兩束反射光相互抵消 反射光的能量減少 由于總的能量是守恒的 反射光的能量被削弱了 透射光的能量就必然得到增強 增透膜是通過 消反 來確保 增透 的 典例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 解題指導 薄膜干涉是從薄膜兩個表面反射的兩束光疊加形成的 標準解答 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 空氣薄膜的上 下表面就是a的下表面和b的上表面 故選項C正確 互動探究 2011 哈爾濱高二檢測 光在科學技術 生產和生活中有著廣泛的應用 下列說法正確的是 A 用透明的標準平面樣板檢查光學平面的平整程度利用了光的偏振現(xiàn)象B 用三棱鏡觀察白光看到的彩色圖樣利用了光的衍射現(xiàn)象C 光導纖維傳遞信息利用了光的全反射現(xiàn)象D 光學鏡頭上的增透膜利用了光的干涉現(xiàn)象 解析 選C D 檢查光學平面的平整程度是利用了薄膜干涉現(xiàn)象 故選項A錯誤 用三棱鏡觀察白光看到的彩色圖樣是利用了色散現(xiàn)象 故選項B錯誤 光導纖維傳遞信息是利用全反射現(xiàn)象 故選項C正確 增透膜利用了光的薄膜干涉現(xiàn)象 故選項D正確 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 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 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 變式備選 2011 福州高二檢測 用如圖所示的實驗裝置觀察光的薄膜干涉現(xiàn)象 左側點燃酒精燈 在燈芯上灑些鹽 右側是豎立的附著一層肥皂液薄膜的金屬絲圈 下面說法正確的是 A 火焰的像在肥皂液薄膜上B 若要觀察到干涉圖樣 人應位于金屬絲圈的左側C 若要觀察到干涉圖樣 人應位于金屬絲圈的右側D 由于重力作用 使肥皂液薄膜上薄下厚 相當于三棱鏡 所以這一現(xiàn)象實際上是光的色散 解析 選B 根據(jù)透鏡或平面鏡成像原理 火焰的像都在薄膜右側 不在薄膜上 故選項A錯誤 肥皂膜的彩色條紋是前后兩表面反射的光束干涉的結果 故選項D錯誤 觀測到干涉圖樣 應該在入射光一側觀察 故選項B正確 選項C錯誤 典例 2010 江蘇高考 激光具有相干性好 平行度好 亮度高等特點 在科學技術和日常生活中應用廣泛 下面關于激光的敘述正確的是 A 激光是縱波B 頻率相同的激光在不同介質中的波長相同C 兩束頻率不同的激光能產生干涉現(xiàn)象D 利用激光平行度好的特點可以測量月球到地球的距離 標準解答 選D 一切光都是橫波 故選項A錯誤 根據(jù)v f 光在不同介質中的傳播速度不同 頻率相同 波長不同 故選項B錯誤 發(fā)生干涉現(xiàn)象的兩束光頻率必須相同 故選項C錯誤 D項正確 一 選擇題1 2011 萍鄉(xiāng)高二檢測 下列與光的干涉有關的事實是 A 用光導纖維傳播信號B 用透明的標準樣板和單色光檢查平面的平整度C 一束白光通過三棱鏡形成彩色光帶D 水面上的油膜呈現(xiàn)彩色 解析 選A B D 光導纖維是利用光的全反射和激光的相干性 從而能像無線電波那樣被調制 用來傳遞信息 故選項A正確 白光通過三棱鏡出現(xiàn)彩色光帶是色散現(xiàn)象 故C錯 用透明的標準樣板和單色光檢查平面的平整度 水面上的油膜呈現(xiàn)彩色是光在前后兩個表面反射的光干涉形成的 故選項B D正確 2 2011 海淀區(qū)高二檢測 如圖所示為一顯示薄膜干涉現(xiàn)象的實驗裝置 P是附有肥皂膜的鐵絲圈 S是一點燃的酒精燈 往火焰上灑些鹽后 在肥皂膜上觀察到的干涉圖象應是如圖中的 解析 選D 薄膜豎直放置 上端薄 下端厚 同一水平位置的薄膜的厚度相同 出現(xiàn)的干涉條紋應是水平 故選項D正確 3 以下關于偏振片和增透膜的說法正確的是 A 拍攝水下景物時 為減小光在水面處的反射 使景物更加清晰 可在照相機鏡頭前加一增透膜B 為減小光在照相機鏡面處的反射 使景物更加清晰 可在照相機鏡頭前加一偏振片C 照相機的增透膜厚度通常為 2D 3D立體電影充分利用了光的偏振原理 解析 選D 水面的反射光是偏振光 減弱偏振光的影響 應該加偏振片 故選項A錯誤 照相機鏡頭前應加增透膜 以減小反射光 故選項B錯誤 增透膜的厚度通常為綠光在增透膜這種介質中的波長的 故選項C錯誤 3D立體電影充分利用了光的偏振原理 故選項D正確 4 下列現(xiàn)象中可以用薄膜干涉來解釋的是 A 雨后的彩虹B 水面上的油膜在陽光照射下呈彩色C 透過昆蟲的翅膀看陽光呈彩色D 荷葉上的水珠在陽光下晶瑩透亮 解析 選B 雨后的彩虹是色散現(xiàn)象 故選項A錯誤 透過昆蟲的翅膀看陽光呈彩色是衍射現(xiàn)象 故選項C錯誤 水珠在陽光下晶瑩透亮是全反射的結果 故選項D錯誤 油膜在陽光照射下呈彩色是薄膜干涉的結果 故現(xiàn)象B正確 5 2011 安慶高二檢測 下列說法不正確的是 A 增透膜的厚度應為入射光在薄膜中波長的四分之一B 光的色散現(xiàn)象表明了同一介質對不同色光的折射率不同 各色光在同一介質中的光速也不同C 用單色光做雙縫干涉實驗相鄰條紋之間的距離不相等D 光的衍射為光的波動說提供了有力的證據(jù) 解析 選C 增透膜厚度不宜太厚 所以增透膜的厚度應為使從增透膜前后兩表面反射的光路程差等于故選項A正確 光的色散說明同一介質對不同色光的折射率不同 折射后偏折角不同 才分散開形成彩色光帶 故選項B正確 單色光雙縫干涉條紋的距離相同 故選項C錯誤 干涉 衍射是波具有的特性 故選項D正確 所以說法不正確的是C選項 6 2011 福州高二檢測 如圖所示 一束白光通過玻璃棱鏡發(fā)生色散現(xiàn)象 下列說法正確的是 A 紅光的偏折最大 紫光的偏折最小B 紅光的偏折最小 紫光的偏折最大C 玻璃對紅光的折射率比紫光大D 玻璃中紫光的傳播速度比紅光大 解析 選B 根據(jù)色散 可知上端是紅光 下端是紫光 紅光的偏折角最小 紫光的偏折角最大 故選項A錯誤 B正確 紫光的折射率大于紅光的折射率 故選項C錯誤 根據(jù)n 可知 選項D錯誤 7 一復色光中只含有a b兩種單色光 用該復色光照射一豎直理想透明薄膜 膜層厚度從零開始 上薄下厚 時 得到如圖所示的干涉圖樣 若用此復色光通過玻璃半球射向空氣 下列四個光路圖中可能符合實際情況的是 解析 選A D 根據(jù)薄膜干涉圖象 可知 a b 所以a光的折射率大 故選項A D正確 二 非選擇題8 如圖所示 一束由紅 綠 紫三種單色光組成的復色光 通過橫截面為梯形的玻璃后 在光屏上形成彩色光帶 則彩色光帶從上到下依次為 的排列順序 解析 發(fā)生折射時 折射率越小 偏折角越小 由于紅 綠 紫光的頻率依次增大 折射率依次增大 故彩色光帶從上到下依次為紫 綠 紅 答案 紫 綠 紅 9 2011 廣州高二檢測 用干涉法檢查物體表面平滑程度 產生的干涉條紋是一組平行的條紋 若劈尖的上表面向上平移 如圖甲所示 則干涉條紋的距離將 若使劈尖角度增大 如圖乙所示 干涉條紋的距離將 若用折射率為n的透明介質充滿劈尖 干涉條紋的距離將 均選填 變窄 變寬 或 不變 解析 劈尖的上表面向上平移時 上下表面的反射光的光程差增大 但變化情況仍相同 只是條紋平移了 條紋間距不變 若劈尖角度增大 則光程差變大的快了 因而條紋間距變窄 如果用折射率為n的透明介質充滿劈尖 光波的波長變小 因而條紋間距變窄 答案 不變變窄變窄 10 為了減少光在透鏡表面由于反射帶來的損失 可在透鏡表面涂上一層增透膜 一般用折射率為1 38的氟化鎂 為了使波長為5 52 10 7m的綠光在垂直表面入射時使反射光干涉相消 求所涂的這種增透膜的厚度 解析 增透膜的厚度為綠光在膜中波長的設綠光在真空中的波長為 0 在增透膜中的波長為 由關系式得 所以增透膜厚度答案 1 10 7m Thankyou 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全