高考物理总复习专题一光及其应用1.7 - 1.8光的颜色色散激光学案新人教版

1.1.7 光的颜色 色散

1.1.8 激光

学习目标 1.知道光的色散现象，知道白光是由多种色光组成的。 2.理解薄膜干涉中的色散现象，并了解薄膜干涉的应用。 3.理解光折射时的色散现象，知道同一介质对不同色光的折射率不同。 4.了解激光的特性和应用，应用激光观察全息照片。 核心提炼 3个概念——光的色散、光谱、激光 3种色散现象——薄膜干涉中的色散、衍射中的色散、折射中的色散 3个特点——激光的三个特点：相干性、平行度、亮度高

一、光的颜色、色散

1.不同颜色的光，波长不同。白光是由多种色光组成的。

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，就是光谱。 3.光的色散：含有多种颜色的光被分解为单色光的现象。

4.光从一种介质传播到另一种介质，波长发生变化，频率不变，颜色不变，因此光的颜色由频率决定。 思考判断

(1)白光是由多种不同颜色的色光组成的。(√) (2)光的波长决定光的颜色。(×)

(3)光从真空进入介质，频率和颜色不会变化，波长和波速变小。(√) (4)在真空中传播时，红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，前后两个面的反射光的路程差等于相应位置膜厚度的2倍，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，叠加后相互削弱，于是出现暗条纹。

3.薄膜干涉中应注意的问题

①观察的是从膜前、后两表面反射回来的光(眼睛与光源在膜的同一侧) ②用单色光照射得到明暗相间的条纹，用白光照射得到彩色条纹。 ③肥皂液薄膜的干涉每一条纹基本上是水平的。 4.薄膜干涉的应用

①用干涉法检查平面的平整度。 ②光学仪器上的增透膜。 思维拓展

小朋友吹出的肥皂泡、热菜汤表面的油花、马路上积水表面的油膜，都会看到彩色的条纹，这些彩色条纹是如何形成的呢？

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、后表面反射的两列反射波叠加，形成干涉条纹。由于白光中的各色光波长不同，干涉后的条纹间距不同，薄膜上就会出现彩色条纹。 三、衍射和折射中的色散 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。 2.折射时的色散

(1)三棱镜：横截面积是三角形的玻璃柱体，简称三棱镜。

图1

(2)如图1是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：

①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1所示，白光色散时，红光的偏向角最小，紫光的偏向角最大，说明玻璃对不同色光的折射率是不同的。同一种物质对不同波长的光的折射率n不一样，λ越小，频率f 越大，n 越大。

②根据n＝可知：在同种介质中折射率大的速度小，各种色光在同种介质中的速度从小到大排序依次为v紫＜v蓝＜…＜v橙＜v红，即红光的速度最大，紫光的速度最小。 思考判断

(1)白光通过单缝的衍射条纹是彩色的，说明白光衍射后可以改变颜色。(×) (2)白光通过三棱镜时会发生色散现象，说明各种色光在玻璃中的折射率不同。(√) (3)各种色光在介质中的折射率不同说明各种色光在介质中的光速不同。(√) (4)各种色光通过三棱镜时，红光偏折的角度最小，紫光偏折的角度最大。(√)

cv

四、激光

1.激光的特点及其应用 特点 性质 只有频率相同、相位差恒定、偏振方向相干性 一致的光才是相干光。激光是一种人工产生的相干光，具有高度的相干性 平行度 激光的平行度非常好，在传播很远的距离后仍能保持一定的强度 它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量 精确的测距；读取光盘上记录的信息等 用激光束切割、焊接；医学上可以用激光做“光刀”；激发核反应等 光纤通信 应用 高亮度 2.全息照相 (1)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。

(2)全息照相的拍摄利用了光的干涉原理，这就要求参考光和物光有很高的相干性。 思考判断

(1)激光是自然界普遍存在的一种光。(×) (2)激光是一种人工产生的相干光。(√)

(3)用激光做双缝干涉实验这是应用了激光具有高度的相干性的特点。(√) (4)激光精确测距利用激光的平行度好的特点。(√) (5)激光切割利用激光平行度好的特点。(×) (6)全息照相利用了激光的相干性强的特点。(√)

薄膜干涉中的色散

[要点归纳]

1.薄膜干涉中出现亮暗条纹的条件

薄膜干涉是经薄膜前后面反射的两束光叠加的结果：出现亮条纹的位置，两束光的路程差2k＋1

Δr＝kλ(k＝0，1，2，3…)，出现暗条纹的位置，两束光的路程差Δr＝λ(k＝0，1，

22，3…)。

2.薄膜干涉中的应用分析 (1)等倾法检查平面平整度

原理：如图2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。如图3所示。

图2

图3

(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4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相互抵消，反射光几乎等于零。

图4

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2

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。 [精典示例]

[例1] (多选)如图5甲所示，用单色光照射透明标准板M来检查平面N的上表面的平滑情况，观察到如图乙所示条纹中的P和Q情况，这说明( )

图5

A.N的上表面A处向上凸起 C.N的上表面A处向下凹陷

B.N的上表面B处向上凸起 D.N的上表面B处向下凹陷

解析 空气厚度从左向右依次增大，则两表面的反射光的路程差自左向右依次增大。当Δr