课件67张PPT。7 光的颜色 色散
8 激光一、光的颜色与色散
1.光的颜色与波长:不同颜色的光,波长_____。
2.光的色散:含有多种颜色的光被分解为_______的现象。
3.光谱:含有多种颜色的光被分解后,各种色光按其_____的有
序排列。不同单色光波长【自我思悟】
1.光的颜色是由什么决定的?
提示:是由光的频率决定的。
2.光从真空进入介质中,其频率、波长、波速如何变化?
提示:光的频率是由光源的发光机理决定的,所以光由真空进入介质中时,光的频率不变,但波长会减小,由波速公式v=λf可知,光的传播速度减小。二、色散的分类
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_____的光是由同一个光波分解而成的,它们具有相同的
_____、恒定的相位差及振动方向。
(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_______不同,在某些位置两列
波叠加后相互加强,于是出现___条纹;在另一些位置,两列波相
遇后相互削弱,于是出现___条纹。反射频率路程差亮暗2.衍射时的色散:用白光进行衍射实验时,得到的是_____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_____不
同。
3.折射时的色散:如图,说明通过棱镜折射后由上到下的色光顺
序为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。在同一种物质中,不同波
长的光波的传播速度不一样,波长越短,波速_____。彩色位置越慢【自我思悟】
单色光通过棱镜也能发生色散吗?
提示:不能。单色光折射率一定,折射程度一定。三、激光
1.激光的特点及应用:单一恒定相同平行度范围时间能量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
能量强弱信息,而全息照相技术还记录了光波的_____信息。
(2)原理:全息照相的拍摄利用了光的_____原理,使_______和
物光在底片上相遇,发生干涉,形成复杂的干涉条纹。这要求参
考光和物光必须具有很高的_____性。
(3)观察全息照片时要用_____照射照片,从另一侧面观察。相位干涉参考光相干激光【自我思悟】
自然界中的发光体能发出激光吗?
提示:激光是一种特殊的光,自然界中的发光体不能发出激光。【盲区扫描】
1.不同颜色的光,波长不同,单色光的颜色取决于光的频率,白光是由多种颜色的光组成的,叫复色光。
2.复色光被分解为单色光的现象叫光的色散。各种色光按其波长有序的排列,就是光谱。
3.增透膜的原理是薄膜干涉,利用棱镜也可以实现光的色散。
4.光是从物质的原子中发射出来的。DVD是利用了激光平行度好的特点。医学上的光刀是利用了激光亮度高的特点。全息照相不但能记录光的强弱信息,还能记录光波的相位信息。一、正确理解色散 拓展延伸
1.折射时的色散:
(1)把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。实
验表明,白光色散时,红光的偏向角最小,
紫光的偏向角最大。这说明玻璃对不同色光的折射率是不同的。紫光的折射率最大,红光的折射率最小。(2)由于介质中的光速v= ,故在同种介质中折射率大的光速小,各种色光在同种介质中的光速依次为v紫(3)如图所示,白光经过三棱镜后,在光屏上呈现七色光带;若从棱镜的顶角向底边看,由红到紫依次排列,紫光最靠近底边,光的色散实质上是光的折射现象。2.双缝干涉中的色散:用不同的单色光做双缝干涉实验,得到的
条纹之间的距离不一样,但都是明暗相间的单色条纹。由Δx=
λ知,红光波长最长,Δx最大,紫光波长最短,Δx最小。
白光干涉时的条纹是彩色的,可见,白光是由多种色光组成的复
色光,发生干涉时,白光发生了色散现象。【微思考】
(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。【题组通关】
【示范题】一束白光通过玻璃三棱镜折
射后,在竖直放置的光屏上形成了如图
所示的光谱,其中a、c为光谱的边缘色
光,关于a、b、c三种色光,下列说法正确的是( )
A.把温度计放在光屏上c色光的下方,示数增加最快
B.若分别让a、b、c三色光通过一双缝干涉装置,则a光形成的干涉条纹的间距最大C.a、b、c三色光在玻璃三棱镜中的传播速度依次越来越小
D.让a、b、c三色光以同一入射角,从某一介质射入空气中,若b光恰能发生全反射,则c光也一定能发生全反射【解题探究】(1)a、b、c三色光哪种光的折射率最大?哪种光
的传播速度最大?
提示:由a、b、c经棱镜后的偏折情况可知a的折射率最大,由n=
知c的速度最大。
(2)a、b、c三色光从某一介质射入空气时,哪种光的临界角最
大?
提示:由sinC= 知c色光的临界角最大。【规范解答】选A。同一介质对红光折射率最小,对紫光折射率
最大,所以a是紫光,c是红光。红外线具有热效应,温度计放在
其中,示数增加最快,故A正确;根据Δx= λ可知,红光波长最
长,干涉条纹间距最大,故B错误;根据n= 可知,折射率大的速
度小,所以vanc,根据sinC= 可知,
Cb发生全反射,故D错误。【通关1+1】
1.(2014·南京高二检测)如图所示四图表示一束白光通过三棱镜的光路图,其中正确的是( )【解析】选D。因光在棱镜的两个侧面上发生折射,每次折射都向底边偏折,并且玻璃对不同单色光的折射率不同,不同单色光在同一侧面的偏折角就不同。2.如图所示,一束白光通过玻璃棱镜发生色散现象,下列说法正确的是( )
A.红光的偏折最大,紫光的偏折最小
B.红光的偏折最小,紫光的偏折最大
C.玻璃对红光的折射率比紫光大
D.玻璃中紫光的传播速度比红光大【解析】选B。玻璃对紫光的折射率最大,则紫光的偏折最大,
由n= 知玻璃中红光的传播速度比紫光大,故A、C、D错误,B正
确。【变式训练】1.(多选)(2013·达州高二检测)如图所示,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a、b间形成一条彩色光带。下面的说法中正确的是( )
A.a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侧光的折射率大于对b侧光的折射率
D.在三棱镜中a侧光的传播速率大于b侧光的传播速率【解析】选B、C。由图可以看出,a侧光偏折得较厉害,三棱镜
对a侧光的折射率较大,所以a侧是紫色光,波长较小,b侧是红色
光,波长较大,因此A错,B、C正确;又v= ,所以三棱镜中a侧光
的传播速率小于b侧光的传播速率,D错。2.如图所示,在水中有一厚度不计的薄玻璃片
制成的中空三棱镜,里面是空气,一束光A从三
棱镜的左边射入,从三棱镜的右边射出时发生
了色散,射出的可见光分布在a点和b点之间,则( )
A.从a点射出的是红光,从b点射出的是紫光
B.从a点射出的是紫光,从b点射出的是红光
C.从a点和b点射出的都是红光,从ab中点射出的是紫光
D.从a点和b点射出的都是紫光,从ab中点射出的是红光【解析】选B。本题是中空三棱镜放在水中,光线由水中射入棱镜,经两次折射射到水中,空气相对于水是折射率小的介质,据折射定律分析,出射光线将向棱镜顶角偏折。因此,B选项正确。【素养升华】
光的色散的物理意义
(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= 可知,在棱镜中紫光的速度最小,红光
的速度最大。 二、薄膜干涉及其应用 拓展延伸
1.用干涉法检查平面平整度:如图甲所示,两板之间形成一层空气膜,用单色光从上向下照射,如果被检测平面是光滑的,得到的干涉图样必是等间距的。如果被测表面某处凹下,则对应亮条纹(或暗条纹)提前出现,如图乙中P条纹所示;如果某处凸起来,则对应条纹延后出现,如图乙中Q所示。(注:“提前”与“延后”不是指在时间上,而是指由左到右的位置顺序上)2.增透膜:为了减少光学装置中的反射
光的损失,可在元件表面涂一层透明薄
膜,一般是氟化镁。如图所示,在增透
膜的前后表面反射的两列光波形成相干波,相互叠加,当路程差为半波长的奇数倍时,在两个表面反射的光产生相消干涉,反射光的能量几乎等于零。一般取最小厚度d满足2d= (此波长为光在该种介质中的波长)。由于白光中含有多种波长的光,所以增透膜只能使其中一定波长的光相消。因为人对绿光最敏感,一般选择对绿光起增透作用的膜,所以在反射光中绿光强度几乎为零,而其他波长的光并没有完全抵消,所以增透膜呈现淡紫色。【微思考】
(1)薄膜干涉的相干光是怎样获得的?
提示:空气膜前后两个面反射的光形成相干光。
(2)增透膜是怎样增加透射光的?
提示:两束反射光相互抵消,反射光的能量减少,由于总的能量是守恒的,反射光的能量被削弱了,透射光的能量就必然得到增强。增透膜是通过“消反”来确保“增透”的。【题组通关】
【示范题】劈尖干涉是一种薄膜干涉,其装置如图甲所示,将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上,在一端夹入两张纸片,从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜。当光垂直入射后,从上往下看到的干涉条纹如图乙所示。干涉条纹有如下特点:(1)任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等;(2)任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定。现若在图中装置中抽去一张纸片,则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后,从上往下观察到的干涉条纹( )A.变疏 B.变密 C.不变 D.消失【解题探究】(1)产生明条纹的条件是什么?
提示:由空气薄膜的两个面反射的光的路程差等于波长的整数倍。
(2)抽去一张纸片后,空气膜厚度减小,原来的某一明条纹的位置怎样变化?
提示:向空气膜厚度增大的方向移动。【规范解答】选A。干涉条纹是由空气薄膜的上下两个表面反射的光线叠加而成的,当抽去一张纸片后,劈形空气薄膜倾角减小,相邻明条纹(或暗条纹)必须变疏才能符合所在位置下面对应的薄膜厚度差跟原先一样,故A正确。【通关1+1】
1.(2013·兰州高二检测)关于薄膜干涉,下列说法中正确的
是( )
A.只有厚度均匀的薄膜,才会发生干涉现象
B.只有厚度不均匀的楔形薄膜,才会发生干涉现象
C.厚度均匀的薄膜会形成干涉条纹
D.观察肥皂液膜的干涉现象时,观察者应和光源在液膜的同一侧【解析】选D。当光从薄膜的一侧照射到薄膜上时,只要前后两个面反射回来的光波的路程差满足振动加强的条件,就会出现明条纹,满足振动减弱的条件就会出现暗条纹。这种情况在薄膜厚度不均匀时才会出现;当薄膜厚度均匀时,不会出现干涉条纹,但也能发生干涉现象,这时某些颜色的光因干涉而减弱,另一些光因干涉而加强。减弱的光透过薄膜,加强的光被反射回来,所以这时看到薄膜的颜色是振动加强的光的颜色,但不会形成干涉条纹。2.如图所示是用干涉法检查某块厚玻
璃块的上表面是否平整的装置。所用
单色光是用普通光源加滤光片产生的,
检查中所观察到的干涉条纹是由下列
哪两个表面反射的光线叠加而成的( )
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】选C。样板和厚玻璃之间存在楔形空气薄膜,用单色光从这个空气薄膜表面照射,入射光从空气薄膜的上、下表面反射回的两列光波形成干涉条纹。空气薄膜的上、下表面就是a的下表面和b的上表面,故选项C正确。【变式训练】1.(多选)光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用,下列说法正确的是( )
A.用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度利用了光的偏振现象
B.用三棱镜观察白光看到的彩色图样利用了光的衍射现象
C.光导纤维传递信息利用了光的全反射现象
D.光学镜头上的增透膜利用了光的干涉现象【解析】选C、D。检查光学平面的平整程度是利用了薄膜干涉现象,故A错误;用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用了色散现象,故B错误;光导纤维传递信息是利用全反射现象,故C正确;增透膜利用了光的薄膜干涉现象,故D正确。2.(2013·成都高二检测)用如图所示的实验装
置观察光的薄膜干涉现象。图甲是点燃的酒精
灯(在灯芯上撒些盐),图乙是竖立的附着一层
肥皂液薄膜的金属丝圈。将金属丝圈在其所在
的竖直平面内缓慢旋转,观察到的现象是( )
A.当金属丝圈旋转30°时干涉条纹同方向旋转30°
B.当金属丝圈旋转45°时干涉条纹同方向旋转90°
C.当金属丝圈旋转60°时干涉条纹同方向旋转30°
D.干涉条纹保持原来状态不变【解析】选D。金属丝圈在竖直平面内缓慢旋转时,不影响薄膜上薄下厚的分布,因而干涉条纹保持原来状态不变,D对。【素养升华】
被测平面凹下或凸起的形象判断法
被测平面凹下或凸起的形象判断法——矮人行走法。即把干涉条纹看成“矮人”的行走轨迹。让一个小矮人在两板间沿着一条条纹直立行走,始终保持脚踏被测板,头顶样板,在行走过程中:(1)若遇一凹下,他必向薄膜的尖端去绕,方可按上述要求过去,即条纹某处弯向薄膜尖端,该处为一凹下;(2)若遇一凸起,他必向薄膜的底部去绕,方可按上述要求过去,即条纹某处弯向薄膜底部,该处为一凸起。
因此,条纹向薄膜尖端弯曲时,说明下凹,反之,上凸。 三、激光及其应用 拓展延伸
1.激光的产生:激光是原子受激辐射产生的光,发光的方向、频率、偏振方向均相同,两列相同激光相遇可以发生干涉。激光是人工产生的相干光。
2.激光的特点:
(1)激光是人工产生的相干光,其单色性好,相干性好。
激光的频率单一,相干性非常好,颜色特别纯。用激光做衍射、干涉实验,效果很好。(2)激光的平行度好。从激光器发出的激光具有极好的平行性,几乎是一束方向不变、发散角很小的平行光。传播几千米后,激光斑扩展范围不过几厘米,而探照灯的光束能扩展到几十米范围。
(3)亮度高。激光可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量。【微思考】
(1)激光在不同的用途上强度相同吗?
提示:在不同的用途上激光的强度差别很大,像唱片中的激光读写,激光很弱;激光手术刀,激光就比较强;激光武器,激光就特别强。
(2)激光是很好的相干光源,不同的激光能产生干涉吗?
提示:不同激光的频率不同,干涉光必须是同频率光,不同频率的激光不能产生干涉,只有同一光源发出的激光才能产生干涉。【题组通关】
【示范题】(多选)对于激光的认识,以下说法正确的是( )
A.普通光源发出的光都是激光
B.激光是自然界普遍存在的一种光
C.激光是一种人工产生的相干光
D.激光已经深入我们生活的各个方面【解题探究】(1)激光是由什么光源发出的光?
提示:激光是由激光器发出的光。
(2)激光在自然界中存在吗?
提示:激光是人工制成的,在自然界中不存在。【规范解答】选C、D。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,并且满足相干条件,所以激光与普通光源发出的光有着质的区别,A选项错;激光是原子受激辐射产生的光,要通过人工专门制得,所以并不是在自然界中普遍存在的,B选项错,C选项正确;在日常的生产、生活中很多方面都用到了激光,D选项正确。【通关1+1】
1.(2013·济南高二检测)在演示双缝干涉的实验时,常用激光作光源,这主要是应用激光的什么特性( )
A.亮度高 B.平行性好 C.单色性好 D.波动性好
【解析】选C。频率相同的两束光相遇才能发生干涉,激光的单色性好,频率单一,通过双缝时能够得到两束相干光。2.下列应用激光的事例中错误的是( )
A.利用激光进行长距离精确测量
B.利用激光进行通信
C.利用激光进行室内照明
D.利用激光加工坚硬材料【解析】选C。利用激光可以进行测量、通信、加工坚硬材料等。激光单向性好,不利于室内照明,并且大功率的激光要靠专门的激光器产生,成本太高,且由于激光的能量集中,会对人体产生伤害。因此选项C所述激光的应用是错误的。【变式训练】1.(多选)下列说法正确的是( )
A.激光可用于测距
B.激光能量十分集中,只可用于加工金属材料
C.外科研制的“激光刀”可以有效地减少细菌的感染
D.激光可用于全息照相,有独特的特点【解析】选A、C、D。激光平行度好,即使在传播了很远的距离之后,它仍保持一定的强度,此特点可用于激光测距,A正确;激光的亮度高,能量十分集中,可用于金属加工、激光医疗、激光美容、激光武器等,B错误;由于激光亮度高,能量大,在切割皮肤等的同时,也能杀灭细菌,所以C正确;激光具有很高的相干性,可用于全息照相,由于它记录了光的相位信息,所以看起来跟真的一样,立体感较强,D正确。2.(多选)(2013·青岛高二检测)纳米科技是跨世纪新科技,将激光束的宽度聚集在纳米级范围内,可恢复人体已损坏的器官,对DNA分子进行超微型基因修复,把至今尚令人类无奈的癌症彻底根除,这主要是利用了激光的( )
A.单色性 B.方向性
C.高能量 D.偏振性
【解析】选B、C。因为激光有非常好的方向性和非常高的能量,可以用于医疗卫生。【素养升华】
激光的应用举例与对应的特性
(1)激光雷达:对准目标发出一个极短的激光脉冲,测量发射脉冲和收到回波的时间间隔,结合发射的方向,就可探知目标的方位和距离,结合多普勒效应,还可以求出目标的运动速度。(利用激光的平行度好)(2)读盘:激光的平行度很好,可以会聚到很小的一点,让会聚点照射到VCD碟片、CD碟片、计算机的光盘上,就可读出光盘上记录的信息。(利用激光的平行度好)
(3)医用激光刀:可以用于医疗的某些手术上,具有手术时间短、损伤小、不会引起细菌感染、止血快等优点。(利用激光的亮度高) (4)切割金属等难熔物质:用激光可以产生几千万度的高温,最难熔的物质也可在瞬间汽化。(利用激光的亮度高)
(5)激光育种:用激光照射植物的种子,会使植物产生有益的变异,用于培育新品种。(利用激光的亮度高)
(6)激光可以作为武器使用:用以击毁侦察卫星,飞行的导弹、飞机等。(利用激光的亮度高) 【资源平台】激光的应用
【示范题】利用激光遇到物体发生反射,可以测定物体的有关
参量。如图甲所示,B为固定的激光发生器和接收器于一体的装
置,C为一辆在水平地面上做匀速直线运动的小车,现使B对准匀
速行驶的小车C,使B每隔固定时间T0发射一激光脉冲,如图乙所
示幅度较大的波形,而B接收到的由小车C返回的激光脉冲为如图乙所示幅度较小的波形,发射、接收激光脉冲的时间间隔如图乙所示。T0、T、ΔT均为已知,则根据所给信息判断小车的运动方向为 (选填“向左”或“向右”),速度大小为 。(光速为c)【标准解答】若小车不动,发射激光脉冲后到接收返回脉冲的时间应恒定,而从图中看,从发射到接收的时间间隔逐渐增大,故可知小车C速度方向与激光发射方向一致,即小车向右运动。
要求小车的速度,关键是要求出小车通过的某段位移和所用时间,可用运动学中处理追及问题的方法求解,作出运动示意图如图所示。如图所示，可知在s这段位移内小车运动的时间
故小车的速度大小为
答案：向右 温馨提示：
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课时达标·效果检测
一、选择题
1.(2013·闸北区高二检测)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了激光有相干性的特点
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
【解析】选C。由激光的特点及应用,可知光纤通信主要利用激光的相干性,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性好,B错误。医疗中的激光“光刀”利用了激光的高亮度的特点,C正确。激光测距利用的是激光的平行性,D错误。
2.如图所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置,P是附有肥皂泡薄膜的铁丝圈,S是一点燃的酒精灯,往火焰上撒些盐后,在肥皂膜上观察到的干涉图像应是图中的( )
【解析】选D。铁丝圈上的肥皂泡薄膜在重力作用下上薄下厚,在同一水平线上厚度基本一致,如果某一厚度处前后表面反射的同一列光波叠加得到加强,那么这一水平线上同一厚度处光波会加强,所以干涉条纹应是基本水平的。
【变式训练】薄膜干涉条纹产生的原因是( )
A.薄膜内的反射光线和折射光线相互叠加
B.同一束光线经薄膜前后两表面反射后相互叠加
C.入射光线和从薄膜反射回来的光线叠加
D.明条纹是波峰和波峰叠加而成,暗条纹是波谷与波谷叠加而成
【解析】选B。薄膜干涉是同一束光线经薄膜前、后表面反射后叠加形成的,故A、C错误,B正确。波峰和波峰、波谷和波谷叠加都是明条纹,D错误。
3.(多选)(2013·马鞍山高二检测)一复色光中只含有a、b两种单色光,用该复色光照射一竖直理想透明薄膜(膜层厚度从零开始,上薄下厚)时,得到如图所示的干涉图样。若用此复色光通过玻璃半球射向空气,下列四个光路图中可能符合实际情况的是( )
【解析】选A、D。由于膜层厚度从零开始,上薄下厚,而干涉图样最上是a光线,则说明a光线的波长较短,而频率却较高。所以它的折射率也大。当光沿半径方向射入玻璃半球时,可能同时出现光的反射与折射,也可能只有光的反射,也有可能b光线既发生反射也发生折射,而a光线只有反射。故A、D正确。
4.(2011·大纲版全国卷)雨后太阳光入射到水滴中发生色散而形成彩虹。设水滴是球形的,图中的圆代表水滴过球心的截面,入射光线在过此截面的平面内,a、b、c、d代表四条不同颜色的出射光线,则它们可能依次是( )
A.紫光、黄光、蓝光和红光
B.紫光、蓝光、黄光和红光
C.红光、蓝光、黄光和紫光
D.红光、黄光、蓝光和紫光
【解析】选B。第一次折射时,把水滴看作三棱镜,向下偏折程度最大的光线一定是紫光,偏折程度最小的是红光,故第二次折射后,从题图上可看出紫光是a,红光是d,所以正确答案是B。
【总结提升】白光色散后光的颜色的确定方法
根据折射率越大的色光,光线的偏折程度越大。七色光中红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的折射率排列顺序为n紫>n靛>n蓝>n绿>n黄>n橙>n红,故偏折程度的排列顺序为紫>靛>蓝>绿>黄>橙>红。然后作出界面的法线找到对应的折射角,最后判断出射光线的排列顺序。
二、非选择题
5.(2013·昆明高二检测)应用激光平行度好的特性,可以精确地测量距离,对准目标发射一个极短的激光脉冲,测量发射脉冲与收到的反射脉冲的时间间隔,就可求出激光器到目标的距离。若在地球上向月球发射一个激光脉冲,测得从发射到收到反射脉冲所用的时间为2.56s,则月球到地球的距离大约是多少?
【解题指南】这种题型关键是明白光的传播过程,光在真空中沿直线传播,传播速度为3×108m/s,同时还要注意所给时间为往返所用时间。
【解析】真空中的光速c=3.0×108m/s,从发射脉冲到收到反射脉冲所用时间t=2.56s,月球到地球的距离为
l=ct=×3.0×108×2.56m=3.84×105km。
答案:3.84×105km
6.用三棱镜可使阳光折射成一条彩色光带,如图所示,请回答下列问题:
(1)B、C、D区域分别是什么色光区?
(2)将一瓶绿藻放在A处,则B、C、D哪一处变暗?
(3)将一瓶绿藻放在B、C、D的哪一位置上,就会严重影响它的生长?
【解析】(1)B为红光区,C为绿光区,D为蓝光区。
(2)由绿藻呈绿色可知其对绿光的吸收最弱,故B和D处变暗。
(3)由(1)可知,C为绿光区,故绿藻只能得到极少量可利用的光来进行光合作用,因而会严重影响其生长。
答案:见解析
一、选择题
1.(2013·连云港高二检测)实验表明,可见光通过三棱镜时各色光的折射率n随着波长λ的变化符合科西经验公式:n=A++,其中A、B、C是正的常量。太阳光进入三棱镜后发生色散的情形如图所示。则( )
A.屏上c处是紫光 B.屏上d处是红光
C.屏上b处是紫光 D.屏上a处是红光
【解析】选D。太阳光中红光波长最长,紫光波长最短,则紫光折射率最大,红光折射率最小,所以紫光偏折程度最大,对应屏上d处,红光偏折程度最小,对应屏上a处。
2.(多选)激光器发光功率为P,发出的激光在折射率为n的介质中波长为λ,c表示光在真空中的速度,下列说法中正确的是( )
A.该光在真空中的波长为nλ B.该光在真空中的波长为
C.该光的频率为 D.该光的频率为
【解析】选A、D。注意光从一种介质进入另一种介质时,频率不会发生变化,对激光也是一样,由于速度变化,波长会相应变化,同一频率的光在真空中的波长大于在介质中的波长。
3.(2013·哈尔滨高二检测)如图所示,水盆中盛有一定浓度的水,盆底处水平放置一个平面镜。平行的红光束和蓝光束斜射入水中,经平面镜反射后,从水面射出并分别投射到屏MN上两点,则有( )
A.从水面射出的两束光彼此平行,红光投射点靠近M端
B.从水面射出的两束光彼此平行,蓝光投射点靠近M端
C.从水面射出的两束光彼此不平行,红光投射点靠近M端
D.从水面射出的两束光彼此不平行,蓝光投射点靠近M端
【解析】选B。由于蓝光和红光从空气射入水中时,蓝光折射角较小,经平面镜反射后,蓝光从水中折射到空气中的折射角与蓝光开始射入时的入射角相同,红光同理,故从水面射出的两束光彼此平行,蓝光投射点靠近M端,故B正确。
【变式训练】如图所示,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( )
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.看不到光源的像
【解析】选C。由于各种单色光中,紫光的折射率最大,偏折角也最大,成的像最高,红光的折射率最小,偏折角也最小,成的像最低,故C正确。
4.市场上有种灯具俗称“冷光灯”,用它照射物品时能使被照物品产生的热效应大大降低,从而广泛地应用于博物馆、商店等处。这种灯降低热效应的原因之一是在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面上镀了一层薄膜(氟化镁)。这种膜能消除不镀膜时玻璃表面反射回来的热效应最显著的红外线,以λ表示此红外线的波长,则所镀薄膜的厚度最小应为( )
A.λ B.λ
C.λ D.λ
【解题指南】解答本题时应明确通过改变薄膜的厚度可以达到增强反射光或削弱反射光的目的。
【解析】选B。为消除反射的热效应显著的红外线,则要求红外线在薄膜的前后表面反射后叠加减弱,即路程差为半波长的奇数倍,故薄膜的最小厚度为红外线在该薄膜中波长的。
二、非选择题
5.(2013·昆明高二检测)一种红宝石激光器发射的激光是不连续的一道道闪光,每道闪光为一个(列)光脉冲,若这种激光器光脉冲的持续时间为1.0×10-11s,波长为694.3nm,发射功率为1.0×1010W,求:
(1)每列光脉冲的长度是多少?
(2)用这种红宝石激光器照射皮肤上的色斑,每平方厘米色斑吸收能量达到60J以后,色斑便逐渐消失,一块色斑的面积为50mm2,则它要吸收多少个(列)红宝石激光脉冲才能逐渐消失?
【解析】(1)光脉冲持续时间即为发射一个光脉冲所需的时间,所以一个光脉冲长度Δl=c·Δt=3×108×1.0×10-11m=3.0×10-3m
(2)面积为1cm2的色斑吸收的能量E=60J,色斑便逐渐消失。而1个光脉冲的能量为
ΔE=P·Δt=1.0×1010×1.0×10-11J=0.1J
消除50mm2的色斑需要光脉冲数为
n===300(个)
答案:(1)3.0×10-3m (2)300个
6.(2013·海口高二检测)如图甲所示,两株相同的小麦苗分别放在盛有培养液的a、b瓶中,其中a中培养液有足够的小麦所需的全部矿质元素,b中培养液仅比a缺少镁元素。现有一直角三棱镜,如图乙所示,α角为30°,BC边与MN平行,且相距为l=cm。一束含红光、紫光的光束垂直AB边射入棱镜,已知光束宽为2cm。如果要促进小麦苗的生长,促进其进行光合作用,把培育了足够长时间的小麦苗移动,则a和b最适宜的移动区域分别在MN上的哪一段?距离有多宽?请画图表示。(已知红光、紫光的折射率分别为、,a中培养液养分充足,小麦正常生长,麦叶里含叶绿素占绝大部分,主要吸收红光,b中由于缺少镁元素,无法形成叶绿素,所以麦叶中类胡萝卜素占大多数,主要吸收紫光)
【解析】由于光垂直于AB入射,在AB边上不发生折射,在BC边上红光、紫光分别发生折射,由于入射角为30°,n=,得红光、紫光的折射角正弦值分别为sini1=sin30°、sini2=sin 30°,其角度分别为45°和60°。如图所示DOO′FD内为紫光区域,EOO′GE内为红光区域,有DF=EG=OO′=cm=4cm,算得EH=(4+tan 45°)cm=(4+)cm,FH=tan 60°cm=3cm,EF=EH-FH=
(+1)cm。
其中DF为紫光区域,EG为红光区域,EF区域内既有红光也有紫光。因此, a瓶中麦苗吸收红紫光比较多,最适当的区域是在红紫光区域EF,宽为(+1)cm;b瓶中的麦苗对紫光的吸收量大,最适宜的区域是紫光区域DF,宽为4cm。
答案:见解析
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