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1、第7节 光的颜色 色散三维教学目标知识与能力1、棱镜的概念及其对光线的偏折作用；了解光的色散及物体的颜色等生活常识。 2、知道白光的色散现象，知道白光是复色光知道匀变速运动的位移与时间的关系，能用来进行简单的计算。3、知道薄膜干涉是如何获得相干光源的，了解薄膜干涉产生的原因，知道薄膜干涉在技术上的应用。过程与方法1通过对光的色散和薄膜干涉实验探索，加强学生动手能力，观察能力，加深对知识的理解。2感悟一些数学方法的应用特点。情感、态度与价值观1、知道学好物理的重要性。2、具有科学精神和正确的世界观、人生观、价值观。导学流程一、通过棱镜的光线1、棱镜定义：各平面相交的透明体叫做棱镜。通常所作的是横
2、截面为三角形的棱镜叫三棱镜。简称棱镜。作用：A、改变光的传播方向；B、分光。2、棱镜对光线的作用 问题：让一束单色光从空气射向玻璃棱镜的一个侧面，如图所示，试画出光通过棱镜的光路图。并总结棱镜对光线的作用的特点。（学生课堂练习）做图中的A图和B图 A图 B图 图1结论：光线通过棱镜后将身它的横截面的底边偏折。棱镜要改变光的传播方向，但不改变光束的性质。a、平行光束通过棱镜后仍为平行光束；b、发散光束通过棱镜后仍为发散光束；c、会聚光束通过棱镜后仍为会聚光束。3、棱镜成像：(略去不讲)问题：如果隔着棱镜看一个物体，就可以看到物体的像，那么像的们位置与物体的位置相比向哪个方向偏？SS图2方法：看一
3、个发光点S画出其两条光线的折射光线，找到折射后光线反向延长线的交点。例如：将一个物点S放在棱镜前，从物点发出的两条光线经棱镜折射后射出，我们根据光沿直线传播的经验，认为光线是从它们的反向延长线的交点S射出的， S就是S在棱镜中所成的像（如图2所示）。这个虚像的位置比物体的实际位置向顶角方向偏移，物像同侧。确定像的位置，关键还是折射定律。结论：隔着棱镜看物体的像是正立的虚像，像的位置向棱镜顶角方向偏移。二、光的色散1实验探究：问题：让白光通过棱镜折射后在屏上有什么现象？这一现象说明了什么问题？现象：白光通过棱镜后，被分解为红、橙、黄、绿、青、蓝和紫七种颜色的光。结论：光的色散现象一方面说明白光是
4、由上述七种单色光复合而成的复色光；另一方面说明玻璃（包括其他各种透明物质）对不同单色光的折射率不同，即同一种介质对红光折射率最小，对紫光折射率最大（平常所说的介质折射率是对波长为5893埃的黄光而言）。2单色光：不能分解为其它颜色的光，称为单色光。复色光：由若干种单色光合成的光叫做复色光。3色散：把复色光分解为单色光的现象叫光的色散。4正确理解光的色散：（1）光的颜色由光的频率决定。组成白光的各种单色光中，红光频率最小，紫光频率最大。在不同介质中，光的频率不变。（2）同一介质对不同色光的折射率不同，通常情况下频率越高，在介质中的折射率也越大，所以白光进入某种介质发生折射时，紫光偏折得最厉害，红
5、光偏折最小。（3）不同频率的色光在真空中传播速度相同，为C3108ms。但在其它介质中速度各不相同，同一种介质中，紫光速度最小，红光速度最大。（4）由于色光在介质中传播时光速发生变化，则波长也发生变化。同一色光在不同介质中，折射率大的光速小，波长短；折射率小的光速大，波长大。不同色光在同一介质中，频率高的折射率大，光速小，波长短；频率小的折射率小，光速大，波长大。物理量 红 橙 黄 绿 蓝 靛 紫原 理频率小 大波动理论折射率小 大实验测定同种介质中光速大 小同种介质中波长大 小 5光谱：复色光被分解后，各种色光按其波长（频率）有序排列起来，称为光谱。下图是太阳光的光谱。三、白光的双缝干涉实验
6、：回顾：前面我们学习了单色光的干涉，请复述单色光干涉时的现象。和条纹间距的计算公式。1、白光干涉时看到的现象：中央为白色亮条纹明暗相间的彩色条纹干涉条纹是以中央亮纹为对称点排列的 2、解释：由于白光是复色光，各色光的波长不同，各色光所得到的干涉图样中，相邻两条亮纹（或暗纹）间的距离也不同，因此，在中央白色亮纹两边出现彩色条纹。四、薄膜干涉1、薄膜干涉现象：单色光的薄膜干涉： 实验演示：现象：明暗相间的条纹。条纹是水平排列 解释：薄膜两表面反射的光互相叠加而成的。竖立的肥皂膜在重力的作用下形成上薄下厚的楔形，当光照在薄膜上时，从膜的前后表面各反射回一列光波，这两列波即是频率相同的相干光波，由于薄
7、膜的厚度不同，这两列光波的路程差不同。当路程差为光波波长的整数倍时，则为波峰与波峰相遇，波谷与波谷相遇，使光波的振动加强，形成亮条纹；当光波的路程差为半波长的奇数倍时，则波峰与波谷相遇，光波的振动减弱，形成暗条纹。 2、白色光的薄膜干涉实验演示：现象：明暗相间的彩色条纹解释：由于白光是复色光，各色光的波长不同，各色光都发生薄膜干涉，但不同颜色的光在不同的位置相互加强，所以看起来肥皂泡是彩色的。路面上飘浮的油膜上的彩色条纹；蝴蝶等昆虫翅膀上的彩色花纹等都是薄膜干涉。3、薄膜干涉相干光源：膜前后两个表面的反射光。4、应用A、检查精密部件的表面取一个透明的标准样板，放在待检查的部件表面并在一端垫一薄
8、片，使样板的平面与被检查的平面间形成一个楔形空气膜，用单色光从上面照射，入射光从空气层的上下表面反射出两列光形成相干光，从反射光中就会看到干涉条纹，如图2-3甲所示。如果被检表面是平的，那么空气层厚度相同的各点就位于一条亮纹或暗纹线上，产生的干涉条纹就是平行的(如图2-3乙)；如果观察到的干涉条纹如图2-3丙所示，A、B处的凹凸情况可以这样分析：由丙图知，P、Q两点位于同一条亮纹上，故甲图中与P、Q对应的位置空气层厚度相同。由于Q位于P的右方(即远离楔尖)，如果被检表面是平的，Q处厚度应该比P处大，所以，只有当A处凹陷时才能使P与Q处深度相同。同理可以判断与M对应的B处为凸起。B、增透膜是在透
9、镜、棱镜等光学元件表面涂的一层氟化镁薄膜。当薄膜的两个表面上反射光的路程差等于半个波长时，反射回来的光抵消。从而增强了透射光的强度。显然增透膜的厚度应该等于光在该介质中波长的1/4。由能量守恒可知，入射光总强度=反射光总强度+透射光总强度。光的强度由光的振幅决定。当满足增透膜厚度d=介/4时，两束反射光恰好实现波峰与波谷相叠加，实现干涉相消，使其合振幅接近于零，即反射光的总强度接近于零，从总效果上看，相当于光几乎不发生反射而透过薄膜，因而大大减少了光的反射损失，增强了透射光的强度。增透膜只对人眼或感光胶片上最敏感的绿光起增透作用。当白光照到(垂直)增透膜上，绿光产生相消干涉，反射光中绿光的强度
10、几乎是零。这时其他波长的光(如红光和紫光)并没有被完全抵消。因此，增透膜呈绿光的互补色淡紫色。五、例题分析：1、下列现象属于薄膜干涉的有: （ ）A.在水面上的油膜呈现的彩色花纹; B.雨后天空中呈现的彩虹;C.阳光下通过三棱镜得到的彩色条纹D.肥皂泡上呈现的彩色环纹。答：选AD2、用单色光照射肥皂薄膜:（ ）A.看到的干涉图样是明暗相间的条纹;B.从光源发出的光与肥皂膜表面反射的光发生干涉,形成干涉图样。C.一束入射光从薄膜的前表面和后表面分别反射出来,形成两列波,这两列波频率相同,所以可以产生干涉;D.若改用白光照射则看不到干涉条纹。答：选AC3、如图所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置，P
11、是附有肥皂膜的铁丝圈，S是一点燃的酒精灯。往火焰上洒些盐后，在肥皂膜上观察到的干涉图象应是下图中的（ ）A B C D答：选D4、如右图是用干涉法检查某种厚玻璃的上表面是否平的装置，所用单色光是用普通光源加滤光片产生的，检查中所观察到的干涉条纹是由哪两个表面反射的光叠加而成的( )Aa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：选C5、劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图1所示。将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，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2所示。干涉条纹有如下特点
12、：任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定。现若在图1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将（ ） A.变疏 B.变密 C.不变 D.消失答：选A6、有关光学仪器上镜头的增透膜，下列说法正确的是：（）A增透膜是为了减少光的反射损失而增强透光的强度；B增透膜的厚度等于入射光在真空中波长的1/4；C增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波长的1/4；D因为增透膜厚度一般选适合绿光反射相互抵消的厚度，红光紫光反射不能完全抵消的厚度，所以涂有增透膜的镜头呈淡紫色。答：选ACD7、将波长为的单色光从空气垂直入射到折
13、射率为n的透明介质膜上，要使透射光得到加强，薄膜的厚度最少应为（ ）A，/4n； B，/2n； C，/4； D，/2答：选A例2、下列说法正确的是（ ）A、 用白光做光的干涉实验时，偏离中央明条纹较远的是紫光B、 用白光做光的干涉实验时，偏离中央明条纹较远的是红光C、 涂有增透膜的照相机镜头，增强了对紫光的透射程度D、 从竖立的肥皂膜上看到的彩色条纹是从膜的前后表面反射光干涉的结果答：选BD例3、如图所示，竖直的肥皂液膜的横截面，右侧受到一束平行白光的照射，关于肥皂液膜产生干涉条纹的说法正确的是（ ）A、 在右侧观察到的干涉条纹是由光线在肥皂液膜左右两个表面反射的两列光波叠加产生的B、 观察到
14、的干涉条纹可能是水平的，也可能是竖直的C、 在左侧也可能观察到类似的条纹D、 观察到的条纹可能是黑色的，也可能是彩色的答：选AP红紫例4、一束白光从顶角为的三棱镜的一侧，以较大的入射角射入棱镜后，经棱镜折射在光屏P上可得到彩色光带，如图所示，当入射角逐渐减小到0的过程中，假如屏上的彩色光带先后消失，则（ ）A、 红光最先消失，紫光最后消失 B、 红光最先消失，黄光最后消失 C、 紫光最先消失，黄光最后消失 D、 紫光最先消失，红光最后消失答：选D当堂测试练习1、下面哪些属于光的干涉现象 （ ）A、 雨后美丽的彩虹B、 对着日光灯从两铅笔的缝中看到的彩色条纹C、 阳光下肥皂膜上的彩色条纹D、 光
15、通过三棱镜产生的彩色光带2、红、黄、紫三中色光同时垂直射入一块玻璃板，他们通过玻璃板所用的时间从长到短的顺序是（ ）A、 红、黄、紫 B、紫、黄、红 C、黄、紫、红 D、紫、红、黄3、表面涂有油膜的透明玻璃片，当有阳光照射其上时，可在玻璃片的边缘分别看到彩色图样，这两种现象 （ ）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、肥皂膜在太阳光下呈彩色，这属于光的 现象。5、我国南宋时的程大昌在其所著的演繁露中叙述道：“凡风雨初霁，或露之未晰，其余点缀于草木枝叶之末，日光入之，五色俱足，闪烁不定，是乃日之光品著色于水，而非雨露有所五色也。”这段文字记叙的是光的何种现象 （ ）A、反射 B、色散 C、干涉 D、衍射6、为了减少玻璃表面光的反射损失，在玻璃表面上涂一层折射率为n=5/4ABC的增透膜，设入射光波长=700mm ，为了是这种波长的反射光能最大限度地被减弱，所涂薄膜的最小厚度是 nm。7、如图所示：三棱镜顶角30O，光线与AB成直角射入，由AC面出射测得偏折角30O ，则三棱镜的折射率为 。