1、5 光的颜色 色散 激光学习目标 1.知道白光是由多种色光组成的，知道光的色散及光谱的概念.2.能说明薄膜干涉条纹的特点，能解释薄膜干涉的成因.3.理解折射时的色散，了解各种色光特性的差别.4.了解激光的特点和应用，了解全息照相的原理一、光的颜色 色散导学探究 用单色光做双缝干涉实验时，光屏上出现明暗相间的条纹，而用不同的色光，条纹间距不同，这说明什么？用白光做双缝干涉实验时光屏上出现了彩色条纹，这又说明什么？答案 在双缝干涉实验中，各种颜色的单色光的条纹间距不同，如红光条纹间距比黄光大，蓝光条纹间距比黄光小，这说明不同颜色的单色光的波长不同；白光干涉条纹是彩色的，说明白色是由多种色光组成的，
2、发生干涉时白光被分解了知识梳理1白光是由多种色光组成的，发生干涉时不同颜色光的条纹间距不同，说明各色光的波长不同红到紫七色光中波长依次减小2色散：含有多种颜色的光被分解为单色光的现象3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延伸思考阅读教材中表格“各色光在真空中的波长和频率” ，观察各色光由红到紫波长如何变化、频率如何变化？光的颜色取决于什么？答案 由红光到紫光波长逐渐变短，频率逐渐变大由于光在不同介质中传播时频率不变，而波长要发生变化，故光的颜色取决于频率二、薄膜干涉中的色散导学探究 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
3、薄的液膜把这层液膜当做一个平面镜，用它观察灯焰的像如图 1 所示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？图 1答案 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水平条纹知识梳理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
4、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)每一条纹是水平(填“水平 ”或“竖直”)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三、衍射和折射时的色散导学探究 1.拔一根鸡翅膀上的羽毛( 鹅、鸭的羽毛也可以 )，白天隔羽毛观看太阳，可见七色光芒向外四射，你能解释这种现象吗？答案 阳光透过羽毛上密集的羽丝间的小缝隙(光栅) 而出现衍射现象，衍射时不同色光的亮条纹的位置不同，于是各种色光就区分开了2拿一块破碎的玻璃，迎着阳光看去，会发现玻璃的边缘出现彩色条纹，这又是什么原因？答案 光在折射时发生了色散知识梳
5、理1衍射时的色散用白光做衍射实验时，得到的条纹是彩色的这是因为衍射时不同色光的亮条纹的位置不同，于是各种色光就区分开了这个现象是光在衍射时的色散2折射时的色散如 图 2 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 ：图 2(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， 越小，频率 f 越大，n 越大(2)根据 n 可知：在同种介质中折射
6、率大的速度小，各种色光在同种介质中的速度从小到cv大排序依次为 v 紫 v 蓝 v 橙 v 红 ，即红光的速度最大，紫光的速度最小四、激光1激光的特点及应用性质 应用相干性强：激光具有频率相同、相位差恒定、偏振方向一致的特点，是人工产生的相干光，具有高度的相干性光纤通信平行度好：激光的平行度非常好，传播很远的距离后仍能保持一定的强度激光会聚一点，读取光盘上记录的信息，激光测距等亮度高：它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量用激光束切割、焊接，医学上可以用激光做“光刀” ，激发核聚变等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)
7、原理：全息照片的拍摄利用了光的干涉原理.一、薄膜干涉中的色散例 1 如图 3 所示是用干涉法检查某块厚玻璃板的上表面是否平整的装置，所用单色光为普通光加滤光片产生的，检查中所观察到的条纹是由下列哪两个表面反射的光线叠加而成的( )图 3Aa 的上表面和 b 的下表面Ba 的上表面和 b 的上表面Ca 的下表面和 b 的上表面Da 的下表面和 b 的下表面答案 C解析 本题考查薄膜干涉问题，关键是找到使光线发生干涉的薄膜本题中 a 是样本，b是被检查的对象，而形成干涉的两束反射光是 a、b 间的空气薄层反射的二、折射时的色散例 2 如图 4 所示，一束白光从顶角为 的棱镜的一个侧面 AB 以较大
8、的入射角 1入射，经过三棱镜后，在屏 P 上可得到彩色光带，当入射角逐渐减小到零的过程中，若屏上的彩色光带先后全部消失，则( )图 4A红光最先消失，紫光最后消失B紫光最先消失，红光最后消失C紫光最先消失，黄光最后消失D红光最先消失，黄光最后消失答案 B解析 依题意作出白光通过三棱镜的光路，如图所示，可看出紫光的偏折最大，由全反射临界角公式 sinC 知，紫光的临界角最小，所以紫光1n一定首先在 AC 面上发生全反射而从光屏上消失由以上分析可知，屏上彩色光带中的紫光最先消失，后面依次是蓝、青、绿、黄、橙、红，选项 B 正确三、激光的特性和应用例 3 关于激光的应用问题，下列说法中正确的是( )
9、A光纤通信是应用激光平行度非常好的特点对信号进行调制，使其在光导纤维中进行信息传递B计算机内“磁头”读出光盘上记录的信息是应用了激光有相干性的特点来进行的C医学中用激光做“光刀” 来切除肿瘤是应用了激光亮度高的特点D “激光测距雷达”利用激光测量很远目标的距离是应用了激光亮度高的特点答案 C解析 由激光的特点及应用可知光纤通信主要利用激光的相干性强，A 错误计算机内的“磁头”读出光盘上的信息主要应用了激光的平行度好，选项 B 错误医疗中的激光“光刀”利用了激光的高亮度的特点，C 正确激光测距利用的是激光的平行度好，D 错误1.(薄膜干涉中的色散)关于薄膜干涉，下列说法正确的是 ( )A干涉条纹
10、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答案 A解析 薄膜前、后两个面反射的光波所走的路程差不同，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，出现暗条纹干涉条纹是等间距的平行线时，说明膜是理想的劈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2(薄膜干涉中的色散)( 多选 )如图 5 所示，一束白光从左侧射入肥皂液薄膜
11、，下列说法正确的是( )图 5A人从右侧向左看，可以看到彩色条纹B人从左侧向右看，可以看到彩色条纹C彩色条纹是水平的D彩色条纹是竖直的答案 BC解析 一束白光射到薄膜上，经前、后两个界面反射回来的光相遇，产生干涉现象，我们由左侧向右看可以看到彩色条纹又由于薄膜同一水平线上的厚度相同，所以彩色条纹是水平的3(折射时的色散)( 多选)如图 6 所示，一束复色光从空气中沿半圆形玻璃砖半径方向射入，从玻璃砖射出后分成 a、b 两束单色光则( )图 6A玻璃砖对 a 光的折射率为 2B玻璃砖对 a 光的折射率为 1.5Cb 光的频率比 a 光的频率大Db 光在玻璃中的传播速度比 a 光在玻璃中的传播速度
12、大答案 AC解析 a 光的折射率 n ，故 A 正确，B 错由题图可知，a 光的偏折程度比 bsin45sin30 2光的小，所以 a 光的频率小，折射率也小，由 n 可得 v ，a 光在玻璃中的传播速度比cv cnb 光在玻璃中的传播速度大，故 C 正确，D 错4(激光的特性和应用)( 多选 )激光火箭的体积小，却可以装载更大、更重要的卫星或飞船，激光由地面激光站或空间激光动力卫星提供，通过一套装置，像手电筒一样，让激光束射入火箭发动机的燃烧室，使推进剂受热而急剧膨胀，于是形成一股高温高压的燃气流，以极高的速度喷出，产生巨大的推力，把卫星或飞船送入太空激光火箭利用了激光的( )A单色性好 B
13、平行度好C高能量 D相干性好答案 BC解析 由于激光站或空间激光动力卫星与火箭相隔距离远，为了减少能量损失，必须使激光具有很好的平行度，同时应用激光的高能量考点一 薄膜干涉中的色散1下列现象中可以用薄膜干涉来解释的是( )A雨后的彩虹B水面上的油膜在阳光照射下呈彩色C透过昆虫的翅膀看阳光呈彩色D荷叶上的水珠在阳光下晶莹透亮答案 B解析 雨后的彩虹是色散现象，故选项 A 错误；透过昆虫的翅膀看阳光呈彩色是衍射现象，故选项 C 错误；水珠在阳光下晶莹透亮是全反射的结果，故选项 D 错误；油膜在阳光照射下呈彩色是薄膜干涉的结果，故选项 B 正确2如图 1 所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置，P 是附
14、有肥皂薄膜的铁丝圈，S 是一点燃的酒精灯，往火焰上撒些盐后，在肥皂膜上观察到的干涉图象应是图中的( )图 1答案 D解析 酒精灯发出的光在肥皂膜前、后两个表面上反射后叠加，形成干涉图样，两列反射光叠加时的路程差与肥皂膜的厚度有关，相同厚度处路程差相同，而同一条亮条纹(或暗条纹)上路程差也相同，肥皂膜竖起时同一水平线的膜厚度相同，故肥皂膜上的亮( 暗)条纹是一些水平的平行直线，即正确选项为 D.3劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图 2 甲所示，将一块平板玻璃放置在另一同样的平板玻璃之上，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
15、涉条纹有如下特点：(1)任意一条亮条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等(2)任意相邻亮条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定现若将图甲装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹( )图 2A变疏 B变密C不变 D消失答案 A解析 干涉条纹是由空气薄膜的上、下两个表面反射的光线叠加而成的，当抽去一张纸片后，劈形空气薄膜倾角减小，相邻亮条纹(或暗条纹) 变疏才能使所在位置下面对应的薄膜厚度跟原先一样4(多选) 如图 3 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 3AN 的上
16、表面 A 处向上凸起BN 的上表面 B 处向上凸起CN 的上表面 A 处向下凹陷DN 的上表面 B 处向下凹陷答案 BC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|r|k(k0,1,2)时，出现亮条纹，当 |r| (k0,1,2)时，出现暗条纹同一条2k 12纹上的各点对应的厚度相同(类比于地理上的等高线) ，当条纹向左弯曲 (P)说明等高线向左移动，即现在 N 板 A 处相对 M 板的高度和 A 处右边点相对 M 板的高度相同，即相对高度变大，A 处下凹当条纹向右弯曲(Q )，说明等高线右移，即现在 B 处相对的高度和 B 处左边点的相对高度相同，B 处上凸B
17、、C 正确5市场上有一种灯具俗称“冷光灯” ，用它照射物体时能使被照物体处产生的热效应大大降低，从而广泛地应用于博物馆、商店等处这种灯降低热效应的原因之一是在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面上镀一层薄膜(例如氟化镁) ，这种膜能消除玻璃表面反射回来的产生热效应最显著的红外线，以 表示此红外线在薄膜中的波长，则所镀薄膜的厚度最小应为( )A. B. C. D8 4 2答案 B解析 当薄膜的最小厚度为红外线在薄膜中波长的 时，从两表面反射的光其路程差恰好为14.则两反射光叠加时，相互抵消，这样就减小了反射光的强度126一个半径较大的透明玻璃球体，若截去其上面的大部分，然后将这一部分放到标准的水平面上，
18、现让单色光竖直射向截面，如图 4 所示，在反射光中看到的是( )图 4A平行的、明暗相间的干涉条纹B环形的、明暗相间的干涉条纹C只能看到同颜色的平行反射光D一片黑暗答案 B解析 玻璃球体和标准水平面间形成一空气楔形膜，膜上、下表面的反射光在空间发生干涉，产生以球体与平面接触点为中心的环形干涉条纹，故 B 正确考点二 折射时的色散7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在同一介质中红光的折射率比紫光的大C在同一介质中红光的光速比紫光的大D每种颜色的光通过三棱镜都会分成几种颜色的光答案 C解析 色散现象表明，棱镜对红光的折射率最小，由 n 可知，红光在棱镜中的速度最
19、cv大8光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是( )A用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象B用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象C.在光导纤维束内传送图像是利用光的色散现象D.光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象答案 D解析 用透明标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用了光的干涉，A 错；用三棱镜观察白光看到彩色图样是利用了光的色散现象，B 错；在光导纤维束中传送图像是利用了光的全反射，C 错；光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，D 正确9.(多选) 如图 5 所示，两束不同的单色光 P 和 Q，以适当的角度射向半圆形玻璃砖，其射出光
20、线都是从圆心 O 点沿 OF 方向射出，则下面说法正确的是 ( )图 5AP 光束在玻璃中折射率大BQ 光束的频率比 P 光束的频率大CP 光束穿过玻璃砖后频率变大DQ 光束穿过玻璃砖所需时间长答案 BD解析 由题图可知 Q 光经玻璃砖折射后偏折更多，故 Q 光束在玻璃中的折射率更大，A 错；Q 光的频率更大，B 对；由于两光束在玻璃砖中的路程相等，又由 v ，知 Q 光束速率小，cn则穿过的时间长，D 对；P、 Q 光从玻璃砖进入空气中频率不变，但波长会变长， C 错10如图 6 所示，在水中有一厚度不计的薄玻璃片做成的中空三棱镜，里面是空气，一束白光 A 从棱镜的左边射入，从三棱镜的右边射
21、出时发生色散，射出的可见光分布在 a 点和b 点之间，则( )图 6A从 a 点射出的是红光，从 b 点射出的是紫光B从 a 点射出的是紫光，从 b 点射出的是红光C从 a 点和 b 点射出的都是紫光，从 ab 中点射出的是红光D从 a 点和 b 点射出的都是红光，从 ab 中点射出的是紫光答案 B解析 光从左边界面入射后，发生折射现象，此时光从光密介质射向光疏介质，由于水对紫光的折射率比对红光的大，所以在入射角相同的情况下，折射角不同，紫光的折射角大于红光，故从 a 点射出的为紫光，从 b 点射出的为红光11.(多选) 如图 7 所示，真空中的一束平行复色光被透明的三棱镜 ABC(截面为正三
22、角形)折射后分解为互相分离的 a、b、c 三种色光，分别照射到三块板上，则下列说法正确的是( )图 7A三种色光中，a 光折射率最大， c 光折射率最小B在三棱镜中，c 光的传播速度最小C若将三种色光分别通过某狭缝，a 光的衍射现象最明显D若 OD 平行于 CB，则三棱镜对 a 色光的折射率 na为 3答案 AD解析 由题图可知，c 光偏折程度最小，则其折射率最小，波长最长，衍射现象最明显，在三棱镜中传播速度最大；若 OD 与 CB 平行，则 a 光在 AC 面的入射角为 60，折射角为30，则 na .A、D 正确sin60sin30 312雨后太阳光入射到水滴中发生色散而形成彩虹设水滴是球
23、形的，图 8 中的圆代表水滴过球心的截面，入射光线在过此截面的平面内，a、b、c、d 代表四条不同颜色的出射光线，则它们可能依次是( )图 8A紫光、黄光、蓝光和红光B紫光、蓝光、黄光和红光C红光、蓝光、黄光和紫光D红光、黄光、蓝光和紫光答案 B解析 由可见光的性质知，同种物质对红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种色光的折射率依次增大，由题图知 ad 水对其折射率依次减小，故 A、C、D 错，B 对考点三 激光的特性和应用13关于光的色散、激光，下列说法正确的是( )A棱镜对红光的折射率比紫光大B红光在棱镜中的速度比紫光大C每种色光通过棱镜后都会分成几种颜色的光D激光不能像无线电波那样用来传递信息答
24、案 B解析 色散现象表明棱镜对红光的折射率最小，由 n 知，红光在棱镜中的速度最大，Acv错误，B 正确；单色光经棱镜后不能发生色散， C 错误；激光在光导纤维中利用时，不仅可以传递信息，而且可以使信息量大增，D 错误14(多选) 以下说法中正确的是( )A激光是一种人工产生的相干光，具有高度的相干性B由于激光的方向性好，所以激光不能发生衍射现象C光纤通信是激光和光导纤维相结合的产物D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答案 ACD15全息照相在拍摄过程中，应用了激光的什么特点( )A干涉 B衍射C偏振 D直线传播答案 A解析 在拍摄全息相片时，同一束激光分为两部分，一部分直接照射到底片上，另一部分通过拍摄物反射后再到达底片上，在底片上发生干涉，底片记录下干涉条纹，因此应用了激光的干涉原理
