高二物理选修34第十三章：第3节：光的干涉

1、.第十三章 光 光具有波粒二象性。光电效应现象说明波有粒子性；光的干预、衍射和偏振现象说明光具有波动性，光波是横波。麦克斯韦电磁场理论说明光是一种电磁波，赫兹用实验证实了光确实是一种电磁波。激光是一种人造光源，具有很多特性，在科学研究和工农业消费中有广泛的应用。3 光的干预教学目的一、知识目的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.通常学习知道“几何光学中所说的光沿直线传播是一种近似规律.二、才能目的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根底上，培

2、养学生比较推理才能和抽象思维才能.三、德育目的通过“泊松亮斑等科学小故事的学习，培养学生坚决的自信心、踏实勤奋的工作态度和科学研究品德.教学重点单缝衍射实验和圆孔衍射实验的观察以及产生明显衍射现象的条件.教学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.通过比照认识衍射条纹的特点及变化，加深对衍射图象的理解.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

3、钢针吸小钢珠用，投影仪本节课在光学实验室进展.课时安排：1课时 1.实验：双缝干预1装置：双缝、激光器、光屏2现象：屏上形成亮暗相间的条纹；条纹之间的间隔 相等，亮度一样实际上由于衍射而不同。这就是光的干预现象，今天我们来学习第一节：光的干预。第1课时：双缝干预新课教学：一、双缝干预1.什么是双缝干预：平行的单色光照射到相距很近的双狭缝上，在狭缝后的光屏上出现亮暗相间条纹的现象叫做双缝干预现象。问题：在什么样的条件下才能在屏幕上形成亮暗相间的条纹呢？根据波的叠加原理，可知：在同一种介质中传播的两列波，当两个波源的频率一样，振动状态完全一样或有恒定的相位差时，就会出现干预现象。2.形成光波干预的

4、条件1两个光源的频率一样；2两个光源的振动状态完全一样或有恒定的相位差。如下图的双缝干预装置中，满足上述条件吗？为什么？分析：一束激光被分成两束相当于两个波源，激光束的颜色没有发生变化，说明两个波源的频率一定一样；两条狭缝间隔 光源的间隔 相等，所以两个狭缝处波的振动状态一样。由此可见，通过双缝形成的两个波源就是相干光源。问题：为什么在光屏上会形成亮暗相间的条纹呢？如图，根据机械波的干预理论可知，亮条纹出现的位置一定是波峰与波峰，或者波谷与波谷相遇的位置。我们可以肯定的说，P点就是亮条纹出现的位置，图中P点距S1、S2间隔 相等，路程差：r=S1P-S2P=0应出现亮纹，中央亮条纹。不管波处于

5、哪种初态，P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。假如P1点也出现亮条纹，那么P1点距S1、S2间隔 应满足什么条件呢？r1=|S1P1-S2P1|=2×r2=|S1P2-S2P2|=2r3=|S1P3-S2P3|=3rn=|S1Pn-S2Pn|=n它们对应产生第2、3、4条明条纹，还有明条纹的地方吗？在P点下方，与P1、P2等关于P对称的点也应是明条纹。1形成亮条纹的条件：r=2n· n=0，1，2时，出现亮条纹。暗条纹出现的位置：根据波的叠加原理：在Q1点是波峰与波谷相遇，振动步调刚好相反。Q1点位置与两

6、波源路程差：r =|S1Q1-S2Q1|=r=|S1Q2-S2Q2|=,处，在P1P2、P2P3、等明纹之间有第2条暗纹Q2、第3条暗纹Q3，哪位同学能用上面的方法写个通式，归纳一下。2形成暗条纹的条件：r=2n+1 ,n=0、1、2时，出现暗纹。问题：条纹之间的间隔 与哪些因素有关呢？3. 条纹间距与哪些因素有关 1实验：改变两缝间距、改变缝屏之间的间隔 、改变光波的波长现象：两缝间距变小，条纹间距变大；缝屏间距变大，条纹间距变大；光波波长变大，条纹间距变大。结论：干预条纹之间的间隔 与两缝之间的间隔 、缝屏之间的间隔 、光波的波长有关系。有什么样的定量关系呢？下面我们就来定量研究这个问题。

7、2条纹间距与波长、双缝间距、缝屏之距之间的定量关系推导：设两缝S1、S2间间隔 为d，它们所在平面到屏面的间隔 为l，且，O是S1S2的中垂线与屏的交点，O到S1、S2间隔 相等。由图可知：S1P=r1，r12=l2+x-2r22=l2+x+2r22-r12=r2-r1r2+r1=2dx由于，且，所以r1+r22l，这样就好办了，r2-r1=r=xr=2n· n=0、1、2时，出现亮纹，即·x=2n·时出现亮纹，或写成x=第n条和第n-1条亮纹间间隔 x为多少呢？x=xn-xn-1=n-n-1，也就是x=·根据前面的实验结果及推导大家能判断红光和紫光哪一

8、个波长长吗？提出问题：大家能猜一猜用白光干预会出现什么现象吗？4.白光双缝干预现象：彩色条纹；中央为白条纹；中央条纹两侧彩色条纹对称排列；每条彩纹中红光总在外边缘，紫光在内缘。现象解释：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。大家还记得机械波波长、波速、频率三者之间的关系吗？v=f，光波也有这样的关系，不过各种色光在真空中的波速是一样的，我们用c表示，那么有：c=f，请大家比较一下七种色光的频率关系。红光频率最小，紫光频率最大。第2课时：薄膜干预复习提问：1. 形成干预亮条纹和暗条纹的条件是什么？2. 干预条纹之间的间隔 与哪些因素有关？有什么关系？引入：

9、实验：把圆环竖直地插入肥皂溶液中，渐渐向上提起形成薄膜，竖直放好，注意观察在肥皂膜外表出现的现象。现象：观察到肥皂膜上呈现明暗相间的干预条纹。提出问题：为什么会出现这种现象呢？本节课我们就来学习一种新的干预现象薄膜干预。二、薄膜干预原因分析：1肥皂膜的形状考虑：能反射光的外表有几个？这些面反射回来的光有没有光程差？在什么条件下，肥皂膜的外表会形成亮条纹？在什么条件下，在肥皂膜的外表会形成暗条纹呢？2形成薄膜干预条纹的原因1当肥皂膜的厚度，正好等于波长的整数倍时，经肥皂膜前后两个外表反射的两列光波叠加后，在肥皂膜的外表形成亮条纹。，2当肥皂膜的厚度，正好等于半波长的奇数倍时，经肥皂膜前后两个外表

10、反射的两列光波叠加后，在肥皂膜的外表形成暗条纹。，提出问题：什么薄膜干预？3什么是薄膜干预同一列光波照射到薄膜上，经薄膜前、后或上、下，或内外两个外表反射的两列光波在薄膜外表发生叠加，形成亮暗相间条纹的干预现象，叫做薄膜干预。转折：日常生活中，大家观察到过薄膜干预现象吗？水面上的油膜面呈现出彩色条纹就是薄膜干预现象。为什么呢？油膜上下两个外表反射光，形成两列光波，两列光波在油膜的外表发生叠加形成明暗相间的条纹。观察：牛顿环，发现亮暗相间的彩色圆环，这是薄膜干预现象吗？试分析原因。提出问题：照相机、摄像机的镜头大多是淡紫色的，为什么？4薄膜干预的应用课本、报刊杂志中的成语、名言警句等俯首皆是,但

11、学生写作文运用到文章中的甚少,即使运用也很难做到恰如其分。为什么?还是没有彻底“记死的缘故。要解决这个问题,方法很简单,每天花3-5分钟左右的时间记一条成语、一那么名言警句即可。可以写在后黑板的“积累专栏上每日一换,可以在每天课前的3分钟让学生轮流讲解,也可让学生个人搜集,每天往笔记本上抄写,老师定期检查等等。这样,一年就可记300多条成语、300多那么名言警句,日积月累,终究会成为一笔不小的财富。这些成语典故“贮藏在学生脑中,自然会出口成章,写作时便会随心所欲地“提取出来,使文章增色添辉。1增透膜：增透膜的厚度等于入射光波波长的，经膜的前后两面反射的光叠加后互相抵消，增强了透光性。我们还可以

12、利用薄膜干预检查精细零件外表是否平整。2检查精细零件的外表是否平整小结通过本节课的学习，我们掌握了以下知识：双缝干预实验现象：明暗相间的彩色条纹条纹特征：明晰、等间距、明暗相间亮条纹与暗条纹出现的条件：r=2n·n=0、1、2、3明纹；r=2n+1 n=0、1、2、3暗纹条纹间距与波长的关系：x=结论：光具有波动性，c=f实验：薄膜干预应用：检查平面平整程度本节优化训练设计：1.在做杨氏双缝干预实验时，把其中一缝挡住，那么 A.干预条纹与原来一样，只是亮度减半 B.在屏上出现一条与缝一样宽的亮条纹C.屏上模糊一片 D.出现和原来不一样的明暗相间条纹，但不是干预条纹2.在做双缝干预实验

13、时，用普通的白光做光源，假设在双缝处把一缝用红色玻璃挡住，另一缝用绿色玻璃挡住，那么屏上会出现 A.红色干预条纹 B.绿色干预条纹 C.红绿相间的干预条纹 D.无干预条纹，但有亮光3.图2014是用干预法检查某块厚玻璃板的上外表是否平整的装置，检查中所观察到的干预条纹是由以下哪两个外表的反射光叠加而成的 A.a的上外表，b的下外表B.a的上外表，b的上外表C.a的下外表，b的上外表 D.a的下外表，b的下外表4.在杨氏双缝干预实验中，保持双缝到屏的间隔 不变，调节双缝间间隔 ，当间隔 增大时，干预条纹间隔 将变_，当间隔 减小时，干预条纹间距将变_。宋以后，京师所设小学馆和武学堂中的老师称谓皆

14、称之为“教谕。至元明清之县学一律循之不变。明朝入选翰林院的进士之师称“教习。到清末，学堂兴起，各科老师仍沿用“教习一称。其实“教谕在明清时还有学官一意，即主管县一级的教育生员。而相应府和州掌管教育生员者那么谓“教授和“学正。“教授“学正和“教谕的副手一律称“训导。于民间，特别是汉代以后，对于在“校或“学中传授经学者也称为“经师。在一些特定的讲学场合，比方书院、皇室，也称老师为“院长、西席、讲席等。5.用单色光做双缝干预实验时，测得双缝间间隔 为0.4 mm，双缝到屏的间隔 为1 m，干预条纹间距为1.5 mm，求所用光波的波长。单靠“死记还不行,还得“活用,姑且称之为“先死后活吧。让学生把一周

15、看到或听到的新颖事记下来,摒弃那些假话套话空话,写出自己的真情实感,篇幅可长可短,并要求运用积累的成语、名言警句等,定期检查点评,选择优秀篇目在班里朗读或展出。这样,即稳固了所学的材料,又锻炼了学生的写作才能,同时还培养了学生的观察才能、思维才能等等,到达“一石多鸟的效果。6.用波长为4000埃的光做双缝干预实验，A点到狭缝S1、S2的路程差为1.8×10-6 m，那么A点是出现明条纹还是暗条纹？7.光纤通信是70年代以后开展起来的新兴技术，世界上许多国家都在积极研究和开展这种技术.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“眼睛一样盯住目的.根据以上信息，答复以下问题：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？光纤纤芯的折射率为1.47参考答案：1.D 2.D 3.C 4.小，大5.6×10-8 m 6.暗条纹宋以后，京师所设小学馆和武学堂中的老师称谓皆称之为“教谕。至元明清