光的顏色色散激光

1、13.7-8 光的顏色 色散 激光電大附中 楊洪濤一、通過棱鏡的光線一、通過棱鏡的光線1、棱鏡、棱鏡定義：各平面相交的透明體叫做棱鏡。定義：各平面相交的透明體叫做棱鏡。橫截面為三角形的棱鏡叫橫截面為三角形的棱鏡叫 三棱鏡三棱鏡。通常所說的通常所說的棱鏡棱鏡指三棱鏡。指三棱鏡。問題問題: :讓一束單色光從空氣射向玻璃棱鏡的一個側(cè)面，讓一束單色光從空氣射向玻璃棱鏡的一個側(cè)面，如圖所示，試定性畫出光通過棱鏡的光路圖。如圖所示，試定性畫出光通過棱鏡的光路圖。 (1)從玻璃棱鏡的一個側(cè)面從玻璃棱鏡的一個側(cè)面射入的光線從另一側(cè)面射出時射入的光線從另一側(cè)面射出時向底面偏折向底面偏折2、棱鏡對光線的作用、棱鏡

2、對光線的作用偏折角度偏折角度折射率越大，偏折角越大折射率越大，偏折角越大理解底邊含義（相理解底邊含義（相對而言的）。對而言的）。 棱鏡能改變光的傳播方向，但不改變光束的性質(zhì)。棱鏡能改變光的傳播方向，但不改變光束的性質(zhì)。 a、平行光束通過棱鏡后仍為平行光束；、平行光束通過棱鏡后仍為平行光束； b、發(fā)散光束通過棱鏡后仍為發(fā)散光束；、發(fā)散光束通過棱鏡后仍為發(fā)散光束； c、會聚光束通過棱鏡后仍為會聚光束。、會聚光束通過棱鏡后仍為會聚光束。 3 3、棱鏡成像：、棱鏡成像：問題：問題：如果隔著棱鏡看一個物體，就可以看到物體的像如果隔著棱鏡看一個物體，就可以看到物體的像，那么像的位置與物體的位置相比向哪個方

3、向偏移？，那么像的位置與物體的位置相比向哪個方向偏移？分析：分析：將一個物點將一個物點S S放在棱鏡前，放在棱鏡前，從物點發(fā)出的兩條光線經(jīng)棱鏡折射從物點發(fā)出的兩條光線經(jīng)棱鏡折射后射出，我們后射出，我們根據(jù)光沿直線傳播的根據(jù)光沿直線傳播的經(jīng)驗，認(rèn)為光線是從它們的反向延經(jīng)驗，認(rèn)為光線是從它們的反向延長線的交點長線的交點SS射出的射出的， S S 就是就是S S在在棱鏡中所成的像（如圖所示）。這棱鏡中所成的像（如圖所示）。這個虛像的位置比物體的實際位置向個虛像的位置比物體的實際位置向頂角方向偏移，物像同側(cè)。頂角方向偏移，物像同側(cè)。特點：特點：隔著棱鏡看物體的像是隔著棱鏡看物體的像是正立的正立的虛虛像

4、，像的位置向棱鏡像，像的位置向棱鏡頂角方向偏移。頂角方向偏移。 SS二、光的色散二、光的色散:1、實驗探究：、實驗探究：一束白光經(jīng)過棱鏡后會發(fā)生什么現(xiàn)象一束白光經(jīng)過棱鏡后會發(fā)生什么現(xiàn)象?這一現(xiàn)象說明了什么問題？這一現(xiàn)象說明了什么問題？ 現(xiàn)象現(xiàn)象：白白光經(jīng)過棱鏡光經(jīng)過棱鏡后在光屏上后在光屏上形成一條彩形成一條彩色的光帶色的光帶（紅光在上紅光在上端端，紫光在紫光在最下端最下端)結(jié)論結(jié)論：白光是由不同顏色的光組成的。：白光是由不同顏色的光組成的。 棱鏡材料對不同色光的折射率不同，對紅光棱鏡材料對不同色光的折射率不同，對紅光的折射率最小，對紫光的折射率最大。的折射率最小，對紫光的折射率最大。2單色光：

5、不能分解為其它顏色的光，稱為單色光。單色光：不能分解為其它顏色的光，稱為單色光。 復(fù)色光：由若干種單色光合成的光叫做復(fù)色光。復(fù)色光：由若干種單色光合成的光叫做復(fù)色光。3色散：把復(fù)色光分解為單色光的現(xiàn)象叫光的色散。色散：把復(fù)色光分解為單色光的現(xiàn)象叫光的色散。 4 4正確理解光的色散：正確理解光的色散：光的顏色由光的頻率決定。在不同介質(zhì)中，光的頻光的顏色由光的頻率決定。在不同介質(zhì)中，光的頻率不變。率不變。 同一介質(zhì)對不同色光的折射率不同，頻率高的折射同一介質(zhì)對不同色光的折射率不同，頻率高的折射率大。率大。 不同頻率的色光在真空中傳播速度相同，為不同頻率的色光在真空中傳播速度相同，為C C3 310

6、108 8m ms s。但在其它介質(zhì)中速度各不相同，在同一。但在其它介質(zhì)中速度各不相同，在同一種介質(zhì)中，紫光速度最小，紅光速度最大。種介質(zhì)中，紫光速度最小，紅光速度最大。(V=c/n)(V=c/n)物理量 紅 橙 黃 綠 藍 靛 紫頻率折射率同種介質(zhì)中光速同種介質(zhì)中波長逐增逐增逐減逐減逐增逐增變化趨勢變化趨勢逐增逐增5 5光譜：復(fù)色光被分解后，各種色光按其波光譜：復(fù)色光被分解后，各種色光按其波長（頻率）有序排列起來，稱為這種復(fù)色光的長（頻率）有序排列起來，稱為這種復(fù)色光的光譜。光譜。 下圖是太陽光的光譜。下圖是太陽光的光譜。 利用光譜可以知道該光是由哪些波長的光組利用光譜可以知道該光是由哪些波

7、長的光組成。成?；仡櫍夯仡櫍弘p縫干涉實驗：雙縫干涉實驗： 復(fù)述單色光干涉時的現(xiàn)象。復(fù)述單色光干涉時的現(xiàn)象。 條紋間距的計算公式。條紋間距的計算公式。 紅濾色片單縫雙縫S1SS2屏幕問題：問題：我們用此裝置來做白光的干涉我們用此裝置來做白光的干涉實驗會觀察到什么現(xiàn)象呢？實驗會觀察到什么現(xiàn)象呢？ 單縫雙縫S1SS2屏幕1 1、現(xiàn)象：、現(xiàn)象：中央為白色亮條紋中央為白色亮條紋明暗相間的彩色條紋明暗相間的彩色條紋干涉條紋是以中央亮紋為對稱點排列的干涉條紋是以中央亮紋為對稱點排列的 三、白光的雙縫干涉三、白光的雙縫干涉 2 2、解釋：、解釋：由白光是復(fù)色光，各色光的波長不同，各色光所得到由白光是復(fù)色光，各

8、色光的波長不同，各色光所得到的干涉圖樣中，相鄰兩條亮紋（或暗紋）間的距離也的干涉圖樣中，相鄰兩條亮紋（或暗紋）間的距離也不同，各色光干涉后的條紋相疊加，在中央白色亮紋不同，各色光干涉后的條紋相疊加，在中央白色亮紋兩邊出現(xiàn)彩色條紋。兩邊出現(xiàn)彩色條紋。 四、薄膜干涉四、薄膜干涉 1、單色光、單色光 實驗：觀察黃光的實驗：觀察黃光的薄膜干涉薄膜干涉現(xiàn)象：薄膜兩表面反射的光互相疊加而成的明暗條紋,條紋是水平排列. 讓一束光經(jīng)薄膜讓一束光經(jīng)薄膜的兩個表面反射后，的兩個表面反射后，形成的兩束反射光形成的兩束反射光產(chǎn)生的干涉現(xiàn)象叫產(chǎn)生的干涉現(xiàn)象叫薄膜干涉薄膜干涉解釋：解釋：薄膜兩表面反射的光互相薄膜兩表面反

9、射的光互相疊加而成的。豎立的肥皂膜在重疊加而成的。豎立的肥皂膜在重力的作用下形成上薄下厚的楔形，力的作用下形成上薄下厚的楔形，當(dāng)光照在薄膜上時，從膜的前后當(dāng)光照在薄膜上時，從膜的前后表面各反射回一列光波，這兩列表面各反射回一列光波，這兩列波即是頻率相同的相干光波，由波即是頻率相同的相干光波，由于薄膜的厚度不同，這兩列光波于薄膜的厚度不同，這兩列光波的路程差不同。當(dāng)路程差為光波的路程差不同。當(dāng)路程差為光波波長的整數(shù)倍時，則為波峰與波波長的整數(shù)倍時，則為波峰與波峰相遇，波谷與波谷相遇，使光峰相遇，波谷與波谷相遇，使光波的振動加強，形成亮條紋；當(dāng)波的振動加強，形成亮條紋；當(dāng)光波的路程差為半波長的奇數(shù)

10、倍光波的路程差為半波長的奇數(shù)倍時，則波峰與波谷相遇，光波的時，則波峰與波谷相遇，光波的振動減弱，形成暗條紋振動減弱，形成暗條紋 2 2、白色（、白色（復(fù)色復(fù)色）光的薄膜干涉）光的薄膜干涉現(xiàn)象：明暗相間的彩色條紋現(xiàn)象：明暗相間的彩色條紋解釋：解釋：由于白光是復(fù)色光，各色光的波長不同，各色由于白光是復(fù)色光，各色光的波長不同，各色光都發(fā)生薄膜干涉，但不同顏色的光在不同的位置相互光都發(fā)生薄膜干涉，但不同顏色的光在不同的位置相互加強，所以看起來肥皂泡是彩色的。加強，所以看起來肥皂泡是彩色的。其它：路面上飄浮的油膜上的彩色條紋；蝴蝶等昆蟲其它：路面上飄浮的油膜上的彩色條紋；蝴蝶等昆蟲翅膀上的彩色花紋等都是

11、薄膜干涉。翅膀上的彩色花紋等都是薄膜干涉。1.白光的薄膜干涉條紋白光的薄膜干涉條紋彩色條紋彩色條紋2.水面上的油膜呈彩色水面上的油膜呈彩色3.3.牛頓環(huán)（演示）牛頓環(huán)（演示）薄膜干涉的應(yīng)用（一）薄膜干涉的應(yīng)用（一）檢查表面的平整程度檢查表面的平整程度取一個透明的標(biāo)準(zhǔn)樣板，放在待檢查的部件表面并在一端墊一薄片，使樣板的平面取一個透明的標(biāo)準(zhǔn)樣板，放在待檢查的部件表面并在一端墊一薄片，使樣板的平面與被檢查的平面間形成一個楔形空氣膜，用單色光從上面照射，入射光從空氣層的與被檢查的平面間形成一個楔形空氣膜，用單色光從上面照射，入射光從空氣層的上下表面反射出兩列光形成相干光，從反射光中就會看到干涉條紋上下

12、表面反射出兩列光形成相干光，從反射光中就會看到干涉條紋標(biāo)準(zhǔn)樣板標(biāo)準(zhǔn)樣板待檢部件待檢部件空氣薄層空氣薄層楔性空氣薄層楔性空氣薄層2223如果被檢表面是平的，產(chǎn)生的干涉條紋就是平行的如果被檢表面是平的，產(chǎn)生的干涉條紋就是平行的, ,如圖（如圖（b b）所示；）所示；如果觀察到的干涉條紋如圖（如果觀察到的干涉條紋如圖（c c）所示，則表示被檢測表面微有凸起或凹下，）所示，則表示被檢測表面微有凸起或凹下，這些凸起或凹下的地方的干涉條紋就彎曲。從彎曲的程度就可以了解被測表這些凸起或凹下的地方的干涉條紋就彎曲。從彎曲的程度就可以了解被測表面的平整情況。這種測量精度可達面的平整情況。這種測量精度可達1010

13、-6-6cmcm。(a) (b) (c) 單色光單色光標(biāo)準(zhǔn)樣板標(biāo)準(zhǔn)樣板薄片薄片被檢測平面被檢測平面注：薄片厚度一般僅為零點零幾毫米左右，只相當(dāng)于一張紙片的厚度注：薄片厚度一般僅為零點零幾毫米左右，只相當(dāng)于一張紙片的厚度薄膜干涉的應(yīng)用（一）薄膜干涉的應(yīng)用（一）檢查表面的平整程度檢查表面的平整程度薄膜干涉的應(yīng)用薄膜干涉的應(yīng)用（二）（二）增透膜增透膜鍍層鍍層薄膜薄膜在透鏡或棱鏡的表面上涂上一層薄膜在透鏡或棱鏡的表面上涂上一層薄膜( (一般用氟化鎂一般用氟化鎂) )。當(dāng)薄膜的厚度適當(dāng)時，。當(dāng)薄膜的厚度適當(dāng)時，在薄膜的兩個表面上反射路程度恰好等于半個波長，因而互相抵消，這就大大在薄膜的兩個表面上反射路程

14、度恰好等于半個波長，因而互相抵消，這就大大減小光的反射損失，增強了透射光的強度，這種薄膜叫減小光的反射損失，增強了透射光的強度，這種薄膜叫增透膜增透膜。增透膜增透膜由能量守恒可知，入射光總強度由能量守恒可知，入射光總強度=反射光總強度反射光總強度+透射光總強度。透射光總強度。 光的強度由光的振幅決定。當(dāng)光的強度由光的振幅決定。當(dāng)滿足增透膜厚度滿足增透膜厚度d=d=介介/4/4時，兩束反時，兩束反射光恰好實現(xiàn)波峰與波谷相疊加，射光恰好實現(xiàn)波峰與波谷相疊加，實現(xiàn)干涉相消，使其合振幅接近于實現(xiàn)干涉相消，使其合振幅接近于零，即反射光的總強度接近于零，零，即反射光的總強度接近于零，從總效果上看，相當(dāng)于光

15、幾乎不發(fā)從總效果上看，相當(dāng)于光幾乎不發(fā)生反射而透過薄膜，因而大大減少生反射而透過薄膜，因而大大減少了光的反射損失，增強了透射光的了光的反射損失，增強了透射光的強度。強度。 1、增透的條件是什么？即鍍層薄膜的厚度至少多大？、增透的條件是什么？即鍍層薄膜的厚度至少多大？2、是否對所有顏色的光都有增透的作用？、是否對所有顏色的光都有增透的作用？薄膜的厚度至少是入射光在薄膜的厚度至少是入射光在薄膜薄膜中波長的中波長的1/41/4。（why?why?） 因為人眼對綠光最敏感，所以一般增因為人眼對綠光最敏感，所以一般增強綠光的透射，即強綠光的透射，即薄膜的厚度是綠光薄膜的厚度是綠光在薄膜中波長的在薄膜中波

16、長的1/41/4。由于其它色光不。由于其它色光不能被有效透射，故反射較強，這樣的能被有效透射，故反射較強，這樣的鏡頭呈淡紫色。鏡頭呈淡紫色。薄膜干涉的應(yīng)用（一）薄膜干涉的應(yīng)用（一）檢查表面的平整程度檢查表面的平整程度為什么一般的照相機的鏡頭成淡紫色？為什么一般的照相機的鏡頭成淡紫色？ 增透膜只對人眼或感光膠片上最敏感的綠光增透膜只對人眼或感光膠片上最敏感的綠光起增透作用。當(dāng)白光照到起增透作用。當(dāng)白光照到(垂直垂直)增透膜上，綠增透膜上，綠光產(chǎn)生相消干涉，反射光中綠光的強度幾乎是光產(chǎn)生相消干涉，反射光中綠光的強度幾乎是零。這時其他波長的光零。這時其他波長的光(如紅光和紫光如紅光和紫光)并沒有并沒

17、有被完全抵消。因此，增透膜呈綠光的互補色被完全抵消。因此，增透膜呈綠光的互補色淡紫色。淡紫色。 1 1、下列現(xiàn)象屬于薄膜干涉的有、下列現(xiàn)象屬于薄膜干涉的有: : （ ）A.A.在水面上的油膜呈現(xiàn)的彩色花紋在水面上的油膜呈現(xiàn)的彩色花紋; ; B.B.雨后天空中呈現(xiàn)的彩虹雨后天空中呈現(xiàn)的彩虹; ;C.C.陽光下通過三棱鏡得到的彩色條紋陽光下通過三棱鏡得到的彩色條紋D.D.肥皂泡上呈現(xiàn)的彩色環(huán)紋。肥皂泡上呈現(xiàn)的彩色環(huán)紋。練習(xí)練習(xí)AD 返回返回2 2、用單色光照射肥皂薄膜、用單色光照射肥皂薄膜: :（ ）A.A.看到的干涉圖樣是明暗相間的條紋看到的干涉圖樣是明暗相間的條紋; ;B.B.從光源發(fā)出的光與

18、肥皂膜表面反射的光發(fā)從光源發(fā)出的光與肥皂膜表面反射的光發(fā) 生干涉生干涉, ,形成干涉圖樣。形成干涉圖樣。C.C.一束入射光從薄膜的前表面和后表面分別一束入射光從薄膜的前表面和后表面分別 反射出來反射出來, ,形成兩列波形成兩列波, ,這兩列波頻率相同這兩列波頻率相同, , 所以可以產(chǎn)生干涉所以可以產(chǎn)生干涉; ;D.D.若改用白光照射則看不到干涉條紋。若改用白光照射則看不到干涉條紋。AC3 3、如圖所示為一顯示薄膜干涉、如圖所示為一顯示薄膜干涉現(xiàn)象的實驗裝置，現(xiàn)象的實驗裝置，P P是附有肥皂是附有肥皂膜的鐵絲圈，膜的鐵絲圈，S S是一點燃的酒精是一點燃的酒精燈。往火焰上灑些鹽后，在肥燈。往火焰上

19、灑些鹽后，在肥皂膜上觀察到的干涉圖象應(yīng)是皂膜上觀察到的干涉圖象應(yīng)是下圖中的（下圖中的（ ）AB4 4、如右圖是用干涉法檢查某種厚玻璃的上表、如右圖是用干涉法檢查某種厚玻璃的上表面是否平的裝置，所用單色光是用面是否平的裝置，所用單色光是用普通光源加普通光源加濾光片濾光片產(chǎn)生的，檢查中所觀察到的干涉條紋是產(chǎn)生的，檢查中所觀察到的干涉條紋是由哪兩個表面反射的光疊加而成的由哪兩個表面反射的光疊加而成的( )( )A Aa a的上表面和的上表面和b b的下表面的下表面B Ba a的上表面和的上表面和b b的上表面的上表面C Ca a的下表面和的下表面和b b的上表面的上表面D Da a的下表面和的下表面

20、和b b的下表面的下表面5 5、劈尖干涉是一種薄膜干涉，其裝置如圖、劈尖干涉是一種薄膜干涉，其裝置如圖1 1所示。將一塊平板玻璃放置在另一平板所示。將一塊平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夾入兩張紙片，從而在兩玻璃表面之間形成一個劈形空氣薄膜。玻璃之上，在一端夾入兩張紙片，從而在兩玻璃表面之間形成一個劈形空氣薄膜。當(dāng)光垂直入射后，從上往下看到的干涉條紋如圖當(dāng)光垂直入射后，從上往下看到的干涉條紋如圖2 2所示。干涉條紋有如下特點：所示。干涉條紋有如下特點：任意一條明條紋或暗條紋所在位置下面的薄膜厚度相等；任意相鄰明條紋或暗條任意一條明條紋或暗條紋所在位置下面的薄膜厚度相等；任意相鄰明條紋或暗

21、條紋所對應(yīng)的薄膜厚度差恒定?，F(xiàn)若在圖紋所對應(yīng)的薄膜厚度差恒定?，F(xiàn)若在圖1 1裝置中抽去一張紙片，則當(dāng)光垂直入射到裝置中抽去一張紙片，則當(dāng)光垂直入射到新的劈形空氣薄膜后，從上往下觀察到的干涉條紋將（新的劈形空氣薄膜后，從上往下觀察到的干涉條紋將（ ） A.A.變疏變疏 B. B.變密變密 C. C.不變不變 D. D.消失消失6 6、有關(guān)光學(xué)儀器上鏡頭的增透膜，下列說法正確的是：（）、有關(guān)光學(xué)儀器上鏡頭的增透膜，下列說法正確的是：（）A A增透膜是為了減少光的反射損失而增強透光的強度；增透膜是為了減少光的反射損失而增強透光的強度；B B增透膜的厚度等于入射光在真空中波長的增透膜的厚度等于入射光在

22、真空中波長的/4；C C增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波長的增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波長的/4；D D因為增透膜厚度一般選適合綠光反射相互抵消的厚度，紅光紫光反射不能完全抵因為增透膜厚度一般選適合綠光反射相互抵消的厚度，紅光紫光反射不能完全抵消的厚度，所以涂有增透膜的鏡頭呈淡紫色。消的厚度，所以涂有增透膜的鏡頭呈淡紫色。7 7、將波長為、將波長為的單色光從空氣垂直入射到折射率的單色光從空氣垂直入射到折射率為為n n的透明介質(zhì)膜上，要使透射光得到加強，薄膜的透明介質(zhì)膜上，要使透射光得到加強，薄膜的厚度最少應(yīng)為（的厚度最少應(yīng)為（ ）A A，/4n/4n； B B，/2n/2n； C C，/4/4； D D，/2/2課堂小結(jié)課堂小結(jié) 1 1、棱鏡、棱鏡2 2、光的色散、光的色散3 3、白光的干涉、白光的干涉4 4、薄膜干涉、薄膜干涉激光 1. 1. 物體發(fā)光的微觀機理：物體發(fā)光的微觀機理： 物質(zhì)中的原子受