高中物理人教版選修34教學案第十三章第78節(jié)光的顏色色散激光

第7、8節(jié)光的顏色—色散—激光

1.光的顏色由頻率打算，不同顏色的光波長不同。

2.含有多種顏色的光被分解為單色光的現(xiàn)象叫做光的色散，這些

關單色光按波長的有序排列就是光譜。

3.能使光色散的方法有：（1）薄膜干預色散；（2）衍射色散；（3）折

鍵射色散。

4.在同一種物質(zhì)中，不同波長的光波的傳播速度不一樣，波長越

語

短，波速越慢。

句5.激光是人工產(chǎn)生的，具有相干性好、平行度好、亮度高的特點。

I__.

?蚯朝”加攸由課前自主學習，基穩(wěn)才能樓高

一、光的顏色色散

1.光的顏色與波長：不同顏色的光，波長不同。

氏?

圖13-7-1

2.光的色散：含有多種顏色的光被分解為單魚龍的現(xiàn)象。如圖13-7-1。

3.光譜：含有多種顏色的光被分解后，各種色光按其波氏的有序排列。

4.幾種色散現(xiàn)象

（1）薄膜干預中的色散

①薄膜干預中相干光的獲得

光照耀到薄膜上，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薄膜干預的原理

光照在厚度不同的薄膜上時，在薄膜的不同位置，前后兩個面的反射光的路程差不同,

在某些位置兩列波疊加后相互加強，于是消失亮條紋;在另一些位置，兩列波相遇后被相

互減弱，于是消失暗條紋。

（2）衍射時的色散

用白光做衍射試驗時，得到的條紋是彩色的。這是由于衍射時不同色光的亮條紋的位

置不同，于是各種色光就區(qū)分開了。這種現(xiàn)象是光在衍射時的色散。

⑶折射時的色散

如圖13-7-2說明白光通過棱鏡折射后，由上到下的色光挨次為：紅、橙、黃、綠、青、

藍、紫，這說明白光是由土魚光組成的。

5.在同一種物質(zhì)中，不同波長的光波的傳播速度不一樣，波長越短，波速越慢。

二'激光

1.激光的特點及應用

特點性質(zhì)應用

激光具有頻率單一、相位差恒定、偏振

相干性方向相同的特點，是人工產(chǎn)生的相干光纖通信

光，具有高度的相干性

激光的平行度特別好,傳播很遠的距離

平行度精確的測距；讀取光盤上記錄的信息等

仍能保持肯定的強度

它可以在很小的范圍和很短的時間內(nèi)用激光束切割、焊接，醫(yī)學上可以用激

高亮度

集中很大的能量光做“光刀”，激發(fā)核反響等

2.全息照相

(1)與一般照相技術的比擬：一般照相技術所記錄的只是光波的強弱信息，而全息照相

技術還記錄了光波的相位信息。

(2)原理：全息照相的拍攝利用了光的王預原理，使參考光和物光在底片上相遇,發(fā)生

干預，形成簡單的干預條紋。這要求參考光和物光必需具有很高的相王性。

(3)觀看全息照片時要用激光照耀照片，從另一側(cè)面觀看。

1.自主思索一判一判

(1)色散現(xiàn)象說明白光是復色光。(J)

(2)單色光通過棱鏡后也能發(fā)生色散。(X)

(3)某單色光在不同介質(zhì)中傳播時間的頻率、波長均不同。(X)

(4)激光可以進行光纖通信是利用了相干性好的特點。(J)

⑸激光可用做“光刀"來切開皮膚是利用激光的相干性好。(X)

(6)全息照相技術只能記錄光波的強弱信息。(X)

2.合作探究——議一議

⑴雨后天空消失的彩虹是怎樣形成的？

提示：由于光的折射發(fā)生了色散現(xiàn)象形成的。

(2)利用激光測量地球到月球的距離，應用了激光哪方面的性質(zhì)?

提示：應用了“平行度”特別好的性質(zhì)。

課堂講練設計，舉一能通類題

考點一對光的色散的理解

@通知識

1.折射時的色散

(1)我們把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13-7-3

所示，試驗說明，白光色散時，紅光的偏向角最小，紫光的偏向角最大。這說明玻璃對不

同色光的折射率是不同的。紫光的最大，紅光的最小。

圖13-7-3

(2)由于介質(zhì)中的光速。=今故在同種介質(zhì)中折射率大的光速小，各種色光在同種介質(zhì)

中的光速依次為。紫〈。藍〈…VoigV。紅，即紅光的速度最大，紫光的速度最小。

(3)如圖13-7-3所示，白光經(jīng)過三棱鏡后，在光屏上呈現(xiàn)七色光帶；假設從棱鏡的頂角

向底邊看，由紅到紫依次排列，紫光最靠近底邊，光的色散實質(zhì)上是光的折射現(xiàn)象。

2.雙縫干預中的色散

用不同的單色光做雙縫干預試驗，得到的條紋之間的距離不一樣，但都是明暗相同的

單色條紋。由Ax=)知，紅光波長最長，Ax最大，紫光波長最短，Ax最小。白光干預時

的條紋是彩色的，即白光是由多種色光組成的復色光，發(fā)生干預時，白光發(fā)生了色散現(xiàn)象。

。通方法

［典例1(多項選擇)如圖13-7-4,一束光沿半徑方向射向一塊半圓柱形玻璃磚，在玻璃

磚底面上的入射角為仇經(jīng)折射后射出。兩束光線。那么()

b

圖13-7-4

A.在玻璃中，。光的傳播速度小于b光的傳播速度

B.在真空中，a光的波長小于b光的波長

C.玻璃磚對a光的折射率小于對b光的折射率

D.假設轉(zhuǎn)變光束的入射方向使，角漸漸變大，那么折射光線”首先消逝

E.分別用a、b光在同一個雙縫干預試驗裝置上做試驗，a光的干預條紋間距大于b

光的干預條紋間距

［解析］a光的折射角更大，那么玻璃磚對a光的折射率大于對力光的折射率，在玻璃

中a光的傳播速度小于6光的傳播速度，在真空中，a光的波長小于b光的波長，A、B項

正確，C項錯誤；玻璃對a光的折射率大于對》光的折射率，a光的臨界角小，轉(zhuǎn)變光束的

入射方向使〃角變大，那么折射光線a首先消逝，D項正確；a光的波長小于〃光的波長，

a光的干預條紋間距小于b光的干預條紋間距，E項錯誤。

［答案］ABD

光的色散的物理意義

(1)光譜的產(chǎn)生說明，白光是各種單色光組成的復色光。由于各種單色光通過棱鏡時偏

折的角度不同，所以產(chǎn)生了色散現(xiàn)象。

(2)色散現(xiàn)象說明，棱鏡材料對不同色光的折射率是不同的。紫光經(jīng)棱鏡后偏折程度最

大，紅光偏折程度最小，所以棱鏡材料對紫光的折射率最大，對紅光的折射率最小。

(3)由折射率的定義〃=￡可知，在棱鏡中紫光的速度最小，紅光的速度最大。

萬通題組

1.如圖13-7-5所示，一個小的光源S發(fā)出白光，經(jīng)三棱鏡分光。假設人沿著折射光線

的反方向觀看，通過棱鏡可以看到()

圖13-7-5

A.白光點

B.光點上部紅色，下部紫色

C.光點上部紫色，下部紅色

D.看不到光源的像

解析：選C由于各種單色光中，紫光的折射率最大，偏折角也最大，成的像最高，

紅光的折射率最小，偏折角也最小，成的像最低，故C正確。

2.如圖13-7-6所示，一束白光通過玻璃棱鏡發(fā)生色散現(xiàn)象，以下說法正確的選項是（）

A.紅光的偏折最大，紫光的偏折最小

B.紅光的偏折最小，紫光的偏折最大

C.玻璃對紅光的折射率比紫光大

D.玻璃中紫光的傳播速度比紅光大

解析：選B白光中紅光的頻率最低，在玻璃中的折射率最小，由〃=點可知，紅光的

傳播速度最大，紫光的頻率最高，在玻璃中的折射率最大，傳播速度最小，經(jīng)過棱鏡發(fā)生

色散時，偏折最大，綜上所述，A、C、D均錯誤，B正確。

3.如圖13-7-7所示，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6點之間，那么（）

圖13-7-7

A.從。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，從功中點射出的是紫光

D.從a點和b點射出的都是紫光，從而中點射出的是紅光

解析：選B由紅光的折射率小于紫光的折射率知，紫光偏離原”紫紅

來方向比紅光嚴峻，并且向頂端偏折，光路圖如下圖，所以從。點射

出的是紫光，從b點射出的是紅光，選項B正確。

考點二"薄膜干預的應用

。通知識

1.用干預法檢查平面平整度

如圖13-7-8甲所示，兩板之間形成一層空氣膜，用單色光從上向下照耀，假如被檢測

平面是光滑的，得到的干預圖樣必是等間距的。假如被測外表某處凹下，那么對應亮條紋（或

暗條紋）提前消失，如圖乙中尸條紋所示；假如某處凸起來，那么對應條紋延后消失，如圖

乙中。所示，即亮條紋在凹陷處向空氣膜較薄處彎曲，在凸起處向空氣膜較厚處彎曲。（注:

“提前”與"延后”不是指在時間上，而是指由左到右的位置挨次上）

圖13-7-8

2.增透膜

為了削減光學裝置中的反射光的損失，可在元件外表涂一層透亮?????薄膜，一般是氟

化鎂。

玻增透膜_一

璃----*------------

I--d—j空氣

圖13-7-9

如圖13-7-9所示，在增透膜的前后外表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，在兩個外表反射的光反向，相互抵消，從而使反射的兩列光波

產(chǎn)生相消干預，反射光的能量幾乎等于零。一般取最小厚度d滿意2d=多此波長為光在該

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肯定波長的光相

消。由于人對綠光最敏感，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。

U通方法

［典例］（多項選擇）如圖13-7-10甲所示,用單色光照耀透亮?????標準板M來檢查平面

N的上外表的平滑狀況，觀看到的圖像如圖乙所示的條紋中的尸和。的狀況，這說明（）

圖13-7-10

A.N的上外表A處向上凸起

B.N的上外表B處向上凸起

C.N的上外表A處向下凹陷

D.N的上外表8處向下凹陷

I解析］利用光的薄膜干預來檢查平面的狀況，就是由標準樣板平面和被檢查平面間形

成一個楔形的空氣薄層，用單色光從上面照崔，入射光在空氣層的上、下外表反射形成的

兩列光波發(fā)生干預。假如被檢測的面是平的，那么空氣層的厚度相同的各點的干預條紋在

一條直線上。假設是被檢測平面的某處凹下去了，這時干預條線就不是直線，在凹處的干

預條紋將向楔形膜中薄的一側(cè)彎曲。這是由于凹處的兩束反射光的路程差變大，它只能與

膜厚一些位置的兩反射光的路程差相同而形成同一級的條紋（路程差相同的干預條紋為同一

級，一般路程差大的干預條紋級別高，路程差小的干預條紋級別低），明顯凹處的級別增大，

將與膜厚一些位置的干預條紋形成同一級別的條紋，故B、C正確。

［答案］BC

(SOD

被測平面凹下或凸起的形象推斷法

被測平面凹下或凸起的形象推斷法——矮人行走法。即把干預條紋看成“矮人"的行

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：假設遇一凹下，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，該處為一凹下；假設遇一凸起，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，該處為一凸起。

。通題組

1.如圖13-7-11所示是用干預法檢查某塊厚玻璃塊的上外表是否平整的裝置。所用單色

光是用一般光源加濾光片產(chǎn)生的，檢查中所觀看到的干預條紋是由以下哪兩個外表反射的

光線疊加而成的（）

單色光

樣板

I薄片

厚玻璃

圖13-7-11

A.a的上外表和b的下外表

B.a的上外表和b的上外表

C.。的下外表和?的上外表

D.a的下外表和b的下外表

解析：選C樣板和厚玻璃之間存在楔形空氣薄膜，用單色光從這個空氣薄膜外表照

耀，入射光從空氣薄膜的上、下外表反射回的兩列光波形成干預條紋。空氣薄膜的上、下

外表就是。的下外表和b的上外表，應選項C正確。

2.用如圖13-7-12所示的試驗裝置觀看光的薄膜干預現(xiàn)象。圖（a）是點燃的酒精燈（在燈芯

上撒些鹽），圖（b）是直立的附著一層肥皂液薄膜的金屬絲圈。將金屬絲圈在其所在的豎直平

面內(nèi)緩慢旋轉(zhuǎn)，觀看到的現(xiàn)象是（）

(a)(b)

圖13-7-12

A.當金屬絲圈旋轉(zhuǎn)30°時干預條紋同方向旋轉(zhuǎn)30°

B.當金屬絲圈旋轉(zhuǎn)45°時干預條紋同方向旋轉(zhuǎn)90°

C.當金屬絲圈旋轉(zhuǎn)60°時干預條紋同方向旋轉(zhuǎn)30°

D.干預條紋保持原來狀態(tài)不變

解析：選D豎直肥皂膜是由于重力作用產(chǎn)生的上薄下厚的薄膜，所以金屬絲圈的緩

慢轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)變不了肥皂液膜的上薄下厚的外形，由干預原理可知，同一厚度處的干預條紋

在同一級次上，所形成的干預條紋都是水平的，與金屬絲圈在該豎直平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動無關，

仍舊是水平的干預條紋，D正確。

3.關于薄膜干預，以下說法中正確的選項是（）

A,只有厚度勻稱的薄膜才會發(fā)生干預現(xiàn)象

B.只有厚度不勻稱的楔形薄膜，才會發(fā)生干預現(xiàn)象

C.厚度勻稱的薄膜會形成干預條紋

D.觀看肥皂液膜的干預現(xiàn)象時，觀看者應和光源在液膜的同一側(cè)

解析：選D當光從薄膜的一側(cè)照旗到薄膜上時，只要前后兩個面反射回來的光波的

路程差滿意振動加強的條件，就會消失明條紋，滿意振動減弱的條件就會消失暗條紋。這

種狀況在薄膜厚度不勻稱時才會消失；當薄膜厚度勻稱時，不會消失干預條紋，但也發(fā)生

干預現(xiàn)象，假如是單色光照耀，假設滿意振動加強的條件，整個薄膜前方都是亮的，否那

么整個薄膜的前方都是暗的。假如是復色光照耀，某些顏色的光因干預而振動加強，另一

些顏色的光會因干預而振動減弱，減弱的光透過薄膜，加強的光被反射回來，這時會看到

薄膜的顏色呈某種單色光的顏色，但不形成干預條紋。應選D。

考點三

C通知識

1.激光的產(chǎn)生

激光是原子受激輻射產(chǎn)生的光，發(fā)光的方向、頻率、偏振方向均相同，兩列相同激光

相遇可以發(fā)生干預。激光是人工產(chǎn)生的相干光。

2.激光的特點

（1）激光是人工產(chǎn)生的相干光，其單色性好，相干性好。激光的頻率單一，相干性特別

好，顏色特殊純。用激光做衍射、干預試驗，效果很好。

（2）激光的平行度好。從激光器發(fā)出的激光具有極好的平行性，幾乎是一束方向不變、

發(fā)散角很小的平行光。傳播幾千米后，激光斑擴展范圍不過幾厘米，而探照燈的光束能擴

展到幾十米范圍。

（3）亮度高。激光可以在很小的空間和很短的時間內(nèi)集中很大的能量。

3.激光的應用

⑴光纖通信。（2）激光測距。（3）激光讀寫。（4）激光加工。⑸激光手術（亦稱光刀手術）。

（6）激光武器。（7）可控聚變反響中的應用。

旗題組

1.對于激光的熟悉，以下說法中正確的選項是（）

A.一般光源發(fā)出的光都是激光

B.激光是自然界普遍存在的一種光

C.激光是一種人工產(chǎn)生的相干光

D.激光肯定比一般光的強度大

解析：選C激光是原子受激輻射產(chǎn)生的光，是人工產(chǎn)生的一種相干光，與一般光源

發(fā)出的光不同，所以C正確，A、B錯誤；用途不同，不同激光的強度大小并不相同，激光

不肯定比一般光的強度大，D錯誤。

2.（多項選擇）關于激光與自然光，以下說法正確的選項是（）

A.激光的頻率單一，而自然光是含有各種色光頻率的光，所以激光的相干性好

B.自然光是由物質(zhì)的原子放射出來的，而激光是人工產(chǎn)生的，所以激光不是由物質(zhì)的

原子放射出來的

C.激光和自然光都具有相同的本質(zhì)，它們都是由原子的躍遷產(chǎn)生的

D.相干性好是激光與一般光的根本區(qū)分

解析：選ACD激光的頻率單一，相干性很好，自然光中含有各種頻率的光，故A、

D正確；激光和自然光都是由原子的躍遷產(chǎn)生的，故B錯誤，C正確。

也繕藤況聯(lián)庭理本課后層級訓練，步步提升能力

一、基礎題與熟

1.汽車行駛時常會滴下一些油滴，滴下的油滴在有水路面上會形成一層薄油膜，并顯

現(xiàn)彩色，這是由于（）

A.空氣的折射

B.膜的上、下外表反射形成光的干預

C.光的衍射

D.水的折射

解析：選B白光射到油膜上，從膜的上、下外表反射回來，形成相干光源。由于各

種色光波長不同，所產(chǎn)生的干預條紋的寬度不同，所以各色光在薄膜上形成干預條紋呈現(xiàn)

彩色，所以B項正確。

2.以下說法正確的選項是（）

A.真空中藍光的波長比紅光的波長長

B.天空中的彩虹是由光干預形成的

C.光纖通信利用了光的全反射原理

D.機械波在不同介質(zhì)中傳播，波長保持不變

解析：選C真空中藍光的波長比紅光的波長短，A項錯誤；天空中的彩虹是由光的

折射形成的，B項錯誤；光纖利用了光的全反射傳遞信息，C項正確；機械波在不同的介質(zhì)

中傳播時頻率不變，速度變化，因而波長會變化，D項錯誤。

3.（多項選擇）激光的體積小，卻可以裝載更大、更重的衛(wèi)星或飛船。激光由地面激光

站或空間激光動力衛(wèi)星供應，通過一套裝置，像手電筒一樣，讓激光束射入發(fā)動機的燃燒

室，使推動劑受熱而急劇膨脹，于是形成一股高溫高壓的燃氣流，以極高的速度噴出，產(chǎn)

生巨大的推力，把衛(wèi)星或飛船送入太空。激光利用了激光的（）

A.單色性好B.平行度好

C.高能量D.相干性好

解析：選BC激光的平行度好且亮度高，可以在很小的空間和很短的時間內(nèi)集中很大

的能量，這樣可以給供應高能量，B、C正確。

4.登山運發(fā)動在登雪山時要留意防止紫外線的過度照耀，尤其是眼睛更不能長時間被

紫外線照耀，否那么將會嚴峻地損傷視力。有人想利用薄膜干預的原理設計一種能大大減

小紫外線對眼睛的損害的眼鏡。他選用的薄膜材料的折射率為〃=1.5,所要消退的紫外線

的頻率/XIOMHz,那么他設計的這種“增反膜〃的厚度至少是（）

X10-8X10-7m

XIO"xlor

解析：選C由"=￡得0=。=叫￥~m/s=2xl08m/s。依據(jù)波速公式得力=，

2x1（）8

xl07m要實現(xiàn)“增反〃的效果，薄膜的厚度至少為半個波長，那樣在薄膜的外

=AV1U^-?

表兩列反射光相互加強，從而使入射到眼睛的紫外線減弱，減輕紫外線對眼睛的損害，故C

選項正確。

5.某物理愛好小組用試驗探究光的色散規(guī)律，他們將半圓形玻璃磚放在豎直面內(nèi)，在其

左方豎直放置一個很大的光屏P,讓一復色光束SA射向玻璃磚的圓心。后，有兩束單色光

a和b射向光屏P,如圖1所示。他們依據(jù)試驗現(xiàn)象提出了以下四個猜測，你認為正確的選

項是（）

A.單色光a的波長小于單色光》的波長

B.在玻璃中單色光a的傳播速度大于單色光b的傳播速度

C.單色光a通過玻璃磚所需的時間大于單色光b通過玻璃磚所需的時間

D.當光束SA繞圓心0逆時針轉(zhuǎn)動過程中，在光屏尸上最早消逝的是a光

解析：選B依據(jù)光的折射定律可知a光的折射率小于6光的折射率，那么“光的頻

率小于分光的頻率，由2=^可知A項錯誤；由可知B項正確；由于復色光在玻璃磚中

D1

傳播距離相同，依據(jù)/=￡可知C項錯誤；由sinC=G可知D項錯誤。

6.虹和霓是太陽光在水珠內(nèi)分別經(jīng)過一次和兩次反射后出射形成的，可用白光照耀玻

璃球來說明。兩束平行白光照耀到透亮?????玻璃球后，在水平的白色桌面上會形成MN和

PQ兩條彩色光帶，光路如圖2所示。M、N、尸、。點的顏色分別為（）

圖2

A.紫、紅、紅、紫B.紅、紫、紅、紫

C.紅、紫、紫、紅D.紫、紅、紫、