13.7光的颜色色散-13.8激光 学案（含答案）

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1、7 光的颜色光的颜色 色散色散 8 激光激光 学科素养与目标要求 物理观念：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.理解折射时的色 散，知道不同色光的折射率不同.3.了解激光的特点和应用，了解全息照相的原理 科学思维：能说明薄膜干涉条纹的特点，能解释薄膜干涉的成因 一、光的颜色 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 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

2、列波叠加后相互加强，于是出现亮条纹；在另一些位置，两列 波叠加后相互削弱，于是出现暗条纹 2衍射中的色散 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 3折射中的色散 一束白光通过棱镜折射后，在屏上的光斑是彩色的，是因为透明物质对于波长不同的光的折 射率 n 不一样， 越小，n 越大，波速 v 越慢(填“快”或“慢”) 三、激光 1激光的特点及应用 特点 应用 相干性强：激光具有频率相同、相位差恒定、偏振方向 一致的特点，是人工产生的相干光，具有高度的相干性 光纤通信 平行度好：激光的平行度非常好，传播很远的距离后仍 能保持一定的强度 激光

3、会聚一点，读取光盘上记 录的信息，激光测距等 亮度高：它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大用激光束切割、焊接，医学上 的能量 可以用激光做“光刀”，激发 核聚变等 2.全息照相 (1)普通照相技术所记录的只是光波的强弱信息，而全息照相技术还可以记录光波的相位信息 (2)原理：全息照片的拍摄利用了光的干涉原理 1判断下列说法的正误 (1)光的波长决定光的颜色( ) (2)水面上的油膜呈现彩色条纹，是油膜表面反射光与入射光叠加的结果( ) (3)白光通过单缝的衍射条纹是彩色的，说明白光衍射后可以改变颜色( ) (4)用激光做双缝干涉实验是应用了激光具有高度的相干性的特点( ) 2水面上的油膜在

4、阳光照射下呈彩色是光的_(填“干涉”“衍射”或“折射”)形成 的色散现象； 通过狭缝观察发光日光灯时看到的彩色条纹是光的_(填“干涉”“衍射” 或“折射”)形成的色散现象 答案 干涉 衍射 一、薄膜干涉中的色散 小朋友吹出的肥皂泡、热菜汤表面的油花、马路上积水表面的油膜，都会看到彩色的条纹， 这些彩色条纹是如何形成的呢？ 答案 由薄膜干涉造成的白光照射在肥皂泡膜、油膜表面，被薄膜前、后表面反射的两列 反射波叠加，形成干涉条纹由于白光中的各色光波长不同，干涉后的条纹间距不同，薄膜 上就会出现彩色条纹 薄膜干涉中的色散 (1)薄膜干涉中相干光的获得 光照射到薄膜上，在薄膜的前、后两个面反射的光是由

5、同一个实际的光源分解而成的，它们 具有相同的频率，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时，前、后两个面的反射光的路程差等于相应位置膜厚度的 2 倍， 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，叠加后相互削弱， 于是出现暗条纹 (3)薄膜干涉是经薄膜前后面反射的两束光叠加的结果 出现亮条纹的位置，两束光的路程差 rk(k0,1,2，3)，出现暗条纹的位置，两束光的 路程差 r2k1 2 (k0,1,2,3) (4)薄膜干涉的应用 检查平面平整度的原理 光线经空气薄膜的上、下两面的反射，得到两束相干光，如果被检测平面是光滑的，得到的 干涉条纹是等间距的如

6、果被检测平面某处凹下，则对应条纹提前出现，如果某处凸起，则 对应条纹延后出现 增透膜的原理 在增透膜的前、后表面反射的两列光波形成相干波，当路程差为半波长的奇数倍时，两光波 相互削弱，反射光的能量几乎等于零 例 1 用单色光照射位于竖直平面内的肥皂液薄膜，所观察到的干涉条纹为( ) 答案 B 解析 由于在光的干涉中亮、暗条纹的位置取决于两列光波相遇时通过的路程差，则在薄膜 干涉中取决于入射点处薄膜的厚度因肥皂液薄膜在重力作用下形成了一个上薄下厚的楔形 膜，厚度相等的位置在同一条水平线上，故同一条干涉条纹必然是水平的，由此可知只有选 项 B 正确 1由于薄膜干涉是经薄膜前、后表面反射的两束光叠加

7、而形成的，所以观察时眼睛与光源应 在膜的同一侧 2在光的薄膜干涉中，前、后表面反射光的路程差由膜的厚度决定，所以薄膜干涉中同一亮 条纹或同一暗条纹应出现在厚度相同的地方，因此又叫等厚干涉，每一条纹都是水平的 3用单色光照射得到明暗相间的条纹，用白光照射得到彩色条纹 例2 (多选)如图1甲所示， 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， 观察到如图乙所示条纹中的 P 和 Q 情况，这说明( ) 图 1 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 由题图甲可知，空气薄膜厚度从左向右

8、依次增大，又因为同一条亮(暗)条纹上各处空 气薄膜厚度相同，由题图乙可知被检查平面发生弯曲的 P 处的空气厚度本应该比同一条纹上 其他位置的空气厚度小，而实际上厚度一样，故 A 处存在凹陷，同理可知 B 处存在凸起 二、衍射和折射时的色散 1拔一根鸡翅膀上的羽毛(鹅、鸭的羽毛也可以)，白天隔羽毛观看太阳，可见七色光芒向外 四射，你能解释这种现象吗？ 答案 阳光透过羽毛上密集的羽丝间的小缝隙(光栅)而出现衍射现象，衍射时不同色光的亮 条纹的位置不同，于是各种色光就区分开了 2.如图所示为光线通过三棱镜的光路图，在光线进入棱镜时是远离法线还是靠近法线？光线 从棱镜射出时，是远离法线还是靠近法线？用

9、白光做实验，会观察到什么现象？ 答案 进入棱镜时，靠近法线离开棱镜时，远离法线用白光做实验，会看到屏上出现彩 色光带 1衍射时的色散 白光的衍射条纹是彩色的， 是因为白光中包含了各种颜色的光， 且各种颜色的光的波长不同， 致使不同色光的亮条纹的位置不同，于是各种色光就区分开了 2折射时的色散 如图 2 所示，白光通过棱镜折射后，由上到下的色光顺序为：红、橙、黄、绿、青、蓝、紫， 这说明： 图 2 (1)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，白光色散时，红 光的偏向角最小，紫光的偏向角最大，说明玻璃对不同色光的折射率是不同的 (2)根据 nc v可知： 在同种介质中折射

10、率大的速度小， 各种色光在同种介质中的速度从小到大 排序依次为 v紫v蓝v橙v红，即红光的速度最大，紫光的速度最小 例 3 如图 3 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 ( ) 图 3 Aa 侧是红色光，b 侧是紫色光 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 侧光的折射率小于对 b 侧光的折射率 D在三棱镜中 a 侧光的传播速度大于 b 侧光的传播速度 答案 B 解析 红光的折射率小于紫光的折射率，经过三棱镜，红光的偏折角小于紫光的偏折角，则 a 侧

11、是紫色光，b 侧是红色光，A 错；由题图知 a 侧光的偏折角大，三棱镜对 a 侧光的折射率 大，a 侧光的波长小，B 对，C 错；三棱镜对 a 侧光的折射率大，由 vc n知，在三棱镜中 a 侧光的传播速度小于 b 侧光的传播速度，D 错 1同一介质对不同的色光有不同的折射率，介质对频率大、波长短的光折射率大，按折射率 从小到大依次排列为：红、橙、黄、绿、青、蓝、紫 2在同一介质中，不同色光的传播速度不同，红光的折射率小，传播速度大；紫光的折射率 大，传播速度小 三、激光的特点和应用 激光作为一种人造光源在科研、通信、工业生产、军事科技等领域都有着广泛应用，如激光 干涉仪、激光切割机、激光炮等

12、，如图为激光的应用如此广泛，激光到底具有哪些特性？ 答案 相干性强、平行度好、亮度高 例 4 关于激光的应用问题，下列说法中正确的是( ) A.光纤通信是应用激光平行度非常好的特点对信号进行调制，使其在光导纤维中传递信息的 B计算机内的“磁头”读出光盘上记录的信息是应用激光有相干性的特点 C医学中用激光做“光刀”来切除肿瘤是应用了激光亮度高的特点 D“激光测距雷达”利用激光测量很远目标的距离是应用了激光亮度高的特点 答案 C 解析 由激光的特点及应用可知光纤通信主要利用了激光的相干性， A 错误； 计算机内的“磁 头”读出光盘上的信息主要应用了激光的平行度好，B 错误；医疗中用激光做“光刀”利

13、用 了激光的亮度高的特点，C 正确；激光测距利用的是激光的平行度好的特点，D 错误 学科素养 例 4 考查了学生对激光的了解程度，体现了“物理观念”的学科素养又通过 激光在现代生活中的应用例子，让学生了解到最新研究成果及其对人类文明的影响，体现了 “科学态度与责任”的学科素养 1(薄膜干涉)用如图 4 所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象图(a)是点燃的酒精灯(在灯 芯上撒些盐)， 图(b)是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属线圈 将金属线圈在其所在的竖直平 面内缓慢旋转，观察到的现象是( ) 图 4 A当金属线圈旋转 30 时，干涉条纹同方向旋转 30 B当金属线圈旋转 45 时，干涉条纹同方向旋

14、转 90 C当金属线圈旋转 60 时，干涉条纹同方向旋转 30 D干涉条纹保持不变 答案 D 解析 在本实验中肥皂液薄膜之所以产生干涉条纹，是因为在重力作用下肥皂液薄膜的竖截 面是梯形，前后两面的反射光叠加而形成的，金属线圈在其所在平面内缓慢旋转并不能影响 肥皂液薄膜的竖截面，故金属线圈在其所在平面内旋转时干涉条纹保持不变 2(薄膜干涉)(多选)(2018 沈阳市郊联体高二下学期期中)把一平行玻璃板压在另一个平行玻 璃板上，一端用薄片垫起，构成空气劈尖，让单色光从上方射入，如图 5 所示，这时可以看 到明暗相间的条纹，下面关于条纹的说法中正确的是( ) 图 5 A干涉条纹的产生是由于光在空气劈

15、尖膜的上、下两表面反射形成的两列光波叠加的结果 B干涉条纹中的暗条纹是由于上述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果 C将上玻璃板平行上移，条纹向着劈尖移动 D观察薄膜干涉条纹时，应在入射光的另一侧 答案 AC 解析 根据薄膜干涉的产生原理，题中所述现象是由空气膜上、下两表面反射的两列光叠加 而成的，当波峰与波峰、波谷与波谷相遇叠加时，振动加强，形成亮条纹，故 A 正确，B 错 误；根据条纹的位置与空气膜的厚度是对应的，当上玻璃板平行上移时，同一厚度的空气膜 向劈尖移动， 故条纹向着劈尖移动， 故 C 正确； 因相干光是反射光， 故观察薄膜干涉条纹时， 应在入射光的同一侧，故 D 错误 3(折射中的

16、色散)(2017 北京卷)如图 6 所示，一束可见光穿过平行玻璃砖后，变为 a、b 两 束单色光如果光束 b 是蓝光，则光束 a 可能是( ) 图 6 A红光 B黄光 C绿光 D紫光 答案 D 解析 由题图可知，这束可见光穿过玻璃砖后，发生了色散，其中 a 光的侧移距离大于 b 光 的侧移距离，说明玻璃砖对 a 光的折射率大于玻璃砖对 b 光的折射率，同种介质对红、橙、 黄、绿、青、蓝、紫的折射率依次增大，由于 b 光是蓝光，故选项 D 正确 4(激光的应用)(多选)激光火箭的体积小，却可以装载更大、更重的卫星或飞船，激光由地 面激光站或空间激光动力卫星提供，通过一套装置，像手电筒一样，让激光束射入火箭发动 机的燃烧室，使推进剂受热而急剧膨胀，于是形成一股高温高压的燃气流，以极高的速度喷 出，产生巨大的推力，把卫星或飞船送入太空激光火箭利用了激光的( ) A单色性好 B平行度好 C高能量 D相干性好 答案 BC 解析 由于激光站与火箭相距较远，为了减少能量损失，必须要求激光具有很好的平行度， 同时利用激光的高能量特点.