第7、8节 光的颜色__色散__激光
1.光的颜色由频率决定，不同颜色的光波长不同。 2．含有多种颜色的光被分解为单色光的现象叫做光的色散，这些单色光按波长的有序排列就是光谱。
3．能使光色散的方法有：(1)薄膜干涉色散；(2)衍射色散；(3)折射色散。
4．在同一种物质中，不同波长的光波的传播速度不一样，波长越短，波速越慢。
5．激光是人工产生的，具有相干性好、平行度好、亮度高的特点。
一、光的颜色 色散
1．光的颜色与波长：不同颜色的光，波长不同。
图13-7-1
2．光的色散：含有多种颜色的光被分解为单色光的现象。如图13-7-1。 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。 4．几种色散现象 (1)薄膜干涉中的色散 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，在薄膜的不同位置，前后两个面的反射光的路程差不同，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，两列波相遇后被相互削弱，于是出现暗条纹。
(2)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
1
不同，于是各种色光就区分开了。这种现象是光在衍射时的色散。
(3)折射时的色散
图13-7-2
如图13-7-2说明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，这说明白光是由七色光组成的。
5．在同一种物质中，不同波长的光波的传播速度不一样，波长越短，波速越慢。 二、激光
1．激光的特点及应用 特点 性质 激光具有频率单一、相位差恒定、偏振相干性 方向相同的特点，是人工产生的相干光，具有高度的相干性 平行度 激光的平行度非常好，传播很远的距离仍能保持一定的强度 它可以在很小的范围和很短的时间内集中很大的能量 精确的测距；读取光盘上记录的信息等 用激光束切割、焊接，医学上可以用激光做“光刀”，激发核反应等 光纤通信 应用 高亮度 2．全息照相
(1)与普通照相技术的比较：普通照相技术所记录的只是光波的强弱信息，而全息照相技术还记录了光波的相位信息。
(2)原理：全息照相的拍摄利用了光的干涉原理，使参考光和物光在底片上相遇，发生干涉，形成复杂的干涉条纹。这要求参考光和物光必须具有很高的相干性。
(3)观察全息照片时要用激光照射照片，从另一侧面观察。
1．自主思考——判一判
(1)色散现象表明白光是复色光。(√) (2)单色光通过棱镜后也能发生色散。(×)
(3)某单色光在不同介质中传播时光的频率、波长均不同。(×) (4)激光可以进行光纤通信是利用了相干性好的特点。(√) (5)激光可用做“光刀”来切开皮肤是利用激光的相干性好。(×)
2
(6)全息照相技术只能记录光波的强弱信息。(×) 2．合作探究——议一议
(1)雨后天空出现的彩虹是怎样形成的？ 提示：由于光的折射发生了色散现象形成的。
(2)利用激光测量地球到月球的距离，应用了激光哪方面的性质？ 提示：应用了“平行度”非常好的性质。
对光的色散的理解
1．折射时的色散
(1)我们把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13-7-3所示，实验表明，白光色散时，红光的偏向角最小，紫光的偏向角最大。这说明玻璃对不同色光的折射率是不同的。紫光的最大，红光的最小。
图13-7-3
(2)由于介质中的光速v＝，故在同种介质中折射率大的光速小，各种色光在同种介质中的光速依次为v紫＜v蓝＜…＜v橙＜v红，即红光的速度最大，紫光的速度最小。
(3)如图13-7-3所示，白光经过三棱镜后，在光屏上呈现七色光带；若从棱镜的顶角向底边看，由红到紫依次排列，紫光最靠近底边，光的色散实质上是光的折射现象。
2．双缝干涉中的色散
用不同的单色光做双缝干涉实验，得到的条纹之间的距离不一样，但都是明暗相同的单色条纹。由Δx＝λ知，红光波长最长，Δx最大，紫光波长最短，Δx最小。白光干涉时的条纹是彩色的，即白光是由多种色光组成的复色光，发生干涉时，白光发生了色散现象。
[典例] (多选)如图13-7-4，一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖，在玻璃砖底面上的入射角为θ，经折射后射出a、b两束光线。则( )
cnld 3
图13-7-4
A．在玻璃中，a光的传播速度小于b光的传播速度 B．在真空中，a光的波长小于b光的波长 C．玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率
D．若改变光束的入射方向使θ角逐渐变大，则折射光线a首先消失
E．分别用a、b光在同一个双缝干涉实验装置上做实验，a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距
[解析] a光的折射角更大，则玻璃砖对a光的折射率大于对b光的折射率，在玻璃中
a光的传播速度小于b光的传播速度，在真空中，a光的波长小于b光的波长，A、B项正确，
C项错误；玻璃对a光的折射率大于对b光的折射率，a光的临界角小，改变光束的入射方向使θ角变大，则折射光线a首先消失，D项正确；a光的波长小于b光的波长，a光的干涉条纹间距小于b光的干涉条纹间距，E项错误。
[答案] ABD
光的色散的物理意义
(1)光谱的产生表明，白光是各种单色光组成的复色光。由于各种单色光通过棱镜时偏折的角度不同，所以产生了色散现象。
(2)色散现象表明，棱镜材料对不同色光的折射率是不同的。紫光经棱镜后偏折程度最大，红光偏折程度最小，所以棱镜材料对紫光的折射率最大，对红光的折射率最小。
(3)由折射率的定义n＝可知，在棱镜中紫光的速度最小，红光的速度最大。
1.如图13-7-5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( )
cv
图13-7-5
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
4
D．看不到光源的像
解析：选C 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。
2.如图13-7-6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( )
图13-7-6
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
解析：选B 白光中红光的频率最低，在玻璃中的折射率最小，由n＝可知，红光的传播速度最大，紫光的频率最高，在玻璃中的折射率最大，传播速度最小，经过棱镜发生色散时，偏折最大，综上所述，A、C、D均错误，B正确。
3.如图13-7-7所示，在水中有一厚度不计的薄玻璃片制成的中空三棱镜，里面是空气，一束光A从棱镜的左边射入，从棱镜的右边射出时发生了色散，射出的可见光分布在a点和
cvb点之间，则( )
图13-7-7
A．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点射出的都是红光，从ab中点射出的是紫光 D．从a点和b点射出的都是紫光，从ab中点射出的是红光 解析：选B 由红光的折射率小于紫光的折射率知，紫光偏离原来方向比红光严重，并且向顶端偏折，光路图如图所示，所以从a点射出的是紫光，从b点射出的是红光，选项B正确。
薄膜干涉的应用
5
高中物理第十三章光第7、8节光的颜色色散激光教学案新人教选修3-4
