1、第十三章 光 137 光的颜色和色散 【教学目标】 1知道光的色散现象。 2理解薄膜干涉中的色散现象，并了解薄膜干涉的应用。 3理解折射时的色散现象产生的原因。 4知道同一介质对不同色光的折射率不同。 重点：光的颜色 色散 难点：光的颜色 色散 【自主预习】 1、光的颜色 色散： （1）在双缝干涉实验中，由条纹间距x 与光波的波长关系为_，可推知不同颜 色的光，其波长_，光的颜色由光的_决定，当光发生折射时，光速发生变 化，而颜色不变。 （2）色散现象是指：含有多种颜色的光被分解为_的现象。 （3）光谱：含有多种颜色的光被分解后各种色光按其_的大小有序排列。红光与 紫光相比， 频率大， 绝对折
2、射率大，在同种介质中 速度大。 2、薄膜干涉中色散：以肥皂液膜获得的干涉现象为例： （1）相干光源是来自前后两个表面的_ _，从而发生干涉现象。 （2）明暗条纹产生的位置特点：来自前后两个面的反射光所经过的路程差不同，在某些 位置，这两列波叠加后相互加强，出现了_，反之则出现暗条纹。 （3）科学漫步：利用光的干涉检查平整度（自主阅读） 3、衍射时的色散：白光衍射时可观察到 条纹，是因为白光中包含了 的 光，衍射时不同色光的 不同，于是各种色光就区分开了，这就是衍射时的色散。 4、折射时的色散 （1）一束光线射入棱镜经_次折射后，出射光将向它的横截面的_方向偏 折。物理学中把角 叫偏向角，表示光
3、线的偏折程度。 （2）白光通过棱镜发生折射时，_光的偏向角最小，_光的偏向角最大， 这说明透明物体对于波长不同的光的折射率不一样，波长越小，折射率越_。 （3）在同一种物质中，不同波长的光波传播速度_，波长越短，波速越 _。 5光的颜色由_决定。 6一束日光穿过棱镜，白光会分散成许多不同颜色的光，在屏上出现由_到 _连续排列的七色彩光带，称为_。这是由于棱镜对各种色光的 _程度不同而引起的。 7一束单色光从空气射入玻璃中，则其频率_，波长_，传播速 度_。 （填“变大” 、 “不变”或“变小” ） 8一束白光经过玻璃制成的三棱镜折射后发生色散。各种色光中，_色光的 偏折角最大，_色光偏折角最小
4、。这种现象说明玻璃对_色光的折 射率最大，对_色光的折射率最小。 【典型例题】 选修 3-4 一、光的颜色 色散 【例 1】红光和紫光相比较，下列说法正确的是( ) A红光波长大于紫光波长 B红光频率大于紫光频率 C在真空中传播时，红光波速大于紫光波速 D在真空中传播时，红光波速等于紫光波速 二、薄膜干涉中的色散 【例 2】如图 1372 所示，一束白光从左侧射入肥皂薄膜，下列说法正确的是( ) A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彩色条纹水平排列 D彩色条纹竖直排列 【例 3】 以下说法中正确的是( ) A肥皂泡上呈现彩色条纹是光的色散现象 B肥皂泡上呈
5、现彩色条纹是光的干涉现象 C水面上的油膜呈现彩色条纹，是油膜表面反射光与入射光叠加的结果 D水面上的油膜呈现彩色条纹，是油膜的上下两表面反射光叠加的结果 三、折射时的色散 【例 4】如图中四图表示一束由两种颜色组成的复色光通过三棱镜的光路图，其中正确的 是 ( ) 【例 5】 如图 1375 所示，一个小的光源 S 发出白光，经三棱镜分光。若人沿着折射 光线的反方向观察，通过棱镜可以看到( ) A白光点 B光点上部红色，下部紫色 C光点上部紫色，下部红色 D看不到光源的像 【课后练习】 1白光通过三棱镜发生色散现象，下列说法正确的是( ) A白光是由不同频率的光组成的 B棱镜材料对各种色光的折
6、射率不同 C棱镜对红光的折射率大，对紫光的折射率小 D出现色散现象是棱镜改变了颜色 2如图 201 所示，一束红光和一束蓝光平行入射到三棱镜上，经折射后交会到屏上同 一点，若 n1 和 n2 分别表示三棱镜对红光和蓝光的折射率，则有( ) An 1n 2，a 为红光，b 为蓝光 Bn 1n 2，a 为红光，b 为蓝光 Cn 1n 2，a 为蓝光，b 为红光 Dn 1n 2，a 为蓝光，b 为红光 3对于红、黄、绿、蓝四种单色光，下列表述正确的是( ) A在相同介质中，绿光的折射率最大 B红光的频率最高 C在相同介质中，蓝光的波长最短 D黄光光子的能量最小 4如图 202 所示，是用干涉法检测某
7、块厚玻璃板的上表 面是否平整的装置，所用单色光是用普通光源中的滤光片产 生的，检查中所观察到的干涉条纹是由下列哪两个表面反射 的光线叠加而成的( 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 5一个半径较大的透明玻璃球体，截去其下面的一部分，然后将 这一部分放到标准的水平面上，现让单色光竖直射向截面，如图 203 所示，在反射光中看到的是( ) A平行的明暗相间的直涉条纹 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 6.如下图所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置， P 是附有肥皂 膜的铁丝
8、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图中的( ) 7. 一束复色光由空气射向一块平行平面玻璃砖，经折射分成两束单色光 a、b。已知 a 光的频率小于 b 光的频率。图中的光路图可能正确的是 ( ) 8如图 205 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，其射出光线都是从圆心 O 点沿 OF 方向射出，则下 面说法正确的是( ) AP 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 D Q 光束穿过玻璃砖所需时间长 9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 (
9、) 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 10市场上有种灯具俗称“冷光灯” ，用它照射物品时能使被照物品所产生的热效应大大 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了一层薄膜(例如氟化镁) ，这种膜能消除不镀膜时玻璃表面反 射回来的热效应最显著的红外线。以 表示红外线的波长，则所镀薄膜的厚度最小应为( ) A. B. C. D 18 14 12 11为了减少光在透镜表面由于反射带来的损失，可在透镜表面涂上一层增透膜，一般 用折射率为 1.3
10、8 的氟化镁。为了使波长为 5.52107 m 的绿光在垂直表面入射时使反射光 干涉相消，求所涂的这种增透膜的厚度？ 12单色细光束射到折射率 n 的透明球表面，光束在过球心的平面内，入射角 i45，2 经折射进入球内后又经内表面反射一次，再经球表面折射后射出的光线，如图 2010 所示 (图上已画出入射光线和出射光线) 。 (1)在图上大致画出光线在球内的路径和方向； (2)求入射光与出射光之间的夹角 ； (3)如果入射的是一束白光，透明球的色散情况与玻璃相仿，问哪种 颜色光的 角最大，哪种颜色光的 角最小？ 例题答案： 1. 【答案】A、D 【解析】各种光在真空中传播时，速度是一样的，故
11、C 错，D 对；不同颜色的光有不同的 频率，由红光到紫光，频率依次增大，波长依次减小，故 A 对，B 错。 2. 【答案】B、C 【解析】一束白光射到薄膜上，经前后两个介面射回来的光相遇，产生干涉现象，我们由 左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 排列的。 3. 解析：白光从肥皂泡的内外表面反射后，在不同的位置相互加强，从而肥皂泡看起 来是彩色的，故 A 错，B 对。水面上的油膜呈现彩色条纹，是光经膜的上下两表面反射后 叠加的结果，故 C 错，D 对。 答案：B、D 4. 【答案】D 【解析】因为光在棱镜的两个侧面上发生折射，每次折射都向底边偏折，并且
12、玻璃对不同 单色光的折射率不同，不同单色光在同一侧面的偏折角就不同。 【思维点悟】三棱镜对不同色光折射率不同，因此，在两个侧面上折射时因不同色光的角 不同而分开。同学们应理解并记住结论。 5. 解析：由于各种单色光中，紫光的折射率最大，偏折角也最大，成的像最高，红光的 折射率最小，偏折角也最小，成的像最低，故 C 正确。 答案：C 课后练习答案： 1. 解析：从红光到紫光，频率越来越大，折射率也越来越大。 答案：A、B 2. 解析：由图知 a 光通过三棱镜的偏折比 b 光大，故 a 为蓝光，b 为红光。 答案：D 3. 解析：在红、黄、绿、蓝四种单色光中，蓝光的折射率最大，频率最高，波长最短，
13、 光子能量最大。 答案：C 4. 解析：干涉法的原理是利用单色光的薄膜干涉，这里的薄膜指的是样板与待测玻璃 之间的空气层。空气层的上表面和下表面分别反射的光会发生干涉，观察干涉后形成的条 纹是否为平行直线，可以断定厚玻璃的上表面是否平整，因此选项 C 是正确的。 答案：C 5. 解析：这是薄膜干涉模型，由于以接触点为圆心的同一圆周上，光通过空气楔的光 程差是相同的，故干涉条纹是环形的。 答案：B 6. 【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 光叠加时的光程差与肥皂膜的厚度有关，相同厚度处光程差相同，而同一条明条纹(或暗条 纹)上光程差也相同，
14、肥皂膜竖起时同一水平线的膜厚度相同。故肥皂膜上的明(暗)条纹是 一些水平的平行直线，即正确答案为 D。 7. 解析：由于 a 光的频率小于 b 光的频率，a 光在玻璃中的折射率小于 b 光在玻璃中 的折射率，由两种单色光进入玻璃后偏折程度不同，且出射光均应平行入射光，可判定 B 正确。 答案：B 8. 解析：根据折射定律知 F 相对 Q 偏折更多，其 Q 光束在玻璃中的折射率更大， Q 光的频率会更大，由于两光束在玻璃中的路程相等，v ，Q 光束速率小，穿过的时间长， cn P、Q 光从玻璃进入空气中时频率不变，波长会变长。 答案：B、D 9 10. 解析：为减小反射的热效应显著的红外线，则要
15、求红外线在薄膜的前后表面反射 后叠加作用减弱，即光程差为半波长的奇数倍，故膜的最小厚度为红外线在该膜中波长的 。 14 答案：B 11. 解析：由于人眼对绿光最敏感，所以通常所用的光学仪器其镜头表面所涂的增透 膜的厚度只使反射的绿光干涉相消，但薄膜的厚度不宜过大，只需使其厚度为绿光在膜中 波长的 ，使绿光在增透膜的前后两个表面上的反射光互相抵消。而光从真空进入某种介质 14 后，其波长会发生变化。 若绿光在真空中的波长为 0，在增透膜中的波长为 ，由折射率与光速的关系和光速 与波长及频率的关系得 n cv 0ff 即 0n 那么增透膜厚度 h 14 04n m110 7 m。 5.5210 741.38 答案：110 7 m 12. 解析：(1)如图所示。 (2)由折射定律 n，得 sinisinr sinr ，r30。 sinin 222 12 由几何关系及对称性，有 r(ir)2ri。 2 4r2i，把 r30 ，i45 代入得 30。 (3)透明球对红光的折射率最小，折射角 r 最大，圆周角 最大，故 最大，同理紫光 的 角最小。 答案：(1)如图所示 (2)30 (3)红光 角最大，紫光 角最小
