光的干涉(说课).doc

光的干涉（说课）桐乡市高级中学 郭槐亮 邮编 314500一、 教学内容：1、本节内容包涵的知识点及它们在整个高中物理教学中的地位和作用。包括的知识点主要有：（1）杨氏实验及光的干涉现象的发现；（2）产生光的干涉的条件相干条件（初步）；（3）薄膜干涉及在技术上的应用。本节从历史上最早在实验室中做出证明光具有被动性的实验杨氏双孔（包括双缝）实验为切入点，论述了光具有波动性，即光是一种波。关于波的干涉现象及条件，在高一物理的机械波一章中已有所介绍，但是光波的干涉在实际生活中较少看到，究其原因在于光的干涉条件的苛刻，这是由于原子发光只发生在有限的t内所决定的，光波都是由波列组成，各段不同的波列之间无固定的位相关系。限于高中学生的知识和能力的限制，教材并没有详细论述光的相干条件，特别是在新教材中，只是说明了杨氏干涉实验中单缝和双缝的作用就是为了得到“两个振动情况总是相同的波源”。而在机械波的干涉中，教材同样只指出了发生波的干涉的条件是：“频率相同的两列波叠加。”本人认为：本节课的中心是要让学生了解光是一种波，而干涉和衍射是波所特有的现象，教材通过介绍杨氏实验，目的是为了让学生感受和确立光是一种波。至于相干条件的介绍，可以因班级的水平现状决定，对于将参加理科高考的学生，可以也应该简略地向学生介绍光的相干条件。即：频率相同的两列光波在相遇点有相同的振动方向和固定的位相差；两光波在相遇点所产生的振动的振幅相差不悬殊；两光波在相遇点所产生的路程差不能太大（即不超过相干长度）。对于第三条可向学生作简单介绍并说明：在学习了原子发光原理后，同学们将会更加了解这一点。这样做不仅有利于学生了解为什么光的干涉实验这么难做（在惠更斯提出光是一种波后经过了一个多世纪才做出干涉实验），而且也有利于学生开阔视野，为以后的进一步学习打下基础。对于单色光干涉条纹的原理分析，按照新教材的内容，作了明、暗条纹位置的定性或者更确切地说是半定量的分析，但不给出定量的公式，并且新教材比原有教材更加简洁，更容易理解。我认为，对于参加理科高考的学生来说，既然已经作了这么详细的分析，倒不如再进一步，分析和给出定量公式：亮纹位置满足x=(k取0，1，2，3，)；暗纹位置满足取1，2，3，)。一方面，公式的推导并不难（在作了小量近似以后，只是利用相似三角形对应边成比例的性质），学生是完全可以接受的。另一方面，有了公式，可以使学生定量了解条纹宽度随波长、双缝间距、缝屏间距的变化。那么，教材为什么这么详细分析干涉的原理，但却舍去了公式，是因为课时紧张吗？我认为不是的，公式的推导与分析结合在一起讲，是不会增加多少时间的。在这里，我的理解是：一方面，原理是非讲不可的，否则学生就会知其然而不知所以然，另一方面，公式本身推导并不难，可一旦涉及应用就难了，教材不给公式，就避免了教师在这方面无限地扩展和加深。等厚干涉在技术上的应用，新教材只是重点介绍了薄膜干涉及干涉法在检查平面的平整程度上的应用，而增透膜不再涉及。我认为，教材这么取舍是有其道理的，第一，干涉法检查平面的平整度是光的干涉在技术上的最典型的应用，且干涉图样与刚学的杨氏双缝干涉图样相似，原理上也较适合高中生的理解。第二，薄膜干涉在原理上可以涵盖解释肥皂泡或油膜的彩色等常见的一些干涉现象，较具有典型性。第三，原人教版的第二个应用增透膜，尽管也是一个较典型的干涉原理在技术上的应用，但其一，增透膜的整个平面相当于是一个暗条纹，这与学生刚学的干涉条纹的模型有一定的差异，会带来理解上的困难；其二，“减弱了反射相当于增加了透射”，这对高中学生来说无疑是没法理解的，只有在学习了量子力学，了解了几率的概念后才会明白，光子反射的几率小，透射的几率就增加了。所以，新教材选择重点突破，以点带面的方法，较至以前是大有改进。2、知识内容所涉及的学生能力和思想方法从杨氏实验得到相干光源的巧妙构思，对学生今后解决学习或研究中遇到的困难会有启迪思维的样板效应，托马斯杨在做光的干涉实验时，并没有了解原子发光的原理，他只是想到了两束颜色、强度等一样的光在空间相遇时看不到干涉现象，可能是这两束光还不是完全一样，还有未知的不相同的因素存在，而如果把一束光分成两束，这两束光一定是完全相同的。薄膜干涉在技术上的应用更是把科学思维延伸到更高的应用层次，通过学习，要让学生感受物理原理和规律是可以应用于实际的，每一项新的发现都要致力于应用，只有这样，人类的科学和技术才能完美地结合在一起，社会才会不断进步，所以在学习上要培养学生学以致用的精神，知识只有服务于社会才会取得效益，目前在全国正在轰轰烈烈地开展的研究性学习的探索，就是为了克服以前学生的学习从书本到书本的旧框框，走理论联系实际的道路。另外，本节前所设的绪论，简略地叙述了对光的本性认识的艰难曲折的旅程，通过这部分内容的学习，可以使学生了解：科学和真理不是一蹴而就的，是经历了不断反复，螺旋上升，不断地从相对真理趋向于绝对真理。绪论的学习不仅可以让学生了解科学探索的艰辛，更可以让学生初步建立马克思的辩证唯物主义哲学观。3、教材的重点、难点及确定的依据本节课的重点有：（1）杨氏双缝干涉装置及原理；（2）薄膜干涉原理及在技术上的应用干涉法检查平面的平整程度。确定重点的依据为：（1）杨氏实验不仅是光的干涉中最具典型的经典实验，而且原理也最简洁，本节教材本身就是围绕杨氏实验来展开的，杨氏实验的成功，使光的波动理论得到了确立；（2）如果说在机械波中的水波的干涉图样，学生还不能完全理解振动加强和振动减弱的物理含义的话，那么在光波中当干涉条纹以明、暗相间的形式展现在学生面前时，学生就会豁然开朗，理解也会进入到更高的层次；（3）薄膜干涉是解释其它干涉现象的基础，理解了薄膜干涉的原理，不仅能解释生活中看到的一些干涉现象，也为今后学习牛顿环、迈克耳孙干涉仪等打下了基础，有利于学生更深入的学习。本节课的难点有：（1）干涉条纹的位置分布原理；（2）薄膜干涉条纹的原理。确定难点的依据为：（1）水波的干涉图样是一个难点，而在杨氏双缝干涉图样中，不仅仅要知道相干光波在空间的叠加情况，也要掌握在屏上的叠加情况，学生尽管在数学中已学习了立体几何，对空间有了一定的认识，但在干涉图样上还存在空间和平面的切换，需要有一定水平的空间想象力；（2）对于薄膜干涉的原理分析，由于光源变成了不行面光源，要求用微元法分析各个位置的光路情况。二、 教学目标1、知识目标：通过光的干涉现象了解光是一种波；能利用光的叠加原理结合路程差的分析，理解单色光下的杨氏双缝干涉产生明、暗相间条纹的原理，并在此基础上进一步了解白光（复色光）的干涉情况；了解光的干涉在干涉法检查平面平整度上的应用。2、能力目标：利用杨氏双缝干涉的实验装置，培养学生在解决实际问题时，寻找突破口，构建设计策略和方法的思路。通过干涉条纹位置的分析讲解，培养学生掌握科学的分析方法。3、情感目标:通过简介微粒说和波动说的发展史，培养学生实事求是、严谨求实的科学态度和实践是检验真理的唯一标准的马克思主义哲学观。4、达到教学目标的有利条件和不利因素:有利的教学条件：学生在高一已学习了水波的干涉，初步具备了波的叠加和干涉知识，而且高二学生在理解力上较高一已有提高，肥皂液膜的薄膜干涉操作简单，现象明显（可多发几组让学生自己动手做），肥皂泡的彩色条纹现象，极大多数学生小时看到过，且印象深刻，作为新课的导入，较能吸引学生的兴趣。这堂课总的说来，新鲜现象多，实验精彩，有利于激发和维持学生的学习兴趣和热情。不利因素：普通光源的杨氏双缝干涉实验只能在暗室内做，且只能一个个地观察，无法在课堂实时演示；干涉现象的分析需要有一定的空间想象能力，而且干涉图样是明、暗相间的条纹对学生来说有些超出想象的范围。改变不利因素的方法：杨氏双缝干涉图样在课堂上可让学生参看书中的所附彩图，还可在课堂上用激光照射方法演示氦氖激光束的干涉，让学生有初步印象，课后再让学生上实验室观察单色和复色光的干涉图样；干涉条纹在分析前先出示水波干涉图样教学挂图复习和引申。三、 教学方法：1、 教学方法的选择及依据教学方法的选择应从教学内容、学生实际、学校的教学状况及有利于学生素质的培养等角度考虑。本课时的特点是现象新颖，学生平时感知少，完整的理论分析难度较深，但学生已进入高二的学习，各方面的能力已有所提高，所以在教法上应采用多展示做实验（包括演示和分组）、看照片、看挂图，让学生亲身体验和感受光的干涉现象；同时，要精心设计讲解过程，选择讲解的难度和深度，按照所教班级的知识和能力现状，讲解的深度不能超出学生的可承受程度。在学生分组做肥皂薄膜干涉及看书和看图时，教师要巡回指导，一方面可纠正学生在自学时出现的错误（比如：在观察薄膜干涉时应该看反射光而不是透射光），另一方面也可加强师生交往、培养和提高学生的实验技能。2、 充分体现学生的主体地位和教师的主导作用本节课有两个地方需要教师重点讲解：一是单色光在杨氏双缝干涉中明、暗相间条纹的形成原理；二是薄膜干涉的原理。干涉条纹的原理分析，可以让学生先看书，自己琢磨，然后教师再讲解。课本上所附的彩色干涉图样图，让学生自己观看并仔细进行比较（教师巡回全场现场解答），薄膜干涉让学生自己动手做，有条件的话，还可以把牛顿环发给学生，让学生调整和观看，甚至也可以让学生吹吹肥皂泡，这些活动，不仅可体现学生的主体作用和引导学生的主动学习，而且可活跃课堂，激发学生的求知欲望。教师的主导作用，体现在适时的巡回点拨，也体现在干涉条纹原理分析和薄膜干涉原理分析的讲解环节中。四、 教学过程1、 课前导学布置学生预习本章绪论及第一节内容，设置预习问题。可提出以下一些问题：（1）对光的本性问题的认识，人类经历了一个怎样的过程？（2）什么是光的干涉现象？（3）你能读懂书中对杨氏双缝干涉原理的分析吗？（4）光的干涉现象在技术上的应用意义何在？2、 课堂教学（1） 新课的引入可在归纳已学的光的现象的基础上，演示吹肥皂泡并提问：你能用已学的光学知识解释为什么吹出的肥皂泡过一会儿后会看到许多彩色条纹吗？指出：这一现象的原理涉及到我们今天要学习的光的一种现象干涉。然后介绍杨氏双缝干涉装置，进入新课主题。（2） 主要的施教线索介绍杨氏双缝干涉现象后，要复习机械波的叠加原理、干涉条件和波的干涉的结果，再次展示水波干涉图样挂图并复习机械波的干涉原理。在光波与水波干涉比较的基础上展开光的干涉原理分析。讨论条纹间距与光波波长的关系（这里可以进行探索性的学习）引入波长和频率的关系C =并探讨光的颜色是由什么决定的；当光从真空进入折射率为n的介质中时，和怎么变化，探讨出=,规律，在此基础上讨论干涉装置从空气移入水中时，条纹间距将怎样变化。介绍光的干涉在技术上的应用。3、巩固和反馈（1） 杨氏双缝干涉可设计一些有关该实验的现象和原理的一些小问题。这些问题可从以下一些思路着手：杨氏双缝干涉实验装置中单缝和双缝的作用及滤光片的作用；改变双缝间距，双缝到屏的距离，条纹宽度如何变化；不同色光（即波长不同）对条纹宽度的影响。（2）薄膜