1、1 新情境激趣引航夏天，大雨之后往往在天空中会出现美丽的彩虹，这是发生了什么样的光学现象？为什么会出现不同颜色的光？2 新知识预习探索学习目标 1.知道光的色散现象2.理解薄膜干涉中的色散现象，并了解薄膜干涉的应用3.理解光的衍射时的色散现象4.理解折射时的色散现象产生的原因5.知道同一介质对不同色光的折射率不同6.了解激光的特性和应用，应用激光观察全息照相 新知预习一、光的颜色与色散1光的颜色与波长：不同颜色的光，波长不同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二、色散1薄膜干涉中的色散：(1)薄膜干涉中相干光的获得：光照射
2、到薄膜上，在薄膜的前后两个面反射的光是由同一个光波分解而成的，它们具有相同的频率、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路程差不同，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，两列波相遇后相互削弱，于是出现暗条纹2衍射时的色散：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造成的3折射时的色散：如图，说明通过棱镜折射后由上到下的色光顺序为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫在同一种物质中，不同波长的光波的传播速度不一样，波长越短，波速越小三、激光1激光的特点及应用：特
3、点性质应用相干性激光具有频率单一、相位差恒定、偏振方向相同的特点，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平行度非常好，传播很远的距离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范围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2.全息照相：(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相位信息(2)原理：全息照相的拍摄利用了光的干涉原理，使参考光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相干性(3)观察全息照片时要用
4、激光照射照片，从另一侧面观察问题探索想一想问题1 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问题2 在日常生活中，我们可以随时感受到激光的存在如在超级市场里，你会看到用激光在商品的条形码上扫描，结算账目(如图所示)，你能再举几个生活中应用激光的例子吗？提示：如：用CD或DVD播放影片、电视或网络信息的传输光缆、激光测距、激光切割等.3新课堂互动探究 知识点一正确理解色散重点聚焦1折射时的色散：(1)把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，如图所示实验表明，白光色散时，红光的偏向角最小，紫光的偏
5、向角最大这说明玻璃对不同色光的折射率是不同的紫光的折射率最大，红光的折射率最小(2)由于介质中的光速vcn，故在同种介质中折射率大的光速小，各种色光在同种介质中的光速依次为v紫v蓝v橙v红，即红光的速度最大，紫光的速度最小(3)如图所示，白光经过三棱镜后，在光屏上呈现七色光带；若从棱镜的顶角向底边看，由红到紫依次排列，紫光最靠近底边，光的色散实质上是光的折射现象2双缝干涉中的色散：用不同的单色光做双缝干涉实验，得到的条纹之间的距离不一样，但都是明暗相间的单色条纹由x ld 知，红光波长最长，x最大，紫光波长最短，x最小白光干涉时的条纹是彩色的，可见，白光是由多种色光组成的复色光，发生干涉时，白
6、光发生了色散现象典例精析(多选)如图所示，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()Aa侧是红光，b侧是紫光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侧光的折射率大于对b侧光的折射率D在三棱镜中a侧光的速率比b侧光大BC【解析】同一种介质对不同颜色的单色光的折射率不同介质对频率大、波长短的光的折射程度大红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种单色光的频率依次增大由图可以看出，a侧光偏折得较厉害，三棱镜对a侧光的折射率较大，所以a侧光是紫光，波长较短，b侧光是红光，波长较长，因此A错，B、C正确；
7、又vc/n，所以三棱镜中a侧光的传播速率小于b侧光的传播速率，D错【方法归纳】(1)三棱镜的作用是使光通过三棱镜后发生偏折，如果入射光是一束复色光，则由于折射率不同，不同的色光偏折程度不同，从而发生色散(2)光通过三棱镜后是否向底边偏折，取决三棱镜的折射率与周围环境介质折射率的关系跟踪练习1红、绿、黄三条入射光线，分别沿与三棱镜的底面平行的方向射向三棱镜的一个侧面，从三棱镜的另一个侧面射出，且出射光线交于三棱镜底边延长线上的一点，三点到三棱镜底边中点的距离分别为x1、x2、x3，则()Ax1x2x3 Bx1x2x2x3Dx1x3x2【解析】依据色散知识可知，光线经过三棱镜将偏向三棱镜的底边，延
8、长后交于三棱镜底边上的一点，这些点到底边的距离与光线偏折的角度有关，偏折的角度越大，交点到底边中点的距离越小因此，红光出射光线与底边延长线的交点距底边中点的距离大于黄光的，黄光的又大于绿光的因此D对【答案】D知识点二薄膜干涉及其应用重点聚焦1用干涉法检查平面平整度：如图甲所示，两板之间形成一层空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检测平面是平滑的，得到的干涉图样必是等间距的。如果被测表面某处凹下，则对应亮条纹(或暗条纹)提前出现，如图乙中P条纹所示；如果某处凸起来，则对应条纹延后出现，如图乙中Q所示(注：“提前”与“延后”不是指在时间上，而是指由左到右的位置顺序上)2增透膜：为了减少光学装置中的
9、反射光的损失，可在元件表面涂一层透明薄膜，一般是氟化镁如图所示，在增透膜的前后表面反射的两列光波形成相干波，相互叠加，当路程差为半波长的奇数倍时，在两个表面反射的光产生相消干涉，反射光的能量几乎等于零一般取最小厚度d满足2d2(此波长为光在该种介质中的波长)由于白光中含有多种波长的光，所以增透膜只能使其中一定波长的光相消因为人对绿光最敏感，一般选择对绿光起增透作用的膜，所以在反射光中绿光强度几乎为零，而其他波长的光并没有完全抵消，所以增透膜呈现淡紫色典例精析 劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图甲所示将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间一个劈形空气薄膜当
10、光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图乙所示，干涉条纹有如下特点：(1)任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；(2)任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定，现若在图甲装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹将如何变化？【解析】光线在空气膜的上下表面上反射，并发生干涉，从而形成干涉条纹设空气膜顶角为，d1、d2处为两相邻明条纹到下表面的距离，则两处光的路程差分别为12d1，22d2因为21，所以d2d112设条纹间距为l，则由几何关系得d2d1ltan，即l2tan.当抽去一张纸片减小时，l增大，即条纹变疏【答案】见解析【方法归纳】解答本
11、题应把握以下三点：(1)当光程差rk(k0，1，2，)时，产生明条纹(2)当光程差r(2k1)2(k0，1，2，)时，产生暗条纹(3)相邻两明条纹厚度差为2.跟踪练习2(多选)光学镜头涂一层薄膜叫增透膜，以下说法不正确的是()A增透膜的作用是为了减少光的反射损失，增强透射光的强度B增透膜的厚度等于入射光在真空中波长的1/4C增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波长的1/4D因为增透膜的作用能使黄绿光反射时相互抵消，而红紫光的反射不能完全抵消，所以涂有增透膜的透镜呈淡紫色【解析】根据薄膜干涉的原理，光学镜头上涂的增透膜的作用就是为了减少光的反射损失，增强透射光的强度，选项A正确增透膜的厚度为光在其中波
12、长的 14，才能反射时相消，增强透射，选项B错误，C正确因为人对黄绿光最敏感，所以增透膜应增强对黄绿光的透射，反射光中的红、紫光成分较多，所以透镜通常呈淡紫色，选项D正确【答案】ACD知识点三激光重点聚焦1激光的特点(1)平行度好只向一定的方向发光，可以说是一束平行光，方向性好(2)相干性好(单色性好)有着非常好的单色性，包含的波长范围非常窄，如氦氖激光，它的波长范围比几分之一纳米还要小，即频率单一，因此激光是颜色最纯的单色光(3)亮度高可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量，一支仅为1 mW的氦氖激光器的亮度要比地球上看到的太阳光亮约一百倍，而一台功率较大的红宝石巨脉冲激光器的亮度比太
13、阳光要亮上百万倍，可以说，激光是现代最亮的光源2激光的应用(1)激光雷达对准目标发出一个极短的激光脉冲，测量发射脉冲和收到回波的时间间隔，结合发射的方向，就可探知目标的方位和距离，结合多普勒效应，还可以求出目标的运动速度(利用激光的平行度好)(2)读盘激光的平行度很好，可以会聚到很小的一点，让会聚点照射VCD碟片、CD碟片、计算机的光盘上，就可读出光盘上记录的信息(利用激光的平行度好)(3)医用激光刀可以用于医疗的某些手术上，具有手术时间短、损伤小、不会引起细菌感染、止血快等优点(利用激光的亮度高)(4)切割金属等难熔物质用激光可以产生几千万度的高温，使最难熔的物质也可在瞬间汽化(利用激光的亮
14、度高)(5)激光育种用激光照射植物的种子会使植物产生有益的变异，用于培育新品种(利用激光的亮度高)(6)引起核聚变使聚变能在控制前提下进行(利用激光亮度高)(7)激光可以作为武器使用，用以击毁侦察卫星，飞行的导弹、飞机、装甲车等(利用激光的亮度高)(8)作为干涉、衍射的光源干涉、衍射现象明显(利用其单色性好)3自然光与激光的区别自然光激光原子发光方向、时刻不确定原子的发光方向及时刻相同频率不一样频率单一不能发生干涉能发生干涉(双缝干涉实验)非相干光人工产生的相干光传播中扩束严重平行度好，传播中几乎不扩束亮度远远小于激光亮度高4.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
15、术还可以记录光波的相位信息(2)全息照相的拍摄利用了光的干涉原理，使参考光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相干性(3)观察全息照片时要用激光照射照片，从另一侧观察特别提醒(1)在不同的用途上激光的强度差别很大像唱片中的激光读写、儿童玩具激光灯、激光教鞭等都很弱；像激光手术刀、激光测距、激光加工等都比较强；像激光武器、激光在可控聚变反应中的应用等都特别强(2)激光的应用主要是指激光的几个特点的应用典例精析 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什么特性()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
16、生干涉，激光的相干性好、频率单一，通过双缝时能够得到两束相干光【答案】C【方法归纳】由波发生干涉的条件是频率相同、相位差恒定、偏振方向一致，以及激光的相干性好、频率单一的特点，很快得出正确选项跟踪练习3激光散斑测速是一种崭新的测速技术，它应用了光的干涉原理用二次曝光照相所获得的“散斑对”相当于双缝干涉实验中的双缝，待测物体的速度与二次曝光时间间隔的乘积等于双缝间距实验中可测得二次曝光时间间隔t、双缝到屏的距离l以及相邻两条亮纹间距x.若所用激光波长为，则该实验确定物体运动速度的表达式是()Avxlt Bv lxtCvlxt Dvltx【解析】设双缝间距为d.由dvt，xld，则v dt lxt
17、.【答案】B4 新思维随堂自测1.在下列现象中，不属于光的干涉现象的是()A雨后马路上油膜呈彩色B肥皂泡在阳光下呈现出彩色C阳光通过三棱镜形成彩色光带D单色光通过双缝时形成明暗相间的条纹【解析】选项A、B中均属于薄膜干涉，D中是双缝干涉，只有选项C所述的情况是光的折射中的色散，故选项C符合题意【答案】C2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，观察者应和光源在薄膜的同一侧【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
18、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，如果是单色光照射，若满足振动加强的条件，整个薄膜前方都是亮的，否则整个薄膜的前方都是暗的如果是复色光照射，某些颜色的光因干涉而减弱，另一些颜色的光会因干涉而加强减弱的光透过薄膜，加强的光被反射回来，这时会看到薄膜的颜色呈某种单色光的颜色，但不形成干涉条纹【答案】D3如图所示的四幅图表示一束白光通过三棱镜的光路图，其中正确的是()【解析】因光在棱镜的两个侧面上发生折射，每次折射都向底边偏折，并且玻璃对不同单色光的折射率不同，不同单色光在同一侧面的偏折角就
19、不同【答案】D4(多选)下列说法正确的是()A光纤通信利用了激光相干性好的特点B激光武器利用了激光亮度高的特点C激光写、读利用了激光亮度高的特点D激光加工、激光手术和激光武器都利用了激光亮度高的特点【解析】利用激光的相干性进行信息的传递，例如利用激光相干性好进行光纤通信；利用激光的平行度好进行精确测量和数据采集；利用激光的亮度高进行激光切割和焊接【答案】ABD5 新视点名师讲座不同色光在介质中的比较(多选)如图所示，两束不同的单色光P和Q，以适当的角度射向半圆形玻璃砖，其出射光线都是从圆心O点沿OF方向射出，则下面说法正确的是()AP光束在玻璃中折射率比Q光大BQ光束的频率比P光束的频率大CP光束穿出玻璃砖后频率变大DQ光束穿过玻璃砖所需时间比P光长【解析】根据折射定律知Q光相对P光偏折更多，即Q光束在玻璃中的折射率更大，Q光的频率会更大，由于两光束在玻璃中的路程相等，由vcn知，Q光束速率小，穿过玻璃所用的时间长，P、Q光从玻璃进入空气中时频率不变，波长会变长故B、D正确【答案】BD【点拨】这类题的解题方法是：根据偏折情况比较折射率，由折射率的大小确定频率的高低，依据频率的高低比较波速的大小，依据波速的大小比较所用时间的长短.
