7光的颜色 色散

7光的颜色 色散 普通高中课程实验教科书?物理选修3-4 第十三章《 光 》 第四节 光的颜色 色散 教学目标: 一、知识与技能: 1(了解光的色散及物体颜色等生活常识。 2(知道薄膜干涉是如何获得得相干光源的，了解薄膜干涉产生的原因，知道薄膜干涉在 技术上的应用。 3(知道棱镜的概念及其对光线的偏折作用。 4(了解全反射棱镜对光路的控制作用。 5(知道白光的色散现象，知道白光是复色光。 6(分析棱镜的色散与干涉色散的区别。 二、过程和方法: 1(通过观察光的色散现象和薄膜干涉现象，培养学生的观察能力。 2(通过对棱镜的作用分析，培养学生知识迁移能力及分析问题的能力。 三、情感态度和价值观: 1(通过光的颜色对学生进行美育教育。 2(通过对光的色散的认识，培养学生探索物理的兴趣。 教学重点与难点分析: 重点:棱镜折射的色散。 难点:薄膜干涉的色散。 教学方法: 实验、启发性引导与学生自主学习相结合。 教 具: 棱镜、酒精灯、铁丝圈、肥皂水、多媒体电脑等。 教学过程: (一)引入新课 投影:“雨后彩虹”的情景。 引导:夏天大雨过后，往往在天空中会出现美丽的彩虹，这是发生了什么样的光学现象,为 什么会有不同颜色的光,本节课我们就来研究这个问题。 (二)新课教学 一(光的颜色 色散 第七节《光的颜色 色散》 编著 王治国 普通高中课程标准实验教科书?物理选修3-4教案 第十三章《 光 》 问:上一节课我们观察到用白光的双缝干涉条纹是彩色的，原因是什么, l学生:由,x,可知，干涉条纹间距与波长成正比。不同颜色的光，波长不同，条纹间,d 距也就不同，白光被分解了。 引导:从这个实验也可见:不同颜色的光，波长不同。白光是由多种色光组成的。 问:那光的颜色是由什么(频率、波长、介质)决定的, 演示:用激光笔将激光从空气射入水中、玻璃中，波长会发生变化，但颜色并不变，可见光 的颜色不是由波长决定，应该由频率决定。光由一种介质进入另一种介质不变的是频 率，故光的颜色不会随介质的改变而改变。 引导:含有多种颜色的光被分解为单色光的现象叫做光的色散。 问:人为什么能感知彩色的世界,(引导阅读) 学生:人眼的视网膜上有两种感光细胞，一种叫视杆细胞，它对光非常敏感，但不能区分不 同波长的光，另一种叫视锥细胞，它对光的敏感度不如视感细胞，但能区分不同波长 的光，人眼靠视锥细胞分辩颜色。 投影:太阳光谱图 指出: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。 二(薄膜干涉中的色散 引导:肥皂泡看起来是彩色的，雨后的公路积水上面漂浮的油膜看起来也是彩色的，这些现 象是怎么样形成的, 实验:在酒精灯的灯芯上撒一些氯化钠，灯焰就能发出明亮的黄光，把铁丝圈在肥皂水中蘸 一下，让它挂上一层薄的液膜，把这层液膜当做一个平面镜，用它观察灯焰中的像。 问:同学们看到的像与直接看到的灯焰有什么不同, 学生:通过肥皂薄膜观察到灯焰上有亮暗相间的水平条纹。 引导:这说明成像的同时又发生了干涉现象，这就是薄膜干涉现象。 问:请同学们回顾一下干涉的条件是什么, 学生:两列光波频率相同，振动情况一致。 问:像上的明暗条纹是哪两列相干光干涉产生的呢, 学生:„„ 启发:成像是什么现象造成, 学生:光的反射。 启发:相干光肯定与液膜反射的光脱不了干系。 学生:表面上的反射光干涉。 问:光源不同的部分发出的光经表面反射是相干光吗, 第七节《光的颜色 色散》 编著 王治国 普通高中课程标准实验教科书?物理选修3-4教案 第十三章《 光 》 学生:应该不是。(有点疑惑) 启发: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(画出图)。我 们虽然不能明显观察到膜上薄下厚，但是这样微小的厚度差别与光的波长相比还是相 当大的。根据双缝“一分为二”的思想，从膜的前表面和后表面分别反射出来的两列 光波，频率相同，振动情况也必定相同，所以能够发生干涉。 问:为什么会形成亮暗相间的水平条纹, 学生讨论。 引导:干涉产生明暗条纹的条件, 学生:ΔS = kλ，出现亮纹;ΔS =(2k+1)λ/2，出现暗纹。 引导分析: 竖直放置的肥皂薄膜，竖直方向不同位置，膜的厚度不同，前、后表面分别反射出来的两列光波路程差不同。在薄膜的某些位置，两列波反射回来时恰是同相，即波峰和波峰、波谷和波谷叠加，使光波的振动加强，形成黄色的亮条纹;在另外一些位置，两列波的波峰和波谷叠加，使光波的振动互相削弱，形成暗条纹。 问:用单色红光或蓝光分别做实验，条纹间距有什么区别, 引导分析:条纹的间距不一样，即出现亮条纹的位置不同。 问:用白光照射下，肥皂液膜上会出现彩色条纹吗,为什么, 学生活动:观察日光灯下肥皂液膜干涉的彩色条纹。 引导分析: 若用白光照射肥皂液膜，由于各色光在不同的位置得到加强出现亮条纹，这样液膜上就会出现彩色的条纹。肥皂泡、水面上的油膜常常看到的彩色花纹，也是薄膜干涉中发生色散的结果。 启发阅读:光的干涉在技术上有哪些应用, 1、薄膜干涉的应用——增透膜: 增透膜:现代光学装置，如摄像机和电影放映机的镜头、潜水艇的望远镜、照相机等，都是 有许多的光学元件——透镜、棱镜等组成，进入这些装置的光，在每个元件的表面 上都要受到反射，结果只有入射光的10%--20%通过装置，所成的像既暗又不清楚。 (展示照相机图片) 问:怎样消除表面的反射造成的后果呢,即怎样才能减小镜片反射光的能量呢, 学生:可以在透镜如棱镜的表面涂上一层薄膜(一般用氟化镁)。 问:薄膜的厚度应为多少, 1学生:薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长的时，在薄膜的两个面上反射的光，路程差恰好4 等于半个波长，因而相互抵消，这就大大减少了光的反射损失，增强了透射光的强度， 第七节《光的颜色 色散》 编著 王治国 普通高中课程标准实验教科书?物理选修3-4教案 第十三章《 光 》 这种薄膜叫增透膜。 问:入射光一般都是白光，是由各种不同波长的单色光复合而成的，增透膜能使所用波长的 光都相互抵消吗, 学生:不能。因此在确定薄膜厚度时，应该取中间部分的绿色光，即人的视觉最敏感的光， 在垂直入射时完全抵消。这时，可见光边缘的红光和紫光并没有显著削弱，所以有增 透膜的光学镜头呈淡紫色。 2、薄膜干涉在科学技术中的应用——用干涉法检查平面的平整程度 在磨制各种镜面或其他精密部件时，对加工表面的形状可以用干涉法检查。如果被检查的表面是一个平面，可以在它的上面放一个透明的标准样板，并在一端垫一个透明的标准样板，使样板的标准平面和被检查的平面间形成一个楔形的空气薄层，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波，于是从反射光中就会看到干涉条纹，如果被测表面是平的，那么空气层的厚度相同的各点就位于一条直线上，因此产生的干涉条纹就是平行的;如果被测的表面某些地方不平，那里空气层的厚度相同的各点不再位于同一直线上，因此产生的干涉条纹就要发生弯曲，从干涉条纹弯曲的方向和程度还可以了解被测表面的不 ,,平情况。这种测量的精度可达,,厘米。如图所示: 对干涉弯曲条纹进行分析: 如果观察到的干涉条纹如图丙所示，A、B处的凹凸情况可以这样分析:由丙图知，P、Q两点位于同一条亮纹上，故甲图中与P、Q对应的位置空气层厚度相同。由于Q位于P的右方(即远离楔尖)，如果被检表面是平的，Q处厚度应该比P处大，所以，只有当A处凹陷时才能使P与Q处深度相同。同理可以判断与M对应的B处为凸起。 第七节《光的颜色 色散》 编著 王治国 普通高中课程标准实验教科书?物理选修3-4教案 第十三章《 光 》 三(折射时的色散 出示几种棱镜让学生观察并介绍顶角、底面。 指出:横截面为三角形或梯形的三棱镜，通常简称为棱镜， 启发:棱镜对光线有什么作用呢,我们先研究一下光通过棱镜后光路有什么变化, 演示:用激光演示仪分别演示棱镜的底面在下方和底面在上方的两种情况，让学生观察现象， 问:同学们发现了什么, 学生:光从另一侧射出，射出方向与入射方向相比，明显地向底面偏折。 学生活动:请一个同学到黑板上作出折射时的光路图。 启发:为什么会出现上述现象呢,谁能根据我们所学知识来解释上述它呢, 学生分析讨论(并要求学生根据讲座结果画出光路图) A o ’ i r C B ,sin1n,光由空气射到界面AB，发生折射，由，由于n,1，得sini,sinr sin,2’i,r 故进入棱镜中的光线向下偏折沿OO方向传播。 'sini’’n,光由棱镜射向空气在AC面发生折射，由，得出r,I光线从棱镜'sinr 射出后，再次向下偏折。 归纳:由于射向棱镜的光线在棱镜的两个侧面上，发生折射，每次都使光线向底面偏折， 从而使从棱镜中出来的光线明显偏离，原来方向向底边偏折。 问:如果通过的是白光，会出现什么现象呢, 演示实验，得出结论: 折射后出现彩色光斑，红光分布在最上边，紫光分布在最下边。 学生活动:再请一个同学在同一个图上作出紫光折射时的光路图。 问:由实验我们发现了什么, 学生:根据光路图可知:红光(偏向角)偏折程度最小，紫光偏向角(偏折程度)最大。 第七节《光的颜色 色散》 编著 王治国 普通高中课程标准实验教科书?物理选修3-4教案 第十三章《 光 》 红 紫 启发:为什么各色光以相同入射角进入棱镜后偏折程度会不同呢, 学生:这是由于棱镜对不同色光的折射率不同，棱镜对红光折射率小，红光的偏折角度就小 棱镜对紫光的折射率大，紫光的偏折角度就大。 点拔:既然同一材料的棱镜对不同色光的折射率不同，这是否意味着各种色光在同一材料中 的速度不同, c学生:由 ，可知:各色光在同一介质中的速度确实中不相同的，红光的折射率小，n,v 红光在介质中的速度就大。 指出:在同一介质中，不同波长的光波的传播速度不一样，波长越短，波速越慢。 (三)巩固练习 1(如图所示，一束白光从顶角为θ的棱镜的一个侧面AB以较大的入射角θ入射，经过1 三棱镜后，在屏P上可得到彩色光带。当入射角逐渐减小到零的过程中，若屏上的彩 色光带先后全部消失，则(B) A(红光最先消失，紫光最后消失。 B(紫光最先消失，红光最后消失。 C(紫光最先消失，黄光最后消失。 D(红光最先消失，黄光最后消失。 2(如图所示，横截面是直角三角形ABC的三棱镜对红光的折射率为n,对紫光的折射率为1 n，一束很细的白光由棱镜的一个侧面AC折射出来，已知棱镜顶角?A=30?，AC边平2 行于光屏MN，且与光屏的距离为L。(1)画出白光通过棱镜折射的光路图(出射光线 只画出两条边缘光线，并指明其颜色)。(2)求在光屏MN上得到的可见光光谱的宽度。 M C B A N 3(红光和紫光相比:(BD) A(在真空中传传播时，紫光的速度比较大。 第七节《光的颜色 色散》 编著 王治国 普通高中课程标准实验教科书?物理选修3-4教案 第十三章《 光 》 B(在玻璃中传播时，红光的速度比较大。 C(玻璃对红光的折射率较紫光大。 D(从玻璃到空气的界面上，红光的临界角较紫光大。 4(半径为R的玻璃半圆柱体，横截面如图所示，圆心为O，两条平行单色光沿截面射向圆 柱面，方向与底面垂直，光线1的入射点A为圆柱面的顶点，光线2的入射点为B，? n,3AOB=60?。已知该玻璃对红光的折射率。(1)求两条光线经柱面和底面折射后 的交点与O点的距离d。(2)若入射的是单色蓝光，则距离d将比上面求得的结果大还 是小, 1 2 A 60?B O (三)总结本节课要点: (四)作业:课后练习:第七十页第一题、第二题、第三题、第四题。 (五)教学小结: 本堂课围绕阐述色散的概念和发生色散的两种情况展开。在教学中利用探究式教学方式，让学生在“活动”中认识自然现象，探究物理规律，掌握物理知识，训练学生的观察能力、实验能力、归纳综合能力、推理能力、运用所学知识进行再探索的能力。实现知识和能力、过程和方法、情感态度和价值观的全面教育。 为了突破薄膜干涉这一难点，设计随堂实验，让学生亲自动手做肥皂膜的干涉实验，观察灯焰像上的明暗条纹和白光的彩色条纹，增强感性认识，激发好奇心。并通过启发式的提问，复习巩固干涉的条件和产生明暗条纹。让学生明白薄膜干涉的原理和薄膜干涉中白光发生干涉的原因。在讲解折射时的色散时，老师做演示实验，让学生观察现象，引导学生自己画光路图来分析说明色散的原理。最后总结出不同色光在同一介质中的传播速度、折射率都不同。 通过对比分析，重在区别并弄清薄膜干涉的色散和棱镜折射时的色散的基本原理。 第七节《光的颜色 色散》 编著 王治国