高中物理人教版选修3-4 13.7 光的颜色 色散导学案含答案
文档属性
| 名称 | 高中物理人教版选修3-4 13.7 光的颜色 色散导学案含答案 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 4.5MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-05-17 16:29:56 | ||
图片预览
文档简介
光的颜色 色散
基础知识 基本技能
1．光的颜色和色散
(1)光的颜色与波长
(2)白光的组成
(3)光的色散与光谱
①光的色散：含有多种颜色的光被分解为单色光的现象。
②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。
谈重点：光的颜色和色散
(1)光的颜色是由光的频率决定的。各种不同颜色的光的频率各不相同，但在真空中传播时，光速均为3.0×108 m/s。
(2)同一种色光在不同介质中传播时，频率不变，颜色不变，但光速不同，因此波长不同。
(3)组成白光的各种单色光中，红光频率最小，紫光频率最大。
【例1】 光的颜色取决于( )
A．波长 B．频率
C．传播速度 D．折射率
解析：光的颜色由频率决定，光从一种介质传播到另一种介质，光的波长发生变化，但光的频率是不变的。
答案：B
2．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光程差不同，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，两列波相遇后相互削弱，于是出现暗条纹。
(3)条纹特点
①用单色光照射薄膜时，两个表面反射的光是相干光，形成明暗相间的干涉条纹。用不同的单色光照射，看到的亮纹的位置不同。
②用白光照射时，不同颜色的光在不同位置形成不同的亮条纹，看起来就是彩色条纹，即发生了色散现象。
照相机、望远镜等高质量的光学仪器,的镜头为什么呈现淡紫色？
镜头呈现淡紫色，这是因为镜头表面涂有 一层增透膜，膜的上表面与玻璃表面反射的光 发生干涉。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，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，所以增透膜呈现绿光的互补色——淡紫色。
【例2】 如图甲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，在肥皂膜上观察到干涉图像应是图乙中的( )
甲
乙
解析：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，所以干涉条纹应是水平的。
答案：D
3．衍射和折射时的色散
(1)衍射时的色散
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造成的。
(2)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，这说明：
①透明物质对波长λ不同的光的偏折程度不同，折射率n也不一样，λ越小，n越大。
②又根据n＝，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，波速越慢。
释疑点：光的频率与波长、波速的关系
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。
【例3】 如图所示，在水中有一厚度不计的薄玻璃片做成的中空三棱镜，里面是空气，一束光A从棱镜的左边射入，从三棱镜的右边射出时发生色散，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点射出的都是紫光，从ab中点射出的是红光
D．从a点和b点射出的都是红光，从ab中点射出的是紫光
解析：由红光的折射率小于紫光的折射率知，紫光偏离原来方向比红光严重，并且向顶端偏折，光路图如图所示，所以从a点射出的是紫光，从b点射出的是红光，选项B正确。
答案：B
基本方法 基本能力
4．各色光特性的比较
(1)对光的颜色的理解：不同颜色的光，波长不同，频率不同，而同种颜色的光在不同的介质中折射率不同，速度和波长均不相同，但频率相同，因此说光的颜色是由频率决定的，而不是由波长决定的。
(2)各种色光特性的比较
色种色光 红橙黄绿蓝靛紫
频率 小→大
折射率 小→大
经三棱镜折射时的偏向角 小→大
波长 长→短
介质中的波速 大→小
双缝干涉的条纹间距 大→小
薄膜干涉的条纹间距 大→小
析规律：光的频率
(1)光的频率(颜色)由光源决定，与介质无关，光的波长、波速与介质有关。
(2)同一介质中，频率越大的光折射率越大，其他特点可由n＝＝等知识推导。
【例4】 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ab间形成一条彩色光带。下面说法中正确的是( )
A．a侧是红光，b侧是紫光
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侧光的速率比b侧光大
解析：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侧光是紫光，波长较短，b侧光是红光，波长较长，因此A错，B、C正确；又v＝c/n，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。
答案：BC
思维拓展 创新应用
5．用干涉法检查平面
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，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，则对应亮纹(或暗纹)提前出现；如果某处凸起来，则对应亮(或暗)纹延后出现，如图乙所示。(注：“提前”与“延后”不是指在时间上，而是指由左向右的位置顺序上。)
【例5】 如图所示是用干涉法检查某块厚玻璃板的上表面是否平整的装置，所用单色光是普通光源通过滤光片产生的，检查中所观察到的干涉条纹是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：干涉法的原理是利用单色光的薄膜干涉，这里的薄膜指的是样板与待测玻璃之间的空气层，空气层的上表面和下表面分别反射的光会发生干涉，观察干涉后形成的条纹是否为平行直线，可以断定厚玻璃的上表面是否平整。因此选项C是正确的。
答案：C
基础知识 基本技能
1．光的颜色和色散
(1)光的颜色与波长
(2)白光的组成
(3)光的色散与光谱
①光的色散：含有多种颜色的光被分解为单色光的现象。
②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。
谈重点：光的颜色和色散
(1)光的颜色是由光的频率决定的。各种不同颜色的光的频率各不相同，但在真空中传播时，光速均为3.0×108 m/s。
(2)同一种色光在不同介质中传播时，频率不变，颜色不变，但光速不同，因此波长不同。
(3)组成白光的各种单色光中，红光频率最小，紫光频率最大。
【例1】 光的颜色取决于( )
A．波长 B．频率
C．传播速度 D．折射率
解析：光的颜色由频率决定，光从一种介质传播到另一种介质，光的波长发生变化，但光的频率是不变的。
答案：B
2．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光程差不同，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，两列波相遇后相互削弱，于是出现暗条纹。
(3)条纹特点
①用单色光照射薄膜时，两个表面反射的光是相干光，形成明暗相间的干涉条纹。用不同的单色光照射，看到的亮纹的位置不同。
②用白光照射时，不同颜色的光在不同位置形成不同的亮条纹，看起来就是彩色条纹，即发生了色散现象。
照相机、望远镜等高质量的光学仪器,的镜头为什么呈现淡紫色？
镜头呈现淡紫色，这是因为镜头表面涂有 一层增透膜，膜的上表面与玻璃表面反射的光 发生干涉。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，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，所以增透膜呈现绿光的互补色——淡紫色。
【例2】 如图甲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，在肥皂膜上观察到干涉图像应是图乙中的( )
甲
乙
解析：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，所以干涉条纹应是水平的。
答案：D
3．衍射和折射时的色散
(1)衍射时的色散
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造成的。
(2)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，这说明：
①透明物质对波长λ不同的光的偏折程度不同，折射率n也不一样，λ越小，n越大。
②又根据n＝，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，波速越慢。
释疑点：光的频率与波长、波速的关系
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。
【例3】 如图所示，在水中有一厚度不计的薄玻璃片做成的中空三棱镜，里面是空气，一束光A从棱镜的左边射入，从三棱镜的右边射出时发生色散，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点射出的都是紫光，从ab中点射出的是红光
D．从a点和b点射出的都是红光，从ab中点射出的是紫光
解析：由红光的折射率小于紫光的折射率知，紫光偏离原来方向比红光严重，并且向顶端偏折，光路图如图所示，所以从a点射出的是紫光，从b点射出的是红光，选项B正确。
答案：B
基本方法 基本能力
4．各色光特性的比较
(1)对光的颜色的理解：不同颜色的光，波长不同，频率不同，而同种颜色的光在不同的介质中折射率不同，速度和波长均不相同，但频率相同，因此说光的颜色是由频率决定的，而不是由波长决定的。
(2)各种色光特性的比较
色种色光 红橙黄绿蓝靛紫
频率 小→大
折射率 小→大
经三棱镜折射时的偏向角 小→大
波长 长→短
介质中的波速 大→小
双缝干涉的条纹间距 大→小
薄膜干涉的条纹间距 大→小
析规律：光的频率
(1)光的频率(颜色)由光源决定，与介质无关，光的波长、波速与介质有关。
(2)同一介质中，频率越大的光折射率越大，其他特点可由n＝＝等知识推导。
【例4】 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ab间形成一条彩色光带。下面说法中正确的是( )
A．a侧是红光，b侧是紫光
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侧光的速率比b侧光大
解析：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侧光是紫光，波长较短，b侧光是红光，波长较长，因此A错，B、C正确；又v＝c/n，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。
答案：BC
思维拓展 创新应用
5．用干涉法检查平面
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，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，则对应亮纹(或暗纹)提前出现；如果某处凸起来，则对应亮(或暗)纹延后出现，如图乙所示。(注：“提前”与“延后”不是指在时间上，而是指由左向右的位置顺序上。)
【例5】 如图所示是用干涉法检查某块厚玻璃板的上表面是否平整的装置，所用单色光是普通光源通过滤光片产生的，检查中所观察到的干涉条纹是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：干涉法的原理是利用单色光的薄膜干涉，这里的薄膜指的是样板与待测玻璃之间的空气层，空气层的上表面和下表面分别反射的光会发生干涉，观察干涉后形成的条纹是否为平行直线，可以断定厚玻璃的上表面是否平整。因此选项C是正确的。
答案：C