1、第7节光的颜色色散第8节激光1知道白光是由多种色光组成的，知道光的色散及光谱的概念。2知道薄膜干涉的原理、应用，及薄膜干涉中的色散。3理解衍射时的色散，理解折射时的色散，知道光的折射率与波长的关系，知道光在介质中的传播速度与波长的关系。4了解激光的特点和应用，了解全息照相的原理。一、光的颜色与色散1双缝干涉实验中，条纹之间的距离与光波的波长成正比，用白光做实验时，得到彩色条纹，说明不同颜色的光，波长不同。2光的色散与光谱(1)光的色散：含有多种颜色的光被分解为单色光的现象。(2)光谱：含有多种颜色的光被分解后，各种色光按其波长有序排列。二、薄膜干涉中的色散竖直放置的肥皂薄膜受到重力作用，下面厚
2、，上面薄，因此在膜上不同的位置，来自前后两个面的反射光，频率相同，但路程差不同，在某些位置，这两列波叠加后相互加强，出现亮条纹；在另一些位置，叠加后相互削弱，出现暗条纹。三、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。四、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、青、蓝、紫，这说明：(1)透明物质对真空中波长不同的光的偏折程度不同，折射率n也不一样，越小，n越大。(2)又根据n，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。(3)又根据sinC，在同一种物质中，不同波长
3、的光波的临界角不同，波长越短，临界角越小。五、激光1激光的特点和应用(1)相干性与应用相干性：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。应用：用来传播信息。光纤通信就是激光和光导纤维相结合的产物，电磁波的频率越高，它所携带的信息量越大，所以激光可以比无线电波携带更多的信息。(2)平行度及应用平行度：激光的平行度非常好，所以它在传播很远的距离后仍能保持一定的强度。应用：进行精确的测距。多用途的激光雷达不仅可以测量距离，而且能根据多普勒效应测出目标的运动速度。(3)亮度及应用亮度高，它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量。可用激光束
4、来切割、焊接以及在很硬的材料上打孔，医学上可以用激光做“光刀”来切开皮肤、切除肿瘤，还可以用激光“焊接”剥落的视网膜。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激光照射照片，从另一侧面观察。判一判(1)激光用于光纤通信是利用了它亮度高的特点。()(2)激光可用做“光刀”来切开皮肤，是利用了激光的相干性好。()(3)全息照相技术只能记录光波的强弱信息。(
5、)提示：(1)(2)(3)想一想(1)太阳光谱由几种单色光组成？各单色光在同种介质中的波长长短是如何排列的？提示：太阳光谱由七种色光组成，按各色光在同种介质中波长由长到短的顺序依次是红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。(2)光从真空进入介质中，其频率、波长、波速如何变化？提示：光的频率是由光源的发光机理决定的，所以光由真空进入介质中时，光的频率不变，由n可知，光的传播速度减小，由vf可知，波长变短。(3)利用激光测量地球到月球的距离，应用了激光哪方面的性质？提示：应用了其“平行度”非常好的性质。课堂任务光的颜色、色散1对光的颜色的理解：光的颜色由色光的频率决定。不同颜色的光频率不同，在同种介质中传播时
6、波长不同，波速不同；光由一种介质进入另一种介质时，频率不变，故光的颜色不变。2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临界角(同种介质中)大小折射率小大波速(真空中)不变，c3108 m/s波速(介质中)大小双缝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3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，白光发生了色散现象。4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
7、，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)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。如图所示。5光的色散现象能表明的问题(1)同一介质对不同色光的折射率不同，频率越高折射率越大，七色光中红光的折射率最小，紫光的折射率最大。(2)由n可知，同一介质中各种色光的光速不同，红光的折射率最小，光速最大；而紫光的折射率最大，光速最小。(3)光由一种介质进入另一种介质时，光的颜色不变，光速改变。(4)光在介质中的传播速度与介质有关，与光的频率也
8、有关，这一点与机械波是有区别的。例1如图所示，从点光源S发出的一束细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()A在三棱镜中a侧光的传播速度大于b侧光的传播速度Bb侧光更容易产生衍射现象C若改变白光的入射角，在屏上最先消失的是b侧光D通过同一双缝干涉装置产生的干涉条纹的间距xaxb (1)比较a光与b光折射率、频率、波长、波速的大小。提示：a光折射率大，光的频率大，在同种介质中的传播速度小，波长小。(2)改变白光的入射角，光屏上为什么会有色光消失？提示：光在三棱镜右侧面上发生了全反射，不会再射到光屏上了。规范解答根
9、据色散形成的光谱，所以fafb，ab，所以b更容易产生衍射，B正确；nanb，根据n，所以vavb，A错误；sinC，所以b光的临界角大，a光更容易发生全反射，C错误；根据x可知，xaxb，D错误。完美答案B色散问题解题技巧(1)同一种介质中，频率越大的折射率越大。(2)熟记下面几个公式。v，n，x，sinC。已知某玻璃对蓝光的折射率比对红光的折射率大，则两种光()A在该玻璃中传播时，蓝光的速度较大B以相同的入射角从空气斜射入该玻璃中，蓝光折射角较大C在该玻璃中传播时，红光的波长较长D用同一装置进行双缝干涉实验，蓝光的相邻条纹间距较大答案C解析由题意知n蓝n红，所以f蓝f红，由v知v红v蓝，A
10、错误；由n知2红2蓝，B错误；由知红蓝，C正确；由x知x红x蓝，D错误。课堂任务薄膜干涉1薄膜干涉的成因如图所示，竖直放置的肥皂液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，则出现亮条纹；在另一些地方，叠加后互相减弱，则出现暗条纹。薄膜干涉中应注意的三个问题：(1)观察的是从膜前、后两表面反射回来的光，不是透过膜的光，眼睛与光源在膜的同一侧。(2)用单色光和白光分别照射同一膜，观察到的现象是不同的。用白光做这个实验看到的将是彩色条纹；而在单色光照射下，则会出现明、暗相间的条纹。(3)每一条纹呈现水平分布，各条纹按竖直
11、方向排列。2薄膜干涉的应用(1)用干涉法检查平面平整度如图所示，两板之间形成一层空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检测平面是光滑的，得到的干涉图样必是等间距的。如果被检测表面某处凹下，则对应亮条纹(或暗条纹)提前出现，如图甲所示；如果某处凸起来，则对应条纹延后出现，如图乙所示。(注：“提前”与“延后”不是指在时间上，而是指由左向右的位置顺序上)(2)增透膜为了减少光学装置中的反射光的损失，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反相，相互抵消，从而使反射的两列光波产生相消干涉，反射
12、光的能量几乎等于零。一般取最小厚度d满足d(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，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，所以增透膜呈现绿光的互补色淡紫色。 例2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块平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜。当光垂直入射后，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)任意一条亮条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；(2)任意相邻亮条纹或暗条纹所对应的薄膜
13、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的劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹()A变疏 B变密 C不变 D消失(1)同一干涉条纹对应的空气膜厚度有何特点？提示：同一干涉条纹对应的空气膜厚度相等。(2)抽去一张纸片后，空气膜厚度变化减小，原来的某一明条纹的位置怎样变化？提示：向空气膜厚度增大的方向移动。规范解答干涉条纹是由空气薄膜的上下两个表面反射的光线叠加而成的，当抽去一张纸片后，劈形空气薄膜倾角减小，相邻明条纹(或暗条纹)必须变疏才能符合所在位置下面对应的薄膜厚度差跟原先一样，故A正确。完美答案A被测平面凹下或凸起的判断方法把干涉条纹看成“矮人”的行走轨迹。让一个小
14、矮人在两板间沿着一条条纹直立行走，始终保持脚踏被测板，头顶样板，在行走过程中：若遇凹下，他必向薄膜的尖端去绕，方可按上述要求行走，即条纹某处弯向薄膜尖端，该处为一凹下；若遇一凸起，他必向薄膜的底部去绕，方可按上述要求行走，即条纹某处弯向薄膜底部，该处为一凸起。(多选)如图所示，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，观察到如图所示条纹中的P和Q情况，这说明()AN的上表面A处向上凸起BN的上表面B处向上凸起CN的上表面A处向下凹陷DN的上表面B处向下凹陷答案BC解析空气厚度从左向右依次增大，则两表面的反射光的路程差自左向右依次增大。同一条纹上的各点对应的厚度相同(类比于地理上的
15、等高线)，当条纹向左弯曲(P)说明等高线向左移动，即现在A处的高度和A处右边点的高度相同，因此高度变大，A处下凹。当条纹向右弯曲(Q)，说明等高线右移，即现在B处的高度和左边点的高度相同，B处上凸。B、C正确。课堂任务激光1激光激光是原子受激辐射产生的光，发光的方向、频率、偏振方向均相同，两列相同激光相遇可以发生干涉。激光是相干光，激光是人工产生的光。2激光的特点及应用特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
16、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3全息照相同一束激光被分为两部分，一部分直接照射到底片上，另一部分通过被拍摄物反射再到达底片。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。在底片上某点亮暗程度反映了两束光叠加后到达这点时光波的强弱。例3(多选)关于应用激光的事例中，下列说法正确的是 ()A激光平行度好可以用于测距B激光能量十分集中，为治疗近视眼而研制的“激光刀”就利用了这个特点，优点是有效地减少了细菌的感染C激光的亮度高，可以用于城市广场照明D激光的相干性好，可用于双缝干涉实验(1)光发生干涉的条件是什么？提示：频率相同、相位
17、差恒定、偏振方向一致。(2)激光的什么特点与干涉条件相符合？提示：激光具有高度的相干性。规范解答激光平行度好，即使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，A正确；激光的亮度高，能量十分集中，可应用于金属的加工、激光医疗、激光美容、激光武器等，B正确；激光具有很好的相干性，可应用于双缝干涉实验、全息照相等，D正确；激光亮度高，但是是单色的，因此不能用于广场照明，所以C错误。完美答案ABD激光相关问题解题关键(1)熟记激光的主要特点及应用。(2)激光作为一种光，具有光的一切性质，能发生衍射、干涉、反射、折射等。遵从反射定律、折射定律等。激光液面控制仪的原理是：固定的一束激光
18、AO以入射角照射到液面上，反射光OB射到水平的光屏上，屏上用光电管将光信号转变成电信号，如图所示。如发现光点向右移动s的距离到达B，则液面是升高了还是降低了？变化了多少？答案降低cot解析变化前后的光路图如图，由图知光点右移时液面下降，由几何知识知：ODBB为平行四边形，OCD为等腰三角形，CE为其高，在OCD中可解得：液面下降hcot。A组：合格性水平训练1(光的颜色、折射时的色散) 如图所示，一束由红、绿、紫三种单色光组成的复色光，通过横截面为梯形的玻璃砖后，在光屏上形成彩色光带。下列关于彩色光带排列顺序的说法中正确的是()A从上到下依次为紫、绿、红B从上到下依次为红、绿、紫C从上到下依次
19、为绿、红、紫D从上到下依次为绿、紫、红答案A解析棱镜对不同色光的折射率不同，对红光的折射率小，其偏折角度小，折射在光带的下部。对紫光的折射率大，偏折角度大，出射后在光带的上部。故正确答案为A。2(光的颜色、折射时的色散) 雨后太阳光入射到水滴中发生色散而形成彩虹。设水滴是球形的，图中的圆代表水滴过球心的截面，入射光线在过此截面的平面内，a、b、c、d代表四条不同颜色的出射光线，则它们可能依次是()A紫光、黄光、蓝光和红光B紫光、蓝光、黄光和红光C红光、蓝光、黄光和紫光D红光、黄光、蓝光和紫光答案B解析由供选答案知四种光线红、黄、蓝、紫的频率为红黄蓝紫，故其折射率n红n黄n蓝n紫，因折射率大，光
20、在折射时，偏折程度大，故太阳光经水滴折射后，在水中传播，从上到下依次为红、黄、蓝、紫，再由光的反射定律，结合光路图可知其反射后从上到下顺序颠倒，因此出射光依次为紫光、蓝光、黄光和红光，B正确，A、C、D错误。3(薄膜干涉时的色散) 如图所示，一束白光从左侧射入肥皂液膜，下列中：人从右侧向左看，可看到白色条纹；人从左侧向右看，可看到彩色条纹；彩色条纹水平排列；彩色条纹竖直排列。正确的是()A B C D答案C解析彩色条纹是前后两表面的反射光相互叠加的结果，每一条纹呈水平分布。故正确答案为C。4(激光)(多选)下列说法正确的是()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
21、“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，有独特的特点答案ACD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，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，B错误；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位信息，所以看起来跟真的一样，立体感较强，D正确；由于激光亮度高，能量大，在切割皮肤等的同时，也能杀灭细菌，C正确。5(薄膜干涉时的色散)(多选)凸透镜的弯曲表面是个球面，球面的半径叫做这个曲面的曲率半径。把一个凸透镜的弯曲表面压在另一个玻璃平面上，让单色光从上方射入(如图甲所示)，这
22、时可以看到亮暗相间的同心圆(如图乙所示)。这个现象是牛顿首先发现的，这些同心圆叫做牛顿环，为了使同一级圆环的半径变大(例如从中心数起的第二道圆环)，则应()A将凸透镜的曲率半径变大B将凸透镜的曲率半径变小C改用波长更短的单色光照射D改用波长更长的单色光照射答案AD解析当光程差为波长的整数倍时是亮条纹，光程差为半波长奇数倍时是暗条纹。换一个表面曲率半径更大的凸透镜，出现亮条纹的这一厚度向远离圆心方向偏移，可知圆环半径增大，A正确，B错误；改用波长更长的单色光照射，出现同一级亮纹的光程差变大，到圆心距离增大，半径变大，所以C错误，D正确。6(光的颜色、折射时的色散、全反射) (多选)如图所示，某玻
23、璃棱镜的顶角为，恰为黄光的临界角，当白光通过棱镜发生色散，在光屏A上形成彩色光带后，把白光的入射角i逐渐减小到零的过程中，在光屏上会观察到()A最后在B屏上右边是黄光B最后在B屏上左边是紫光C最后在B屏上右边是紫光D最后在B屏上左边是黄光答案AB解析玻璃对紫光的折射率最大，紫光的偏折角最大，而紫光的临界角最小，所以首先在EG面上发生全反射后，再从GF面上折射到光屏B上。当i0时，白光射到EG面上的入射角为，此时黄光恰好发生全反射，而频率高于黄光的绿、蓝、紫光均发生全反射到FG面上，它们的入射角相同，折射角最大的是紫光，所以B屏的左边是紫光，由以上分析可知A、B正确。7(综合)一种红宝石激光器发
24、射的激光是不连续的一道道闪光，每道闪光称为一个光脉冲，若这种激光器光脉冲的持续时间为1.01011 s，波长为694.3 nm，发射功率为1.01010 W。(1)每列光脉冲的长度是多少？(2)用红宝石激光照射皮肤色斑，每1 cm2吸收能量达到60 J以后，色斑便逐渐消失，一颗色斑的面积为50 mm2，则它需要吸收多少个红宝石激光脉冲才能逐渐消失？答案(1)3.0103 m(2)300个解析(1)光脉冲持续时间为发射一个光脉冲所需的时间一个光脉冲长度lct3.01081.01011 m3.0103 m。(2)一个光脉冲所携带的能量EPt1.010101.01011 J0.1 J清除面积为50
25、mm2的色斑需要光脉冲数为n个300个。B组：等级性水平训练8(光的色散)(多选)表面附着油膜的透明玻璃片，当有阳光照射时，可在表面和玻璃片的边缘分别看到彩色图样，则()A两者都是色散现象B两者都是干涉现象C前者是干涉现象D后者是折射现象E前者不是色散现象，后者是色散现象答案ACD解析阳光照射到油膜上，油膜前后表面的反射光干涉形成彩色图样，是干涉现象。阳光照在边缘棱角处，由于折射产生彩色图样，是折射现象，两者都属于色散现象，故A、C、D正确。9(激光的特点及应用)(多选)以下说法中正确的是()A激光是一种人工产生的相干光，具有高度的相干性B由于激光的方向性好，所以激光不能产生衍射现象C光纤通信
26、是激光和光导纤维相结合的产物D普通照相技术所记录的只是光波的强弱信息，而全息照相技术还可以记录光波的相位信息答案ACD解析激光是一种人工产生的相干光，具有高度的相干性，故A正确；激光相干性好，可以发生干涉、衍射现象，故B错误；光纤通信是激光和光导纤维相结合的产物，故C正确；普通照相技术所记录的只是光波的强弱信息，而全息照相技术还可以记录光波的相位信息，故D正确。10(薄膜干涉的应用)(多选)如图所示是用干涉法来检查某块厚玻璃板上表面是否平整的装置，所用红色光是用普通光源加红色滤色光片产生的，从上往下观察到的干涉条纹如下右图所示，则下列判断正确的是()A若观察到的条纹如图甲所示，则说明厚玻璃板上
27、表面是平整的B若观察到的条纹如图乙所示，则厚玻璃板上表面有下凹的位置C若观察到的条纹如图乙所示，则厚玻璃板上表面有上凸的位置D若是用黄色滤色光片产生的黄色光做该实验，则干涉条纹变密答案ABD解析薄膜干涉形成的条纹是膜的上下表面的发射光干涉产生的，若观察到的条纹如图甲所示，则说明厚玻璃板上表面是平整的，故A正确；薄膜干涉是等厚干涉，即明条纹处空气膜的厚度相同。从弯曲的条纹可知，检查平面左边处的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相同，知该处凹陷，故B正确，C错误。若是用黄色滤色光片产生的黄色光做该实验，则波长变短，则干涉条纹变密，故D正确。11(薄膜干涉的应用)为了减少玻璃表面光的反射损失，在玻璃表面上
28、涂一层折射率为的增透膜，设入射光波长700 nm，为了使这种波长的反射光能最大限度地被减弱，所涂薄膜的最小厚度是_ nm。答案140解析题中求的是所涂薄膜的最小厚度，它应为光在薄膜中波长的。由cf，v0f得光在其中波长0，所以最小厚度d0 nm140 nm。12(综合)波长为0.65 m的红光，从空气射入水中，水对空气的折射率为1.33。求该光在水中的波长，并判断在水中该光的颜色。答案0.49 m红光解析单色光从一种介质进入另一种介质时，波长变化了，波速也相应变化了，但它的频率不变，所以在水中该光仍是红光。根据n水中的波长0.49 m。13. (综合)如图所示，横截面是直角三角形ABC的三棱镜
29、对红光的折射率为n1，对紫光的折射率为n2，一束很细的白光由棱镜的一个侧面AB垂直射入，从另一个侧面AC折射出来。已知棱镜顶角A30，AC边平行于光屏MN，且与光屏的距离为L。(1)画出白光通过棱镜折射的光路图；(出射光线画两条边缘光线，并指明其颜色)(2)求在光屏MN上得到的可见光光谱的宽度d。答案(1)图见解析(2)L解析(1)由于光线垂直AB面入射，故在AB面上光线不偏折。在AC面，设红光折射角为1，紫光折射角为2，由于n2n1，所以紫光偏折角度将大于红光，故21，光谱上方为紫光，下方为红光。光路如图所示。(2)由折射定律得：n1sin30sin1，n2sin30sin2，则sin1，sin2。MN上可见光谱的宽度：dL(tan2tan1)LL。
