2020--2021物理人教版选修3-4课件：第13章 7 光的颜色 色散 8 激光 【共35张含答案】
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| 名称 | 2020--2021物理人教版选修3-4课件：第13章 7 光的颜色 色散 8 激光 【共35张含答案】 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 1.1MB | ||
| 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 | 2020-06-04 14:51:07 | ||
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文档简介
(共35张PPT)
人教版选修3-4：
第十三章
7 光的颜色 色散
8 激光
读一读·思一思
辨一辨·议一议
一、光的颜色 色散
阅读教材第67页,知道什么是色散现象,知道光的颜色与色散的关系。
1.光的颜色与波长的关系是什么?
答案:双缝干涉实验中,各种颜色的条纹间距不一样,这说明不同颜色的光,波长不同。
2.白光的组成成分是什么?
答案:白光干涉时,条纹是彩色的,这说明白光是由多种色光组成的。
读一读·思一思
辨一辨·议一议
二、色散的分类
阅读教材第68、69页,知道各种条件下的色散现象。
1.薄膜干涉的成因是什么?
答案:竖直放置的肥皂薄膜受到重力的作用,下面厚、上面薄,因此在膜上不同位置,来自前后两个面的反射光所走的路程差不同。在某些位置,光波叠加后相互加强,于是出现亮条纹;在另一些位置,叠加后相互削弱,出现了暗条纹。
2.衍射时有什么色散现象?
答案: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.白光通过棱镜时的色散有什么规律?
答案:白光色散时,红光的偏折角最小,紫光的偏折角最大。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。
读一读·思一思
辨一辨·议一议
三、激光的特点及其应用
阅读教材第71~73页,知道激光的特点和应用,知道全息照相的原理。
1.什么是激光?
答案:激光是一种通过人工方法获得的一种频率相同、相位差恒定、偏振方向一致的光,所以激光是一种相干光。
2.激光有哪些可以利用的优良特征?
答案:(1)相干性:激光是相干光,所以它能像无线电波那样被调制,用来传递信息。
(2)平行度:激光的平行度好,能传播相当远的距离,可以用于精确的测距。
(3)亮度:激光的亮度高,可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量,可以用于切割、焊接以及在坚硬材料上打孔等。
3.全息照相的原理是什么?
答案:利用了光的干涉原理,参考光和物光采用的是激光。
读一读·思一思
辨一辨·议一议
1.思考辨析。
(1)光的颜色是由光的波长决定的。
( )
解析:光的颜色是由光的频率决定的。
答案:×
(2)水面上的油膜在阳光照射下呈彩色是薄膜干涉的结果。
( )
答案:√
(3)在光导纤维束内传送图像是利用光的色散现象。
( )
解析:在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射现象。
答案:×
读一读·思一思
辨一辨·议一议
2.探究讨论。
(1)找两块比较干净的玻璃片叠放在一起,在阳光下用力挤压,会看到彩色的条纹。用力挤压时,条纹会移动,这是为什么?
答案:观察到的是薄膜干涉现象。由于两玻璃的接触表面不是很平,会在两玻璃片之间形成一层厚度不均匀,也不是均匀变化的空气夹层。由于空气膜厚度不均匀,从空气膜前后表面反射的光相互叠加而发生干涉,所观察到的彩色条纹就是干涉条纹。
读一读·思一思
辨一辨·议一议
(2)结合教材,上网查一下激光有哪些应用?分别利用了激光的什么特点?
答案:①光纤通信,利用了激光相干性好、易调制的特点;②激光雷达,利用了激光的平行度好;③激光读、写,利用了激光的平行度好;④激光加工,包括切割、焊接、打孔、划片、整形、热处理和表面处理,利用了激光亮度高的特点;⑤医用激光刀,利用了激光的亮度高、平行度好的特点;⑥引起核聚变,利用了激光亮度高的特点。除此以外,还有激光育种、激光保鲜、激光武器和激光光源等方面的应用。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
对色散的理解
问题导引
一束白光照射到三棱镜上后出现的色散现象,请问玻璃对哪种色光的折射率最大,对哪种色光的折射率最小?
要点提示:紫光偏折程度最大,红光偏折程度最小。所以玻璃对紫光折射率最大,对红光折射率最小。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
名师精讲
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.棱镜对光线传播方向的改变
(1)正确画好光线通过棱镜的光路图,如图甲所示。
(2)棱镜成像的画法,如图乙所示。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
3.各种色光特性的比较
探究一
探究二
探究三
当堂检测
4.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。
各色光在同一介质中折射率不同,偏折角度不同。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
典例剖析
例题1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
探究一
探究二
探究三
当堂检测
【思考问题】
在同一条件下,通过棱镜的各种色光中哪一种光偏折角度最大?在同一介质中哪一种光折射率最大?
提示:在同一条件下,通过棱镜的各种色光中紫光偏折角度最大;紫光在同一介质中折射率最大,传播速度最小。
解析:玻璃对频率不同的各种色光的折射率不同,在可见光中,对红光的折射率最小,对紫光的折射率最大。因此在空气和玻璃的第一个界面上,虽然各单色光入射角相同,但各单色光的折射角不同,
答案:B
探究一
探究二
探究三
当堂检测
归纳总结同种介质对不同波长单色光的折射率不同,折射率由小到大的顺序是红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。根据真空中光速相同,即c=λf,可知不同单色光波长由大到小的顺序是红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
变式训练1白光通过三棱镜发生色散,这说明( )
A.不同颜色的光在真空中的光速不同
B.对同一介质红光的折射率比紫光大
C.在同一介质中,红光的折射率小于紫光的折射率
D.每种颜色的光通过三棱镜都会分成几种颜色的光
解析:白光通过三棱镜后发生色散,说明不同频率的光在同一介质中折射率不同,红光折射率最小,紫光的折射率最大,故选项C正确。
答案:C
探究一
探究二
探究三
当堂检测
膜干涉现象及其应用
问题导引
在酒精灯的灯芯上撒一些食盐,灯焰就能发出明亮的黄光。把铁丝圈在肥皂水中蘸一下,让它挂上一层薄薄的液膜。把这层液膜当作一个平面镜,用它观察灯焰的像。这个像与直接看到的灯焰有什么不同?如果用白光做实验情况又会如何?
要点提示:灯焰的像由明暗相间的水平条纹组成。如果用白光做实验,肥皂膜上会出现彩色条纹。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
名师精讲
1.薄膜干涉中相干光的光源
一列光在膜的前表面和后表面分别反射,如同由前、后表面反射出来的两列完全相同的光,满足相干条件。
2.薄膜干涉的成因及特点
(1)形成原因
①由薄膜的前、后表面的反射光叠加而成明、暗相间条纹。
②如果膜的厚度为h,折射率为n,前、后表面的反射光的路程差为2h。若满足2h为膜中波长的整数倍时,该处出现亮条纹;满足2h为膜中半波长的奇数倍时,该处出现暗条纹。
(2)因为在同一水平高度处,薄膜的厚度相同,从前、后两表面反射的光的路程差均相同,如果此时两反射光互相加强,则此高度水平方向各处均加强,因此,明暗相间的干涉条纹应为水平方向。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
3.应用
(1)等倾法检查平面平整度
如图所示,在被测平面上放一个透明的样板,在样板的一端垫一个薄片,使样板的标准平面与被测平面之间形成一个楔形空气薄层。用单色光照射时,空气层的上、下两个表面反射的两列光波发生干涉。空气厚度相同的地方,两列波的路程差相同,两列波叠加时互相加强或减弱的情况相同,因此若被测面是平的,干涉条纹就是一组平行的直线,如果干涉条纹是弯曲的,就表明被测平面不平整。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
(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=
λ(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。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
薄膜干涉是由薄膜的前、后表面反射光束相遇而产生的干涉。薄膜通常由厚度很小的透明介质形成。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
例题2图甲为用薄膜干涉检查某块厚玻璃板的上表面是否平整的装置。若待检板的上表面平整,则当平行的单色光照射到标准板上时,可从标准板上方观察到平行的、明暗相间的干涉条纹。若观察到的条纹如图乙所示,则说明待检板的上表面( )
A.有一个凸起的圆台
B.有一个凹陷的圆坑
C.有一个沿ab方向凸起的高台
D.有一个沿ab方向凹陷的沟
探究一
探究二
探究三
当堂检测
【思考问题】
在应用薄膜干涉检查材料的表面时,如果表面是平整的,则得到的干涉条纹是什么样式的?如果有凹陷的部分,则干涉条纹又是什么样式的?
提示:应用薄膜干涉检查材料的表面时,如果表面是平整的,则得到的干涉条纹是互相平行的;如果有凹陷的部分,则该处条纹向楔形的顶部弯曲。
解析:由薄膜干涉原理知,如果被检玻璃板表面是平整的,则干涉条纹疏密均匀,薄膜同一厚度处出现同一条纹,相邻干涉条纹的光程差等于入射光的波长。从图乙所示情况来看,明条纹向左弯曲,说明弯曲处光程差与该条纹上其他位置的光程差相同,因此弯曲处比原薄膜厚,即玻璃表面向下凹陷,选项A、C不正确。如果有一个沿ab方向凹陷的沟,那么所有条纹都应向同一方向弯曲,因此不是选项D所说的情况。本题正确选项为B。
答案:B
归纳总结这类题目要抓住产生明暗条纹的条件进行判断。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
变式训练2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。
现将甲图装置中的纸片抽去一张,则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后,则条纹( )
A.变疏
B.变密
C.不变
D.消失
探究一
探究二
探究三
当堂检测
解析:根据形成明条纹的条件可知,相邻明条纹对应的路程差等于入射光的波长。抽去一张纸片,样板的倾角变小,要使相邻明条纹对应的路程差仍等于入射光的波长,则样板上条纹间的距离将会增大,即干涉条纹将变疏。
答案:A
探究一
探究二
探究三
当堂检测
激光及应用
问题导引
激光切割技术已广泛应用于金属和非金属材料的加工中,可大大减少加工时间,降低加工成本,提高加工质量。现代的激光成了人们所幻想追求的削铁如泥的“宝剑”,那么,激光切割是利用了激光的什么特点来完成的?
要点提示:激光的亮度高,可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量,可以用于切割、焊接以及在坚硬材料上打孔等。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
名师精讲
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。
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。
(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。
熟悉激光的特性是理解激光在生活中的应用基础。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
典例剖析
例题3让激光照射到VCD机、CD机、DVD机或计算机的光盘上,就可以读取光盘上记录的信息,经过处理后还原成声音和图像,这是利用了激光的( )
A.平行度好,可以会聚到很小的一点上
B.相干性好,可以很容易形成干涉图样
C.亮度高,可以在很短的时间内集中很大的能量
D.波长短,很容易发生明显的衍射现象
【思考问题】
激光有哪些优秀特性?
提示:激光具有相干性好、平行度好、亮度高等特点。
解析:激光的平行度好,容易会聚成一个很小的光点,让激光照射到VCD机、CD机、DVD机或计算机的光盘上,传感器把光盘反射的光转化为电信号进行处理,还原出声音或图像,只有选项A正确。
答案:A
探究一
探究二
探究三
当堂检测
归纳总结激光的特点
(1)激光相干性非常好。
(2)激光束的平行度非常好。
(3)激光的亮度高。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
变式训练3关于激光,下列说法正确的是( )
A.激光是用人工方法激发出的一种特殊的光
B.自然界中某些天然物体也可以发出激光
C.激光可以像刀子一样切除肿瘤
D.由于激光的方向性好,所以激光不能发生衍射现象
解析:激光是用人工方法激发的一种特殊的光,具有很强的相干性,故选项A正确;普通光源发出的光是自然光,故选项B错误;医用光刀利用激光方向性好、亮度高、能量强等特点切除肿瘤,故选项C正确;激光是一种特殊的光,光的一切规律都可以直接应用于激光,故选项D错误。
答案:AC
探究一
探究二
探究三
当堂检测
1.(考查对薄膜干涉的理解)关于薄膜干涉,下列说法正确的是( )
A.干涉条纹的产生是由于光在膜的前、后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.干涉条纹是等间距的平行线时,说明薄膜的厚度处处相等
D.观察薄膜干涉条纹时,应在入射光的另一侧观察
探究一
探究二
探究三
当堂检测
解析:薄膜前、后两个面反射的光波的光程不同,在一些地方,波峰(波谷)与波峰(波谷)相遇,相互加强,出现亮条纹;在另一些地方,波峰(波谷)与波谷(波峰)相遇,相互削弱,出现暗条纹,故选项A正确,选项B错误;干涉条纹是等间距的平行线时,说明薄膜是理想的劈尖干涉,即薄膜厚度是均匀变化的,故选项C错误;人眼观察到的条纹是膜前、膜后反射光波叠加的结果,因此人应与入射光在同一侧观察,故选项D错误。
答案:A
探究一
探究二
探究三
当堂检测
2.(考查光学现象中的彩色图样)表面附着油膜的透明玻璃片,当有阳光照射时,可在表面和玻璃片的边缘分别看到彩色图样,则( )
A.两者都是色散现象
B.两者都是干涉现象
C.前者是干涉现象,后者是折射现象
D.前者是色散现象,后者不是色散现象
解析:阳光照射到油膜上,油膜前后表面的反射光干涉形成彩色图样,是干涉现象。阳光照在边缘棱角处,由于折射产生彩色图样,是折射现象,两者都属于色散现象。
答案:AC
探究一
探究二
探究三
当堂检测
3.(考查对激光的认识)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.激光已经深入到我们生活中的各个方面
答案:CD
探究一
探究二
探究三
当堂检测
4.(考查全息照相)关于全息照相,下列说法正确的是( )
A.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
B.全息照片的拍摄利用了光的衍射现象
C.激光的出现使全息技术得到了长足的发展
D.立体电影的拍摄利用的是全息照相技术
答案:AC
人教版选修3-4：
第十三章
7 光的颜色 色散
8 激光
读一读·思一思
辨一辨·议一议
一、光的颜色 色散
阅读教材第67页,知道什么是色散现象,知道光的颜色与色散的关系。
1.光的颜色与波长的关系是什么?
答案:双缝干涉实验中,各种颜色的条纹间距不一样,这说明不同颜色的光,波长不同。
2.白光的组成成分是什么?
答案:白光干涉时,条纹是彩色的,这说明白光是由多种色光组成的。
读一读·思一思
辨一辨·议一议
二、色散的分类
阅读教材第68、69页,知道各种条件下的色散现象。
1.薄膜干涉的成因是什么?
答案:竖直放置的肥皂薄膜受到重力的作用,下面厚、上面薄,因此在膜上不同位置,来自前后两个面的反射光所走的路程差不同。在某些位置,光波叠加后相互加强,于是出现亮条纹;在另一些位置,叠加后相互削弱,出现了暗条纹。
2.衍射时有什么色散现象?
答案: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.白光通过棱镜时的色散有什么规律?
答案:白光色散时,红光的偏折角最小,紫光的偏折角最大。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。
读一读·思一思
辨一辨·议一议
三、激光的特点及其应用
阅读教材第71~73页,知道激光的特点和应用,知道全息照相的原理。
1.什么是激光?
答案:激光是一种通过人工方法获得的一种频率相同、相位差恒定、偏振方向一致的光,所以激光是一种相干光。
2.激光有哪些可以利用的优良特征?
答案:(1)相干性:激光是相干光,所以它能像无线电波那样被调制,用来传递信息。
(2)平行度:激光的平行度好,能传播相当远的距离,可以用于精确的测距。
(3)亮度:激光的亮度高,可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量,可以用于切割、焊接以及在坚硬材料上打孔等。
3.全息照相的原理是什么?
答案:利用了光的干涉原理,参考光和物光采用的是激光。
读一读·思一思
辨一辨·议一议
1.思考辨析。
(1)光的颜色是由光的波长决定的。
( )
解析:光的颜色是由光的频率决定的。
答案:×
(2)水面上的油膜在阳光照射下呈彩色是薄膜干涉的结果。
( )
答案:√
(3)在光导纤维束内传送图像是利用光的色散现象。
( )
解析:在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射现象。
答案:×
读一读·思一思
辨一辨·议一议
2.探究讨论。
(1)找两块比较干净的玻璃片叠放在一起,在阳光下用力挤压,会看到彩色的条纹。用力挤压时,条纹会移动,这是为什么?
答案:观察到的是薄膜干涉现象。由于两玻璃的接触表面不是很平,会在两玻璃片之间形成一层厚度不均匀,也不是均匀变化的空气夹层。由于空气膜厚度不均匀,从空气膜前后表面反射的光相互叠加而发生干涉,所观察到的彩色条纹就是干涉条纹。
读一读·思一思
辨一辨·议一议
(2)结合教材,上网查一下激光有哪些应用?分别利用了激光的什么特点?
答案:①光纤通信,利用了激光相干性好、易调制的特点;②激光雷达,利用了激光的平行度好;③激光读、写,利用了激光的平行度好;④激光加工,包括切割、焊接、打孔、划片、整形、热处理和表面处理,利用了激光亮度高的特点;⑤医用激光刀,利用了激光的亮度高、平行度好的特点;⑥引起核聚变,利用了激光亮度高的特点。除此以外,还有激光育种、激光保鲜、激光武器和激光光源等方面的应用。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
对色散的理解
问题导引
一束白光照射到三棱镜上后出现的色散现象,请问玻璃对哪种色光的折射率最大,对哪种色光的折射率最小?
要点提示:紫光偏折程度最大,红光偏折程度最小。所以玻璃对紫光折射率最大,对红光折射率最小。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
名师精讲
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.棱镜对光线传播方向的改变
(1)正确画好光线通过棱镜的光路图,如图甲所示。
(2)棱镜成像的画法,如图乙所示。
探究一
探究二
探究三
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3.各种色光特性的比较
探究一
探究二
探究三
当堂检测
4.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。
各色光在同一介质中折射率不同,偏折角度不同。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
典例剖析
例题1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
探究一
探究二
探究三
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【思考问题】
在同一条件下,通过棱镜的各种色光中哪一种光偏折角度最大?在同一介质中哪一种光折射率最大?
提示:在同一条件下,通过棱镜的各种色光中紫光偏折角度最大;紫光在同一介质中折射率最大,传播速度最小。
解析:玻璃对频率不同的各种色光的折射率不同,在可见光中,对红光的折射率最小,对紫光的折射率最大。因此在空气和玻璃的第一个界面上,虽然各单色光入射角相同,但各单色光的折射角不同,
答案:B
探究一
探究二
探究三
当堂检测
归纳总结同种介质对不同波长单色光的折射率不同,折射率由小到大的顺序是红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。根据真空中光速相同,即c=λf,可知不同单色光波长由大到小的顺序是红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
变式训练1白光通过三棱镜发生色散,这说明( )
A.不同颜色的光在真空中的光速不同
B.对同一介质红光的折射率比紫光大
C.在同一介质中,红光的折射率小于紫光的折射率
D.每种颜色的光通过三棱镜都会分成几种颜色的光
解析:白光通过三棱镜后发生色散,说明不同频率的光在同一介质中折射率不同,红光折射率最小,紫光的折射率最大,故选项C正确。
答案:C
探究一
探究二
探究三
当堂检测
膜干涉现象及其应用
问题导引
在酒精灯的灯芯上撒一些食盐,灯焰就能发出明亮的黄光。把铁丝圈在肥皂水中蘸一下,让它挂上一层薄薄的液膜。把这层液膜当作一个平面镜,用它观察灯焰的像。这个像与直接看到的灯焰有什么不同?如果用白光做实验情况又会如何?
要点提示:灯焰的像由明暗相间的水平条纹组成。如果用白光做实验,肥皂膜上会出现彩色条纹。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
名师精讲
1.薄膜干涉中相干光的光源
一列光在膜的前表面和后表面分别反射,如同由前、后表面反射出来的两列完全相同的光,满足相干条件。
2.薄膜干涉的成因及特点
(1)形成原因
①由薄膜的前、后表面的反射光叠加而成明、暗相间条纹。
②如果膜的厚度为h,折射率为n,前、后表面的反射光的路程差为2h。若满足2h为膜中波长的整数倍时,该处出现亮条纹;满足2h为膜中半波长的奇数倍时,该处出现暗条纹。
(2)因为在同一水平高度处,薄膜的厚度相同,从前、后两表面反射的光的路程差均相同,如果此时两反射光互相加强,则此高度水平方向各处均加强,因此,明暗相间的干涉条纹应为水平方向。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
3.应用
(1)等倾法检查平面平整度
如图所示,在被测平面上放一个透明的样板,在样板的一端垫一个薄片,使样板的标准平面与被测平面之间形成一个楔形空气薄层。用单色光照射时,空气层的上、下两个表面反射的两列光波发生干涉。空气厚度相同的地方,两列波的路程差相同,两列波叠加时互相加强或减弱的情况相同,因此若被测面是平的,干涉条纹就是一组平行的直线,如果干涉条纹是弯曲的,就表明被测平面不平整。
探究一
探究二
探究三
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(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=
λ(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。
探究一
探究二
探究三
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薄膜干涉是由薄膜的前、后表面反射光束相遇而产生的干涉。薄膜通常由厚度很小的透明介质形成。
探究一
探究二
探究三
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例题2图甲为用薄膜干涉检查某块厚玻璃板的上表面是否平整的装置。若待检板的上表面平整,则当平行的单色光照射到标准板上时,可从标准板上方观察到平行的、明暗相间的干涉条纹。若观察到的条纹如图乙所示,则说明待检板的上表面( )
A.有一个凸起的圆台
B.有一个凹陷的圆坑
C.有一个沿ab方向凸起的高台
D.有一个沿ab方向凹陷的沟
探究一
探究二
探究三
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【思考问题】
在应用薄膜干涉检查材料的表面时,如果表面是平整的,则得到的干涉条纹是什么样式的?如果有凹陷的部分,则干涉条纹又是什么样式的?
提示:应用薄膜干涉检查材料的表面时,如果表面是平整的,则得到的干涉条纹是互相平行的;如果有凹陷的部分,则该处条纹向楔形的顶部弯曲。
解析:由薄膜干涉原理知,如果被检玻璃板表面是平整的,则干涉条纹疏密均匀,薄膜同一厚度处出现同一条纹,相邻干涉条纹的光程差等于入射光的波长。从图乙所示情况来看,明条纹向左弯曲,说明弯曲处光程差与该条纹上其他位置的光程差相同,因此弯曲处比原薄膜厚,即玻璃表面向下凹陷,选项A、C不正确。如果有一个沿ab方向凹陷的沟,那么所有条纹都应向同一方向弯曲,因此不是选项D所说的情况。本题正确选项为B。
答案:B
归纳总结这类题目要抓住产生明暗条纹的条件进行判断。
探究一
探究二
探究三
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变式训练2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。
现将甲图装置中的纸片抽去一张,则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后,则条纹( )
A.变疏
B.变密
C.不变
D.消失
探究一
探究二
探究三
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解析:根据形成明条纹的条件可知,相邻明条纹对应的路程差等于入射光的波长。抽去一张纸片,样板的倾角变小,要使相邻明条纹对应的路程差仍等于入射光的波长,则样板上条纹间的距离将会增大,即干涉条纹将变疏。
答案:A
探究一
探究二
探究三
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激光及应用
问题导引
激光切割技术已广泛应用于金属和非金属材料的加工中,可大大减少加工时间,降低加工成本,提高加工质量。现代的激光成了人们所幻想追求的削铁如泥的“宝剑”,那么,激光切割是利用了激光的什么特点来完成的?
要点提示:激光的亮度高,可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量,可以用于切割、焊接以及在坚硬材料上打孔等。
探究一
探究二
探究三
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名师精讲
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。
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。
(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。
熟悉激光的特性是理解激光在生活中的应用基础。
探究一
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典例剖析
例题3让激光照射到VCD机、CD机、DVD机或计算机的光盘上,就可以读取光盘上记录的信息,经过处理后还原成声音和图像,这是利用了激光的( )
A.平行度好,可以会聚到很小的一点上
B.相干性好,可以很容易形成干涉图样
C.亮度高,可以在很短的时间内集中很大的能量
D.波长短,很容易发生明显的衍射现象
【思考问题】
激光有哪些优秀特性?
提示:激光具有相干性好、平行度好、亮度高等特点。
解析:激光的平行度好,容易会聚成一个很小的光点,让激光照射到VCD机、CD机、DVD机或计算机的光盘上,传感器把光盘反射的光转化为电信号进行处理,还原出声音或图像,只有选项A正确。
答案:A
探究一
探究二
探究三
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归纳总结激光的特点
(1)激光相干性非常好。
(2)激光束的平行度非常好。
(3)激光的亮度高。
探究一
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探究三
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变式训练3关于激光,下列说法正确的是( )
A.激光是用人工方法激发出的一种特殊的光
B.自然界中某些天然物体也可以发出激光
C.激光可以像刀子一样切除肿瘤
D.由于激光的方向性好,所以激光不能发生衍射现象
解析:激光是用人工方法激发的一种特殊的光,具有很强的相干性,故选项A正确;普通光源发出的光是自然光,故选项B错误;医用光刀利用激光方向性好、亮度高、能量强等特点切除肿瘤,故选项C正确;激光是一种特殊的光,光的一切规律都可以直接应用于激光,故选项D错误。
答案:AC
探究一
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1.(考查对薄膜干涉的理解)关于薄膜干涉,下列说法正确的是( )
A.干涉条纹的产生是由于光在膜的前、后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.干涉条纹是等间距的平行线时,说明薄膜的厚度处处相等
D.观察薄膜干涉条纹时,应在入射光的另一侧观察
探究一
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解析:薄膜前、后两个面反射的光波的光程不同,在一些地方,波峰(波谷)与波峰(波谷)相遇,相互加强,出现亮条纹;在另一些地方,波峰(波谷)与波谷(波峰)相遇,相互削弱,出现暗条纹,故选项A正确,选项B错误;干涉条纹是等间距的平行线时,说明薄膜是理想的劈尖干涉,即薄膜厚度是均匀变化的,故选项C错误;人眼观察到的条纹是膜前、膜后反射光波叠加的结果,因此人应与入射光在同一侧观察,故选项D错误。
答案:A
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2.(考查光学现象中的彩色图样)表面附着油膜的透明玻璃片,当有阳光照射时,可在表面和玻璃片的边缘分别看到彩色图样,则( )
A.两者都是色散现象
B.两者都是干涉现象
C.前者是干涉现象,后者是折射现象
D.前者是色散现象,后者不是色散现象
解析:阳光照射到油膜上,油膜前后表面的反射光干涉形成彩色图样,是干涉现象。阳光照在边缘棱角处,由于折射产生彩色图样,是折射现象,两者都属于色散现象。
答案:AC
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3.(考查对激光的认识)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.激光已经深入到我们生活中的各个方面
答案:CD
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4.(考查全息照相)关于全息照相,下列说法正确的是( )
A.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
B.全息照片的拍摄利用了光的衍射现象
C.激光的出现使全息技术得到了长足的发展
D.立体电影的拍摄利用的是全息照相技术
答案:AC