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高中物理选修3－4 第十三章光7光的颜色　色散

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第十三章　光

7　振光的颜色　色散

知能要点

1. 能说明光的薄膜干涉的现象，掌握它的原理及应用.

2. 掌握光的色散的原理及应用.

基础巩固　飞跃，这里是最好的起点……

1. 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．下面说法中正确的是(　　)．

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侧光折射率小于对b侧光的折射率

D. 在三棱镜中a侧光的传播速度大于b侧光的传播速度

2. 用薄玻璃片制成一个中间空的三棱镜放入水中，当一束白光从一个侧面斜射入并从三棱镜通过时，下面说法中正确的是(　　) 21*cnjy*com．

A. 各色光都向顶角偏折

B. 各色光都向底面偏折

C. 红色光的偏折角比紫光的大

D. 红色光的偏折角比紫光的小

3. 如图所示是用干涉法检查某块厚玻璃的上表面是否平的装置．a为标准样板，b为待测厚玻璃板，所用单色光是用普通光源加滤光片产生的，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(　　)．

A. a的上表面和b的下表面

B. a的上、下表面

C. a的下表面和b的上表面

D. b的上、下表面

4. 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处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λ表示此红外线的波长，则所镀薄膜的厚度最小应为(　　)．

A. B. C. D. λ21*cnjy*com

5. 红、绿、黄三条入射光线，分别沿与三棱镜的底面平行的方向射向三棱镜的一个侧面，从三棱镜的另一个侧面射出，且出射光线交于三棱镜底边延长线上的三点，三点到三棱镜底边中点的距离分别为s1、s2、s3，则(　　)．

A. s1＝s2＝s3 B. s1＜s2＜s3 C. s1＞s2＞s3 D. s1＞s3＞s2

6. 如图甲所示，在一块平板玻璃上放置一平凸薄透镜，在两者之间形成厚度不均匀的空气膜，让一束单一波长的光垂直入射到该装置上，结果在上方观察到如图乙所示的同心内疏外密的圆环状干涉条纹，称为牛顿环，以下说法正确的是(　　)．

A. 干涉现象是由于凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的

B. 干涉现象是由于凸透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的

C. 干涉条纹不等距是因为空气膜厚度不是均匀变化

D. 干涉条纹不等距是因为空气膜厚度是均匀变化

思维拓展　课内与课外的桥梁是这样架起的……

7. 劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图甲所示．将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃上，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，从上往下看到的干涉条纹如图乙所示．干涉条纹的特点如下：(1)任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；(2)任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定．现若在图甲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，从上往下观察到的干涉条纹(　　)．

A. 变疏 B. 变密 C. 不变 D. 消失

8. 如图所示，a和b都是厚度均匀的平玻璃板，它们之间的夹角为φ，一细光束以入射角θ从P点射入，θ＞φ.已知此光束由红光和蓝光组成，则当光束透过b板后(　　)．

A. 传播方向相对于入射光方向向左偏转φ角

B. 传播方向相对于入射光方向向右偏转φ角21*cnjy*com

C. 红光在蓝光的左边

D. 红光在蓝光的右边

9. 利用薄膜干涉的原理可以用干涉法检查平面和制造增透膜，回答以下两个问题：

(1)用右图的装置检查平面时，是利用了哪两个表面反射光形成的薄膜干涉图样？

(2)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1.38的氟化镁，为了使波长为5.52×10－7 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？

10. (1)劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如下图甲所示. 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下图乙所示，干涉条纹有如下特点：①任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；②任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定，现若在图甲装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹将如何变化？

(2)由以上分析回答下列问题：

如下图是检查工作ON上表面是否光滑的装置，用单色光照射透明标准板M，观察到的现象如图所示的条纹中的P和Q的情况，这说明(　　)．

A. N的上表面A处向上凸起

B. N的上表面B处向上凸起

C. N的上表面A处向下凹陷

D. N的上表面B处向下凹陷

11. 光热转换是将太阳光能转换成其他物质内能的过程，太阳能热水器就是一种光热转换装置，如图所示，它的主要转换器件是真空玻璃管，这些玻璃管将太阳光能转换成水的内能．真空玻璃管上采用________技术增加透射光，使尽可能多的太阳光能转化为热能，采用这种技术的物理学依据是________．

开放探究　对未知的探究，你也行！

12. 登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射，尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射，否则将会严重地损伤视力．有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能大大减小紫外线对眼睛伤害的眼镜．他选用的薄膜材料的折射率为n＝1.5，所要消除的紫外线的频率为ν＝8.1×1014 Hz，

(1)他设计的这种“增反膜”所依据的原理是___________________________________．

(2)这种“增反膜”的厚度至少是多少？21*cnjy*com

(3)以下有关薄膜干涉的说法正确的是(　　)．

A. 薄膜干涉说明光具有波动性

B. 如果薄膜的厚度不同，产生的干涉条纹一定不平行

C. 干涉条纹一定是彩色的

D. 利用薄膜干涉也可以使光“增透”

13. 在研究材料A的热膨胀特性时，可采用如图所示的干涉实验法．A的上表面是一光滑平面，在A的上方放一个透明的平行板B，B与A上表面平行，在它们之间形成一厚度均匀的空气膜. 现在用波长为λ的单色光垂直照射，同时对A缓慢加热，在B上方观察到B板的亮度发生周期性变化. 当温度为t1时最亮，然后亮度逐渐减弱至最暗；当温度升高到t2时，亮度再一次回到最亮．

(1)在B板上方观察到的亮暗变化是由哪两个表面的反射光叠加形成的？

(2)温度由t1升高到t2时，A的高度升高多少？

走进高考　解剖真题，体验情境。

14. (2011·安徽理综·15,6分)实验表明，可见光通过三棱镜时各色光的折射率n随着波长λ的变化符合科西经验公式：n＝A＋＋，其中A、B、C是正的常量．太阳光进入三棱镜后发生色散的情形如图所示．则(　　)．

A. 屏上c处是紫光

B. 屏上d处是红光

C. 屏上b处是紫光

D. 屏上a处是红光

15. (2011·全国大纲卷·16,6分)雨后太阳光入射到水滴中发生色散而形成彩虹．设水滴是球形的，图中的圆代表水滴过球心的截面，入射光线在过此截面的平面内，a、b、c、d代表四条不同颜色的出射光线，则它们可能依次是(　　)．

A. 紫光、黄光、蓝光和红光

B. 紫光、蓝光、黄光和红光

C. 红光、蓝光、黄光和紫光21*cnjy*com

D. 红光、黄光、蓝光和紫光

参考答案

7　光的颜色　色散

5. D　解析：依据色散知识可知，光线经过三棱镜将偏向三棱镜的底边，延长后交于三棱镜底边上的一点，此点到底边的距离与光线偏折的角度有关，偏折的角度越大，交点到底边中点的距离越小．因此，红光出射光线与底边延长线的交点距底边中点的距离大于黄光的，黄光的又大于绿光的，因此D项对．

6. A、C　解析：由于在凸透镜和平板玻璃之间的空气形成薄膜，所以形成相干光的反射面是凸透镜的下表面和平板玻璃的上表面，故A正确，由于凸透镜的下表面是圆弧面，所以形成的薄膜厚度不是均匀变化，形成不等间距的干涉条纹，故C正确．

7. A　解析：撤去一张纸后，劈形空气薄膜的劈势减缓，在相同的水平距离上，劈势厚度变化减小，以至光程差变化减小，条纹变宽，条纹的数量变少(条纹变疏)，故A正确．

8. D　解析：光线通过玻璃板后，方向不变但发生侧向位移，光频率越高，折射率越大，侧向位移越大．红光频率小于蓝光，所以蓝光侧向位移大，第一次透过玻璃板a后红光位于蓝光右边，当光线射到b上时，由于θ＞φ，由几何关系知光线从法线左侧入射，侧移情况与a相似，红光仍在蓝光右边，且两者间距加大，故选D.

9. (1)见解析　(2)1×10－7 m

解析：(1)干涉图样是利用了标准样板和被检查平面间空气膜即b、c表面反射光叠加形成的．

(2)若绿光在真空中波长为λ0，在增透膜中的波长为λ，由折射率与光速的关系和光速与波长及频率的关系得：

n＝＝＝

即λ＝，那么增透膜厚度

h＝λ＝＝ m＝1×10－7 m.

10. 见解析

解析：　(1)光线在空气膜的上下表面上反射，并发生干涉，从而形成干涉条纹．设空气膜顶角为θ，d1、d2处为两相邻明条纹，则两处光的路程差分别为δ1＝2d1，δ2＝2d2.

因为δ2－δ1＝λ，所以d2－d1＝λ.

设条纹间距为Δl，则由几何关系得：＝tanθ，即Δl＝.当抽去一张纸片，θ减小时，Δl增大，即条纹变疏．

(2)A处为一向下凹陷的小坑，则下陷部分倾角θ增大，条纹变密，而恢复阶段处倾角θ减小，条纹稀疏，因此形成如P处形状的条纹．同理可知B、C正确．

11. 镀膜　光的干涉　解析：本题考查光的干涉原理的应用．玻璃管镀膜是利用光的干涉原理，增加透射光，让更多的光能转化为内能．

解析：　(1)A、B间为空气薄膜，在B板上方观察到的亮暗变化，是由B的下表面反射的光和A的上表面反射的光叠加产生的．

(2)当温度为t1时，设空气薄膜厚度为d1，此时最亮，说明：

2d1＝kλ.

当温度为t2时，设空气薄膜厚度为d2，此时再一次最亮，

说明：2d2＝(k－1)λ，

得d1－d2＝.

故温度由t1升高到t2，A的高度升高.

14. D　解析：白色光经过三棱镜后产生色散现象，在光屏由上至下a、b、c、d依次为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫．屏上a处为红光，屏上d处是紫光，D正确．

15. B　解析：按照偏折程度从小到大的排序为d、c、b、a、故：折射率为：nd＜nc＜nb＜na，频率为：fd＜fc＜fb＜fa.选B.

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