物理3-4第13章光教案.doc

第十三章 光第一节 光的折射【教学目标】知识与技能:1.理解折射定律的确切含义，并能用来解释有关的光现象和有关的计算。2.理解光的折射率，了解介质的折射率与光速的关系，并能用来计算。3.知道光路是可逆的，并能用来处理有关的问题。过程与方法:通过实验，理解光的折射定律。情感、态度与价值观:通过本节内容的学习，能够认识和解释生活中的一些光现象，增强学习物理学的兴趣。【教学重难点】重点：光的折射定律的理解和应用。难点：光的折射率的理解。【教学方法】实验演示法【教学用具】激光光学演示器、激光手电、水槽、刻度盘、三角板、计算机、大屏幕、自制CAI课件【教学过程】（一）引入新课教师：初中我们学了光的反射定律，请同学们回忆一下。学生： 反射光线跟入射光线和法线在同一平面内，反射光线和入射光线分别位于法线的两侧，反射角等于入射角。且反射现象中，光路是可逆的。（课件演示：光的反射）教师：今天我们学习光的另外一种现象，看小实验。小实验：让学生自己带水杯（最好都带快餐杯），筷子、铅笔、圆珠笔等，将筷子插入水中，让学生观察水面处筷子形状的变化，水中的筷子是向上折了还是向下折了；让学生向盛水的杯和无水的杯中分别投放硬币，观察水中的硬币看上去是变浅了还是深了。学生：插入水中的筷子，看上去好像在水面处折断了，且向上折；水中的硬币变浅了。教师：如何解释上面的现象呢？下面我们就来学习光的折射及其规律，看究竟是怎样的情况。（二）进行新课一.折射定律教师：光从空气射入玻璃这一介质时，传播方向发生了改变，我们把这种光从一种介质进入另一种介质时，传播方向发生改变的现象，叫做光的折射。课件演示：光的折射入射光线与法线间的夹角1 叫入射角，折射光线与法相间的夹角2叫做折射角。教师引导学生复习初中学过的光的折射定律。多媒体辅助:折射光线跟入射光线和法线在同一平面内，折射光线和入射光线分居于法线的两侧。教师：但是，入射角跟折射角之间究竟有什么关系呢？现在我们做实验看看。多媒体辅助：介绍仪器特别是半圆形玻璃砖的直面是沿刻度盘的9090刻度线放置的，当激光器发出的一束水平细光束有空气进入半圆形玻璃砖的直面，即界面时，垂直直面的00刻度线为二者界面的法线。演示一：将半圆形玻璃砖放在适当位置，打开激光演示仪，让激光器发出的一束激光照在半圆形透明玻璃砖的直面上，改变入射角，让学生观察折射角、入射角的变化情况以及在两种介质的分解面上反射光线、折射光线的能量改变情况。多媒体辅助、由学生小结：随入射角的增大，折射角也增大，且反射光线的能量比例逐渐增大，折射光线的能量比例逐渐减小。教师：那么折射角是随入射角成正比例的增加，还是成平方、成平方根的增加，还是其他关系，折射角与入射角之间确切的定量关系究竟是怎样的呢？下面我们看一组实验数据。入射角1折射角21/2sin2/ sin2106.71.501.492013.31.501.493019.61.531.494025.21.591.515030.71.631.506035.11.671.517038.61.811.508040.61.971.51教师：请同学们分析一下表中数据，1 、2间具有怎样的定量关系？结论：入射角的正弦跟折射角的正弦成正比。如果用n来表示这个比例常数，则有sin1/ sin2=n12教师：这就是光的折射定律。对于折射现象，人类早在公元140年就进行了测量，直到1621年才有斯涅尔找到了折射角与入射角之间的这种定量关系。可见，发现或总结一个物理规律需要坚强的毅力和持之以恒的科学精神。因此，折射定律又叫斯涅尔定律。同学们知道：“反射现象中光路是可逆的”，折射现象光路也可逆吗？演示二：让光线逆着原来的折射光线射到界面上，光就会逆着原来的入射光线发生折射。即：折射现象中光路是可逆的。课件演示：折射现象光路可逆二.折射率教师：光从空气射入玻璃中，入射角的正弦与折射角的正弦之比是一个常数1.50， 那么，当光从空气射入其他介质如水中时，这个比例常数还是1.50吗？下面我们用实验求证一下。演示三：将刻度盘放入水槽中，加水恰好至90线。入射光线要恰好通过中点O，记录几组数据并处理。入射角1折射角2sin1/sin21030教师：可见，入射角的正弦与折射角的正弦之比仍是一个常数，但对水来说，这个常数不是1.50而是1.33。如果换用金刚石，这个常数则为2.42。由此可见，这个常数是一个与介质有关的量，介质不同这个常数不同。我们从比较表一、表二中的数据来看，在入射角相同的情况下，常数大的折射角小，说明常数大的折射光线偏离原来入射光线的方向较大，我们也就可以说常数较大的这种介质对光线的偏折能力较大。而常数较小的，折射角反而大，折射光线偏离原来入射光线的方向也就较小，说明介质对光线的偏折能力也小，因此，这个常数反映了介质对光线的偏折能力，我们把这个常数定义为介质的折射率。 （真空射入其它介质）物理意义：折射率是反映介质对光的偏折能力大小的物理量，是介质的光学性质，由介质本身决定，与1 、2无关。研究表明，光在不同介质中的传播速度不同。在介质中传播速度v与折射率的关系为：自学讨论：学生教材52页有关内容，讨论并回答如下问题：1.为什么任何介质的折射率都大于1？2.光在同一均匀介质中传播时，介质对光所呈现出来的折射率n是多少? 3.光由其他介质射入空气时，n= sin1/ sin2 是否还适用，如果适用1、2 分别应是什么角？ 学生回答: 1.光在真空中的传播速度为c ，而在其它介质中，光的传播速度vc，介质的折射率也就大于1。（老师补充）因此，当光线由空气射入介质时，如由空气射入玻璃、水中（教师形象示范出），折射角小于入射角，叫近法线折射；当光线由介质射入空气时，如由玻璃或水射入空气中，折射角大于入射角，叫远法线折射。2.同一均匀介质中光速相同，n=v/v=13.适用。1、应为折射角，2应为入射角。即计算某种介质的折射率时，公式中1为空气中的光线与法线的夹角，2为介质中的光线与法线的夹角。实验:测定玻璃的折射率每四个学生一组，利用插针法，掌握测定玻璃折射率的原理和方法。教师巡回指导，发现问题并及时纠正。讨论:实验中应该采取哪些措施以减小误差？如：入射角适当大一些；大头针的距离适当远一些等。利用课件投影:例1.如图1所示，一储油桶，底面直径与高均为d。当桶内无油时，从某点A恰能看到桶底边缘上的某点B。当桶内油的深度等于桶高的一半时，由点A沿方向AB看去，看到桶底上的点C，两点C、B相距d/4。求油的折射率和光在油中的传播速度。解：如图2所示，因底面直径于桶高相等，由此可知A OF =ABG=45；由OD=2CD可知COD的正弦sinCOD=油的折射率n=sinAOF /sinCOD=光在油中的传播速度v=c/n=1.9108m/s小结:眼睛在A点看到C点的实际上是进入眼睛的折射光线OA反向延长线上的C点的象，且在C点的正上方。故放入水中的硬币看上去好像变浅了，水中的筷子向上折了。（三）课堂总结、点评通过今天的学习，我们不仅确定了入射角的正弦与折射角的正弦之比是一个常数的定量关系，得出了折射定律，而且我们还定义了介质的折射率，它反映了介质的光学特性。我们还学习了用插针法测定玻璃折射率的方法。（四）课余作业完成P54“问题与练习”的题目。附：课后训练1.斜插入水中的筷子与竖直方向成45角，由空气中向下观察看，看到筷子筷子在水中的部分与竖直方向所成的角为，则（ ）（A） 45 （C） =45 （D）条件不足，不能确定 答案：（B）2.光从空气射入折射率为的介质中，反射光线恰垂直于折射光线，求入射角为多大 ？（该题教师要先画出光路图，而后再让学生做题） （答案：60）第二节 光的干涉【教学目标】知识与技能:1.通过实验观察认识光的干涉现象，知道从光的干涉现象说明光是一种波。2.掌握光的双缝干涉现象是如何产生的，何处出现亮条纹，何处出现暗条纹。过程与方法:1.通过杨氏双缝干涉实验，体会把一个点光源发出的一束光分成两束，得到相干光源的设计思想。2.通过根据波动理论分析单色光双缝干涉，培养学生比较推理，探究知识的能力。情感、态度与价值观:通过对光的本性的初步认识，建立辩证唯物主义的世界观。【教学重难点】重点:双缝干涉图象的形成实验及分析。难点:亮纹（或暗纹）位置的确定。【教学方法】复习提问，实验探究，计算机辅助教学【教学用具】JGQ型氦氖激光器一台，双缝干涉仪，多媒体电脑及投影装置，多媒体课件（相关静态图片及Flash动画）【教学过程】（一）引入新课复习机械波的干涉、提问，诱导猜想，多媒体投影静态图片。教师：大家对这幅图还有印象吗？学生：有，波的干涉示意图。教师：请大家回忆思考下面的问题：图中，S1、S2是两个振动情况总是相同的波源，实线表示波峰，虚线表示波谷，a、b、c、d、e中哪些点振动加强？哪些点振动减弱？学生回答结果不出所料，大部分同学能答出a、c两点振动加强，d、e两点振动减弱，而对于b点则出现了争议。一种认为b点是振动加强点，另一种则认为b点是由加强到减弱的过渡状态。教师：b点振动加强和减弱由什么来决定呢？只有弄清这一点才能解决两派同学的争端。有学生低语：“路程差”教师：好！刚才这位同学说到了关键，那么就请你来分析一下b点与S1、S2两点的路程差。学生：由图可以看出OO是S1、S2连线的中垂线，所以b到S1、S2的路程差为零。教师：那么b点应为振动（学生一起回答）：加强点。（教师总结机械波干涉的规律，突出强调两列波的振动情况总是完全相同。）教师：光的波动理论认为，光具有波动性。那么如果两列振动情况总是相同的光叠加，也应该出现振动加强和振动减弱的区域，并且出现振动加强和振动减弱的区域互相间隔的现象。那么这种干涉是一个什么图样呢？大家猜猜。学生：应是明暗相间的图样。教师：猜想合理。那么有同学看到过这一现象吗？（学生一片沉默，表示没有人看到过）教师：看来大家没有见过。是什么原因呢？学生1：可能是日常生活中找不到两个振动情况总相同的光源。学生2：可能是我们看见了但不知道是光的干涉现象。教师：两位同学分析得非常好，也许是没有干涉的条件，也许是相逢未必曾相识。大家看他们俩谁分析得对呢？学生：我觉得生1说的不成立，这样的光源很多，像我们教室里的日光灯，我觉得它们完全相同。教师：好。我们可以现场来试试。（先打开一盏日光灯，再打开另一盏对称位置的日光灯）教师：请大家认真找一找，墙上、地上、天花板上，有没有出现明暗相间的干涉现象？（大家积极寻找，没有发现，思维活跃，议论纷纷） 教师：看来两个看似相同的日光灯或白炽灯光源并不是“振动情况总相同的光源”。教师：1801年，英国物理学家托马斯杨想出了一个巧妙的办法，把一个点光源分成两束，从而找到了“两个振动情况总是相同的光源”，成功地观察到了干涉条纹，为光的波动说提供了有力的证据，推动了人们对光的本性的认识。下面我们就来重做这一著名的双缝干涉实验。（二）进行新课一.杨氏干涉实验动手实验，观察描述:介绍杨氏实验装置（如图）教师：用氦氖激光器演示双缝干涉实验。用激光器发出的红色光（平行光）垂直照射双缝，将干涉图样投影到教室的墙上，引导学生注意观察现象。现象：可以看到，墙壁上出现明暗相间的干涉条纹。教师：（介绍）狭缝S1和S2相距很近，双缝的作用是将同一束光波分成两束“振动情况总是相同的光束”。这样就得到了频率相同的两列光波，它们在屏上叠加，就会出现明暗相间的条纹”。结论：杨氏实验证明，光的确是一种波。二.亮（暗）条纹的位置比较推理，探究分析:通过实验，我们现在知道，光具有波动性。现在我们是不是可以根据机械波的干涉理论来认真探究一下实验中的明暗条纹是如何形成的呢？图中，P0点距S1、S2距离相等，路程差=S1 P0-S2 P0=0应出现亮纹，（中央明纹）演示动画:图203中S1、S2发出的正弦波形在P点相遇叠加，P点振动加强（如图）鉴于上述动画的表述角度和效果，教师在此基础上再播放动画，如下图所示振动情况示意图，使学生进一步明确.不管波处于哪种初态，P0点的振动总是波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇，振幅A总为A1、A2之和，即P点总是振动加强点，应出现亮纹。教师：那么其他点情况如何呢？P1点应出现什么样的条纹？学生：亮纹。教师：为什么？学生：因为路程差为，是半波长的2倍。教师：我们可以从图上动画看一下。 在这里大家看到，屏上P1点的上方还可以找到2=|S1P2-S2P2|=2的P2点，3=|S1P3-S2P3|=3的P3点，n=|S1Pn-S2Pn|=n的Pn点，它们对应产生第2、3、4条明条纹，还有明条纹的地方吗？学生：在P点下方，与P1、P2等关于P0对称的点也应是明条纹。教师：好。我们可以总结为：=2n，n=0、1、2时，出现明纹。投影下图：那么S1、S2发出的光在Q1点叠加又该如何呢？ 演示动画：我们先来看一下，动画显示，在Q1点振动减弱。教师：在Q1点是波峰与波峰相遇还是波峰与波谷相遇？两振动步调如何？学生：是波峰与波谷相遇，振动步调刚好相反。（教师启发学生进一步分析这点合振幅情况，以及Q1点与P0、P1的相对位置。）教师：哪位同学能总结一下Q1点的特征？学生：Q1点位置在P0、P1间，它与两波源路程差|S1Q1-S2Q1|=。该点出现暗纹。教师：非常好！大家看像Q1这样的点还有吗？学生：有。（全体学生此时已能一起总结出Q2、Q3等的位置）教师总结：=|S1Q2-S2Q2|=，处，在P1P2、P2P3、等明纹之间有第2条暗纹Q2、第3条暗纹Q3教师：哪位同学能用上面的方法写个通式，归纳一下？学生：当=（2n+1） ，n=0、1、2时，出现暗纹。教师：综合前面分析，我们可以画出上面图示的双缝干涉结果。同时介绍一下相干光源，强调干涉条件。引导学生阅读教材57页上方的内容，进一步体会，杨氏实验中的双缝的作用就是得到一对相干光源。（三）课堂总结、点评今天我们学习了光的干涉，知道光的确是一种波。我们还确定了双缝干涉实验中，明暗条纹出现的位置：当屏上某点到两个狭缝的路程差=2n，n=0、1、2时，出现明纹；当=（2n+1） ，n=0、1、2时，出现暗纹。两列波要产生干涉，它们的频率必须相同，且相位差恒定。能够产生干涉的光源叫做相干光源。杨氏实验中，双缝的作用就是得到一对相干光源。（四）课余作业完成P57“问题与练习”的题目。附：课后训练1.用波长为0.4m的光做双缝干涉实验，A点到狭缝S1、S2的路程差为1.810-6 m，则A点是出现明条纹还是暗条纹？答案：暗条纹2.关于杨氏实验，下列论述中正确的是（ ）A.实验证明，光的确是一种波。B.双缝的作用是获得两个振动情况总是相同的相干光源C.在光屏上距离两个小孔的路程差等于半波长的整数倍处出现暗条纹D.在光屏上距离两个小孔的路程差等于波长的整数倍处出现亮条纹 答案：AB3.对于光波和声波，正确的说法是( )A.它们都能在真空中传播 B.它们都能产生反射和折射C.它们都能产生干涉 D.声波能产生干涉而光波不能 答案：BC4.两个独立的点光源S1和S2都发出同频率的红色光，照亮一个原是白色的光屏，则光屏上呈现的情况是（ ）A.明暗相间的干涉条纹 B.一片红光 C.仍是呈白色的D.黑色解析：两个点光源发出的光虽然同频率，但“振动情况”并不总是完全相同，故不能产生干涉，屏上没有干涉条纹，只有红光。答案：B5.在真空中，黄光波长为610-7 m，紫光波长为410-7 m。现有一束频率为51014 Hz的单色光，它在n=1.5的玻璃中的波长是多少？它在玻璃中是什么颜色？解析：先根据0=c/f0计算出单色光在真空中的波长0，再根据光进入另一介质时频率不变，由n=，求出光在玻璃中的波长。0=c/f0= m=610-7 m，可见该单色光是黄光。又由n=0/得=0/n= m=4107 m。由于光的颜色是由光的频率决定的，而在玻璃中光的频率未变化，故光的颜色依然是黄光。答案：4107 m 黄色第三节 实验：用双缝干涉测量光的波长【教学目标】知识与技能:1.掌握明条纹（或暗条纹）间距的计算公式及推导过程。2.观察双缝干涉图样，掌握实验方法。过程与方法:培养学生的动手能力和分析处理“故障”的能力。情感、态度与价值观:体会用宏观量测量微观量的方法，对学生进行物理方法的教育。【教学重难点】重点：双缝干涉测量光的波长的实验原理及实验操作。难点：、L、d、的准确测量。【教学方法】复习提问，理论推导，实验探究【教学用具】双缝干涉仪、光具座、光源、学生电源、导线、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头、刻度尺。【教学过程】（一）引入新课教师：在双缝干涉现象中，明暗条纹出现的位置有何规律？学生：当屏上某点到两个狭缝的路程差=2n，n=0、1、2时，出现明纹；当=（2n+1），n=0、1、2时，出现暗纹。教师：那么条纹间距与波长之间有没有关系呢？下面我们就来推导一下。（二）进行新课一.实验原理教师：投影下图及下列说明设两缝S1、S2间距离为d，它们所在平面到屏面的距离为l，且ld，O是S1S2的中垂线与屏的交点，O到S1、S2距离相等。推导：（教师板演，学生表达）由图可知S1P=r1教师：r1与x间关系如何？学生：r12=l2+（x-）2教师：r2呢？学生：r22=l2+（x+）2教师：路程差|r1-r2|呢？（大部分学生沉默，因为两根式之差不能进行深入运算）教师：我们可不可以试试平方差？r22-r12=（r2-r1）（r2+r1）=2dx由于ld，且lx，所以r1+r22l，这样就好办了，r2-r1=r=x教师：请大家别忘了我们的任务是寻找x与的关系。r与波长有联系吗？学生：有。教师：好，当r=2n，n=0、1、2时，出现亮纹。即x=2n时出现亮纹，或写成x= 教师：第n条和第（n-1）条（相邻）亮纹间距离x为多少呢？学生：x=xn-xn-1=n-（n-1）教师：也就是x= 我们成功了！大家能用语言表述一下条纹间距与波长的关系吗？学生：成正比。教师：对，不过大家别忘了这里l、d要一定。暗纹间距大家说怎么算？学生：一样。教师：结果如何？学生：一样。教师：有了相邻两个亮条纹间距公式x=，我们就可以用双缝干涉实验来测量光的波长了。二观察双缝干涉图样（教师指导学生按步骤进行观察，也可引导学生先设计好步骤，分析研究后再进行，教师可将实验步骤投影）步骤：（1）按课本图13.32，将光源、单缝、遮光管、毛玻璃屏依次安放在光具座上。（2）接好光源，打开开关，使灯丝正常发光；（3）调节各器件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏；（4）安装单缝和双缝，使双缝与单缝平行，二者间距约510 cm.；（5）在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。（6）那走滤光片，观察白光的干涉条纹。（教师指导学生分别观察红色、紫色等不同颜色的单色光的干涉图样，比较不同色光干涉条纹宽度，与课本第59页彩图13.33对照，得出结论：红光干涉条纹间距大于紫光干涉条纹间距（注意其他条件相同，进行实验）。对于同种色光，改变双缝间距d，得出结论：双缝间距d越小，条纹间距越大。观察线状白炽灯的干涉条纹，与课本60页图彩图对比，得出结论：白光的干涉条纹是彩色的。） 三.测定单色光的波长（教师指导学生按步骤进行测量，也可引导学生先设计好步骤，分析研究后再进行，教师可将实验步骤投影）步骤：（1）安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹；（2）使分划板中心刻线对齐某条（记为第1条）亮条纹的中央，记下手轮上的读数a1，转动手轮，使分划板中心刻线移动，当中心刻线与第n条亮纹中央对齐，记下移动的条纹数n和移动后手轮的读数a2，则相邻两条纹间的距离。（3）用刻度尺测量双缝到光屏间距离L；（4）用游标卡尺测量双缝间距d（这一步也可省去，d在双缝玻璃上已标出）；（5）重复测量、计算，求出波长的平均值；（6）换用不同滤光片，重复实验。说明：实验过程中教师要注意指导（1）双缝干涉仪是比较精密的实验仪器，实验前教师要指导学生轻拿轻放，不要随便拆分遮光筒，测量头等元件，学生若有探索的兴趣应在教师指导下进行。（2）滤光片、单缝、双缝、目镜等会粘附灰尘，要指导学生用擦镜纸轻轻擦拭，不用其他物品擦拭或口吹气除尘。（3）指导安装时，要求学生注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行且竖直，引导学生分析理由。（4）光源使用线状长丝灯泡，调节时使之与单缝平行且靠近。（5）实验中会出现像屏上的光很弱的情况.主要是灯丝、单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴线所致；干涉条纹的清晰与否与单缝和双缝是否平行很有关系.因此（3）（4）两步要求应在学生实验中引导他们分析，培养分析问题的能力。（6）实验过程中学生还会遇到各种类似“故障”，教师要鼓励他们分析查找原因。（三）课堂总结、点评通过今天的学习，我们掌握了干涉条纹的间距与光的波长之间的定量关系，即x=，并利用上式测量了光的波长。该实验为我们提供了一种用宏观量测量微观量的方法。（四）课余作业完成P60“问题与练习”的题目。附：课后训练1.在做双缝干涉实验时，用普通的白光做光源，若在双缝处把一缝用红色玻璃挡住，另一缝用绿色玻璃挡住，则屏上会出现 （ ）A红色干涉条纹 B绿色干涉条纹 C红绿相间的干涉条纹 D无干涉条纹，但有亮光 答案：D2.在杨氏双缝干涉实验中，保持双缝到屏的距离不变，调节双缝间距离，当距离增大时，干涉条纹距离将变_，当距离减小时，干涉条纹间距将变_.答案：小，大 3.用单色光做双缝干涉实验时，测得双缝间距离为0.4 mm，双缝到屏的距离为1 m，干涉条纹间距为1.5 mm，求所用光波的波长。答案：610-7 m4.光纤通信是70年代以后发展起来的新兴技术，世界上许多国家都在积极研究和发展这种技术。发射导弹时，可在导弹后面连一根细如蛛丝的光纤，就像放风筝一样，这种纤细的光纤在导弹和发射装置之间，起着双向传输信号的作用，光纤制导的下行光信号是镓铝砷激光器发出的在纤芯中波长为0.85 m的单色光。而上行光信号是铟镓砷磷发光二极管发射的在纤芯中波长为1.06 m的单色光，这样操纵系统通过这根光纤向导弹发出控制指令，导弹就如同长“眼睛”一样盯住目标。根据以上信息，回答下列问题：（1）在光纤制导中，上行光信号在真空中波长是多少？（2）为什么上行光信号和下行光信号要采用两种不同频率的光？（已知光纤纤芯的折射率为1.47）答案：（1）157 m，（2）如果上行光信号和下行光信号频率相同，会发生干涉现象。相互间产生干扰。5.在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏幕上观察到了彩色干涉条纹。若在双缝中的一缝前放一红色滤光片（只能透过红光），另一缝前放一绿色滤光片（只能透过绿光），这时（ ）A.只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其他颜色的双缝干涉条纹消失B.红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其他颜色的双缝干涉条纹依然存在C.任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但在屏上仍有光亮D.屏上无任何光亮解析：题目中给出的条件是：以白光为光源时，在屏幕上得到了彩色的干涉条纹。若在双缝中的一缝前放一红色滤光片（只能透过红光），另一缝前放一绿色滤光片（只能透过绿光），那么，从双缝射出的则是频率不同的红色光和绿色光，所以不可能产生干涉条纹，故A、D错；而其他颜色的光不可能透过滤光片，故B亦错.虽然不能产生干涉条纹，但仍有光照在屏上，故C对。答案：C6.用单色光做双缝干涉实验，下列说法正确的是（ ）A.相邻干涉条纹之间距离相等 B.中央明条纹宽度是两边明纹宽度的两倍C.屏与双缝之间距离减小，则屏上条纹间的距离增大D.在实验装置不变的情况下，红光的条纹间距小于蓝光的条纹间距解析：因为双缝干涉的条纹宽x=，可见条纹宽应是相等的，A正确，BC错，又因为红蓝，所以x红x蓝，故D错.答案：A7.如图所示，用波长为的单色光做双缝干涉实验时，设两个狭缝S1、S2到屏上某点P的路程差为d，则A.距O点最近的一条暗纹必是d=/2B.对屏上某点d=n/2（n为正整数）时，出现暗纹C.距O点越远的点d越长，就越容易出现暗条纹D.用各色光在同一条件下实验，波长越短的色光条纹间距越小解析：当路程差d=n时出现亮条纹，路程差d=（2n1）/2时出现暗条纹，可见，当n=0时，d=/2，所以A正确。由x=l/d（式中d为两狭缝间的距离）得，频率越大的色光，其波长越短，干涉条纹之间的距离越小，故D正确。答案：AD8.在利用双缝干涉测定光波波长时，首先调节_和_的中心均位于遮光筒的中心轴线上，并使单缝和双缝竖直并且互相平行.当屏上出现了干涉图样后，用测量头上的游标卡尺测出n条明纹间距离a，则两条相邻明条纹间的距离x=_，双缝到毛玻璃屏的距离L用_测量，用公式_可以测出单色光的波长。答案：光源、滤光片、单缝、双缝，毫米刻度尺x=9.用红光做光的干涉实验时，已知双缝间的距离为0.210-3 m，测得双缝到屏的距离为0.700 m，分划板中心刻线对齐第一级亮条纹中央时手轮读数为0.20010-3 m，第四级亮条纹所在位置为7.47010-3 m，求红光的波长.若改用蓝光做实验，其他条件不变，则干涉条纹宽度如何变化？答案：6.92210-7 m，变窄第四节 光的颜色 色散【教学目标】知识与技能：1.知道不同颜色的光，波长不同。2.知道什么是色散，了解什么是光谱。3.通过实验初步认识薄膜干涉现象，了解其应用。4.知道光线通过棱镜时的光路，认识折射时的色散现象。5.知道不同色光在同一介质中传播速度不同；知道同一介质对红光的折射率最小，对紫光的折射率最大。过程与方法：经历不同物理过程中光的色散现象的探究过程，了解色散在生活中的应用。情感、态度与价值观：通过自然界中的光现象虹霓的教学及色散现象的教学激发学生对大自然的热爱以及对自然之谜的求知欲望。【教学重难点】重点：1.薄膜干涉的成因，干涉时的色散。2.棱镜对光线的作用，折射时的色散。难点：薄膜干涉的成因，干涉时的色散。【教学方法】复习提问，理论分析，实验探究，多媒体辅助教学【教学用具】多媒体电脑及投影装置，酒精灯一盏，金属圈一个，大烧杯一个，适量肥皂液（或洗衣粉液），少量食盐，牛顿环，凸透镜，三棱镜若干。【教学过程】（一）引入新课教师：在双缝干涉现象中，明暗条纹出现的位置有何规律？学生：当屏上某点到两个狭缝的路程差=2n，n=0、1、2时，出现明纹；当=（2n+1） ，n=0、1、2时，出现暗纹。教师：干涉条纹的间距与光的波长之间有何定量关系？学生：x=教师：上节课我们利用上式测量了光的波长，并观察了各种色光的干涉图样。这节课我们就来学习有关光的颜色和色散的知识。（二）进行新课一.光的颜色 色散教师：上节课我们观察了各种色光的干涉图样，用红光做实验，条纹间距最大，用紫光做实验，条纹间距最小，光的颜色不同，条纹间距不同，又因为干涉条纹的间距与光的波长成正比，我们可以得出什么结论？学生：不同颜色的光，波长不同。教师：大家还记得我们在用白光照射双缝时得到的干涉图样是怎样的？学生：彩色的条文。教师：（投影白光的双缝干涉条纹）怎样解释这种现象呢？（学生积极讨论，气氛热烈，从讨论中基本能掌握了原因）学生：不同色光波长不同，条纹宽度不同，红光条纹最宽；紫光条纹最窄，所以出现上面现象。教师：解释得好。白光干涉图样也说明白光是由多种色光组成的，在发生干涉时白光被分解了。含有多种颜色的光被分解为单色光的现象，称为光的色散。教师：含有多种颜色的光被分解后，各种色光按照波长的长短依次排列成彩色光带，就是光谱。投影课本61页表1和太阳的光谱。教师：在各种色光中，波长最长的是什么光？波长最短的是什么光？学生：波长最长的是红光，波长最短的是紫光。教师：频率最小的是什么光？频率最大的是什么光？学生：频率最小的是红光，频率最大的是紫光。教师：除双缝干涉实验外，还有一种干涉现象能够观察到光的色散。这就是薄膜干涉。二.薄膜干涉中的色散教师演示：点燃酒精灯，在火焰中洒些氯化钠，使火焰发生黄光.把圆环竖直地插入肥皂溶液中，慢慢向上提起形成薄膜，竖直放好，将大烧杯罩住圆环，减小蒸发，以延长演示时间，便于全体观察。将酒精灯移到膜前，调整好位置，在酒精灯同侧观察到肥皂膜上呈现明暗相间的干涉条纹。教师：怎样解释这一现象呢？请大家思考下面几个问题：投影图2012及以下问题肥皂膜有几个面可以反射灯焰的光？这些面反射回来的光有没有路程差，如有，它们有什么特点？这些反射光是不是相干光？学生1：膜前后两表面均可反射光。学生2：因为肥皂膜厚度不同，所以不同位置处的反射光路程差不同，有的地方可能是半波长的奇数倍，有的地方可能是半波长的偶数倍。学生3：两表面的反射光线来源于同一光线，振动情况一定相同，是相干光。教师：三位同学回答得非常好，大家能弄清薄膜干涉的原因吗？学生：能。教师：好，请大家把自己的想法与课本61页最后一段的分析比较一下。（学生阅读、理解。教师准备演示牛顿环实验）教师：大家分析得很好，我再加一个实验，奖励大家。（演示牛顿环实验，直接投影在白色墙上，墙上出现了牛顿环反射光干涉形成的一组明暗相间的同心圆，将屏移到环的另一侧，这里可将装置调整，同样可以观察到与反射干涉条纹互补的一组同心明暗相间的圆环）教师：感兴趣的同学课后抽时间自己来实验，深入研究它，同学们也能给我找点例子吗？（学生讨论，思考）学生：水面上的油膜好像也能反射光线，形成明暗相间的条纹。教师：好，同学们课后去认真观察一下，看来干涉现象在我们生活中是见过的，我们真是“视而不见”，“相逢未必曾相识”，生活中有许多现象，看似很普通寻常，却常常蕴含着很深的科学道理，同学们要多观察、多思考、多探究。教师：课本62页给大家介绍了一个干涉现象在技术上的应用实例，我们一起来看看。学生阅读62页“科学漫步”用等倾法检查平整度。并思考文后的问题。投影下图引导学生分析教师：有兴趣的同学可以在我们所掌握的知识基础上进行更进一步的探究。我这里为大家提供两个课题，大家可以到图书馆或上网查阅相关资料，然后确立课题进行研究。（1）照相机、摄像机的镜头大多是淡紫色的，为什么？（2）全息照相是怎么回事？三.折射时的色散教师出示若干个棱镜（大约十几个）给学生传着看，让学生知道什么是棱镜。（讲解棱镜对光线的作用）a.在黑板上画出棱镜的截面如图，让一个学生到黑板上画出光线从空气入射到AC面时的折射光和从棱镜进入空气时在AB面上的折射情况。b.用氦氖激光器发出的红光做光源，实验演示验证一下同学画的对不对。c.归纳结论光在棱镜的两个侧面发生折射时，每次折射都使光线向棱镜的底面偏折。d.让学生猜想出入射光的偏折程度可能与哪些因素有关。学生：与折射率有关。e.入射光方向不变，若折射率比原来大，再让一位学生画出此时光线的两次偏折情况。得出折射率越大，偏折越大的结论。教师：刚才我们是用红光做的实验。如果让一束白光通过棱镜你能想象出将是什么样的吗？学生1：还是白色。（其他学生犹豫）教师：猜的不是完全没有道理。因为刚才红光折射后出来时还是红光嘛。但还是让我们用实验来验证一下，这样心里才踏实对不对？（1）实验演示白光通过三棱镜后的色散现象。（2）再让学生用发给他们的棱镜对着太阳光转动。可在教室墙壁上看到鲜艳的彩色光带。教师：通过棱镜后，偏折程度最小的是什么光？学生：红光。教师：偏折程度最大的是什么光？学生：紫光。教师：实验说明了什么道理？学生：同种介质对波长不同的光，折射率不同。波长越小，折射率越大。教师：大家还记得折射率与波速的关系吗？学生：教师：从公式能够得出结论：在同一种介质中，不同波长的光波的传播速度不同，波长越短，波速越慢。（三）课堂总结、点评今天我们学习了光的颜色和光的色散。观察了薄膜干涉中的色散和光通过棱镜折射时的色散。同种介质对波长不同的光，折射率不同。波长越小，折射率越大。在同一种介质中，不同波长的光波的传播速度不同，波长越短，波速越慢。这些都大大丰富了我们对光的认识。（四）课余作业完成P64“问题与练习”的题目。附：课后训练1.以下属于薄膜干涉现象的是 （ ）A雨后美丽的彩虹B阳光下肥皂膜上的彩色条纹C阳光下水面上油膜的彩色条纹D阳光通过三棱镜后得到的彩色条纹 答案：BC2.如图所示是用干涉法检查某块厚玻璃板的上表面是否平整的装置，检查中所观察到的干涉条纹是由下列哪两个表面的反射光叠加而成的（ ）A.a的上表面，b的下表面B.a的上表面，b的上表面C.a的下表面，b的上表面D.a的下表面，b的下表面 答案：C 3.如图所示，一束白光从左侧射入肥皂薄膜，下列说法中正确的是（ ）A.从右侧向左看，可看到彩色条纹B.从左侧向右看，可看到彩色条纹C.彩色条纹水平排列D.彩色条纹竖直排列 答案：BC 5.图中表示一束白光通过三棱镜的光路图，其中正确的是 （ ）答案：D6.在白光通过玻璃棱镜发生色散的现象中，下列说法正确的是（ ）A.红光的偏折角最大 B.白光为复色光，不同色光在玻璃中传播速度相同C.紫光的偏折角最大，因为紫光在玻璃中的折射率最大 D.红光在玻璃中的传播速度比其他色光小 答案：C7如图所示，两束平行的红光和紫光，相距为d，斜射到玻璃砖上，当它们从玻璃砖的下面射出时 （ ）A.两条出射光线仍平行，距离可能大于dB.两条出射光线仍平行，距离可能小于dC.两条出射光线仍平行，距离可能为零D.两条出射光线将不再平行 答案：ABC8如图所示，两束单色光a、b自空气射向玻璃，经折射后形成复合光束c，则下列说法中正确的是 （ ）A.a光在真空中的传播速度比b光在真空中的传播速度大B.a光在玻璃中的传播速度比b光在玻璃中的传播速度小C.玻璃对a光的折射率比玻璃对b光的折射率大D.a光的波长比b光的长 答案：D9.用白光做杨氏双缝干涉实验，在屏上呈现明暗相间的彩色条纹，其中（ ）A.正中央的亮纹是白色的 B.离中央亮纹最近的一条彩色条纹是红色的C.离中央亮纹最近的一条彩色条纹是紫色的 D.中央亮纹是红色的解析：由于白光是由七种颜色的光合成的，而每种光经过双缝干涉后在中央都是亮条纹，这些条纹又重合在一起，复合成白光，故A对D错。由于各种色光的波长不同，红光最大，紫光最小，红光形成的条纹间距最大，紫光形成的条纹间距最小，故B错C对。答案：AC第五节 光的衍射【教学目标】知识与技能：1.通过实验观察，让学生认识光的衍射现象，知道发生明显的光的衍射现象的条件，从而对光的波动性有进一步的认识。2.通过学习知道“光沿直线传播”是一种近似规律。过程与方法：1.通过讨论和对单缝衍射装置的观察，理解衍射条件的设计思想。2.在认真观察课堂演示实验和课外自己动手观察衍射现象的基础上，培养学生比较推理能力和抽象思维能力。情感、态度与价值观：通过“泊松亮斑”等科学小故事的学习，培养学生坚定的自信心、踏实勤奋的工作态度和科学研究品德。【教学重难点】重点：单缝衍射实验的观察以及产生明显衍射现象的条件。难点：衍射条纹成因的初步说明。【教学方法】1.通过机械波衍射现象类比推理，提出光的衍射实验观察设想。2.通过观察分析实验，归纳出产生明显衍射现象的条件以及衍射是光的波动性的表现。3.通过对比认识衍射条纹的特点及变化，加深对衍射图象的了解。【教学用具】JGQ型氦氖激光器25台，衍射单缝（可调缝宽度），光屏、光栅衍射小圆孔板，两支铅笔（学生自备），日光灯（教室内一般都有），直径5 mm的自行车轴承用小钢珠，被磁化的钢针（吸小钢珠用），投影仪（本节课在光学实验室进行）【教学过程】（一）引入新课复习水波的衍射投影水波衍射图片（如图1、图2所示）图1图2教师：请大家看这几幅图片，回忆一下相关内容，回答下面两个问题：1.什么是波的衍射？2.图2中哪一幅衍射现象最明显？说明原因。学生1：（议论后，一人发言）波能绕过障碍物的现象叫波的衍射.图2中丙图衍射最明显，因为这里的孔宽度最小。教师：前一个问题回答得很好，后一个问题有没有同学还有其他看法？学生2：我认为丙图中孔的尺寸虽然是最小，但不一定就是发生明显衍射现象的原因，我们应该用它跟波长比。教师：很好，大家一起来说说发生明显衍射现象的条件是什么？学生一起总结：障碍物或孔的尺寸比波长小或者跟波长相差不多。教师：光也是一种波，也能够发生衍射。这节课我们来认识光的衍射。（二）进行新课一.光的衍射教师：通过前面对光的干涉的学习，我们知道光是具有波动性的，光既然是一种波，那么在传播过程中也应该具有衍射的现象，大家有没有见过光的衍射现象呢？能举出例子吗？（学生讨论后，一致认为，光波也应有衍射本领，但无法举出例子）教师：根据我们刚才复习的明显衍射现象的条件，大家说说看，为什么平时我们不易观察到光的衍射？学生：可能是因为光波波长很短，而平常我们遇到的障碍物或孔的尺寸比较大，所以不易观察到光的衍射现象.教师：很有道理，大家来想想办法解决这一问题.（学生讨论，设计出多种实验观察方案，绝大部分着眼于发生明显衍射现象的条件，教师加以肯定鼓励）实验观察安排学生根据上面的设想，自制单缝和小孔.1.用单缝观察日光灯光源.2.用小孔观察单色点光源.教师：请大家认真观察，然后告诉我你看到的现象.（学生回答基本上有两类现象，一是观察到了单一的一条亮线或一个圆形亮点，二是观察到比较模糊的明暗相间的线状或环状条纹）教师：大家做得很认真，有几位同学已成功地观察到了光的衍射现象，现在我们再用更好的装置来一起观察一下光的衍射现象.教师演示在不透明的屏上装有一个宽度可以调节的单缝，用氦氖激光器照射单缝，在缝后适当距离处放一光屏，如图所示.调节单缝宽度演示，得出下列结果.缝宽较宽较窄很窄极窄关闭屏上现象一条较宽亮线一条较窄亮线亮线变宽、变暗并出现明暗相间条纹明暗条纹清晰、细小条纹消失教师：请大家将我们的实验结果与课本插图的几幅照片比较，总结一下光要发生明显的衍射应满足什么条件.学生：当狭缝的宽度比波长小或跟波长差不多时，光偏离了直线传播方向，发生了明显的衍射.（点评：通过实验探究，获取必要的感性认识。为以后从理论上认识光的衍射奠定基础。）教师：大家通过实验观察到，光在传播过程中能离开直线绕过障碍物到达阴影里去，这一现象叫做光的衍射现象.衍射时产生的明暗条纹叫做衍射图样.其实，不仅单缝，还有圆孔，多条平行狭缝以及各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射.同机械波的衍射一样，光发生明显衍射现象的条件是：障碍物或孔的尺寸可以跟光的波长相比，甚至比光的波长还小.教师：下面我们再来观察一下圆孔和光栅的衍射现象.（教师演示，将单缝分别换成圆孔和光栅，可以在屏上观察到清楚的明暗相间的圆环和清晰的明暗相间的条纹.)教师：同学们已经注意到，在衍射现象中，常有一些亮线和暗线，据此大家来猜猜原因.学生：在干涉现象中我们也观察到明暗相间的条纹，我想这里的道理应该跟在干涉现象中差不多.教师：猜想有道理.其实在光的衍射现象中，来自单缝或圆孔上不同位置的光，到光屏处的路程差满足一定的特点，叠加时加强或减弱，形成明暗相间的条纹，这确实跟光的干涉原理是相似的，大家再考虑一下，如果用白光做衍射实验，条纹会怎样呢？学生：条纹应该是彩色的，因为不同色光波长不同,在叠加时形成条纹位置也不一样，叠合时形成彩色.教师：回答得非常好，大家明白了吗？学生：明白.(教师指导学生用两支铅笔并拢观察日光灯衍射条纹)教师：光的衍射现象表明，我们平时说的“光沿直线传播”只是一种特殊情况。在障碍物的尺寸比波长大得多的情况下，光的传播是沿直线，当障碍物的尺寸可以与光的波长相比拟时，光的衍射现象就十分显著，这时就不能说光沿直线传播了。教师：在光的衍射现象中，历史上有过一个“泊松亮斑”的故事，请大家来阅读课本66页“科学足迹”栏目中的短文泊松亮斑.教师：大家想不想看看这个亮斑？学生：想.