浙江省版高中物理 第十三章 光 第5课时 光的颜色色散激光学案 新人教版选修34.docx

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浙江省版高中物理第十三章光第5课时光的颜色色散激光学案新人教版选修34

第5课时　光的颜色、色散、激光

[研究选考·把握考情]

知识内容

光的颜色、色散

考试要求

加试b

教学要求

1.知道光的颜色由频率决定，知道白光是由多种色光组成的

2.了解光在双缝干涉、薄膜干涉、衍射及折射时的色散现象及成因

3.知道不同色光在同一介质中的传播速度、折射率都不同

4.了解薄膜干涉的原理及应用

说明

不要求定量分析涉及薄膜干涉的有关问题

知识内容

激光

考试要求

加试a

教学要求

1.知道激光与自然光的不同之处

2.知道激光的特点

3.知道激光的应用

4.区分相干光与非相干光

说明

1.不要求了解激光的产生机理

2.不要求了解全息照相原理

知识点一　光的颜色、色散

[基础梳理]

1.不同颜色的光，波长不同。

白光是由多种色光组成的。

2.光的色散：

含有多种颜色的光被分解为单色光的现象。

3.光谱：

含有多种颜色的光被分解后，各种色光按其波长的有序排列，就是光谱。

[即学即练]

我国南宋时的程大昌在其所著《演繁露》中叙述道：

“凡风雨初霁，或露之未唏，其余点缀于草木枝叶之末，日光入之，五色俱足，闪烁不定，是乃日之光品著色于水，而非雨露有所五色也。

”这段文字记叙的是光的何种现象（　　）

A.反射B.色散C.干涉D.折射

解析　题中文言的意思是：

风雨刚晴，或露水未干，水珠点缀于草木枝叶之端，太阳光射到上面，各种颜色都有，这其实是折射中的色散现象，故选项B正确，A、C、D错误。

答案　B

知识点二　薄膜干涉中的色散

[基础梳理]

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。

[要点精讲]

1.薄膜干涉中应注意的问题

（1）观察的是从膜前、后两表面反射回来的光（眼睛与光源在膜的同一侧）。

（2）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。

2.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】如图1所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置，P是附有肥皂薄膜的铁丝圈，S是一点燃的酒精灯，往火焰上撒些盐后，在肥皂膜上观察到的干涉图样应是图中的（　　）

图1

解析　铁丝圈上的肥皂泡薄膜在重力作用下上薄下厚，在同一水平线上厚度基本一致，如果某一厚度处前后表面反射的同一列光波叠加得到加强，那么这一水平线上同一厚度处形成亮条纹，所以干涉条纹应是水平的。

答案　D

知识点三　衍射及折射中的色散

[基础梳理]

1.衍射中的色散

用白光做衍射实验，得到的条纹是彩色的。

这是因为白光中包含了各种颜色的光，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.折射中的色散

（1）一束白光通过棱镜而被折射后，在屏上的光斑是彩色的，这说明光在折射过程中发生了色散。

（2）透明物质对于波长λ不同的光的折射率n不一样，λ越小，n越大。

（3）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，波速越小。

[要点精讲]

1.棱镜对光的传播方向的改变遵循光的折射定律。

如图2所示中的θ为光的偏向角，光的偏向角越大，表示棱镜对光的偏折程度越大。

图2

2.光的颜色由光源的频率决定，与介质无关，与波长无关，波速由介质和光的频率共同决定。

3.白光由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种色光组成，七种色光的特性差异可以用下表表示出来。

各种色光

红橙黄绿青蓝紫

频率

小→大

波长

长→短

折射率

小→大

波速（介质中）

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

【例2】如图3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3

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　由于玻璃对各色光的折射率不同，导致色散的形成，玻璃对紫光的折射率最大，对红光的折射率最小，据n＝

可知a侧为紫光，b侧为红色，在真空中，红光的波长大于紫光的波长，由n＝

可以求出，在三棱镜中，红光的传播速度大于紫光的传播速度。

答案　B

知识点四　激光

[基础梳理]

激光的特点及其应用

特点

性质

应用

相干性

只有频率相同、相位差恒定、偏振方向一致的光才是相干光。

激光是一种人工产生的相干光，具有高度的相干性

光纤通信

平行度

激光的平行度非常好，在传播很远的距离后仍能保持一定的强度

精确的测距；读取光盘上记录的信息等

高亮度

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”；激发核反应等

[即学即练]

下列关于激光的说法正确的是（　　）

A.激光可用于测距

B.激光能量十分集中，只可用于加工金属材料

C.外科研制的“激光刀”可以有效地减少细菌的感染

D.激光可用于全息照相，有独特的特点

解析　激光平行度好，即使在传播了很远的距离之后，它仍保持一定的强度，此特点可用于激光测距，选项A正确；激光的亮度高，能量十分集中，可用于金属加工、激光医疗、激光美容、激光武器等，选项B错误；由于激光亮度高、能量大，在切割皮肤的同时，也能杀灭细菌，所以选项C正确；激光具有很高的相干性，可用于全息照相，由于它记录了光的相应信息，所以看起来立体感较强，选项D正确。

答案　ACD

1.如图4所示是用干涉法检查某块厚玻璃板的上表面是否平整的装置，所用单色光是用普通光通过滤光片产生的，检查中所观察到的干涉条纹是由下列哪两个表面反射的光线叠加而成的（　　）

图4

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

解析　干涉法的原理是利用单色光的薄膜干涉，这里的薄膜指的是样板与待测玻璃板之间的空气层。

在空气层的上表面和下表面分别反射的光会发生干涉，观察干涉后形成的条纹是否为平行直线，可以断定厚玻璃板的上表面是否平整。

因此选项C正确。

答案　C

2.用如图5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（在灯芯上洒些盐），图（b）是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属丝圈。

将金属丝圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是（　　）

图5

A.当金属丝圈旋转30°时干涉条纹同方向旋转30°

B.当金属丝圈旋转45°时干涉条纹同方向旋转90°

C.当金属丝圈旋转60°时干涉条纹同方向旋转30°

D.干涉条纹保持原来状态不变

解析　金属丝圈的转动，改变不了肥皂液膜的上薄下厚的形状，由干涉原理可知干涉条纹与金属丝圈在该竖直平面内的转动无关，仍然是水平的干涉条纹，A、B、C错误，D正确。

答案　D

3.如图6所示，水盆中盛有一定深度的水，盆底处水平放置一个平面镜。

平行的红光束和蓝光束斜射入水中，经平面镜反射后，从水面射出并分别投射到屏MN上两点，已知水对蓝光折射率大于红光，则有（　　）

图6

A.从水面射出的两束光彼此平行，红光投射点靠近M端

B.从水面射出的两束光彼此平行，蓝光投射点靠近M端

C.从水面射出的两束光彼此不平行，红光投射点靠近M端

D.从水面射出的两束光彼此不平行，蓝光投射点靠近M端

解析　

由于两种色光的折射率不同，那么在水面处的折射角不同，如图所示，红光折射角大于蓝光折射角，平面镜也是以各自的折射角大小进行入射和反射，所以平面镜上的入射光线和反射光线都不平行，再到水面发生折射，根据光路可逆可以分析出从水面射出的两束光却彼此平行，作出光路图可以知B正确。

答案　B

4.在演示双缝干涉的实验时，常用激光做光源，这主要是应用激光的（　　）

A.亮度高B.平行性好

C.相干性好D.波动性好

解析　频率相同的两束光相遇才能发生干涉，激光具有高度的相干性，通过双缝时能够得到两束相干光。

故C正确。

答案C　

选择题（在每小题给出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的。

）

1.下列现象中可以用薄膜干涉来解释的是（　　）

A.雨后的彩虹

B.水面上的油膜在阳光照射下呈彩色

C.透过昆虫的翅膀看阳光呈彩色

D.荷叶上的水珠在阳光下晶莹透亮

解析　雨后的彩虹是折射现象，故选项A错误；透过昆虫的翅膀看阳光呈彩色是衍射现象，故选项C错误；水珠在阳光下晶莹透亮是全反射的结果，故选项D错误；油膜在阳光照射下呈彩色是薄膜干涉的结果，故选项B正确。

答案　B

2.如图1所示，一束白光从左侧射入肥皂薄膜，下列说法中正确的是（　　）

图1

A.人从右侧向左看，可以看到彩色条纹

B.人从左侧向右看，可以看到彩色条纹

C.彩色条纹水平排列

D.彩色条纹竖直排列

解析　一束白光射到薄膜上，经前后两个面反射回来的光相遇，产生干涉现象，从左侧向右看可看到彩色条纹，又由于薄膜同一水平线上的厚度相同，所以彩色条纹是水平排列的，故B、C正确。

答案　BC

3.一个半径较大的透明玻璃球体，截取其下面的一部分，然后将这一部分放到标准的水平面上，现让单色光竖直射向截面，如图2所示，在反射光中看到的是（　　）

图2

A.平行的明暗相间的直干涉条纹

B.环形的明暗相间的干涉条纹

C.只能看到同颜色的平行反射光

D.一片黑暗

解析　这是薄膜干涉模型，由于以接触点为圆心的同一圆周上，光通过空气楔的光程差是相同的，故干涉条纹是环形的。

答案　B

4.白光通过三棱镜发生色散现象，下列说法正确的是（　　）

A.白光是由不同频率的光组成的

B.棱镜材料对各种色光的折射率不同

C.棱镜对红光的折射率大，对紫光的折射率小

D.出现色散现象是棱镜改变了颜色

解析　从红光到紫光，频率越来越大，折射率也越来越大，A、B正确。

答案　AB

5.对于红、黄、绿、蓝四种单色光，下列表述正确的是（　　）

A.在相同介质中，绿光的折射率最大

B.红光的频率最高

C.在相同介质中，蓝光的波长最短

D.同一双缝干涉实验装置，红光所产生的条纹间距最小

解析　在红、黄、绿、蓝四种单色光中，蓝光的折射率最大，频率最高，波长最短，A、B错误，C正确；由Δx＝

λ知，D错误。

答案　C

6.一束复色光由空气射向一块平行平面玻璃砖，经折射分成两束单色光a、b。

已知a光的频率小于b光的频率。

下面的几个图中哪个光路图可能是正确的（　　）

解析　由于a光的频率小于b光的频率，可知a光的折射率小于b光的折射率。

在上表面a、b两束单色光的入射角相同，由折射定律可判断出a光的折射角大于b光的折射角。

在下表面光线由玻璃射向空气，入射角等于上表面的折射角，故下表面的折射角应与上表面的入射角相同，即通过玻璃砖后的出射光线应与原入射光线平行。

答案　B

7.对于激光的认识，以下说法正确的是（　　）

A.普通光源发出的光都是激光

B.激光是自然界普遍存在的一种光

C.激光是一种人工产生的相干光

D.激光已深入到我们生活的各个方面

解析　激光是人工产生的相干光，并不能由普通光源发出，激光在我们日常生活中有着重要的应用。

答案　CD

8.让激光照到VCD机、CD机或计算机的光盘上，就可以读出盘上记录的信息，经过处理后还原成声音或图象，这是利用激光的（　　）

A.平行度好，可以会聚到很小的一点上

B.相干性好，可以很容易形成干涉图样

C.亮度高，可以在很短时间内集中很大的能量

D.波长长，很容易发生明显的衍射现象

解析　激光的特点之一是平行性好，它可以会聚到一个很小的点上，DVD、VCD、CD唱机或电脑上的光驱及刻录设备就利用了激光的这一特点，选项A正确，B、C、D错误。

答案　A

9.将激光束的宽度聚焦到纳米级（10－9m）范围内，可修复人体已损坏的器官，对DNA分子进行超微型基因修复，把至今尚令人无奈的癌症、遗传疾病等彻底根除，这是应用了激光的（　　）

A.平行性好的特性B.单色性好的特性

C.亮度高的特性D.粒子性好的特性

解析　激光的特性之一是强度大，亮度高，医学上用的激光刀就是其应用。

答案　C

10.关于薄膜干涉，下列说法中正确的是（　　）

A.只有厚度均匀的薄膜，才会发生干涉现象

B.只有厚度不均匀的楔形薄膜，才会发生干涉现象

C.厚度均匀的薄膜会形成干涉条纹

D.观察肥皂液膜的干涉现象时，观察者应和光源在液膜的同一侧

解析　当光从薄膜的一侧照射到薄膜上时，只要前后两个面反射回来的光波的路程差满足振动加强的条件，就会出现明条纹，满足振动减弱的条件就会出现暗条纹。

这种情况在薄膜厚度不均匀时才会出现；当薄膜厚度均匀时，不会出现干涉条纹，但也发生干涉现象。

答案　D

11.市场上有种灯具俗称“冷光灯”，用它照射物品时能使被照物品产生的热效应大大降低，从而广泛地应用于博物馆、商店等处。

这种灯降低热效应的原因之一是在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面上镀了一层薄膜（氟化镁）。

这种膜能消除不镀膜时玻璃表面反射回来的热效应最显著的红外线，以λ表示此红外线的波长，则所镀薄膜的厚度最小应为（　　）

A.

λB.

λC.

λD.λ

解析　为消除反射的热效应显著的红外线，则要求红外线在薄膜的前后表面反射后叠加减弱，即路程差为半波长的奇数倍，故薄膜的最小厚度为红外线在该薄膜中波长的

。

答案　B

12.如图3所示，将半圆形玻璃砖放在竖直面内，它左方有较大的光屏P，一光束SA总是射向圆心O，在光束SA绕圆心O逆时针转动过程中，在P上先看到七色光带，然后各色光陆续消失，则此七色光带从下到上的排列顺序以及最早消失的光是（　　）

图3

A.红光→紫光，红光

B.紫光→红光，红光

C.红光→紫光，紫光

D.紫光→红光，紫光

答案　D