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1、7 7.光的颜色色散1.知道什么是光的色散现象。2.理解薄膜干涉中的色散现象,并了解薄膜干涉的应用。3.知道折射时的色散现象,并理解其产生的原因。4.知道同一介质对不同色光的折射率不同。12341.光的颜色色散(1)不同颜色的光,波长不同。(2)白光的干涉条纹是彩色的,可见白光是由多种色光组成的。(3)含有多种颜色的光被分解为单色光的现象叫作光的色散。(4)人眼的视网膜上有两种感光细胞,一种叫作视杆细胞,对光非常敏感但不能区分不同波长(频率)的光;另一种叫作视锥细胞,它对光的敏感度不如视杆细胞,但能区分不同波长(频率)的光。(5)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就是光谱。1
2、2342.薄膜干涉中的色散(1)观察薄膜干涉:如图所示,把这层液膜当成一个平面镜,用它观察灯焰的像:水平方向的明暗相间的条纹。(2)相干光源:液膜前后两个表面反射的光波。1234(3)形成明暗相间条纹的原因:与双缝干涉的情况相同,在膜上不同位置,来自薄膜前后两个面的反射光用图中实虚线来代表,所走的路程差不同。路程差是光在介质中波长的整数倍的这些位置上,叠加后加强,出现了亮条纹;路程差是光在介质中半波长的奇数倍的这些位置上,叠加后相互削弱,于是出现了暗条纹。(4)薄膜干涉的应用:光学器材的镜头涂上增透膜;利用薄膜干涉检查精密仪器表面的平整度。12343.衍射时的色散用白光做衍射实验时,得到的条纹
3、是彩色的。这是因为白光中不同色光在衍射时的亮条纹的位置不同,于是各种色光就区分开了。12344.折射时的色散(1)三棱镜:横截面是三角形的玻璃柱体,简称棱镜。(2)三棱镜对光线的控制作用:光通过三棱镜后将向它的横截面的底面方向偏折。(3)棱镜的色散现象:一束白光通过棱镜后发生色散。由上到下的色光顺序为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。在白光色散时,红光的偏折程度最小,紫光的偏折程度最大。这说明同种物质对波长不同的光的折射率不一样,波长越小,折射率越大。一二三一、薄膜干涉现象及其在技术上的应用分析1.竖放肥皂膜干涉现象。(1)白光照射图样是彩色的:竖直放置的肥皂液膜,因重力的作用,出现上面薄、下面厚。
4、由于不同颜色的光波长不同,从前后两个表面反射的光,在不同的位置被加强,换句话说,不同颜色的光对应亮条纹的位置不同,不能完全重合,因此看起来是彩色的。(2)条纹是水平方向的:因为在同一水平高度处,薄膜的厚度相同,前后两表面的反射光的路程差均相同,如果此时两反射光互相加强,则此高度水平方向各处均加强,因此,明暗相间的条纹应为水平方向。一二三2.薄膜干涉的应用。(1)等倾法检查平面平整度原理:如图所示,在被测平面上放一个透明的样板,在样板的一端垫一个薄片,使样板的标准平面与被测平面之间形成一个楔形空气薄层。用单色光照射时,空气层的上、下两个表面反射的两列光波发生干涉。空气厚度相同的地方,两列波的路程
5、差相同,两列波叠加时互相加强或减弱的情况相同,因此若被测面是平的,干涉条纹就是一组平行的直线,如果干涉条纹是弯曲的,就表明被测平面不平整。如图所示。一二三一二三特别警示如何形象判断被测平面凹下还是凸起?下面给出一种形象的判断法矮人行走法,即把干涉条纹看成“矮人”的行走轨迹。让一个小矮人在两板间沿着一条条纹直立行走,始终保持脚踏被检板,头顶样板,在行走过程中:若某处有一凹下,他要想过去必须从薄膜的尖端绕过去,方可按上述要求过去,即条纹某处弯向薄膜尖端,该处为一凹下。如图甲所示。若某处有一凸起,他要想过去,必从薄膜底部去绕,即条纹某处弯向薄膜底部方向时,该处必为一凸起。如图乙所示。一二三对“增透”
6、的理解:如果用宏观的思维方式来理解,两束反射光相互抵消,并没有增加透射光的强度,因此,此过程只是“消反”,却不能“增透”。然而总的能量是守恒的,反射光的能量被削弱了,透射光的能量就必然得到增强。增透膜是通过“消反”来确保“增透”的。一二三特别警示在薄膜干涉中,从膜的前后表面反射的光的路程差由膜的厚度决定,故在薄膜干涉中,同一亮条纹或同一暗条纹应出现在膜的厚度相同的地方,所以薄膜干涉的条纹是“等厚条纹”。由于光波的波长极短,因此在做薄膜干涉实验时所用介质膜应足够薄,才能观察到干涉条纹。一二三二、对光的颜色、三棱镜色散的理解1.对光的颜色的理解:不同颜色的光,波长不同,频率不同,而同种颜色的光在不
7、同介质中折射率不同,速度和波长均不相同,但频率相同,因此说光的颜色是由频率决定的,而不是由波长决定的。2.对光经过三棱镜发生色散的理解。(1)色散的实质:光的色散实质上是光的折射现象,是由同一种介质对不同色光的折射率不同而引起的。(2)光的色散现象能表明的问题:同一介质对不同色光的折射率不同,频率越高折射率越大,七色光中红光的折射率最小,紫光的折射率最大。一二三特别警示光在介质中的传播与机械波在介质中的传播是有区别的。光在介质中的传播速度不仅与介质有关,还与光的频率有关。一二三三、棱镜对光的偏折作用如图所示,光线从空气射到三棱镜时,是从光疏介质射入光密介质,折射光线靠近法线,向底边偏折;光线在
8、棱镜中传播,射出空气时,是从光密介质射入光疏介质,折射光线远离法线,再次向底边偏折。所以光线通过棱镜之后,朝向底边折射。一二三折射光线的方向与入射光线的方向所形成的角度称为偏折角,偏折角与棱镜材料及入射角有关:(1)偏折是因为介质造成的,所以棱镜对光的折射率越大,偏折角越大;(2)光通过棱镜时,当在棱镜中的光线与底边平行时,对应的偏折角最小。对一般棱镜而言,透过棱镜看物体,会看到物体的虚像,且虚像位置比物体的实际位置向顶角方向偏移。类型一类型二薄膜干涉及应用 【例1】观察牛顿环凸透镜的弯曲表面是个球面,球面的半径叫作这个曲面的曲率半径。把一个凸透镜压在一块平面玻璃上,让单色光从上方射入(如图所
9、示),从上往下看凸透镜,可以看到亮暗相间的圆环状条纹。这个现象是牛顿首先发现的,这些环状条纹叫作牛顿环,它是两个玻璃表面之间的空气膜引起的薄膜干涉造成的。如果换一个表面曲率半径更大的凸透镜,观察到的圆环半径是更大还是更小?类型一类型二点拨：薄膜干涉中,同一亮纹出现在膜厚相同的地方。解析：由于以接触点为圆心的同一圆周上空气膜厚度相同,光通过空气膜的光程差是相同的,所以干涉条纹是环形的,若某一厚度曲率半径更大的凸透镜,则这一厚度要外移,对应牛顿亮环半径要变大,其他环半径依次变大,所以圆环半径要变大。答案：更大类型一类型二题后反思牛顿环的实质是光的干涉,振动加强点即为亮纹,振动减弱点即为暗纹。触类旁
10、通在例1中,如果改用波长更长的单色光照射,观察到的圆环半径是变大还是变小?提示：若改用波长更长的单色光照射,观察到的圆环半径变大。类型一类型二折射中的色散现象 【例2】如图所示,从点光源S发出的一细束白光以一定的角度入射到三棱镜的表面,经过三棱镜的折射后发生色散现象,在光屏的ab间形成一条彩色光带,下列说法中正确的是()A.a侧是红色光,b侧是紫色光B.在真空中a侧光的波长小于b侧光的波长C.三棱镜对a侧光的折射率大于对b侧光的折射率D.在三棱镜中a侧光的传播速率大于b侧光的传播速率类型一类型二点拨：弄清棱镜对白光的色散规律是分析问题的关键。 答案：BC 类型一类型二题后反思同一介质对不同的色光有不同的折射率,介质对频率大、波长短的光折射率大,按折射率从小到大依次排列为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。
