课时13.7光的颜色色散1.知道什么是色散现象。
2.观察薄膜干涉现象,知道薄膜干涉能产生色散,并能利用它来解释生活中相关的现象。
3.知道棱镜折射能产生色散。
认识对同一介质而言,不同颜色的光折射率不同。
重点难点:薄膜干涉的原理及应用,折射、色散的原理。
教学建议:本节主要讲述色散的概念和发生色散现象的两种情况。
要让学生动手做肥皂液膜的干涉实验,仔细观察现象。
在讲解时要辅之以光路图来说明其原理。
对于棱镜折射的色散,主要涉及同一介质对不同色光速度、折射率、偏折角的影响。
关于颜色、频率和波长,应当明确不同颜色的光具有不同的频率,光的频率决定于光源,与介质无关。
光在不同介质中传播时,频率(颜色)不变,但速度(从而波长)要改变。
导入新课:大雨过后,彩虹的绚丽多彩,雨后马路上油膜的彩色以及肥皂泡的五颜六色,这些彩色是怎么形成的?产生的过程都是一样的吗?1.光的颜色(1)不同颜色的光①波长(或频率)不同。
白光发生干涉时条纹是彩色的,说明白光是由②多种色光组成的。
(2)人眼睛的③视杆细胞对光非常敏感,但不能区分颜色;人的眼睛靠④视锥细胞来分辨颜色。
2.色散与光谱(1)色散含有多种颜色的光被分解为⑤单色光的现象叫色散,白光由⑥红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光组成。
(2)光谱含有多种颜色的光被分解后,各种色光按波长的有序排列叫光谱,在可见光中,波长最长的是⑦红光,频率最高的是⑧紫光。
3.薄膜干涉(1)薄膜干涉中相干光来源于⑨薄膜前后表面反射的光。
(2)竖直放置的肥皂液膜在单色光照射时,薄膜干涉条纹是⑩明暗相间的条纹,干涉条纹呈水平(填“水平”或“竖直”)且相互平行,明条纹的颜色与入射光的颜色相同。
(3)薄膜干涉的应用:在光学镜头上涂一层增透膜可以增加透射光的强度;薄膜干涉用来检查工件表面是否平整。
4.折射时的色散(1)三棱镜指的是截面为三角形的透明介质,简称棱镜。
(2)如图所示,当光斜射向玻璃棱镜的一个侧面时,光线将向棱镜的底面偏折。
(3)如果斜射向玻璃棱镜一个侧面的入射光是白光,则经棱镜两侧面的两次折射后,将会发生色散现象。
偏折程度最小的是红光,偏折程度最大的是紫光。
(4)棱镜能使白光发生色散的原因是同一种介质对不同颜色的光折射率不同。
单色光的波长越短,介质的折射率越大。
1.可见光中,波长最长的光是什么色光?解答: 红光。
2.光的干涉现象中有色散吗?解答: 有。
3.光的衍射现象中有色散吗?解答: 有。
主题1:生活中的薄膜干涉现象问题:(1)找两块比较干净的玻璃片叠放在一起,在阳光下用力挤压,会看到彩色的条纹。
用力挤压时,条纹会移动,这是为什么?(2)夏天路面上有积水时,如果水面有油膜,它呈现什么颜色?你知道形成的原因吗?(3)根据你在日常生活中的观察,还有哪些现象是薄膜干涉?解答:(1)观察到的是薄膜干涉现象。
由于两玻璃的接触表面不是很平,会在两玻璃片之间形成一层厚度不均匀、也不是均匀变化的空气夹层。
由于空气膜厚度不均匀,从空气膜前后表面反射的光相互叠加而发生干涉,所观察到的彩色条纹就是干涉条纹。
(2)水面上的油膜呈现彩色,这是由于油膜厚度不均匀形成薄膜干涉的结果。
(3)照相机镜头呈现淡紫色;阳光下吹出的肥皂泡是彩色的;玻璃或眼镜片表面有油污时,也呈现出彩色。
另外,好多产品上都有激光防伪标志,激光防伪标志在光的照射下也会呈现出彩色,这也是薄膜干涉现象。
知识链接:薄膜干涉广泛应用于光学表面的检验、微小的角度或线度的精密测量、减反射膜和干涉滤光片的制备等。
主题2:薄膜干涉的原理问题:薄膜干涉的实验装置如图所示。
(1)试分析说明薄膜干涉中相干光的来源及其干涉原理。
(2)在酒精灯的灯芯上撒一些食盐与灯芯上不撒任何东西分别做实验,观察到的现象有什么区别?解答:(1)竖直放置的肥皂薄膜,由于受到重力的作用,形成了上薄下厚的楔形。
酒精灯火焰照射到薄膜上时,从膜的前表面和后表面分别反射出来,形成了两列波,这两列波的频率相同,是相干波,它们相互叠加后发生干涉现象。
(2)灯芯上撒一些食盐可使火焰发出单色光(黄光),薄膜干涉图样是明暗相间的条纹;灯芯上不撒任何东西时火焰发出复色光,薄膜干涉图样是彩色的条纹。
知识链接:薄膜干涉是由薄膜的上、下表面反射(或折射)光束相遇而产生的干涉。
薄膜通常由厚度很小的透明介质形成。
主题3:薄膜干涉检查平整度情景:用薄膜干涉检查工件表面的平整程度时,其装置如图所示。
问题:(1)我们要检查的工件是a还是b?(2)具体地说说相干光是哪里来的。
(3)如果工件表面平整,入射光是单色光,其干涉条纹是什么形状的?(4)薄膜干涉检查平整度比肉眼直接检查平整度达到的精度是高还是低?解答:(1)要检查的工件是b,即厚玻璃砖的上表面。
标准样板必须是平整的。
(2)相干光就是楔形空气层上、下表面反射出来的光(或者说标准样板a的下表面、厚玻璃砖b的上表面反射出来的两列光)。
(3)如果工件表面平整,入射光为单色光时,从空气薄膜同一厚度处的上、下表面反射的光,其路程差是相同的,如果路程差刚好是入射光波长的整数倍,则叠加后相互加强,会出现明条纹。
由此可知,明条纹是与标准样板左边棱边平行的,而且干涉条纹相互平行。
(4)薄膜干涉检查平整度的精度远高于肉眼观察。
知识链接:用干涉法检查平面时,如果被检测平面是平整的,得到干涉图样是等间距的,如果不平整,则干涉条纹出现弯曲。
1.(考查对薄膜干涉的理解)关于薄膜干涉,下列说法正确的是 ()。
A.干涉条纹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,说明薄膜的厚度处处相等D.观察薄膜干涉条纹时,应在入射光的另一侧观察【解析】薄膜前后两个面反射的光波的光程不同,在一些地方,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,选项A正确,选项B错误。
干涉条纹是等间距的平行线时,说明薄膜是理想的劈尖干涉,即薄膜厚度是均匀变化的,选项C错误。
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观察,选项D错误。
【答案】A【点评】薄膜干涉是膜前后两个面反射光叠加的结果。
观察薄膜干涉要从入射光的一侧观察。
2.(考查光学现象中的彩色图样)表面附着油膜的透明玻璃片,当有阳光照射时,可在表面和玻璃片的边缘分别看到彩色图样,则( )。
A.两者都是色散现象B.两者都是干涉现象C.前者是干涉现象,后者是折射现象D.前者是色散现象,后者不是色散现象【解析】阳光照射到油膜上,油膜前后表面的反射光干涉形成彩色图样,是干涉现象。
阳光照在边缘棱角处,由于折射产生彩色图样,是折射现象,两者都属于色散现象,选项A、C正确。
【答案】AC【点评】干涉、衍射、折射都能产生色散现象,但是要能区分它们。
3.(考查对色散现象的理解)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.对同一介质红光的折射率比紫光大C.在同一介质中,红光的折射率小于紫光的折射率D.每种颜色的光通过三棱镜都会分成几种颜色的光【解析】白光通过三棱镜后发生色散,说明不同频率的光在同一介质中折射率不同,红光折射率最小,紫光的折射率最大,故C选项正确。
【答案】C【点评】各色光在同一介质中折射率不同,偏折角度不同。
4.(考查薄膜干涉的应用)劈尖干涉是一种薄膜干涉,其装置如图甲所示。
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乙所示。
干涉条纹有如下特点:(1)任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等。
(2)任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定。
现将甲图装置中的纸片抽去一张,则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后,则条纹()。
A.变疏B.变密C.不变D.消失【解析】根据形成明条纹的条件可知,相邻明条纹对应的路程差等于入射光的波长。
抽去一张纸片,样板的倾角变小,要使相邻明条纹对应的路程差仍等于入射光的波长,则样板上条纹间的距离将会增大,即干涉条纹将变疏。
【答案】A【点评】要理解劈形空气薄膜变薄后干涉条纹变稀疏的原因。
拓展一:薄膜干涉原理及其应用1.图甲为用薄膜干涉检查某块厚玻璃板的上表面是否平整的装置。
若待检板的上表面平整,则当平行的单色光照射到标准板上时,可从标准板上方观察到平行的、明暗相间的干涉条纹。
若观察到的条纹如图乙所示,则说明待检板的上表面()。
A.有一个凸起的圆台B.有一个凹陷的圆坑C.有一个沿ab方向凸起的高台D.有一个沿ab方向凹陷的沟【分析】在应用薄膜干涉检查材料的表面时,如果表面是平整的,则得到的干涉条纹是互相平行的;如果有凹陷的部分,则该处条纹向楔形的顶部弯曲。
【解析】由薄膜干涉原理知,如果被检玻璃板表面是平整的,则干涉条纹疏密均匀,薄膜同一厚度处出现同一条纹,相邻干涉条纹的光程差等于入射光的波长。
从图乙所示情况来看,明条纹向左弯曲,说明弯曲处光程差与该条纹上其他位置的光程差相同,因此弯曲处比原薄膜厚,即玻璃表面向下凹陷,选项A、C不正确。
如果有一个沿ab方向凹陷的沟,那么所有条纹都应向同一方向弯曲,因此不是选项D所说的情况。
本题正确选项为B。
【答案】B【点拨】要抓住产生明暗条纹的条件进行判断。
拓展二:折射时的色散2.如图所示,一束白光通过玻璃棱镜发生色散现象,下列说法正确的是()。
A.红光的偏折最大,紫光的偏折最小B.红光的偏折最小,紫光的偏折最大C.玻璃对红光的折射率比紫光大D.玻璃中紫光的传播速度比红光大【分析】在同一条件下,通过棱镜的各种色光中紫光偏折角度最大,紫光在同一介质中折射率最大,传播速度最小。
【解析】玻璃对频率不同的各种色光的折射率不同,在可见光中,对红光的折射率最小,对紫光的折射率最大。
因此在空气和玻璃的第一个界面上,虽然各单色光入射角相同,但各单色光的折射角不同,由n=可知,红光的折射角最大,紫光的折射角最小。
在另一个界面上,光由玻璃进入空气,根据光路的可逆性可知,紫光的折射角最大,红光的折射角最小。
因此白光经棱镜两次折射后,发生了色散现象,可知选项B正确,选项A、C错误。
由n=可知,可见光中红光在玻璃中的传播速度最大,选项D不正确。
【答案】B【点拨】同种介质对不同波长单色光的折射率不同,折射率由小到大的顺序是红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。
根据真空中光速相同,即c=λf,可知不同单色光波长由大到小的顺序是红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。
一、物理百科雨后天空中的彩虹产生的原因和条件雨后天空中的彩虹是光的色散现象。
美丽的彩虹是如何产生的?是由于雨后有大量小水滴悬浮在空中,太阳光投射到小水滴上,产生了色散现象。
