高中物理 13.2光的干涉教案 新人教版选修3-4

第1节 光的干涉一、教学目标1认识光的干涉现象及产生光干涉的条件2理解光的干涉条纹形成原理，认识干涉条纹的特征3通过观察实验，培养学生对物理现象的观察、表述、概括能力4通过“扬氏双缝干涉”实验的学习，渗透科学家认识事物科学的物理思维方法二、重点、难点分析1波的干涉条件，相干光源2如何用波动说来说明明暗相间的干涉条纹，怎么会出现时间上是稳定的，空间上存在着加强区和减弱区并且互相间隔，如何理解“加强”和“减弱”3培养学生观察、表述、分析能力三、教具1演示水波干涉现象：频率可调的两个波源，发波水槽，投影幻灯，屏幕2演示光的干涉现象：直丝白炽灯泡；单缝；双缝；红、绿、蓝、紫滤色片；光的干涉演示仪；激光干涉演示仪3干涉图样示意挂图，为分析干涉所做的幻灯片；或电脑及干涉现象示意的动画软件四、主要教学过程（一）引入由机械波的干涉现象引入：首先演示“水波干涉现象”，并向学生提出问题（1）这是什么现象？（2）是否任何两列波在传播空间相遇都会产生这样的现象？让学生回答，让学生描述稳定干涉现象的特征，指出干涉现象是两列波在空间相遇叠加的一种情景；一切波都能发生干涉现象，干涉现象是波特有的现象要得到稳定干涉现象需是相干波源（二）教学过程设计1光的干涉现象扬氏干涉实验（1）提出问题：光是否具有波动性？如果有则会有光的干涉现象，观察光的干涉现象可以用屏幕，在屏幕上会得到什么现象呢？演示两个通有同频率交流电单丝灯泡（或蜡烛）作为两个光源，移动屏与它们之间的距离，屏幕上看不到明暗相间的现象实验结果表明：两个独立热光源的光波相遇得不到干涉现象说明光的复杂性认识事物不是一帆风顺的实验的不成功是光无波动性？还是实验设计有错误，没有满足相干条件？（2）杨氏实验介绍英国物理学家托马斯杨如何认识光，如何获得相干光源展示杨氏实验挂图鼓励学生在认识事物或遇到问题时，学习杨氏的科学态度，巧妙的思维方法介绍实验装置双缝干涉仪说明双缝很近01mm，强调双缝S1、S2与单缝S的距离相等，所以两单缝S1、S2处光的振动不仅频率相同，而且总是同相演示：先用加滤色片后单色光红光进行演示，然后改用激光源做双缝干涉实验，并使双缝与屏幕的距离加大，这样在屏幕上得到条纹间距离大，更为清晰的明暗相同的图样展示双缝干涉图样，让学生注意观察图样，回答图样的特点：（1）明暗相间（2）亮纹间等距，暗纹间等距（3）两缝S1、S2中垂线与屏幕相交位置是亮条纹中央亮纹提出问题：为什么会出现这样的图样？怎样用波动理论进行解释2运用波动理论进行分析（1）演示两列频率相同、振动方向相同两列波在一直线上叠加的情景用做好的幻灯片用投影幻灯进行演示；或用编制好的软件在电脑上进行演示注意分析两列波传播经同一位置时此点的振动情况仍在某一平衡位置附近往复振动，位移随时间而改变两列波同相振幅变大，说明此点振动加强了；两列波反相振幅减小，说明此点振动减弱了强调波形图是各个质点在同一时刻位移的包络线，演示波在传播时，波峰波谷的移动情况（2）演示一列波由近及远波峰、波谷示意图，演示两列频率相同，同相波由近及远波峰、波谷的示意图操作：波谷行进的位置；然后再演示两列波S1、S2独立传播每隔幻灯片数量准备多一些，波峰、波谷向前推进速度要慢，若用电脑波行进的速度要慢且可暂停最后形成书上双缝干涉示意图样，展示彩色挂图分析：说明示意图是两列波某一时刻峰谷位置分布图说明两列波同频率、初相相同，在两列波峰峰、谷谷相遇位置均是加强点；而峰谷相遇位置均是消弱点先分析S1S2连线中垂线上的点：首先让学生注意中垂线上的某一点，演示让波行进起来结果峰谷依次通过此点说明此点振动在峰平衡位置谷平衡位置峰之间往复振动是加强点然后再让学生看两列波的相遇峰、谷依次通过该直线上的所有点说明此直线上的点均是加强点再分析S1S2中垂线两侧对称位置上的点，即两列波峰谷相遇点，首先注意某一点，演示让波行进起来总是峰谷同时通过此点说明两列波通过此点总是振动方向相反，是被消弱的；然后再看两列波峰谷交叉点的移动情况为消弱区域其次再分析远离中垂线上的点又是加强区域小结：通过以上分析振动加强与消弱点的分布是相互间隔的而且是稳定的结合干涉挂图反映在屏幕上：同相加强光能量较强亮；反相减弱光能量较弱暗得到亮暗间隔的干涉图样（3）屏幕上出现亮纹、暗纹的条件在示意图中，S1和S2为一对相干光源，两组半径相同的同心圆表示S1和S2两相干光源向外传播的两列波实线表示波峰，虚线表示波谷实线a0、a2、a2，a4、a4为加强区域，虚线a1、a1；a3、a3为减弱区域实线a0上各点，S1、S2发出光波到达线上某点的光程差=0实线a2（a2）上各点，S1、S2发出光波到达线上某点的光程差2=实线a4（a4）上各点，S1、S2发出光波到达线上某点的光程差4=2即在实线a0、a2（a2）、a4（a4）上各点光程差各为0、2，即为波长的整数倍屏上出现亮纹虚线a1（a1）上各点，S1、S2发出光波到达线上某点的光程虚线a3（a3）上各点，S1、S2发出光波到达该线上某点的光程即在虚线上a1（a1），a3（a3）上各点的光程差各为总结规律：凡光程差等于波长整数倍的位置，产生亮条纹；凡光程差等于半波奇数倍的位置，产生暗条纹，即产生亮暗条纹条件表达式：亮纹光程差=k（k=0，1，2）（4）若学生数学基础好，接受能力强可推导屏上亮暗纹的位置公式，否则不进行此内容3干涉条纹间距与哪些因素有关教师重做双缝干涉实验，让学生注意实验现象，并定性寻找规律改变屏与缝之间的距离L波长不变时L越大，亮纹间距（暗纹间距）越大屏与缝之间距离L不变，用不同的单色光进行实验波长长的亮纹间距（暗纹间距）大，并展示彩色挂图L、不变，用双缝距离d不同配件进行实验d小的亮纹间距（暗纹间距）大小结：（1）实验可证明（或用上述亮暗纹的位置公式得亮纹间距）（2）利用双缝干涉实验，测量L、d、x可测单色光的波长4用复色光源做扬氏双缝干涉实验让学生猜测干涉图样，然后教师做演示，让学生注意观察屏上图样特征：双缝S1、S2连线的中垂线与屏相交的中央位置是白色亮缝，而两侧是彩色条纹，然后展示挂图以便让学生对图样有深刻印象（三）课堂小结1托马斯扬在历史上第一次解决了相干光源问题，成功做出了光的干涉实验光的干涉现象微粒说无法解释，而波动说可做出完善解释，使人们认识到光具有波动性2两个相干光源发出的光在屏上某处叠加时如果同相，光就加强，如果反相光就减弱，于是产生明暗条纹，其特征是在中央明纹两侧对称地分布着明暗相间的各级干涉条纹，且相邻明纹和相邻暗条纹的间隔相等单色光：亮纹 光程差 =k（k=0，1，2）复色光则