年人教版物理選修3-4講義：第13章+7光的顏色色散+8激光及答案

1、2022-2022 年人教版物理選修3-4 講義：第 13 章+7光的顏色色散 +8激光及答案7光的顏色色散 學(xué)習(xí)目標(biāo) 8激光.2.懂得薄膜1.知道光的色散現(xiàn)象, 知道白光是由多種色光組成的干涉中的色散現(xiàn)象,并明白薄膜干涉的應(yīng)用重點(diǎn) 3.懂得光折射時(shí)的色散現(xiàn)象,知道同一介質(zhì)對(duì)不同色光的折射率不同重點(diǎn)、難點(diǎn) 4.明白激光的特性和應(yīng)用,應(yīng)用激光觀看全息照片一、光的顏色和色散 1光的顏色與波長(zhǎng)：不同顏色的光,波長(zhǎng)不同2光的色散： 含有多種顏色的光被分解為單色光的現(xiàn)象3光譜： 含有多種顏色的光被分解后,各種色光按其波長(zhǎng)的有序排列4幾種色散現(xiàn)象 1薄膜干涉中的色散 薄膜干涉中相干光的獲得 光照耀到薄膜上

2、,在薄膜的前后兩個(gè)面反射的光是由同一個(gè)實(shí)際的光源分解 而成的,它們具有相同的頻率,恒定的相位差薄膜干涉的原理 光照在厚度不同的薄膜上時(shí),在薄膜的不同位置,前后兩個(gè)面的反射光的路 程差不同,在某些位置兩列波疊加后相互加強(qiáng),于是顯現(xiàn)亮條紋；在另一些位置,兩列波相遇后被相互減弱,于是顯現(xiàn)暗條紋2衍射時(shí)的色散 用白光做衍射試驗(yàn)時(shí),得到的條紋是彩色的這是由于衍射時(shí)不同色光的亮 條紋的位置不同,于是各種色光就區(qū)分開了這種現(xiàn)象是光在衍射時(shí)的色散- 1 - / 11 2022-2022 年人教版物理選修3-4 講義：第 13 章+7光的顏色色散 +8激光及答案3折射時(shí)的色散如圖說明白光通過棱鏡折射后,由上到下

3、的色光次序?yàn)椋杭t、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫,這說明白光是由七色光組成的二、激光1激光的特點(diǎn)及應(yīng)用性質(zhì)光纖通信應(yīng)用相干性：激光具有頻率相同、相位差恒定、偏振方向一樣的特點(diǎn),具有高度的相干性平行度：激光的平行度特別好, 傳播很遠(yuǎn)的距離激光測(cè)距,讀取光盤上記錄仍能保持肯定的強(qiáng)度 的信息等亮度高：它可以在很小的空間和很短的時(shí)間內(nèi)集 中很大的能量2.全息照相 1與一般照相技術(shù)的比較用激光束切割、焊接醫(yī)學(xué) 上可以用激光做“ 光刀” 、激發(fā)核反應(yīng)等一般照相技術(shù)所記錄的只是光波的強(qiáng)弱信息,而全息照相技術(shù)仍記錄了光波的相位信息2原理：全息照片的拍照利用了光的干涉原理1摸索判定 正確的打“ ” ,錯(cuò)誤的打“ ” 1

4、色散現(xiàn)象說明白光是復(fù)色光 2單色光通過棱鏡后也能發(fā)生色散 3某單色光在不同介質(zhì)中傳播時(shí)間的頻率、波長(zhǎng)均不同 4激光可以進(jìn)行光纖通信是利用了相干性好的特點(diǎn) 5激光可用做“ 光刀” 來切開皮膚是利用激光的相干性好 2豎直的肥皂膜在單色光的照耀下,表面會(huì)形成明暗相間的條紋,以下說法中正確選項(xiàng) - 2 - / 11 2022-2022 年人教版物理選修3-4 講義：第 13 章+7光的顏色色散 +8激光及答案A干涉條紋基本上是豎直的B干涉條紋基本上是水平的C干涉條紋的產(chǎn)生是由于光在肥皂膜前后表面上反射的兩列波疊加的結(jié)果D干涉條紋是彩色的E如改用白光照耀就干涉條紋是彩色的BCE 薄膜干涉條紋的產(chǎn)生是薄膜

5、的前表面與后表面反射來的光疊加所產(chǎn)生的,同一明條紋或同一暗條紋應(yīng)顯現(xiàn)在膜的厚度相同的地方,同一水平高度處,膜的厚度相同,所以條紋基本是水平的,由于光是單色光,故不會(huì)發(fā)生色散故正確答案為 B、C、E. 3關(guān)于激光的應(yīng)用,以下說法中正確選項(xiàng) A光纖通信是應(yīng)用激光相干好的特點(diǎn)對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制,使其在光導(dǎo)纖維中進(jìn)行信息傳遞B運(yùn)算機(jī)內(nèi)用“ 磁頭” 可讀出光盤上記錄的信息是應(yīng)用了激光平行度好的特點(diǎn)來進(jìn)行的C醫(yī)學(xué)中用激光作“ 光刀” 來切除腫瘤是應(yīng)用了激光亮度高的特點(diǎn)D“ 激光測(cè)距雷達(dá)” 利用激光測(cè)量很遠(yuǎn)目標(biāo)的距離是應(yīng)用了激光亮度高的特點(diǎn)E激光打孔是應(yīng)用了激光相干性好的特點(diǎn)ABC 光纖通信主要利用激光的相干性

6、好的特點(diǎn),選項(xiàng) A 正確；運(yùn)算機(jī)內(nèi)的“ 磁頭 ” 可讀出光盤上的信息主要應(yīng)用了激光的平行度好的特點(diǎn),選項(xiàng) B 正確；醫(yī)療中用激光作 “ 光刀 ” 和工業(yè)上用激光打孔都是利用了激光的亮度高的特點(diǎn),選項(xiàng) C 正確, E 錯(cuò)誤；激光測(cè)距利用的是激光的平行度好的特點(diǎn),選項(xiàng) D 錯(cuò)誤 光的顏色和色散- 3 - / 11 2022-2022 年人教版物理選修3-4 講義：第 13 章+7光的顏色色散 +8激光及答案1對(duì)光的顏色的懂得不同顏色的光,波長(zhǎng)不同,頻率不同,而同種顏色的光在不同介質(zhì)中折射率不同,速度和波長(zhǎng)均不相同,但頻率相同,因此說光的顏色是由頻率打算的,而不是由波長(zhǎng)打算的2棱鏡對(duì)光線傳播方向的轉(zhuǎn)

7、變1正確畫好光線通過棱鏡的光路圖,如圖甲所示2棱鏡成像的畫法,如圖乙所示3各種色光特性的比較各種色光 紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫頻率 小大折射率 小大經(jīng)三棱鏡折射時(shí)的偏折角 小大波長(zhǎng) 長(zhǎng)短介質(zhì)中的波速 大小雙縫干涉的條紋間距 大小薄膜干涉的條紋間距 大小4雙縫干涉中的色散用不同的單色光做雙縫干涉試驗(yàn),得到的條紋之間的距離不一樣,但都是明暗相間的單色條紋由 xl d 知,紅光波長(zhǎng)最長(zhǎng), x 最大,紫光波長(zhǎng)最短, x最小白光干涉時(shí)的條紋是彩色的,可見,白光是由多種色光組成的復(fù)色光,發(fā)生干涉時(shí),白光發(fā)生了色散現(xiàn)象【例 1】單項(xiàng) 如下列圖,一束白光通過玻璃棱鏡發(fā)生色散現(xiàn)象,以下說法正確選項(xiàng) - 4 -

8、 / 11 2022-2022 年人教版物理選修3-4 講義：第 13 章+7光的顏色色散 +8激光及答案A紅光的偏折最大,紫光的偏折最小 B紅光的偏折最小,紫光的偏折最大 C玻璃對(duì)紅光的折射率比紫光大 D玻璃中紫光的傳播速度比紅光大B 玻璃對(duì)頻率不同的各種色光的折射率不同,在可見光中,對(duì)紅光的折射率最小,對(duì)紫光的折射率最大因此在空氣和玻璃的第一個(gè)界面上,雖然各單色光入射角相同,但各單色光的折射角不同,由nsin 1 sin 2可知,紅光的折射角最大,紫光的折射角最小在另一個(gè)界面上,光由玻璃進(jìn)入空氣,依據(jù)光路的可逆性可知,紫光的折射角最大,紅光的折射角最小由 中的傳播速度最大 nc v可知,可

9、見光中紅光在玻璃同種介質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)單色光的折射率不同,折射率由小到大的次序是紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫依據(jù)真空中光速相同,即 到小的次序是紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫c f,可知不同單色光波長(zhǎng)由大1.如下列圖,一個(gè)小的光源S 發(fā)出白光,棱鏡分光,如人沿著折射光線的反方向觀看,通過棱鏡可以看到 A白光點(diǎn)B光點(diǎn)上部紅色,下部紫色- 5 - / 11 2022-2022 年人教版物理選修3-4 講義：第 13 章+7光的顏色色散 +8激光及答案C光點(diǎn)上部紫色,下部紅色 D看到的光點(diǎn)比實(shí)際光源的位置高 E看到的光點(diǎn)是光源的虛像CDE 由于各種單色光中, 紫光的折射率最大, 偏折角也最大, 成的像最高,紅

10、光的折射率最小,偏折角也最小,成的像最低 薄膜干涉現(xiàn)象及應(yīng)用1薄膜干涉中相干光的光源 一列光在膜的前表面和后表面分別反射,猶如由前、后表面反射出來的兩列 完全相同的光,滿意相干條件2薄膜干涉的成因 如下列圖,豎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,從膜的前、后表面反射的兩列光波疊加,如兩列波疊加 后相互加強(qiáng),就顯現(xiàn)亮紋；在另一些地方,疊加相互減弱,就顯現(xiàn)暗紋故在單 色光照耀下,就顯現(xiàn)了明暗相間的干涉條紋；如在白光照耀下,就顯現(xiàn)彩色干涉 條紋3薄膜干涉中應(yīng)留意的三個(gè)問題 1觀看的是從膜前、后兩表面反射回來的光,不是透過膜的光,眼睛與光源 在膜的同一側(cè)2用單

11、色光和白光分別照耀同一膜,觀看到的現(xiàn)象是不同的用白光照耀膜 時(shí),某一位置紅光得到加強(qiáng),其他顏色的光就被減弱,故在此位置看到的是紅色,而另一位置就會(huì)看到黃色等其他顏色,因此,用白光做這個(gè)試驗(yàn)看到的將是彩色 條紋；而在單色光照耀下,就會(huì)顯現(xiàn)明、暗相間的條紋3每一條紋出現(xiàn)水平分布,各條紋按豎直方向排列4薄膜干涉在技術(shù)上的應(yīng)用 1用干涉法檢查平面- 6 - / 11 2022-2022 年人教版物理選修3-4 講義：第 13 章+7光的顏色色散 +8激光及答案如下列圖,兩板之間形成一層空氣膜,用單色光從上向下照耀,入射光從空氣膜的上下表面反射出兩列光波,形成干涉條紋假如被檢測(cè)平面是光滑的,得到的干涉圖

12、樣必是等間距的假如某處凹下,就對(duì)應(yīng)明條紋 或暗條紋 提前顯現(xiàn),如圖 a所示；假如某處凸起來,就對(duì)應(yīng)條紋延后顯現(xiàn),如圖 b所示 注：“ 提前”與“ 延后” 不是指在時(shí)間上,而是指由左向右的次序位置上 2增透膜的應(yīng)用在光學(xué)儀器中,為了削減光在光學(xué)元件透鏡、棱鏡 表面的反射缺失,可用薄膜干涉相消來削減反射光,如照相機(jī)、測(cè)距儀、潛望鏡上用的光學(xué)元件表面為了削減光的反射缺失都鍍上了一層介質(zhì)薄膜氟化鎂 ,使薄膜的厚度是入射光在薄膜中波長(zhǎng)的1 4,這樣反射回來的兩列光波經(jīng)過的路程差恰好等于半個(gè)波長(zhǎng),它們疊加 后相互抵消,從而削減了光學(xué)元件表面反射造成的光能缺失,增強(qiáng)了透射光的能量,故稱為增透膜【例 2】如圖

13、甲所示, 用平行單色光照耀透亮標(biāo)準(zhǔn)樣板來檢查零件表面的情況,觀看到如圖乙所示的條紋,這說明被檢查平面的條紋彎曲處是 _填“ 凹” 或“ 凸”的,該方法檢查平面測(cè)量的精度可達(dá) _m. 解析 由于同一條亮 暗紋上各處空氣厚度相同,由墊片位置和彎曲方向可知,彎曲處的空氣層厚度應(yīng)當(dāng)比同一條紋上其他位置的空氣層厚度小,而現(xiàn)在實(shí)際上是一樣厚度,可見,該處肯定存在凹陷干涉法檢查平面精確度很高,可達(dá)108 m.答案 凹8 10- 7 - / 11 2022-2022 年人教版物理選修3-4 講義：第 13 章+7光的顏色色散 +8激光及答案被測(cè)平面凹下或凸起的形象判定法被測(cè)平面凹下或凸起的形象判定法 矮人行走

14、法即把干涉條紋看成“ 矮人” 的行走軌跡讓一個(gè)小矮人在兩板間沿著一條條紋直立行走,始終保持腳踏被測(cè)板,頭頂樣板,在行走過程中：如遇一凹下,他必向薄膜的尖端去繞,方可按上述要求過去,即條紋某處彎向薄膜尖端,該處為一凹下；如遇一凸起,他必向薄膜的底部去繞,方可按上述要求過去,即條紋某處彎向薄膜底部,該處為一凸起2劈尖干涉是一種薄膜干涉,其裝置如圖甲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(gè)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乙所示干涉條紋有如下特點(diǎn)：1任意一條明條紋或暗條紋所在位置下面的薄膜厚度相等2任意相鄰明條紋或暗條紋所對(duì)應(yīng)的薄

15、膜厚度差恒定現(xiàn)將甲圖裝置中的紙片抽去一張,就當(dāng)光垂直入射到新的劈形空氣薄膜后,就條紋 A變疏 B變密 C不變 D消逝A 依據(jù)形成明條紋的條件可知,相鄰明條紋對(duì)應(yīng)的路程差等于入射光的波長(zhǎng)抽去一張紙片,樣板的傾角變小,要使相鄰明條紋對(duì)應(yīng)的路程差仍等于入射光的波長(zhǎng),就樣板上條紋間的距離將會(huì)增大,即干涉條紋將變疏 - 8 - / 11 2022-2022 年人教版物理選修3-4 講義：第 13 章+7光的顏色色散 +8激光及答案激光1激光的相干性好所謂相干性好,是指簡(jiǎn)單產(chǎn)生干涉現(xiàn)象一般光源發(fā)出的光 即使是所謂的單 色光 頻率是不一樣的,而激光器發(fā)出的激光的頻率幾乎是單一的,并且滿意其他 的相干條件所以

16、,現(xiàn)在我們做雙縫干涉試驗(yàn)時(shí),無需在雙縫前放一個(gè)單縫,而 是用激光直接照耀雙縫,就能得到既光明又清晰的干涉條紋利用相干光易于調(diào) 制的特點(diǎn),傳輸信息,所能傳遞的信息密度極高,一條細(xì)細(xì)的激光束通過光纜可 以同時(shí)傳送一百億路電話和一千萬套電視,全國(guó)人民同時(shí)通話仍用不完它的通訊 容量,而光纖通信就必需借助激光技術(shù)才能進(jìn)展2激光的平行度特別好 與一般光相比,傳播相同距離的激光束的擴(kuò)散程度小,光線仍能保持很大的 強(qiáng)度,保持它的高能量,利用這一點(diǎn)可以精確測(cè)距現(xiàn)在利用激光測(cè)量地月距離 的精確度已達(dá)到 1 m. 3激光的亮度特別高 它可以在很小的空間和很短的時(shí)間內(nèi)集中很大的能量假如把強(qiáng)大的激光束 會(huì)聚起來,可使物

17、體被照部分在千分之一秒的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生幾千萬度的高溫不能 直接照耀眼睛,否就會(huì)損害眼睛4激光單色性很好 激光的頻率范疇極窄,顏色幾乎是完全一樣的【例 3】準(zhǔn)分子激光器利用氬氣和氟氣的混合物產(chǎn)生激光刀,可用于進(jìn)行近視眼的治療用這樣的激光刀對(duì)近視眼進(jìn)行手術(shù),于這個(gè)治療,以下說法中正確選項(xiàng) 手術(shù)時(shí)間短、成效好、無痛楚關(guān)A近視眼是物體成像在眼球中的視網(wǎng)膜的前面,使人不能看清物體 B激光具有很好的方向性, 用激光刀可以在特別小的面積上對(duì)眼睛進(jìn)行手術(shù) C激光治療近視眼手術(shù)是對(duì)視網(wǎng)膜進(jìn)行修復(fù) D激光治療近視眼手術(shù)是對(duì)角膜進(jìn)行切削 E激光治療近視眼手術(shù)是利用激光的相干性好ABD 激光手術(shù)是物理技術(shù)用于臨床醫(yī)學(xué)的最

18、新成果人的眼睛是一個(gè)光學(xué)- 9 - / 11 2022-2022 年人教版物理選修3-4 講義：第 13 章+7光的顏色色散 +8激光及答案成像系統(tǒng),角膜和晶狀體相當(dāng)于一個(gè)凸透鏡,物體通過凸透鏡成像在視網(wǎng)膜上,人就能看清晰物體當(dāng)角膜和晶狀體組成的這個(gè)凸透鏡的焦距比較小,物體成像在視網(wǎng)膜的前面時(shí),人就不能看清物體,這就是近視眼,A 對(duì)；激光具有很好的方向性,用激光刀可以在特別小的面積上對(duì)眼睛進(jìn)行手術(shù),B 對(duì),E 錯(cuò)；激光手術(shù)不是修復(fù)視網(wǎng)膜,而是對(duì)角膜進(jìn)行切削,轉(zhuǎn)變角膜的外形,使眼球中的凸透鏡的焦距適當(dāng)變大,物體經(jīng)過角膜和晶狀體后成像在視網(wǎng)膜上,C 錯(cuò)、 D 對(duì) 3激光全息照片的底片上記錄了光的干涉條紋,含有被拍照物體反射的光的全部信息,實(shí)現(xiàn)了照片的立體性如照相時(shí),被攝物體被攔住一部分,通過調(diào)整視線仍可觀察被擋部分照片被切開成兩半,從一半上仍可看到物體的全像,照片就像一個(gè)觀看物體的窗口激光全息照相利用了激光_的性質(zhì)解析 全息照相利用激光的頻率單一、相干性好的特點(diǎn), 使參考光和物光有很高的相干性,拍照立體照片答案 相干性好激光的特點(diǎn)及其應(yīng)用特點(diǎn)作用應(yīng)用實(shí)例相干光可進(jìn)行調(diào)制、傳遞信息光纖通信、全息照相平行度傳