人教版物理选修3-4同步导学第13章-第7、8节.ppt

单击此处编辑母版文本样式,人教版物理选修3-4同步导学精品第13章-第7、8节,第十三章,光,第七节 光的颜色 色散,第八节 激光,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,1,课前预习,2,课内探究,3,素养提升,4,课堂达标,5,课时作业,课 前 预 习,光的色散,频率,波长,单色光,波长,1,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,2,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,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,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,1,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,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。,(,),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,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？,课 内 探 究,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,1,折射时的色散,(1),棱镜,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。,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,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。,(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。,2,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。,3,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,(,河北省鸡泽县一中,2017,年高二下学期期末,),某棱镜顶角,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,1,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,1.532,1.528,1.519,1.517,1.514,1.513,临界角,40.75,40.88,41.17,41.23,41.34,41.37,A,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,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。,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,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,1,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。,2,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。,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。,(,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,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。,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,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,。,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,1,激光的产生,激光是人工产生的相干光。,2,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。,(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。,3,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。,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,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。,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,素 养 提 升,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,(,),B,A,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,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。,课 堂 达 标,课 时 作 业,