1.1.7光的顏色色散1.1.8激光學習目標核心提煉1.知道光的色散現(xiàn)象，知道白光是由多種色光組成的。2.理解薄膜干涉中的色散現(xiàn)象，并了解薄膜干涉的應用。3.理解光折射時的色散現(xiàn)象，知道同一介質(zhì)對不同色光的折射率不同。4.了解激光的特性和應用，應用激光觀察全息照片。3個概念光的色散、光譜、激光3種色散現(xiàn)象薄膜干涉中的色散、衍射中的色散、折射中的色散3個特點激光的三個特點：相干性、平行度、亮度高一、光的顏色、色散1.不同顏色的光，波長不同。白光是由多種色光組成的。2.光譜：含有多種顏色的光被分解后，各種色光按其波長的有序排列，就是光譜。3.光的色散：含有多種顏色的光被分解為單色光的現(xiàn)象。4.光從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)，波長發(fā)生變化，頻率不變，顏色不變，因此光的顏色由頻率決定。思考判斷(1)白光是由多種不同顏色的色光組成的。()(2)光的波長決定光的顏色。()(3)光從真空進入介質(zhì)，頻率和顏色不會變化，波長和波速變小。()(4)在真空中傳播時，紅光波速大于紫光波速。()二、薄膜干涉中的色散1.薄膜干涉中相干光的獲得光照射到薄膜上，在薄膜的前后兩個面反射的光是由同一個實際的光源分解而成的，它們具有相同的頻率，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時，前后兩個面的反射光的路程差等于相應位置膜厚度的2倍，在某些位置，兩列波疊加后相互加強，于是出現(xiàn)亮條紋；在另一些位置，疊加后相互削弱，于是出現(xiàn)暗條紋。3.薄膜干涉中應注意的問題觀察的是從膜前、后兩表面反射回來的光(眼睛與光源在膜的同一側(cè))用單色光照射得到明暗相間的條紋，用白光照射得到彩色條紋。肥皂液薄膜的干涉每一條紋基本上是水平的。4.薄膜干涉的應用用干涉法檢查平面的平整度。光學儀器上的增透膜。思維拓展小朋友吹出的肥皂泡、熱菜湯表面的油花、馬路上積水表面的油膜，都會看到彩色的條紋，這些彩色條紋是如何形成的呢？答案由薄膜干涉造成的。白光照射在肥皂泡膜、油膜表面，薄膜前、后表面反射的兩列反射波疊加，形成干涉條紋。由于白光中的各色光波長不同，干涉后的條紋間距不同，薄膜上就會出現(xiàn)彩色條紋。三、衍射和折射中的色散1.衍射時的色散用白光進行衍射實驗時，得到的是彩色條紋，這是由于白光中包含各種顏色的光，不同色光亮條紋的位置不同。2.折射時的色散(1)三棱鏡：橫截面積是三角形的玻璃柱體，簡稱三棱鏡。圖1(2)如圖1是白光通過棱鏡折射后，由上到下的色光順序為：紅、橙、黃、綠、青、藍、紫，這說明：射出棱鏡的光線與入射光線方向的夾角叫通過棱鏡的偏向角，如圖1所示，白光色散時，紅光的偏向角最小，紫光的偏向角最大，說明玻璃對不同色光的折射率是不同的。同一種物質(zhì)對不同波長的光的折射率n不一樣，越小，頻率f 越大，n 越大。根據(jù)n可知：在同種介質(zhì)中折射率大的速度小，各種色光在同種介質(zhì)中的速度從小到大排序依次為v紫v藍v橙v紅，即紅光的速度最大，紫光的速度最小。思考判斷(1)白光通過單縫的衍射條紋是彩色的，說明白光衍射后可以改變顏色。()(2)白光通過三棱鏡時會發(fā)生色散現(xiàn)象，說明各種色光在玻璃中的折射率不同。()(3)各種色光在介質(zhì)中的折射率不同說明各種色光在介質(zhì)中的光速不同。()(4)各種色光通過三棱鏡時，紅光偏折的角度最小，紫光偏折的角度最大。()四、激光1.激光的特點及其應用特點性質(zhì)應用相干性只有頻率相同、相位差恒定、偏振方向一致的光才是相干光。激光是一種人工產(chǎn)生的相干光，具有高度的相干性光纖通信平行度激光的平行度非常好，在傳播很遠的距離后仍能保持一定的強度精確的測距；讀取光盤上記錄的信息等高亮度它可以在很小的空間和很短的時間內(nèi)集中很大的能量用激光束切割、焊接；醫(yī)學上可以用激光做“光刀”；激發(fā)核反應等2.全息照相(1)普通照相技術(shù)所記錄的只是光波的強弱信息，而全息照相技術(shù)還可以記錄光波的相位信息。(2)全息照相的拍攝利用了光的干涉原理，這就要求參考光和物光有很高的相干性。思考判斷(1)激光是自然界普遍存在的一種光。()(2)激光是一種人工產(chǎn)生的相干光。()(3)用激光做雙縫干涉實驗這是應用了激光具有高度的相干性的特點。()(4)激光精確測距利用激光的平行度好的特點。()(5)激光切割利用激光平行度好的特點。()(6)全息照相利用了激光的相干性強的特點。()薄膜干涉中的色散要點歸納1.薄膜干涉中出現(xiàn)亮暗條紋的條件薄膜干涉是經(jīng)薄膜前后面反射的兩束光疊加的結(jié)果：出現(xiàn)亮條紋的位置，兩束光的路程差rk(k0，1，2，3)，出現(xiàn)暗條紋的位置，兩束光的路程差r(k0，1，2，3)。2.薄膜干涉中的應用分析(1)等傾法檢查平面平整度原理：如圖2所示，在被測平面上放一個透明的樣板，在樣板的一端墊一個薄片，使樣板的標準平面與被測平面之間形成一個楔形空氣薄層。用單色光照射時，空氣層的上、下兩個表面反射的兩列光波發(fā)生干涉。空氣厚度相同的地方，兩列波的路程差相同，兩列波疊加時互相加強或減弱的情況相同，因此若被測面是平的，干涉條紋就是一組平行的直線，如果干涉條紋是彎曲的，就表明被測平面不平整。如圖3所示。圖2圖3(2)增透膜為了減少光學裝置中的反射光的損失，可在元件表面涂一層透明薄膜，一般是氟化鎂。如圖4所示，在增透膜的前后表面反射的兩列光波形成相干波，相互疊加，當路程差為半波長的奇數(shù)倍時，在兩個表面反射的光相互抵消，反射光幾乎等于零。圖4一般取最小厚度d滿足2d(此波長為光在該種介質(zhì)中的波長)。由于白光中含有多種波長的光，所以增透膜只能使其中一定波長的光相消。因為人對綠光最敏感，一般選擇對綠光起增透作用的膜，所以在反射光中綠光強度幾乎為零，而其他波長的光并沒有完全抵消，所以增透膜呈現(xiàn)淡紫色。精典示例例1 (多選)如圖5甲所示，用單色光照射透明標準板M來檢查平面N的上表面的平滑情況，觀察到如圖乙所示條紋中的P和Q情況，這說明()圖5A.N的上表面A處向上凸起B(yǎng).N的上表面B處向上凸起C.N的上表面A處向下凹陷D.N的上表面B處向下凹陷解析空氣厚度從左向右依次增大，則兩表面的反射光的路程差自左向右依次增大。當rn時，出現(xiàn)亮條紋，當r時，出現(xiàn)暗條紋。同一條紋上的各點對應的厚度相同(類比于地理上的等高線)，當條紋向左彎曲(P)說明等高線向左移動，即現(xiàn)在A處的高度和A處右邊點的高度相同，因此高度變大，A處下凹。當條紋向右彎曲(Q)，說明等高線右移，即現(xiàn)在B處的高度和左邊點的高度相同，B處上凸。B、C正確，A、D錯誤。答案BC被測平面凹下或凸起的形象判斷法被測平面凹下或凸起的形象判斷法矮人行走法。即把干涉條紋看成“矮人”的直立行走軌跡。讓一個小矮人在兩板間沿著一條條紋直立行走，始終保持腳踏被測板，頭頂樣板，在行走過程中：(1)若遇一凹下，他必向薄膜的尖端去繞，方可按上述要求過去，即條紋某處彎向薄膜尖端，該處為凹下。(2)若遇一凸起，他必向薄膜的底部去繞，方可按上述要求過去，即條紋某處彎向薄膜底部，該處為凸起。因此，條紋向薄膜尖端彎曲時，說明下凹，反之，上凸。針對訓練1 如圖6所示為一顯示薄膜干涉現(xiàn)象的實驗裝置，P是附有肥皂薄膜的鐵絲圈，S是一點燃的酒精燈，往火焰上撒些鹽后，在肥皂膜上觀察到的干涉圖樣應是下列圖中的()圖6解析鐵絲圈上的肥皂泡薄膜在重力作用下上薄下厚，在同一水平線上厚度基本一致，如果某一厚度處前后表面反射的同一列光波疊加得到加強，那么這一水平線上同一厚度處形成亮條紋，所以干涉條紋應是水平的。答案D光在棱鏡中的色散要點歸納1.棱鏡對光線傳播方向的改變(1)正確畫出光線通過棱鏡的光路圖，如圖7甲所示。(2)棱鏡成像的畫法，如圖乙所示。圖72.對光的顏色的理解不同顏色的光，波長不同，頻率不同，而同種顏色的光在不同的介質(zhì)中折射率不同，速度和波長均不相同，但頻率相同，因此說光的顏色是由頻率決定的，而不是由波長決定的。3.各種色光特性的比較各種色光紅橙黃綠青藍紫頻率小大折射率小大經(jīng)三棱鏡折射時的偏折角小大波長長短介質(zhì)中的波速大小雙縫干涉的條紋間距大小薄膜干涉的條紋間距大小精典示例例2 如圖8所示，一束白光從頂角為的三棱鏡的一個側(cè)面AB以較大的入射角i入射，經(jīng)過三棱鏡后，在屏P上可得到彩色光帶。當入射角逐漸減小至零的過程中，若屏上的彩色光帶先后全部消失，則()圖8A.紅光最先消失，紫光最后消失B.紫光最先消失，紅光最后消失C.紫光最先消失，黃光最后消失D.紅光最先消失，黃光最后消失解析依題意作出白光通過三棱鏡的光路圖，如圖所示?？梢钥闯鲎瞎獾钠鄢潭茸畲螅忡R對紫光的折射率最大，由全反射臨界角公式sin C知，紫光的臨界角最小，所以紫光一定首先在AC界面上發(fā)生全反射而從光屏上消失。由以上分析可知屏上彩色光帶紫光最先消失，后面依次是藍、青、綠、黃、橙、紅光，故選項B正確。答案B有關(guān)棱鏡的折射和色散問題，關(guān)鍵要熟記從紅到紫各色光的順序及折射率的大小順序。分析時也應畫出光路圖，并結(jié)合折射定律、全反射條件分析判斷。針對訓練2 如圖9所示，一細束由黃、藍、紫三種色光組成的復色光通過三棱鏡折射后分為a、b、c三種單色光，A大于c光在棱鏡中的臨界角而小于b光在棱鏡中的臨界角。下列說法中正確的是()圖9A.a種色光為紫光B.在三棱鏡中a光的傳播速度最大C.在相同實驗條件下用a、b、c三種色光做雙縫干涉實驗，c光相鄰亮條紋間距一定最大D.若復色光繞著入射點O順時針轉(zhuǎn)動至與AB面垂直時，屏上最終只有a光解析a光的偏折最小，說明其折射率最小，顯然a光為黃光，選項A錯誤；a光的折射率最小，根據(jù)關(guān)系式v可知，a光的傳播速度最大，選項B正確；根據(jù)雙縫干涉條紋間距公式x，c光的折射率最大，波長最短，做雙縫干涉實驗時相鄰亮條紋間距一定最小，選項C錯誤；若復色光繞著入射點O順時針轉(zhuǎn)動至與AB面垂直，那么各單色光在AC界面上的入射角會逐漸增大到等于A，已知A大于c光在棱鏡中的臨界角而小于b光在棱鏡中的臨界角，所以只有c光會發(fā)生全反射，屏上最終還有a光和b光，選項D錯誤。答案B激光精典示例例3 關(guān)于激光的應用問題，下列說法中正確的是()A.光纖通信是應用激光平行度非常好的特點對信號進行調(diào)制，使其在光導纖維中傳遞信息的B.計算機內(nèi)的“磁頭”讀出光盤上記錄的信息是應用激光有相干性的特點C.醫(yī)學中用激光做“光刀”來切除腫瘤是應用了激光亮度高的特點D.“激光測距雷達”利用激光測量很遠目標的距離是應用了激光亮度高的特點解析由激光的特點及應用可知光纖通信主要利用了激光的相干性，A錯誤；計算機內(nèi)的“磁頭”讀出光盤上的信息主要應用了激光的平行性好，B錯誤；醫(yī)療中的激光“光刀”利用了激光的亮度高的特點，C正確；激光測距利用的是激光的平行度和方向性好的特點，D錯誤。答案C針對訓練3 (多選)關(guān)于激光，下列說法正確的是()A.激光是用人工方法激發(fā)出的一種特殊的光B.自然界中某些天然物體也可以發(fā)出激光C.激光可以像刀子一樣切除腫瘤D.由于激光的方向性好，所以激光不能發(fā)生衍射現(xiàn)象解析激光是用人工方法激發(fā)出的一種特殊的光，具有很強的相干性，選項A正確；普通光源發(fā)出的光是自然光，選項B錯誤；醫(yī)用光刀利用激光方向性好、亮度高、能量強等特點切除腫瘤，選項C正確；激光是一種特殊的光，遵從光的一切規(guī)律，選項D錯誤。答案AC1.光的顏色取決于()A.波長 B.頻率C.傳播速度 D.折射率解析光的頻率決定光的顏色，光在傳播過程中頻率不變，即顏色不變。答案B2.(多選)紅光和紫光相比較，下列說法正確的是()A.紅光波長大于紫光波長B.紅光頻率大于紫光頻率C.在真空中傳播時，紅光波速大于紫光波速D.在真空中傳播時，紅光波速等于紫光波速解析各種光在真空中傳播時，速度是一樣的，故C錯誤，D正確；不同顏色的光有不同的頻率，從紅光到紫光，頻率依次增大，波長依次減小，故A正確，B錯誤。答案AD3.如圖10所示是用干涉法檢查某塊厚玻璃板的上表面是否平整的裝置，所用單色光是用普通光通過濾光片產(chǎn)生的，檢查中所觀察到的干涉條紋是由下列哪兩個表面反射的光線疊加而成的()圖10A.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單色光的薄膜干涉，這里的薄膜指的是樣板與待測玻璃板之間的空氣層.在空氣層的上表面和下表面分別反射的光會發(fā)生干涉，觀察干涉后形成的條紋是否為平行直線，可以斷定厚玻璃板的上表面是否平整。因此選項C正確。答案C4.一束由紅、紫兩色光組成的復色光，從空氣斜射向玻璃三棱鏡。下面四幅圖中能正確表示該復色光經(jīng)三棱鏡折射分離成兩束單色光的是()解析光通過玻璃三棱鏡后向它的橫截面的底邊偏折，故選項C、D錯誤；同一介質(zhì)對頻率越高的光的折射率越大，所以復色光經(jīng)玻璃折射后，光路應分開，故選項A錯誤；紫光的頻率比紅光的大，故經(jīng)玻璃三棱鏡后紫光的偏折程度大于紅光的，故選項B正確。答案B5.在演示雙縫干涉的實驗時，常用激光做光源，這主要是應用激光的()A.亮度高 B.平行性好C.相干性好 D.波動性好解析頻率相同的兩束光相遇才能發(fā)生干涉，激光具有高度的相干性，通過雙縫時能夠得到兩束相干光。故選項C正確。答案C基礎過關(guān)1.下列現(xiàn)象中可以用薄膜干涉來解釋的是()A.白光通過三棱鏡呈彩色光帶B.水面上的油膜在陽光照射下呈彩色C.透過昆蟲的翅膀看陽光呈彩色D.荷葉上的水珠在陽光下晶瑩透亮解析白光通過三棱鏡呈彩色光帶是色散現(xiàn)象，故選項A錯誤；油膜在陽光照射下呈彩色是薄膜干涉的結(jié)果，故選項B正確；透過昆蟲的翅膀看陽光呈彩色是衍射現(xiàn)象，故選項C錯誤；水珠在陽光下晶瑩透亮是全反射的結(jié)果，故選項D錯誤。答案B2.(多選)下列關(guān)于激光的應用事例中正確的是()A.利用激光進行長距離精確測量B.利用激光進行通信C.利用激光進行室內(nèi)照明D.利用激光加工堅硬材料解析因激光具有平行度好的特點，可利用激光進行長距離精確測量和通信，A、B正確；利用激光的亮度高特點可加工堅硬材料，D正確；不能利用激光進行室內(nèi)照明，C錯誤。答案ABD3.通過狹縫觀察發(fā)光的日光燈時看到的彩色條紋，瀑布在陽光下呈現(xiàn)的彩虹以及太陽光照射下肥皂膜呈現(xiàn)的彩色，這些現(xiàn)象分別屬于()A.光的衍射、色散和干涉現(xiàn)象B.光的干涉、衍射和色散現(xiàn)象C.光的干涉、色散和衍射現(xiàn)象D.光的衍射、干涉和色散現(xiàn)象解析題目中敘述的三種光學現(xiàn)象分別屬于光的衍射、色散和干涉現(xiàn)象，A項正確。答案A4.市場上有種燈具俗稱“冷光燈”，用它照射物品時能使被照物品處產(chǎn)生的熱效應大大降低，從而廣泛地應用于博物館、商店等處。這種燈降低熱效應的原因之一是在燈泡后面放置的反光鏡玻璃表面上鍍一層薄膜(例如氟化鎂)，這種膜能消除不鍍膜時玻璃表面反射回來的熱效應最顯著的紅外線。以表示此紅外線在薄膜中的波長，用0表示此紅外線在真空中的波長，則所鍍薄膜的厚度最小應為()A.0 B.C. D.0解析要消除反射回來的紅外線，即從薄膜前后表面反射回來的紅外線發(fā)生干涉，相互抵消，即2d，解得d，選項B正確。答案B5.如圖1所示，一束光經(jīng)玻璃三棱鏡折射后分為兩束單色光a、b，波長分別為a、b，該玻璃對單色光a、b的折射率分別為na、nb，則()圖1A.ab，nanbB.ab，nanbC.ab，nanbD.ab，nanb解析由題圖可知，b光偏折大，折射率大，頻率大，波長小，故選項B正確。答案B6.(多選)一激光器功率為P，發(fā)出的激光在折射率為n的介質(zhì)中波長為，c表示光在真空中的速度，下列說法中正確的是()A.該光在真空中的波長為nB.該光在真空中的波長為C.該光的頻率為D.該光的頻率為解析激光在折射率為n的介質(zhì)中波長為，由n得，0n，A正確，B錯誤；由c0f得，f，C錯誤，D正確。答案AD7.(多選) (2018蚌埠高二檢測)如圖2，在水中有一厚度不計的薄玻璃片制成的中空三棱鏡，里面是空氣，一束光A從棱鏡的左邊射入，從棱鏡的右邊射出時發(fā)生了色散，射出的可見光分布在a點和b點之間，則下列說法正確的是()圖2A.從a點射出的是紅光，從b點射出的是紫光B.從a點射出的是紫光，從b點射出的是紅光C.從a點和b點射出的都是紅光，從ab中點射出的是紫光D.從a點和b點射出的都是紫光，從ab中點射出的是紅光E.光在ab面上不可能發(fā)生全反射解析此棱鏡對周圍介質(zhì)來說是光疏介質(zhì)，故光在棱鏡中的折射角大于入射角，從棱鏡中射出時，入射角大于折射角，故光線從棱鏡中射出時光向頂角方向偏折，紫光折射率大，偏折厲害，故紫光從a點射出，紅光從b點射出，故A、C、D錯誤，B正確；光在ab面上是從光疏介質(zhì)向光密介質(zhì)中傳播，不會發(fā)生全反射，故E正確。答案BE能力提升8.如圖3所示，半圓形玻璃磚置于光屏PQ的左下方，一束白光沿半徑方向從A點射入玻璃磚，在O點發(fā)生反射和折射，折射光在光屏上呈現(xiàn)七色光帶，a、b是其中的兩單色光。若入射點由A向B緩慢移動，并保持白光沿半徑方向入射到O點，觀察到各色光在光屏上陸續(xù)消失。下面說法正確的是()圖3A.紫光最先消失B.紅光最先消失C.a光在玻璃中的傳播速度小于b光在玻璃中的傳播速度D.通過同一雙縫發(fā)生干涉，a光相鄰條紋間距小于b光相鄰條紋間距解析玻璃對紫光的折射率最大，由sin C可知，紫光發(fā)生全反射的臨界角最小，故紫光最先消失，選項A正確，B錯誤；由題圖可知，玻璃對a光的折射率比對b光的折射率小，由n得v，故a光在玻璃中的傳播速度大于b光在玻璃中的傳播速度，選項C錯誤；由題圖可知，玻璃對a光的偏折程度較小，故a光波長較長，若通過同一雙縫發(fā)生干涉，a光相鄰條紋間距大于b光相鄰條紋間距，選項D錯誤。答案A9.如圖4所示，一束激光垂直于AC面照射到等邊玻璃三棱鏡的AB面上。已知AB面的反射光線與折射光線的夾角為90。光在真空中的傳播速度為c。求圖4(1)玻璃的折射率；(2)激光在玻璃中傳播的速度。解析(1)如圖所示，由幾何關(guān)系知：光在AB界面的入射角160，折射角230則n。(2)由n得v。答案(1)(2)10.如圖5甲所示，在平靜的水面下有一個點光源S，它發(fā)出的是兩種不同顏色的a光和b光，在水面上形成了一個被照亮的圓形區(qū)域，該區(qū)域的中間為由a、b兩種單色光所構(gòu)成的復色光的圓形區(qū)域，周邊為環(huán)狀區(qū)域，且為a光的顏色(見圖乙)。則以下說法中正確的是()圖5A.a光在水中的傳播速度比b光大B.水對a光的折射率比b光大C.a光的頻率比b光大D.在同一裝置的楊氏雙縫干涉實驗中，a光的干涉條紋比b光的窄解析根據(jù)題意，a光從水射向空氣時發(fā)生全反射的臨界角C較大，根據(jù)公式n可知，水對a光的折射率較小，a光的頻率較小，再根據(jù)關(guān)系式v可知，a光在水中的傳播速度較大，選項A正確，B、C錯誤；a光的頻率較小，其波長較大，再根據(jù)雙縫干涉條紋間距公式x可知，在同一裝置的楊氏雙縫干涉實驗中，a光的干涉條紋比b光的寬，選項D錯誤。答案A11.一種紅寶石激光器發(fā)射的激光是不連續(xù)的一道道閃光，每道閃光為一個(列)光脈沖，若這種激光器光脈沖的持續(xù)時間為1.01011 s，波長為694.3 nm，發(fā)射功率為1.01010 W，求：(1)每列光脈沖的長度是多少？(2)用這種紅寶石激光器照射皮膚上的色斑，每平方厘米色斑吸收能量達到60 J以后，色斑便逐漸消失，一塊色斑的面積為50 mm2，則它要吸收多少個(列)紅寶石激光脈沖才能逐漸消失？解析(1)光脈沖持續(xù)時間即為發(fā)射一個光脈沖所需的時間，所以一個光脈沖長度lct31081.01011 m3.0103 m(2)面積為1 cm2色斑吸收的能量E60 J，色斑便逐漸消失。而1個光脈沖的能量為EPt1.010101.01011 J0.1 J。消除50 mm2的色斑需要光脈沖數(shù)為n300(個)。答案(1)3.0103 m(2)300個