高中物理 第13章 第7、8節(jié) 光的顏色 色散課件 新人教版選修3-4.ppt

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成才之路 物理 路漫漫其修遠(yuǎn)兮吾將上下而求索 人教版 選修3 4 機(jī)械波 第十三章 第七節(jié)光的顏色色散第八節(jié)激光 第十二章 夏天 大雨之后往往在天空中會(huì)出現(xiàn)美麗的彩虹 這是發(fā)生了什么樣的光學(xué)現(xiàn)象 為什么會(huì)出現(xiàn)不同顏色的光 光的色散 頻率 波長(zhǎng) 單色光 波長(zhǎng) 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(gè)面 的光是由同一個(gè)光波分解而成的 它們具有相同的 恒定的相位差及振動(dòng)方向 2 薄膜干涉的原理 光照在厚度不同的薄膜上時(shí) 在薄膜的不同位置 前后兩個(gè)面的反射光的 不同 在某些位置兩列波疊加后相互加強(qiáng) 于是出現(xiàn) 條紋 在另一些位置 兩列波相遇后相互削弱 于是出現(xiàn) 條紋 色散 反射 頻率 路程差 亮 暗 2 衍射時(shí)的色散用白光進(jìn)行衍射實(shí)驗(yàn)時(shí) 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 不同造成的 3 折射時(shí)的色散白光通過(guò)棱鏡折射后 由上到下的色光順序?yàn)?紅 在同一種物質(zhì)中 不同波長(zhǎng)的光波的傳播速度不一樣 波長(zhǎng)越短 波速 彩色 位置 橙 黃 綠 藍(lán) 靛 紫 越小 激光是原子受激輻射產(chǎn)生的光 發(fā)光的方向 頻率 偏振方向均 兩列相同激光相遇可以發(fā)生 激光是 的相干光 激光的產(chǎn)生 相同 干涉 人工產(chǎn)生 激光的特點(diǎn)及應(yīng)用 單一 恒定 相同 平行 很遠(yuǎn) 測(cè)距 信息 范圍 時(shí)間 能量 切割 光刀 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能量強(qiáng)弱信息 而全息照相技術(shù)還記錄了光波的 信息 2 原理全息照相的拍攝利用了光的 原理 使 和物光在底片上相遇 發(fā)生干涉 形成復(fù)雜的干涉條紋 這要求參考光和物光必須具有很高的 性 3 觀察方向觀察全息照片時(shí)要用 照射照片 從另一側(cè)面觀察 全息照相 相位 干涉 參考光 相干 激光 一 薄膜干涉的成因如圖所示 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(qiáng) 則出現(xiàn)亮紋 在另一些地方 疊加后互相減弱 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 觀察薄膜干涉現(xiàn)象時(shí) 要在有光照的一側(cè)觀察還是在無(wú)光照的一側(cè)觀察 解析 在有光照的一側(cè) 因?yàn)楸∧じ缮媸乔昂髢蓚€(gè)面的反射光發(fā)生的干涉 二 薄膜干涉的應(yīng)用1 等傾法檢查平面平整度如圖所示 被檢查平面B與標(biāo)準(zhǔn)樣板A之間形成了一個(gè)楔形的空氣薄膜 用單色光照射 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 被檢查平面若是平的 空氣膜厚度相同的各點(diǎn)就位于一條直線上 干涉條紋平行 若被檢查表面某些地方不平 那里空氣膜產(chǎn)生的干涉條紋將發(fā)生彎曲 特別提醒 對(duì) 增透 的理解 如果用宏觀的思維方式來(lái)理解 兩束反射光相互抵消 并沒(méi)有增加透射光的強(qiáng)度 因此 此過(guò)程只是 消反 卻不能 增透 其實(shí)光的干涉將引起整個(gè)光場(chǎng)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(qiáng) 增透膜正是通過(guò) 消反 來(lái)確保 增透 的 三 折射時(shí)的色散1 棱鏡 1 定義 光學(xué)研究中常用棱鏡的橫截面為三角形 有的棱鏡的橫截面為梯形 通常都簡(jiǎn)稱(chēng)為棱鏡 2 光學(xué)作用 光通過(guò)棱鏡后向它的橫截面的底邊方向偏折 如圖中所示的 為光的偏向角 光的偏向角越大 棱鏡對(duì)光的偏折程度越大 棱鏡對(duì)光的傳播方向的改變遵循光的折射定律 2 光折射時(shí)的色散一束白光通過(guò)三棱鏡后擴(kuò)展成由紅 橙 黃 綠 藍(lán) 靛 紫各色光組成的光帶 這種現(xiàn)象稱(chēng)為折射時(shí)的色散 從圖中可以看出 紅光 波長(zhǎng)較長(zhǎng) 通過(guò)棱鏡后偏折的程度比其他顏色的光要小 而紫光 波長(zhǎng)較短 偏折的程度比其他顏色的光要大 雨后初晴 往往會(huì)看到絢麗的彩虹 你知道彩虹是如何形成的嗎 答案 彩虹是因?yàn)樘?yáng)光照射到空中的圓形小水滴 經(jīng)小水滴的折射 反射形成色散而成的 解析 彩虹 又稱(chēng)天虹 簡(jiǎn)稱(chēng)虹 是氣象中的一種光學(xué)現(xiàn)象 當(dāng)太陽(yáng)光照射到空氣中的水滴 光線被折射及反射 在天空上形成拱形的七彩光譜 雨后常見(jiàn) 形狀彎曲 色彩艷麗 彩虹是因?yàn)殛?yáng)光射到空中接近圓形的小水滴 造成光的色散及反射而成的 四 激光具有的特點(diǎn)1 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(mǎn)足其他的相干條件 所以 現(xiàn)在我們做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí) 無(wú)需在雙縫前放一個(gè)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(diǎn)傳輸信息 所能傳遞的信息密度極高 一條細(xì)細(xì)的激光束通過(guò)光纜可以同時(shí)傳送一百億路電話和一千萬(wàn)套電視 全國(guó)人民同時(shí)通話還用不完它的通訊容量 2 平行度非常好與普通光相比 傳播相同距離的激光束的擴(kuò)散程度小 光線仍能保持很大的強(qiáng)度 保持它的高能量 利用這一點(diǎn)可以精確測(cè)距 現(xiàn)在利用激光測(cè)量地月距離精確度已達(dá)到1m 3 激光的亮度非常高它可以在很小的空間和很短的時(shí)間內(nèi)集中很大的能量 如果把強(qiáng)大的激光束會(huì)聚起來(lái) 可使物體被照部分在千分之一秒的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生幾千萬(wàn)度的高溫 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 激光是不是都很強(qiáng) 解析 在不同的用途上激光的強(qiáng)度差別很大 像唱片中的激光讀寫(xiě) 兒童玩具激光燈 激光教鞭等都很弱 像激光手術(shù)刀 激光測(cè)距 激光加工等都比較強(qiáng) 像激光武器 激光在可控聚變反應(yīng)中的應(yīng)用等都特別強(qiáng) 五 全息照相如圖所示為拍攝全息照片的基本光路 同一束激光被分為兩部分 一部分直接照射到底片上 稱(chēng)為參考光 另一部分通過(guò)被拍攝物反射后再到達(dá)底片 稱(chēng)為物光 參考光和物光在底片上相遇時(shí)會(huì)發(fā)生干涉 形成復(fù)雜的干涉條紋 底片上某點(diǎn)的明暗程度反映了兩束光疊加后到達(dá)這點(diǎn)時(shí)光波的強(qiáng)弱 全息照片的拍攝利用了光的干涉原理 要求參考光和物光有很高的相干性 關(guān)于薄膜干涉 下列說(shuō)法中正確的是 A 只有厚度均勻的薄膜 才會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象B 只有厚度不均勻的楔形薄膜 才會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象C 厚度均勻的薄膜會(huì)形成干涉條紋D 觀察肥皂液膜的干涉現(xiàn)象時(shí) 觀察者應(yīng)和光源在液膜的同一側(cè) 薄膜干涉及應(yīng)用 解析 當(dāng)光從薄膜的一側(cè)照射到薄膜上時(shí) 只要前后兩個(gè)面反射回來(lái)的光波的路程差滿(mǎn)足振動(dòng)加強(qiáng)的條件 就會(huì)出現(xiàn)明條紋 滿(mǎn)足振動(dòng)減弱的條件就會(huì)出現(xiàn)暗條紋 這種情況在薄膜厚度不均勻才會(huì)出現(xiàn) 當(dāng)薄膜厚度均勻時(shí) 不會(huì)出現(xiàn)干涉條紋 但也能發(fā)生干涉現(xiàn)象 這時(shí)某些顏色的光因干涉而減弱 另一些光因干涉而加強(qiáng) 減弱的光透過(guò)薄膜 加強(qiáng)的光被反射回來(lái) 所以這時(shí)看到薄膜的顏色是振動(dòng)加強(qiáng)的光的顏色 但不會(huì)形成干涉條紋 答案 D 點(diǎn)評(píng) 薄膜干涉時(shí) 不一定會(huì)看到干涉條紋 分析時(shí)要注意領(lǐng)會(huì)干涉現(xiàn)象的實(shí)質(zhì) 光的疊加 使某些地方的光振動(dòng)加強(qiáng) 另一些地方振動(dòng)減弱 或使某種色光振動(dòng)加強(qiáng) 另一些色光振動(dòng)減弱 這都屬于干涉現(xiàn)象 如圖甲所示 用單色光照射透明標(biāo)準(zhǔn)板M來(lái)檢查平面N的上表面的平滑情況 觀察到的圖象如圖乙所示的條紋中的P和Q的情況 這說(shuō)明 A N的上表面A處向上凸起B(yǎng) N的上表面B處向上凸起C N的上表面A處向下凹陷D N的上表面B處向下凹陷答案 BC解析 利用光的薄膜干涉來(lái)檢查平面的平滑情況 就是由標(biāo)準(zhǔn)樣板平面和被檢查平面間形成一個(gè)楔形的空氣薄層 用單色光從上面照射 入射光在空氣層的上 下表面反射形成的兩列相干光束 如果被檢測(cè)的平面是平的 那么空氣層的厚度相同的各點(diǎn)的干涉條紋在一條直線上 若是被測(cè)平面的某處凹下去了 這時(shí)干涉條紋就不在一條直線上 將與膜厚一些位置的干涉條紋形成同一級(jí)別的條紋 這是因?yàn)榘继幍膬墒瓷涔獾穆烦滩钭兇?它只能與膜厚一些位置的兩反射光的路程差相同而形成同一級(jí)的條紋 路程差相同的干涉條紋為同一級(jí) 一般路程差大的干涉條紋級(jí)別高 路程差小級(jí)別低 顯然凹處的級(jí)別增大 將與膜厚一些位置的干涉條紋形成同一級(jí)別的條紋 故選項(xiàng)C正確 同理 若是被測(cè)平面某處凸起來(lái)了 則該處的干涉條紋將與膜薄一些位置的干涉條紋形成同一級(jí)別的條紋 故選項(xiàng)B正確 如圖所示 在水中有一厚度不計(jì)的薄玻璃片做成的中空三棱鏡 里面是空氣 一束光A從棱鏡的左邊射入 從三棱鏡的右邊射出時(shí)發(fā)生色散 射出的可見(jiàn)光分布在a點(diǎn)和b點(diǎn)之間 則 折射時(shí)的色散現(xiàn)象 A 從a點(diǎn)射出的是紅光 從b點(diǎn)射出的是紫光B 從a點(diǎn)射出的是紫光 從b點(diǎn)射出的是紅光C 從a點(diǎn)和b點(diǎn)射出的都是紫光 從ab中點(diǎn)射出的是紅光D 從a點(diǎn)和b點(diǎn)射出的都是紅光 從ab中點(diǎn)射出的是紫光答案 B 點(diǎn)評(píng) 通過(guò)棱鏡的光線向底邊方向偏折 不適用于本題的條件 切忌生搬硬套 東營(yíng)市2013 2014學(xué)年高二下學(xué)期六校聯(lián)考 雨后太陽(yáng)光入射到水滴中發(fā)生色散而形成彩虹 設(shè)水滴是球形的 圖中的圓代表水滴過(guò)球心的截面 入射光線在過(guò)此截面的平面內(nèi) a b c d代表四條不同顏色的出射光線 則它們可能依次是 A 紫光 黃光 藍(lán)光和紅光B 紫光 藍(lán)光 黃光和紅光C 紅光 藍(lán)光 黃光和紫光D 紅光 黃光 藍(lán)光和紫光答案 B 解析 第一次折射時(shí) 把水滴看做三棱鏡 向下偏折程度最大的光線一定是紫光 偏折程度最小的是紅光 故第二次折射后 從題圖上可看出紫光是a 紅光是d 所以正確答案是B 關(guān)于激光的應(yīng)用問(wèn)題 下列說(shuō)法中正確的是 A 光纖通信是應(yīng)用激光平行度非常好的特點(diǎn)對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制 使其在光導(dǎo)纖維中傳遞信息的B 計(jì)算機(jī)內(nèi)的 磁頭 讀出光盤(pán)上記錄的信息是應(yīng)用激光有相干性的特點(diǎn)C 醫(yī)學(xué)中用激光作 光刀 來(lái)切除腫瘤是應(yīng)用了激光亮度高的特點(diǎn)D 激光測(cè)距雷達(dá) 利用激光測(cè)量很遠(yuǎn)目標(biāo)的距離是應(yīng)用了激光亮度高的特點(diǎn) 激光的應(yīng)用 解析 由激光的特點(diǎn)及應(yīng)用可知光纖通信主要利用了激光的相干性 A錯(cuò)誤 計(jì)算機(jī)內(nèi)的 磁頭 讀出光盤(pán)上的信息主要應(yīng)用了激光的平行性好 B錯(cuò)誤 醫(yī)療中的激光 光刀 利用了激光的亮度高的特點(diǎn) C正確 激光測(cè)距利用的是激光的平行度和方向性好的特點(diǎn) D錯(cuò)誤 答案 C 2015年以美國(guó)為首的多國(guó)聯(lián)盟多次對(duì)伊拉克極端武裝分子發(fā)動(dòng)空襲 美方稱(chēng)利用衛(wèi)星可以將地面狀況看得一清二楚 而伊方稱(chēng) 已在各地布滿(mǎn)了對(duì)空激光炮 試問(wèn) 在戰(zhàn)爭(zhēng)爆發(fā)時(shí) 伊方欲用激光器擊毀位于地平線上方的空間站 則應(yīng)將激光器 A 瞄高些B 瞄低些C 沿視線直接瞄準(zhǔn)D 若激光束是紅色 而空間站是藍(lán)色的 則應(yīng)瞄高些答案 C 解析 空間站反射太陽(yáng)的光射向地球 通過(guò)地球大氣層要發(fā)生折射 而激光器發(fā)出的光通過(guò)大氣層射向空間站也要發(fā)生折射 根據(jù)光路可逆 兩者的光路相同 因此 A B兩項(xiàng)錯(cuò)誤 C項(xiàng)正確 D項(xiàng)中空間站是藍(lán)色的 反射光也是藍(lán)色的 比紅色激光束的折射率大 由折射定律知應(yīng)瞄低些方能射中 故D項(xiàng)錯(cuò)誤