第7節(jié)光的顏色-色散教案

第7節(jié)光的顏色色散三維教學(xué)目標(biāo)知識與能力1、棱鏡的概念及其對光線的偏折作用；了解光的色散及物體的顏色等生活常識。2、知道白光的色散現(xiàn)象，知道白光是復(fù)色光知道勻變速運(yùn)動的位移與時(shí)間的關(guān)系，能用來進(jìn)行簡單的計(jì)算。3、知道薄膜干涉是如何獲得相干光源的，了解薄膜干涉產(chǎn)生的原因，知道薄膜干涉在技術(shù)上的應(yīng)用。過程與方法.通過對光的色散和薄膜干涉實(shí)驗(yàn)探索，加強(qiáng)學(xué)生動手能力，觀察能力，加深對知識的理解。.感悟一些數(shù)學(xué)方法的應(yīng)用特點(diǎn)。情感、態(tài)度與價(jià)值觀1、知道學(xué)好物理的重要性。2、具有科學(xué)精神和正確的世界觀、人生觀、價(jià)值觀。導(dǎo)學(xué)流程一、通過棱鏡的光線1、棱鏡⑴定義：各平面相交的透明體叫做棱鏡。通常所作的是橫截面為三角形的棱鏡叫三棱鏡。簡稱棱鏡。⑵作用：A、改變光的傳播方向；B、分光。2、棱鏡對光線的作用問題：讓一束單色光從空氣射向玻璃棱鏡的一個(gè)側(cè)面，如圖所示，試畫出光通過棱鏡的光路圖。并總結(jié)棱鏡對光線的作用的特點(diǎn)。（學(xué)生課堂練習(xí)）做圖1中的A圖和B圖結(jié)論：⑴光線通過棱鏡后將身它的橫截面的底邊偏折。⑵棱鏡要改變光的傳播方向，但不改變光束的性質(zhì)。a、平行光束通過棱鏡后仍為平行光束；b、發(fā)散光束通過棱鏡后仍為發(fā)散光束；c、會聚光束通過棱鏡后仍為會聚光束。3、棱鏡成像：（略去不講）問題：如果隔著棱鏡看一個(gè)物體，就可以看到物體的像，那么像的們位置與物體的位置相比向哪個(gè)第1頁共6頁方向偏?方法：看一個(gè)發(fā)光點(diǎn)S畫出其兩條光線的折射光線，找到折射后光線反向延長線的交點(diǎn)。例如：將一個(gè)物點(diǎn)S放在棱鏡前，從物點(diǎn)發(fā)出的兩條光線經(jīng)棱鏡折射S'TOC\o"1-5"\h\z后射出，我們根據(jù)光沿直線傳播的經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為光線是從它們的反向延長線 f.的交點(diǎn)S射出的，S,就是S在棱鏡中所成的像（如圖2所示）。這個(gè)虛像 ;2太的位置比物體的實(shí)際位置向頂角方向偏移，物像同側(cè)。確定像的位置，關(guān) 上與匚二鍵還是折射定律。 S "結(jié)論：隔著棱鏡看物體的像是正立的虛像，像的位置向棱鏡頂角方向偏 圖2移。二、光的色散.實(shí)驗(yàn)探究：問題：讓白光通過棱鏡折射后在屏上有什么現(xiàn)象？這一現(xiàn)象說明了什么問題？現(xiàn)象：白光通過棱鏡后，被分解為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)和紫七種顏色的光。結(jié)論：光的色散現(xiàn)象一方面說明白光是由上述七種單色光復(fù)合而成的復(fù)色光；另一方面說明玻璃（包括其他各種透明物質(zhì)）對不同單色光的折射率不同，即同一種介質(zhì)對紅光折射率最小，對紫光折射率最大（平常所說的介質(zhì)折射率是對波長為5893埃的黃光而言）。.單色光：不能分解為其它顏色的光，稱為單色光。復(fù)色光：由若干種單色光合成的光叫做復(fù)色光。.色散：把復(fù)色光分解為單色光的現(xiàn)象叫光的色散。.正確理解光的色散：（1）光的顏色由光的頻率決定。組成白光的各種單色光中，紅光頻率最小，紫光頻率最大。在不同介質(zhì)中，光的頻率不變。（2）同一介質(zhì)對不同色光的折射率不同，通常情況下頻率越高，在介質(zhì)中的折射率也越大，所以白光進(jìn)入某種介質(zhì)發(fā)生折射時(shí)，紫光偏折得最厲害，紅光偏折最小。（3）不同頻率的色光在真空中傳播速度相同，為C=3X108m/s。但在其它介質(zhì)中速度各不相同，同一種介質(zhì)中，紫光速度最小，紅光速度最大。（4）由于色光在介質(zhì)中傳播時(shí)光速發(fā)生變化，則波長也發(fā)生變化。同一色光在不同介質(zhì)中，折射率大的光速小，波長短；折射率小的光速大，波長大。不同色光在同一介質(zhì)中，頻率高的折射率大，光速小，波長短；頻率小的折射率小，光速大，波長大。物理量紅橙黃綠藍(lán)靛紫原理頻率小 V—＞大波動理論折射率小 .f大實(shí)驗(yàn)測定同種介質(zhì)中光速大 y一小n=c同種介質(zhì)中波長大 .―小小V=Z5.光譜：復(fù)色光被分解后，各種色光按其波長（頻率）有序排列起來，稱為光譜。下圖是太陽光的光譜。第2頁共6頁

三、白光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn):1、白光干涉時(shí)看到的現(xiàn)象:回顧：前面我們學(xué)習(xí)了單色光的干涉，請復(fù)述單色光干涉時(shí)的現(xiàn)象。和條紋間距的計(jì)算公式。Ax二l九d1、白光干涉時(shí)看到的現(xiàn)象:士為白色亮條紋?②明暗相間的彩色條紋③干涉條紋是以中央亮紋為對稱點(diǎn)排列的2、解釋：由于白光是復(fù)色光，各色光的波長不同，各色光所得到的干涉圖樣中，相鄰兩條亮紋（或暗紋）間的距離也不同，因此，在中央白色亮紋兩邊出現(xiàn)彩色條紋。四、薄膜干涉1、薄膜干涉現(xiàn)象：⑴單色光的薄膜干涉：實(shí)驗(yàn)演示：現(xiàn)象：明暗相間的條紋。條紋是水平排列解釋：薄膜兩表面反射的光互相疊加而成的。豎立的肥皂膜在重力的作用下形成上薄下厚的楔形，當(dāng)光照在薄膜上時(shí)，從膜的前后表面各反射回一列光波，這兩列波即是頻率相同的相干光波，由于薄膜的厚度不同，這兩列光波的路程差不同。當(dāng)路程差為光波波長的整數(shù)倍時(shí)，則為波峰與波峰相遇，波谷與波谷相遇，使光波的振動加強(qiáng)，形成亮條紋；當(dāng)光波的路程差為半波長的奇數(shù)倍時(shí)，則波峰與波谷相遇，光波的振動減弱，形成暗條紋。2、白色光的薄膜干涉實(shí)驗(yàn)演示：現(xiàn)象：明暗相間的彩色條紋解釋：由于白光是復(fù)色光，各色光的波長不同，各色光都發(fā)生薄膜干涉，但不同顏色的光在不同的位置相互加強(qiáng)，所以看起來肥皂泡是彩色的。路面上飄浮的油膜上的彩色條紋；蝴蝶等昆蟲翅膀上的彩色花紋等都是薄膜干涉。3、薄膜干涉相干光源：膜前后兩個(gè)表面的反射光。4、應(yīng)用第3頁共6頁

A、檢查精密部件的表面取一個(gè)透明的標(biāo)準(zhǔn)樣板，放在待檢查的部件表面并在一端墊一薄片，使樣板的平面與被檢查的平面間形成一個(gè)楔形空氣膜，用單色光從上面照射，入射光從空氣層的上下表面反射出兩列光形成相干光，從反射光中就會看到干涉條紋，如圖2-3甲所示。甲 乙 丙圖2-3甲 乙 丙圖2-3如果被檢表面是平的，那么空氣層厚度相同的各點(diǎn)就位于一條亮紋或暗紋線上，產(chǎn)生的干涉條紋就???????????????????????是平行的（如圖2-3乙）；如果觀察到的干涉條紋如圖2-3丙所示，A、B處的凹凸情況可以這樣分析：由丙圖知，P、Q兩點(diǎn)位于同一條亮紋上，故甲圖中與P、Q對應(yīng)的位置空氣層厚度相同。由于Q位于P的右方（即遠(yuǎn)離楔尖），如果被檢表面是平的，Q處厚度應(yīng)該比P處大，所以，只有當(dāng)A處凹陷時(shí)才能使P與Q處深度相同。同理可以判斷與M對應(yīng)的B處為凸起。B、增透膜是在透鏡、棱鏡等光學(xué)元件表面涂的一層氟化鎂薄膜。當(dāng)薄膜的兩個(gè)表面上反射光的路程差等于半個(gè)波長時(shí)，反射回來的光抵消。從而增強(qiáng)了透射光的強(qiáng)度。顯然增透膜的厚度應(yīng)該等于光在該介質(zhì)中波長的1/4。由能量守恒可知，入射光總強(qiáng)度二反射光總強(qiáng)度+透射光總強(qiáng)度。光的強(qiáng)度由光的振幅決定。當(dāng)滿足增透膜厚度d=2介/4時(shí)，兩束反射光恰好實(shí)現(xiàn)波峰與波谷相疊加，實(shí)現(xiàn)干涉相消，使其合振幅接近于零，即反射光的總強(qiáng)度接近于零，從總效果上看，相當(dāng)于光幾乎不發(fā)生反射而透過薄膜，因而大大減少了光的反射損失，增強(qiáng)了透射光的強(qiáng)度。增透膜只對人眼或感光膠片上最敏感的綠光起增透作用。當(dāng)白光照到（垂直）增透膜上，綠光產(chǎn)生相消干涉，反射光中綠光的強(qiáng)度幾乎是零。這時(shí)其他波長的光（如紅光和紫光）并沒有被完全抵消。因此，增透膜呈綠光的互補(bǔ)色一一淡紫色。五、例題分析：1、下列現(xiàn)象屬于薄膜干涉的有：（ ）A,在水面上的油膜呈現(xiàn)的彩色花紋；B.雨后天空中呈現(xiàn)的彩虹；C,陽光下通過三棱鏡得到的彩色條紋D.肥皂泡上呈現(xiàn)的彩色環(huán)紋。答：選AD2、用單色光照射肥皂薄膜：（ ）A.看到的干涉圖樣是明暗相間的條紋；B.從光源發(fā)出的光與肥皂膜表面反射的光發(fā)生干涉，形成干涉圖樣。C,一束入射光從薄膜的前表面和后表面分別反射出來，形成兩列波，這兩列波頻率相同，所以可以產(chǎn)生干涉；D.若改用白光照射則看不到干涉條紋。答：選AC3、如圖所示為一顯示薄膜干涉現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)裝置，P是附有肥皂膜的鐵絲圈，S是一點(diǎn)燃的酒精燈。往火焰上灑些鹽后，在肥皂膜上觀察到的干涉圖象應(yīng)是下圖中的（ ）第4頁共6頁

ABC D答：選D4、如右圖是用干涉法檢查某種厚玻璃的上表面是否平的裝置，所用單色光是用普通光源加濾光片產(chǎn)生的，檢查中所觀察到的干涉條紋是由哪兩個(gè)表面反射的光疊加而成的（）A.a的上表面和b的下表面a的上表面和b的上表面a的下表面和b的上表面D.a的下表面和b的下表面答：選C5、劈尖干涉是一種薄膜干涉，其裝置如圖1所示。將一塊平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夾入兩張紙片，從而在兩玻璃表面之間形成一個(gè)劈形空氣薄膜。當(dāng)光垂直入射后，從上往下看到的干涉條紋如圖2所示。干涉條紋有如下特點(diǎn)：⑴任意一條明條紋或暗條紋所在位置下面的薄膜厚度相等；⑵任意相鄰明條紋或暗條紋所對應(yīng)的薄膜厚度差恒定。現(xiàn)若在圖1裝置中抽去一張紙片，則當(dāng)光垂直入射到新的劈形空氣薄膜后，從上往下觀察到的干涉條紋將（ ）A.變疏 B.變密 C.不變 D.消失答：選A6、有關(guān)光學(xué)儀器上鏡頭的增透膜，下列說法正確的是：（）A.增透膜是為了減少光的反射損失而增強(qiáng)透光的強(qiáng)度；B.增透膜的厚度等于入射光在真空中波長的1/4；C.增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波長的1/4；D.因?yàn)樵鐾改ず穸纫话氵x適合綠光反射相互抵消的厚度，紅光紫光反射不能完全抵消的厚度，所以涂有增透膜的鏡頭呈淡紫色。答：選ACD7、將波長為人的單色光從空氣垂直入射到折射率為n的透明介質(zhì)膜上，要使透射光得到加強(qiáng)，薄膜的厚度最少應(yīng)為（）A,人/4n；B,A/2n；C,人/4；D,人/2答：選A例2、下列說法正確的是（ ）A、用白光做光的干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，偏離中央明條紋較遠(yuǎn)的是紫光B、用白光做光的干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，偏離中央明條紋較遠(yuǎn)的是紅光C、涂有增透膜的照相機(jī)鏡頭，增強(qiáng)了對紫光的透射程度D、從豎立的肥皂膜上看到的彩色條紋是從膜的前后表面反射光干涉的結(jié)果答：選BD例3、如圖所示，豎直的肥皂液膜的橫截面，右側(cè)受到一束平行白光的照射，關(guān)于肥皂液膜產(chǎn)生干涉條紋的說法正確的是（）第5頁共6頁

A、在右側(cè)觀察到的干涉條紋是由光線在肥皂液膜左右兩個(gè)表面反射的兩列光波疊加產(chǎn)生的B、觀察到的干涉條紋可能是水平的，也可能是豎直的C、在左側(cè)也可能觀察到類似的條紋D、觀察到的條紋可能是黑色的，也可能是彩色的答：選A例4、一束白光從頂角為0的三棱鏡的一側(cè)，以較大的入射角射入棱鏡后，經(jīng)棱鏡折射在光屏P上可得到彩色光帶，如圖所示，當(dāng)入射角逐漸減小到0的過程中，假如屏上的彩色光帶先后消失，則（ ）A、紅光最先消失，紫光最后消失B、紅光最先消失，黃光最后消失C、紫光最先消失，黃光最后消失D、紫光最先消失，紅光最后消失答：選D當(dāng)堂測試練習(xí)1、下面哪些屬于光的干涉現(xiàn)象 （ ）A、雨后美麗的彩虹B、對著日光燈從兩鉛筆的縫中看到的彩色條紋C、陽光下肥皂膜上的彩色條紋D、光通過三棱鏡產(chǎn)生的彩色光帶2、紅、黃、紫三中色光同時(shí)垂直射入一塊玻璃板，他們通過玻璃板所用的時(shí)間從長到短的順序是（）A、紅、黃、紫 B、紫、黃、紅 C、黃、紫、紅 D、紫、紅、黃TOC\o"1-5"\h\z3、表面涂有油膜的透明玻璃片，當(dāng)有陽光照射其上時(shí)，可在玻璃片的邊緣分別看到彩色圖樣，這兩種現(xiàn)象（ ）A、都是色散 B、都是干涉C、前者是干涉，后者是色散 D、前者是色散，后者是干涉4、肥皂膜在太陽光下呈彩色，這屬于光的 現(xiàn)象。5、我國南宋時(shí)的程大昌在其所著的《演繁露》中敘述道：“凡風(fēng)雨初霽，或