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第5課時　光的顏色、色散、激光 [研究選考把握考情] 知識內(nèi)容 光的顏色、色散 考試要求 加試b 教學(xué)要求 1.知道光的顏色由頻率決定，知道白光是由多種色光組成的 2.了解光在雙縫干涉、薄膜干涉、衍射及折射時的色散現(xiàn)象及成因 3.知道不同色光在同一介質(zhì)中的傳播速度、折射率都不同 4.了解薄膜干涉的原理及應(yīng)用 說明 不要求定量分析涉及薄膜干涉的有關(guān)問題 知識內(nèi)容 激光 考試要求 加試a 教學(xué)要求 1.知道激光與自然光的不同之處 2.知道激光的特點 3.知道激光的應(yīng)用 4.區(qū)分相干光與非相干光 說明 1.不要求了解激光的產(chǎn)生機理 2.不要求了解全息照相原理 知識點一　光的顏色、色散 [基 礎(chǔ) 梳 理] 1.不同顏色的光，波長不同。白光是由多種色光組成的。 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，各種色光按其波長的有序排列，就是光譜。 [即 學(xué) 即 練] 我國南宋時的程大昌在其所著《演繁露》中敘述道：“凡風(fēng)雨初霽，或露之未唏，其余點綴于草木枝葉之末，日光入之，五色俱足，閃爍不定，是乃日之光品著色于水，而非雨露有所五色也?！边@段文字記敘的是光的何種現(xiàn)象(　　) A.反射 B.色散 C.干涉 D.折射 解析　題中文言的意思是：風(fēng)雨剛晴，或露水未干，水珠點綴于草木枝葉之端，太陽光射到上面，各種顏色都有，這其實是折射中的色散現(xiàn)象，故選項B正確，A、C、D錯誤。 答案　B 知識點二　薄膜干涉中的色散 [基 礎(chǔ) 梳 理] 1.薄膜干涉中相干光的獲得 光照射到薄膜上，在薄膜的前后兩個面反射的光是由同一個實際的光源分解而成的，它們具有相同的頻率，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時，前后兩個面的反射光的路程差等于相應(yīng)位置膜厚度的2倍，在某些位置，兩列波疊加后相互加強，于是出現(xiàn)亮條紋；在另一些位置，疊加后相互削弱，于是出現(xiàn)暗條紋。 [要 點 精 講] 1.薄膜干涉中應(yīng)注意的問題 (1)觀察的是從膜前、后兩表面反射回來的光(眼睛與光源在膜的同一側(cè))。 (2)用單色光照射得到明暗相間的條紋，用白光照射得到彩色條紋。 2.薄膜干涉的應(yīng)用 (1)用干涉法檢查平面的平整度。 (2)光學(xué)儀器上的增透膜。 【例1】 如圖1所示為一顯示薄膜干涉現(xiàn)象的實驗裝置，P是附有肥皂薄膜的鐵絲圈，S是一點燃的酒精燈，往火焰上撒些鹽后，在肥皂膜上觀察到的干涉圖樣應(yīng)是圖中的(　　) 圖1 解析　鐵絲圈上的肥皂泡薄膜在重力作用下上薄下厚，在同一水平線上厚度基本一致，如果某一厚度處前后表面反射的同一列光波疊加得到加強，那么這一水平線上同一厚度處形成亮條紋，所以干涉條紋應(yīng)是水平的。 答案　D 知識點三　衍射及折射中的色散 [基 礎(chǔ) 梳 理] 1.衍射中的色散 用白光做衍射實驗，得到的條紋是彩色的。這是因為白光中包含了各種顏色的光，衍射時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。 2.折射中的色散 (1)一束白光通過棱鏡而被折射后，在屏上的光斑是彩色的，這說明光在折射過程中發(fā)生了色散。 (2)透明物質(zhì)對于波長λ不同的光的折射率n不一樣，λ越小，n越大。 (3)在同一種物質(zhì)中，不同波長的光波的傳播速度不一樣，波長越短，波速越小。 [要 點 精 講] 1.棱鏡對光的傳播方向的改變遵循光的折射定律。 如圖2所示中的θ為光的偏向角，光的偏向角越大，表示棱鏡對光的偏折程度越大。 圖2 2.光的顏色由光源的頻率決定，與介質(zhì)無關(guān)，與波長無關(guān)，波速由介質(zhì)和光的頻率共同決定。 3.白光由紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫七種色光組成，七種色光的特性差異可以用下表表示出來。 各種色光 紅 橙 黃 綠 青 藍(lán) 紫 頻率 小→大 波長 長→短 折射率 小→大 波速(介質(zhì)中) 大→小 雙縫干涉時所產(chǎn)生的條紋間距 大→小 薄膜干涉時所產(chǎn)生的條紋間距 大→小 經(jīng)三棱鏡折射時偏向角大小 小→大 【例2】 如圖3所示，從點光源S發(fā)出的一細(xì)束白光以一定的角度入射到三棱鏡的表面，經(jīng)過三棱鏡的折射后發(fā)生色散現(xiàn)象，在光屏的ab間形成一條彩色光帶。下面的說法中正確的是(　　) 圖3 A.a側(cè)是紅色光，b側(cè)是紫色光 B.在真空中a側(cè)光的波長小于b側(cè)光的波長 C.三棱鏡對a側(cè)光的折射率小于對b側(cè)光的折射率 D.在三棱鏡中a側(cè)光的傳播速度大于b側(cè)光的傳播速度 解析　由于玻璃對各色光的折射率不同，導(dǎo)致色散的形成，玻璃對紫光的折射率最大，對紅光的折射率最小，據(jù)n＝可知a側(cè)為紫光，b側(cè)為紅色，在真空中，紅光的波長大于紫光的波長，由n＝可以求出，在三棱鏡中，紅光的傳播速度大于紫光的傳播速度。 答案　B 知識點四　激光 [基 礎(chǔ) 梳 理] 激光的特點及其應(yīng)用 特點 性質(zhì) 應(yīng)用 相干性 只有頻率相同、相位差恒定、偏振方向一致的光才是相干光。激光是一種人工產(chǎn)生的相干光，具有高度的相干性 光纖通信 平行度 激光的平行度非常好，在傳播很遠(yuǎn)的距離后仍能保持一定的強度 精確的測距；讀取光盤上記錄的信息等 高亮度 它可以在很小的空間和很短的時間內(nèi)集中很大的能量 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 [即 學(xué) 即 練] 下列關(guān)于激光的說法正確的是(　　) A.激光可用于測距 B.激光能量十分集中，只可用于加工金屬材料 C.外科研制的“激光刀”可以有效地減少細(xì)菌的感染 D.激光可用于全息照相，有獨特的特點 解析　激光平行度好，即使在傳播了很遠(yuǎn)的距離之后，它仍保持一定的強度，此特點可用于激光測距，選項A正確；激光的亮度高，能量十分集中，可用于金屬加工、激光醫(yī)療、激光美容、激光武器等，選項B錯誤；由于激光亮度高、能量大，在切割皮膚的同時，也能殺滅細(xì)菌，所以選項C正確；激光具有很高的相干性，可用于全息照相，由于它記錄了光的相應(yīng)信息，所以看起來立體感較強，選項D正確。 答案　ACD 1.如圖4所示是用干涉法檢查某塊厚玻璃板的上表面是否平整的裝置，所用單色光是用普通光通過濾光片產(chǎn)生的，檢查中所觀察到的干涉條紋是由下列哪兩個表面反射的光線疊加而成的(　　) 圖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單色光的薄膜干涉，這里的薄膜指的是樣板與待測玻璃板之間的空氣層。在空氣層的上表面和下表面分別反射的光會發(fā)生干涉，觀察干涉后形成的條紋是否為平行直線，可以斷定厚玻璃板的上表面是否平整。因此選項C正確。 答案　C 2.用如圖5所示的實驗裝置觀察光的薄膜干涉現(xiàn)象。圖(a)是點燃的酒精燈(在燈芯上灑些鹽)，圖(b)是豎立的附著一層肥皂液薄膜的金屬絲圈。將金屬絲圈在其所在的豎直平面內(nèi)緩慢旋轉(zhuǎn)，觀察到的現(xiàn)象是(　　) 圖5 A.當(dāng)金屬絲圈旋轉(zhuǎn)30時干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)30 B.當(dāng)金屬絲圈旋轉(zhuǎn)45時干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)90 C.當(dāng)金屬絲圈旋轉(zhuǎn)60時干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)30 D.干涉條紋保持原來狀態(tài)不變 解析　金屬絲圈的轉(zhuǎn)動，改變不了肥皂液膜的上薄下厚的形狀，由干涉原理可知干涉條紋與金屬絲圈在該豎直平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動無關(guān)，仍然是水平的干涉條紋，A、B、C錯誤，D正確。 答案　D 3.如圖6所示，水盆中盛有一定深度的水，盆底處水平放置一個平面鏡。平行的紅光束和藍(lán)光束斜射入水中，經(jīng)平面鏡反射后，從水面射出并分別投射到屏MN上兩點，已知水對藍(lán)光折射率大于紅光，則有(　　) 圖6 A.從水面射出的兩束光彼此平行，紅光投射點靠近M端 B.從水面射出的兩束光彼此平行，藍(lán)光投射點靠近M端 C.從水面射出的兩束光彼此不平行，紅光投射點靠近M端 D.從水面射出的兩束光彼此不平行，藍(lán)光投射點靠近M端 解析　由于兩種色光的折射率不同，那么在水面處的折射角不同，如圖所示，紅光折射角大于藍(lán)光折射角，平面鏡也是以各自的折射角大小進(jìn)行入射和反射，所以平面鏡上的入射光線和反射光線都不平行，再到水面發(fā)生折射，根據(jù)光路可逆可以分析出從水面射出的兩束光卻彼此平行，作出光路圖可以知B正確。 答案　B 4.在演示雙縫干涉的實驗時，常用激光做光源，這主要是應(yīng)用激光的(　　) A.亮度高 B.平行性好 C.相干性好 D.波動性好 解析　頻率相同的兩束光相遇才能發(fā)生干涉，激光具有高度的相干性，通過雙縫時能夠得到兩束相干光。故C正確。 答案 C　 選擇題(在每小題給出的四個備選項中至少有一個是符合題目要求的。) 1.下列現(xiàn)象中可以用薄膜干涉來解釋的是(　　) A.雨后的彩虹 B.水面上的油膜在陽光照射下呈彩色 C.透過昆蟲的翅膀看陽光呈彩色 D.荷葉上的水珠在陽光下晶瑩透亮 解析　雨后的彩虹是折射現(xiàn)象，故選項A錯誤；透過昆蟲的翅膀看陽光呈彩色是衍射現(xiàn)象，故選項C錯誤；水珠在陽光下晶瑩透亮是全反射的結(jié)果，故選項D錯誤；油膜在陽光照射下呈彩色是薄膜干涉的結(jié)果，故選項B正確。 答案　B 2.如圖1所示，一束白光從左側(cè)射入肥皂薄膜，下列說法中正確的是(　　) 圖1 A.人從右側(cè)向左看，可以看到彩色條紋 B.人從左側(cè)向右看，可以看到彩色條紋 C.彩色條紋水平排列 D.彩色條紋豎直排列 解析　一束白光射到薄膜上，經(jīng)前后兩個面反射回來的光相遇，產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，從左側(cè)向右看可看到彩色條紋，又由于薄膜同一水平線上的厚度相同，所以彩色條紋是水平排列的，故B、C正確。 答案　BC 3.一個半徑較大的透明玻璃球體，截取其下面的一部分，然后將這一部分放到標(biāo)準(zhǔn)的水平面上，現(xiàn)讓單色光豎直射向截面，如圖2所示，在反射光中看到的是(　　) 圖2 A.平行的明暗相間的直干涉條紋 B.環(huán)形的明暗相間的干涉條紋 C.只能看到同顏色的平行反射光 D.一片黑暗 解析　這是薄膜干涉模型，由于以接觸點為圓心的同一圓周上，光通過空氣楔的光程差是相同的，故干涉條紋是環(huán)形的。 答案　B 4.白光通過三棱鏡發(fā)生色散現(xiàn)象，下列說法正確的是(　　) A.白光是由不同頻率的光組成的 B.棱鏡材料對各種色光的折射率不同 C.棱鏡對紅光的折射率大，對紫光的折射率小 D.出現(xiàn)色散現(xiàn)象是棱鏡改變了顏色 解析　從紅光到紫光，頻率越來越大，折射率也越來越大，A、B正確。 答案　AB 5.對于紅、黃、綠、藍(lán)四種單色光，下列表述正確的是(　　) A.在相同介質(zhì)中，綠光的折射率最大 B.紅光的頻率最高 C.在相同介質(zhì)中，藍(lán)光的波長最短 D.同一雙縫干涉實驗裝置，紅光所產(chǎn)生的條紋間距最小 解析　在紅、黃、綠、藍(lán)四種單色光中，藍(lán)光的折射率最大，頻率最高，波長最短，A、B錯誤，C正確；由Δx＝λ知，D錯誤。 答案　C 6.一束復(fù)色光由空氣射向一塊平行平面玻璃磚，經(jīng)折射分成兩束單色光a、b。已知a光的頻率小于b光的頻率。下面的幾個圖中哪個光路圖可能是正確的(　　) 解析　由于a光的頻率小于b光的頻率，可知a光的折射率小于b光的折射率。在上表面a、b兩束單色光的入射角相同，由折射定律可判斷出a光的折射角大于b光的折射角。在下表面光線由玻璃射向空氣，入射角等于上表面的折射角，故下表面的折射角應(yīng)與上表面的入射角相同，即通過玻璃磚后的出射光線應(yīng)與原入射光線平行。 答案　B 7.對于激光的認(rèn)識，以下說法正確的是(　　) A.普通光源發(fā)出的光都是激光 B.激光是自然界普遍存在的一種光 C.激光是一種人工產(chǎn)生的相干光 D.激光已深入到我們生活的各個方面 解析　激光是人工產(chǎn)生的相干光，并不能由普通光源發(fā)出，激光在我們?nèi)粘Ｉ钪杏兄匾膽?yīng)用。 答案　CD 8.讓激光照到VCD機、CD機或計算機的光盤上，就可以讀出盤上記錄的信息，經(jīng)過處理后還原成聲音或圖象，這是利用激光的(　　) A.平行度好，可以會聚到很小的一點上 B.相干性好，可以很容易形成干涉圖樣 C.亮度高，可以在很短時間內(nèi)集中很大的能量 D.波長長，很容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象 解析　激光的特點之一是平行性好，它可以會聚到一個很小的點上，DVD、VCD、CD唱機或電腦上的光驅(qū)及刻錄設(shè)備就利用了激光的這一特點，選項A正確，B、C、D錯誤。 答案　A 9.將激光束的寬度聚焦到納米級(10－9 m)范圍內(nèi)，可修復(fù)人體已損壞的器官，對DNA分子進(jìn)行超微型基因修復(fù)，把至今尚令人無奈的癌癥、遺傳疾病等徹底根除，這是應(yīng)用了激光的(　　) A.平行性好的特性 B.單色性好的特性 C.亮度高的特性 D.粒子性好的特性 解析　激光的特性之一是強度大，亮度高，醫(yī)學(xué)上用的激光刀就是其應(yīng)用。 答案　C 10.關(guān)于薄膜干涉，下列說法中正確的是(　　) A.只有厚度均勻的薄膜，才會發(fā)生干涉現(xiàn)象 B.只有厚度不均勻的楔形薄膜，才會發(fā)生干涉現(xiàn)象 C.厚度均勻的薄膜會形成干涉條紋 D.觀察肥皂液膜的干涉現(xiàn)象時，觀察者應(yīng)和光源在液膜的同一側(cè) 解析　當(dāng)光從薄膜的一側(cè)照射到薄膜上時，只要前后兩個面反射回來的光波的路程差滿足振動加強的條件，就會出現(xiàn)明條紋，滿足振動減弱的條件就會出現(xiàn)暗條紋。這種情況在薄膜厚度不均勻時才會出現(xiàn)；當(dāng)薄膜厚度均勻時，不會出現(xiàn)干涉條紋，但也發(fā)生干涉現(xiàn)象。 答案　D 11.市場上有種燈具俗稱“冷光燈”，用它照射物品時能使被照物品產(chǎn)生的熱效應(yīng)大大降低，從而廣泛地應(yīng)用于博物館、商店等處。這種燈降低熱效應(yīng)的原因之一是在燈泡后面放置的反光鏡玻璃表面上鍍了一層薄膜(氟化鎂)。這種膜能消除不鍍膜時玻璃表面反射回來的熱效應(yīng)最顯著的紅外線，以λ表示此紅外線的波長，則所鍍薄膜的厚度最小應(yīng)為(　　) A.λ B.λ C.λ D.λ 解析　為消除反射的熱效應(yīng)顯著的紅外線，則要求紅外線在薄膜的前后表面反射后疊加減弱，即路程差為半波長的奇數(shù)倍，故薄膜的最小厚度為紅外線在該薄膜中波長的。 答案　B 12.如圖3所示，將半圓形玻璃磚放在豎直面內(nèi)，它左方有較大的光屏P，一光束SA總是射向圓心O，在光束SA繞圓心O逆時針轉(zhuǎn)動過程中，在P上先看到七色光帶，然后各色光陸續(xù)消失，則此七色光帶從下到上的排列順序以及最早消失的光是(　　) 圖3 A.紅光→紫光，紅光 B.紫光→紅光，紅光 C.紅光→紫光，紫光 D.紫光→紅光，紫光 答案　D