光的颜色色散教学课件.ppt

彩虹摄于西藏阿里高原彩虹摄于西藏阿里高原 一、通过棱镜的光线一、通过棱镜的光线1、棱镜、棱镜定义：各平面相交的透明体叫做棱镜。定义：各平面相交的透明体叫做棱镜。横截面为三角形的棱镜叫横截面为三角形的棱镜叫 三棱镜三棱镜。通常所说的通常所说的棱镜棱镜指三棱镜。指三棱镜。问题问题:让一束单色光从空气射向玻璃棱镜的一个侧面，让一束单色光从空气射向玻璃棱镜的一个侧面，如图所示，试定性画出光通过棱镜的光路图。如图所示，试定性画出光通过棱镜的光路图。(1)从玻璃棱镜的一个侧面射从玻璃棱镜的一个侧面射入的光线从另一侧面射出时入的光线从另一侧面射出时向向底面偏折底面偏折2、棱镜对光线的作用、棱镜对光线的作用偏折角度偏折角度折射率越大，偏折角越大折射率越大，偏折角越大理解底边含义（相理解底边含义（相对而言的）。对而言的）。棱镜能改变光的传播方向，但不改变光束的性质。棱镜能改变光的传播方向，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；、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；、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。、会聚光束通过棱镜后仍为会聚光束。3 3、棱镜成像：、棱镜成像：问问题题：如如果果隔隔着着棱棱镜镜看看一一个个物物体体，就就可可以以看看到到物物体体的的像像，那么像的位置与物体的位置相比向哪个方向偏移？那么像的位置与物体的位置相比向哪个方向偏移？分分析析：将将一一个个物物点点S S放放在在棱棱镜镜前前，从从物物点点发发出出的的两两条条光光线线经经棱棱镜镜折折射射后后射射出出，我我们们根根据据光光沿沿直直线线传传播播的的经经验验，认认为为光光线线是是从从它它们们的的反反向向延延长长线线的的交交点点S S射射出出的的，S S 就就是是S S在在棱棱镜镜中中所所成成的的像像（如如图图所所示示）。这这个个虚虚像像的的位位置置比比物物体体的的实实际际位位置置向向顶顶角方向偏移，物像同侧。角方向偏移，物像同侧。特点：特点：隔着棱隔着棱镜镜看物体的像是看物体的像是正立的正立的虚虚像，像的位置向棱像，像的位置向棱镜镜顶顶角方向偏移。角方向偏移。SS二、光的色散二、光的色散:1、实验探究：、实验探究：一束白光经过棱镜后会发生什么现象一束白光经过棱镜后会发生什么现象?这一现象说明了什么问题？这一现象说明了什么问题？现象现象：白白光经过棱镜光经过棱镜后在光屏上后在光屏上形成一条彩形成一条彩色的光带色的光带（红光在上红光在上端端，紫光在紫光在最下端最下端)结论结论：白光是由不同颜色的光组成的。白光是由不同颜色的光组成的。棱镜材料对不同色光的折射率不同，对红光棱镜材料对不同色光的折射率不同，对红光的折射率最小，对紫光的折射率最大。的折射率最小，对紫光的折射率最大。太阳光通过三棱镜后被分解成七种色光太阳光通过三棱镜后被分解成七种色光,依次是依次是红红、橙、橙、黄、黄、绿、青绿、青、蓝、蓝、紫紫.四、折射时的四、折射时的色散色散发生色散现象的发生色散现象的原因原因：1）现象表明：同样入射角的各种色光经棱镜折射后，）现象表明：同样入射角的各种色光经棱镜折射后，偏折的角度不同偏折的角度不同 （大小顺序如何大小顺序如何？）2）棱镜材料对各种色光的折射率不同）棱镜材料对各种色光的折射率不同。（大小顺序如。（大小顺序如何？）何？）（由折射定律可知）（由折射定律可知）3）各种单色光在介质中的光速不同。（）各种单色光在介质中的光速不同。（大小顺序如何大小顺序如何？）？）由公式由公式：n=C/V 光的颜色：光的颜色：红红 橙橙 黄黄 绿绿 青青 蓝蓝 紫紫 偏向角：偏向角：折射率：折射率：在介质中的光速：在介质中的光速：在介质中临界角在介质中临界角由小由小大大由小由小 大大由大由大 小小由大由大 小小 紫光紫光更更易发生全反射易发生全反射各种色光的情况统计统计：(同一介质)同一频率的色光在不同介质中传播时同一频率的色光在不同介质中传播时,频率不频率不变变,光速改变光速改变(v=c/n=f),波长也随之改变波长也随之改变.2单色光：不能分解为其它颜色的光，称为单色光。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。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。色散：把复色光分解为单色光的现象叫光的色散。4 4正确理解光的色散：正确理解光的色散：光的颜色由光的频率决定。在不同介质中，光的频光的颜色由光的频率决定。在不同介质中，光的频率不变。率不变。同一介质对不同色光的折射率不同，频率高的折射同一介质对不同色光的折射率不同，频率高的折射率大。率大。不同频率的色光在真空中传播速度相同，为不同频率的色光在真空中传播速度相同，为C C3 310108 8m ms s。但在其它介质中速度各不相同，在同一。但在其它介质中速度各不相同，在同一种介质中，紫光速度最小，红光速度最大。种介质中，紫光速度最小，红光速度最大。(V=c/n)(V=c/n)物理量 红 橙 黄 绿 蓝 靛 紫频率折射率同种介质中光速同种介质中波长逐增逐增逐减逐减逐增逐增变化趋势变化趋势逐增逐增5 5光光谱谱：复复色色光光被被分分解解后后，各各种种色色光光按按其其波波长长（频频率率）有有序序排排列列起起来来，称称为为这这种种复复色色光光的的光谱。光谱。下图是太阳光的光谱。下图是太阳光的光谱。利利用用光光谱谱可可以以知知道道该该光光是是由由哪哪些些波波长长的的光光组组成。成。回顾：回顾：双缝干涉实验：双缝干涉实验：复述单色光干涉时的现象。复述单色光干涉时的现象。条纹间距的计算公式。条纹间距的计算公式。红滤色片单缝双缝S1SS2屏幕问题：问题：我们用此装置来做白光的干涉我们用此装置来做白光的干涉实验会观察到什么现象呢？实验会观察到什么现象呢？单缝双缝S1SS2屏幕1 1、现象：、现象：中央为白色亮条纹中央为白色亮条纹明暗相间的彩色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干涉条纹是以中央亮纹为对称点排列的 三、白光的双缝干涉三、白光的双缝干涉 2 2、解释：、解释：由白光是复色光，各色光的波长不同，各色光所得到由白光是复色光，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）间的距离也的干涉图样中，相邻两条亮纹（或暗纹）间的距离也不同，各色光干涉后的条纹相叠加，在中央白色亮纹不同，各色光干涉后的条纹相叠加，在中央白色亮纹两边出现彩色条纹。两边出现彩色条纹。四、薄膜干涉四、薄膜干涉 1、单色光、单色光 实验：观察黄光的实验：观察黄光的薄膜干涉薄膜干涉现象：薄膜两表面反射的光互相叠加而成的明暗条纹,条纹是水平排列.让一束光经薄膜让一束光经薄膜的两个表面反射后，的两个表面反射后，形成的两束反射光形成的两束反射光产生的干涉现象叫产生的干涉现象叫薄膜干涉薄膜干涉解释：解释：薄膜两表面反射的光互相薄膜两表面反射的光互相叠加而成的。竖立的肥皂膜在重叠加而成的。竖立的肥皂膜在重力的作用下形成上薄下厚的楔形，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，由波即是频率相同的相干光波，由于薄膜的厚度不同，这两列光波于薄膜的厚度不同，这两列光波的路程差不同。当路程差为光波的路程差不同。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，使光峰相遇，波谷与波谷相遇，使光波的振动加强，形成亮条纹；当波的振动加强，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，光波的时，则波峰与波谷相遇，光波的振动减弱，形成暗条纹振动减弱，形成暗条纹 2 2、白色（、白色（复色复色）光的薄膜干涉）光的薄膜干涉现象：明暗相间的彩色条纹现象：明暗相间的彩色条纹解解释释：由由于于白白光光是是复复色色光光，各各色色光光的的波波长长不不同同，各各色色光光都都发发生生薄薄膜膜干干涉涉，但但不不同同颜颜色色的的光光在在不不同同的的位位置置相相互互加强，所以看起来肥皂泡是彩色的。加强，所以看起来肥皂泡是彩色的。其其它它：路路面面上上飘飘浮浮的的油油膜膜上上的的彩彩色色条条纹纹；蝴蝴蝶蝶等等昆昆虫虫翅膀上的彩色花纹等都是薄膜干涉。翅膀上的彩色花纹等都是薄膜干涉。（2）成因：）成因：薄膜的前后两表面反射光叠加而产生干涉。薄膜的前后两表面反射光叠加而产生干涉。（3）规律：）规律：2d=n时，亮条纹时，亮条纹2d=（n+1/2）时时，暗条纹，暗条纹（4）产生干涉条纹的条件：）产生干涉条纹的条件：薄膜厚度有变化薄膜厚度有变化（1）现象：）现象：水平明暗相间条纹水平明暗相间条纹二、薄膜干涉中的色散二、薄膜干涉中的色散一、光的色散：含有多种颜色的光被分解为一、光的色散：含有多种颜色的光被分解为单色光的现象单色光的现象。复习回顾：复习回顾：1.白光的薄膜干涉条纹白光的薄膜干涉条纹彩色条纹彩色条纹2.水面上的油膜呈彩色水面上的油膜呈彩色3.3.牛顿环（演示）牛顿环（演示）薄膜干涉的应用（一）薄膜干涉的应用（一）检查表面的平整程度检查表面的平整程度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片，使样板的平面与被检查的平面间形成一个楔形空气膜，薄片，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光形成相干光，从反射光中就会看到干涉条纹标准样板标准样板待检部件待检部件空气薄层空气薄层楔性空气薄层楔性空气薄层标准样板标准样板标准样板标准样板被检测平面被检测平面被检测平面被检测平面光在空气层的上下光在空气层的上下光在空气层的上下光在空气层的上下表面发生反射表面发生反射表面发生反射表面发生反射,这两这两这两这两束反射光发生干涉束反射光发生干涉束反射光发生干涉束反射光发生干涉.如果被检测表面的平整的如果被检测表面的平整的如果被检测表面的平整的如果被检测表面的平整的,将看到与将看到与将看到与将看到与底线平行的干涉条纹底线平行的干涉条纹底线平行的干涉条纹底线平行的干涉条纹.原因是厚度相等的地方，光程差一原因是厚度相等的地方，光程差一原因是厚度相等的地方，光程差一原因是厚度相等的地方，光程差一样、干涉情况一样，即某一处反射样、干涉情况一样，即某一处反射样、干涉情况一样，即某一处反射样、干涉情况一样，即某一处反射回来的两列波叠加，若光振动加强，回来的两列波叠加，若光振动加强，回来的两列波叠加，若光振动加强，回来的两列波叠加，若光振动加强，产生亮点，那些与此处厚度相等的产生亮点，那些与此处厚度相等的产生亮点，那些与此处厚度相等的产生亮点，那些与此处厚度相等的地方都是亮点，这些亮点组成彼此地方都是亮点，这些亮点组成彼此地方都是亮点，这些亮点组成彼此地方都是亮点，这些亮点组成彼此平行的亮纹平行的亮纹平行的亮纹平行的亮纹,反之反之反之反之是暗纹是暗纹是暗纹是暗纹如如果果被被检检表表面面是是平平的的，产产生生的的干干涉涉条条纹纹就就是是平平行行的的,如如图图（b b）所所示示；如如果果观观察察到到的的干干涉涉条条纹纹如如图图（c c）所所示示，则则表表示示被被检检测测表表面面微微有有凸凸起起或或凹凹下下，这这些些凸凸起起或或凹凹下下的的地地方方的的干干涉涉条条纹纹就就弯弯曲曲。从从弯弯曲曲的的程程度度就就可可以以了了解解被被测测表面的平整情况。这种测量精度可达表面的平整情况。这种测量精度可达1010-6-6cmcm。(a)(b)(c)单色光单色光标准样板标准样板薄片薄片被检测平面被检测平面注：薄片厚度一般仅为零点零几毫米左右，只相当于一张纸片的厚度注：薄片厚度一般仅为零点零几毫米左右，只相当于一张纸片的厚度薄膜干涉的应用（一）薄膜干涉的应用（一）检查表面的平整程度检查表面的平整程度薄膜干涉的应用薄膜干涉的应用（二）（二）增透膜增透膜镀层镀层薄膜薄膜在透镜或棱镜的表面上涂上一层薄膜在透镜或棱镜的表面上涂上一层薄膜(一般用氟化镁一般用氟化镁)。当。当薄膜的厚度适当时，在薄膜的两个表面上反射路程度恰好薄膜的厚度适当时，在薄膜的两个表面上反射路程度恰好等于半个波长，因而互相抵消，这就大大减小光的反射损等于半个波长，因而互相抵消，这就大大减小光的反射损失，增强了透射光的强度，这种薄膜叫失，增强了透射光的强度，这种薄膜叫增透膜增透膜。增透膜增透膜由能量守恒可知，入射光总强度由能量守恒可知，入射光总强度=反射光总强度反射光总强度+透射光总强度。透射光总强度。光的强度由光的振幅决定。当满光的强度由光的振幅决定。当满足增透膜厚度足增透膜厚度d=d=介介/4/4时，两束反时，两束反射光恰好实现波峰与波谷相叠加，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零，零，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，增强了透射光的了光的反射损失，增强了透射光的强度。强度。1、增透的条件是什么？即镀层薄膜的厚度至少多大？、增透的条件是什么？即镀层薄膜的厚度至少多大？2、是否对所有颜色的光都有增透的作用？、是否对所有颜色的光都有增透的作用？薄膜的厚度至少是入射光在薄膜的厚度至少是入射光在薄膜薄膜中波长的中波长的1/41/4。（why?why?）因为人眼对绿光最敏感，所以一般增因为人眼对绿光最敏感，所以一般增强绿光的透射，即强绿光的透射，即薄膜的厚度是绿光薄膜的厚度是绿光在薄膜中波长的在薄膜中波长的1/41/4。由于其它色光不。由于其它色光不能被有效透射，故反射较强，这样的能被有效透射，故反射较强，这样的镜头呈淡紫色。镜头呈淡紫色。薄膜干涉的应用（一）薄膜干涉的应用（一）检查表面的平整程度检查表面的平整程度为什么一般的照相机的镜头成淡紫色？为什么一般的照相机的镜头成淡紫色？增透膜只对人眼或感光胶片上最敏感的绿光增透膜只对人眼或感光胶片上最敏感的绿光起增透作用。当白光照到起增透作用。当白光照到(垂直垂直)增透膜上，绿光增透膜上，绿光产生相消干涉，反射光中绿光的强度几乎是零。产生相消干涉，反射光中绿光的强度几乎是零。这时其他波长的光这时其他波长的光(如红光和紫光如红光和紫光)并没有被完全并没有被完全抵消。因此，增透膜呈绿光的互补色抵消。因此，增透膜呈绿光的互补色淡紫淡紫色。色。1 1、下列现象属于薄膜干涉的有、下列现象属于薄膜干涉的有:（）A.A.在水面上的油膜呈现的彩色花纹在水面上的油膜呈现的彩色花纹;B.B.雨后天空中呈现的彩虹雨后天空中呈现的彩虹;C.C.阳光下通过三棱镜得到的彩色条纹阳光下通过三棱镜得到的彩色条纹D.D.肥皂泡上呈现的彩色环纹。肥皂泡上呈现的彩色环纹。练习练习AD 返回返回2 2、用单色光照射肥皂薄膜、用单色光照射肥皂薄膜:（）A.A.看到的干涉图样是明暗相间的条纹看到的干涉图样是明暗相间的条纹;B.B.从光源发出的光与肥皂膜表面反射的光发从光源发出的光与肥皂膜表面反射的光发 生干涉生干涉,形成干涉图样。形成干涉图样。C.C.一束入射光从薄膜的前表面和后表面分别一束入射光从薄膜的前表面和后表面分别 反射出来反射出来,形成两列波形成两列波,这两列波频率相同这两列波频率相同,所以可以产生干涉所以可以产生干涉;D.D.若改用白光照射则看不到干涉条纹。若改用白光照射则看不到干涉条纹。AC3 3、如图所示为一显示薄膜干涉、如图所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置，现象的实验装置，P P是附有肥皂是附有肥皂膜的铁丝圈，膜的铁丝圈，S S是一点燃的酒精是一点燃的酒精灯。往火焰上洒些盐后，在肥皂灯。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膜上观察到的干涉图象应是下图中的（中的（）AB4 4、如右图是用干涉法检查某种厚玻璃的上表、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，所用单色光是用面是否平的装置，所用单色光是用普通光源加普通光源加滤光片滤光片产生的，检查中所观察到的干涉条纹是产生的，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由哪两个表面反射的光叠加而成的()()A Aa a的上表面和的上表面和b b的下表面的下表面B Ba a的上表面和的上表面和b b的上表面的上表面C Ca a的下表面和的下表面和b b的上表面的上表面D Da a的下表面和的下表面和b b的下表面的下表面5 5、劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图、劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图1 1所示。将一块平板所示。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上往下看到的干涉条纹如图2 2所示。干涉条纹有如下特点：所示。干涉条纹有如下特点：任任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；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 1装置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（上往下观察到的干涉条纹将（）A.A.变疏变疏 B.B.变密变密 C.C.不变不变 D.D.消消失失6 6、有关光学仪器上镜头的增透膜，下列说法正确的是：（）、有关光学仪器上镜头的增透膜，下列说法正确的是：（）A A增透膜是为了减少光的反射损失而增强透光的强度；增透膜是为了减少光的反射损失而增强透光的强度；B B增透膜的厚度等于入射光在真空中波长的增透膜的厚度等于入射光在真空中波长的/4；C C增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波长的增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波长的/4；D 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。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。7 7、将波长为、将波长为的单色光从空气垂直入射到折射率的单色光从空气垂直入射到折射率为为n n的透明介质膜上，要使透射光得到加强，薄膜的透明介质膜上，要使透射光得到加强，薄膜的厚度最少应为（的厚度最少应为（）A A，/4n/4n；B B，/2n/2n；C C，/4/4；D D，/2/2课堂小结课堂小结 1 1、棱镜、棱镜2 2、光的色散、光的色散3 3、白光的干涉、白光的干涉4 4、薄膜干涉、薄膜干涉再再 会！会！