高中物理 第十三章 光 第7节 光的颜色 色散 第8节 激光学案 新人教版选修34

13.7 光的颜色色散
13.8 激光
光的颜色和色散
[先填空]
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．
4．几种色散现象
(1)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，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，两列波相遇后被相互削弱，于是出现暗条纹．
(2)衍射时的色散
用白光做衍射实验时，得到的条纹是彩色的．这是因为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．这种现象是光在衍射时的色散．
(3)折射时的色散
如图13­7­1说明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，这说明白光是由七色光组成的．
图13­7­1
[再判断]
1．色散现象表明白光是复色光．(√)
2．单色光通过棱镜后也能发生色散．(×)
3．某单色光在不同介质中传播时光的频率、波长均不同．(×)
[后思考]
1．棱镜对不同单色光的折射率相同吗？对哪种单色光的折射率最大？
【提示】不相同，对紫光的折射率最大．
2．白光发生干涉时，出现彩色条纹的原因是什么？
【提示】不同单色光的干涉条纹间距不同．
[核心点击]
1．光的颜色
在双缝干涉实验中，不同色光发生干涉，条纹之间的距离不同，因为条纹之间的距离与光波的波长成正比，由此我们能够判定：同种介质中不同颜色的光波长不同．由
f＝c
λ
可知，不同颜色的光频率不同．
2．薄膜干涉的成因
如图13­7­2所示，竖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，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，则出现亮纹；在另一些地方，叠加互相减弱，则出现暗纹．故在单色光照射下，就出现了明暗相间的干涉条纹；若在白光照射下，则出现彩色干涉条纹．
图13­7­2
3．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．用白光照射膜时，某一位置红光得到加强，其他颜色的光就被削弱，故在此位置看到的是红色，而另一位置则会看到黄色等其他颜色，因此，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，各条纹按竖直方向排列． 4．薄膜干涉在技术上的应用 (1)用干涉法检查平面
如图13­7­3所示，两板之间形成一层空气膜，用单色光从上向下照射，入射光从空气膜的上下表面反射出两列光波，形成干涉条纹．如果被检测平面是光滑的，得到的干涉图样必是等间距的．如果某处凹下，则对应明条纹(或暗条纹)提前出现，如图13­7­4(a)所示；如果某处凸起来，则对应条纹延后出现，如图(b)所示(注：“提前”与“延后”不是指在时间上，而是指由左向右的顺序位置上)．
图13­7­3
图13­7­4 (2)增透膜的应用
在光学仪器中，为了减少光在光学元件(透镜、棱镜)表面的反射损失，可用薄膜干涉相消来减少反射光，如照相机、测距仪、潜望镜上用的光学元件表面为了减少光的反射损失都镀上了一层介质薄膜(氟化镁)，使薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长的1
4
，这样反射回来的两列光波经过的路程差恰好等于半个波长，它们叠加后相互抵
消，从而减少了光学元件表面反射造成的光能损失，增强了透射光的能量，故称为增透膜．
1．一束白光通过双缝后在屏上观察到干涉条纹，除中央白色条纹外，两侧还有彩色条纹，其原因是什么？
【解析】用白光做双缝干涉实验时，除中央白色条纹外，两侧出现彩色条纹，是因为条纹的间距与波长有关，各种色光的波长不同，条纹间距不同，除中央条纹外的各色条纹不能完全重合，出现彩色．
【答案】见解析
2．竖直的肥皂膜在单色光的照射下，表面会形成明暗相间的条纹，下列说法中正确的是( )
A．干涉条纹基本上是竖直的
B．干涉条纹基本上是水平的
C．干涉条纹的产生是由于光在肥皂膜前后表面上反射的两列波叠加的结果
D．干涉条纹是彩色的
E．若改用白光照射则干涉条纹是彩色的
【答案】BCE
3.如图13­7­5所示，一个小的光源S发出白光，经三棱镜分光，若人沿着折射光线的反方向观察，通过棱镜可以看到( )
图13­7­5
A．白光点
B．光点上部红色，下部紫色
C．光点上部紫色，下部红色
D．看到的光点比实际光源的位置高
E．看到的光点是光源的虚像
【答案】CDE
1．光谱的产生表明，白光是各种单色光组成的复色光．由于各种单色光通过棱镜时偏折的角度不同，所以产生了色散现象．
2．色散现象表明，棱镜材料对不同色光的折射率是不同的．紫光经棱镜后偏折程度最大，红光偏折程度最小，所以棱镜材料对紫光的折射率最大，对红光的折射率最小．
3．由折射率的定义n ＝c
v 可知，在棱镜中紫光的速度最小，红光的速度最大．
激光 [先填空]
1．激光的特点及应用
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：全息照片的拍摄利用了光的干涉原理． [再判断]
1．激光可以进行光纤通信是利用了相干性好的特点．(√) 2．激光可用做“光刀”来切开皮肤是利用激光的相干性好．(×) 3．全息照相技术只能记录光波的强弱信息．(×)
[后思考]
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“平行度”非常好的性质．
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1．激光的相干性好
所谓相干性好，是指容易产生干涉现象．普通光源发出的光(即使是所谓的单色光)频率是不一样的，而激光器发出的激光的频率几乎是单一的，并且满足其他的相干条件．所以，现在我们做双缝干涉实验时，无需在双缝前放一个单缝，而是用激光直接照射双缝，就能得到既明亮又清晰的干涉条纹．利用相干光易于调制的特点，传输信息，所能传递的信息密度极高，一条细细的激光束通过光缆可以同时传送一百亿路电话和一千万套电视，全国人民同时通话还用不完它的通讯容量，而光纤通信就必须借助激光技术才能发展．
2．激光的平行度非常好
与普通光相比，传播相同距离的激光束的扩散程度小，光线仍能保持很大的强度，保持它的高能量，利用这一点可以精确测距．现在利用激光测量地月距离精确度已达到1 m.
3．激光的亮度非常高
它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量．如果把强大的激光束会聚起来，可使物体被照部分在千分之一秒的时间内产生几千万度的高温．不能直接照射眼睛，否则会伤害眼睛．
4．激光单色性很好
激光的频率范围极窄，颜色几乎是完全一致的．
4．关于激光的应用，下列说法中正确的是( )
A．光纤通信是应用激光相干好的特点对信号进行调制，使其在光导纤维中进行信息传递
B．计算机内用“磁头”可读出光盘上记录的信息是应用了激光平行度好的特点来进行的
C．医学中用激光作“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E．激光打孔是应用了激光相干性好的特点
【答案】ABC
5．准分子激光器利用氩气和氟气的混合物产生激光刀，可用于进行近视眼的治疗．用这样的激光刀对近视眼进行手术，手术时间短、效果好、无痛苦．关于这个治疗，以下说法中正确的是( )
A．近视眼是物体成像在眼球中的视网膜的前面，使人不能看清物体
B．激光具有很好的方向性，用激光刀可以在非常小的面积上对眼睛进行手术C．激光治疗近视眼手术是对视网膜进行修复
D．激光治疗近视眼手术是对角膜进行切削
E．激光治疗近视眼手术是利用激光的相干性好
【答案】ABD
6．激光全息照片的底片上记录了光的干涉条纹，含有被拍摄物体反射的光的所有信息，实现了照片的立体性．若照相时，被摄物体被挡住一部分，通过调整视线仍可看见被挡部分．照片被切开成两半，从一半上仍可看到物体的全像，照片就像一个观察物体的窗口．激光全息照相利用了激光________的性质．
【答案】相干性好
激光的特点及其应用。