光的干涉+教材分析+高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

第三节光的干涉一、教材分析

本节内容选自人教版高中《物理》选择性必修１第四章第３节“光的干涉”。教材中首通过肥皂膜、油膜上的彩色条纹的形成原因设疑，引出光的干涉，接着通过实验得出干涉图样，结合波的叠加原理分析得出明暗条纹间距的规律。随后用数学方法得出干涉条纹与光的波长之间的关系，最后介绍薄膜干涉的原理及应用。在此前已学习过的“机械波”一章中，明确指出干涉、衍射是波独有的特性，为通过类比机械波证明光具有波的特性提供了认知基础；同时波的叠加原理是解释干涉条纹的理论依据。课标要求：观察光的干涉现象，了解这些现象产生的条件，知道其在生产生活中的应用。二、学情分析

在知识方面，学生已经学习过机械波干涉原理，能够通过类比迁移的方式理解光的干涉；在技能方面，学生已经具备提出定研究猜想的能力，能在教师引导下制定实验方案进行探究；在思维方面，学生能在教师引导下分析干涉现象的原理，做出合理猜想假设并进行实验验证。三、教学目标物理观念：准确描述干涉条纹的特点，掌握光的干涉产生条件，理解光的干涉产生原因。

科学思维：通过问题串让学生理解并掌握获取相干光束的思想，明确具体问题，提出猜想，制定实验方案；通过数学方法、几何知识推导干涉条纹间距与波长之间的关系式，运用数学思维解决物理问题。科学探究：

让学生在“问题—猜想—实验探究—分析—解释—结论”的过程中体验探究过程，提升问题解决能力。科学态度与责任：养成尊重事实、不迷信盲从的科学态度，以及为现代社会做贡献的使命感与责任感；通过了解光的干涉技术在生活和工程中的应用，让知识落到实处，学以致用。

四、教学重难点教学重点：

观察并总结光的干涉现象及条纹特点。教学难点：

掌握光的干涉产生条件及原理，探究波长与条纹间距的关系。五、教学过程环节一：阅读材料中微粒说和波动说两种学说，了解光的本性。17世纪时，科学界已经形成了两种学说。一种是光的微粒说，认为光是从光源发出的一种物质粒子，在均匀介质中以一定的速度传播，牛顿支持微粒说。另一种是光的波动说，是惠更斯首先提出的，认为光是在空间传播的某种波。

到了19世纪初，人们在实验中观察到了光的干涉和衍射现象，这是波动的特征，不能用微粒说解释，因而证明了波动说的正确性。

19世纪60年代，麦克斯韦预言了电磁波的存在，并认为光也是一种电磁波。1887年，赫兹在实验中证实了这种假说……问题1：光的本性是什么？光的本性：光既具有粒子性又具有波动性。问题2：如何验证光是一种波呢？

引导学生回顾波特有的现象干涉、衍射，形成概念：如果光是一种波，就应该具有波的特征。环节二：实验验证

学生活动1：阅读中“杨氏双缝干涉实验”的内容，了解实验的原理及结论。

学生活动2：仿照杨氏双缝实验，利用手头的器材，进行了双缝实验的设计与探究。问题1

实验光源用白光还是单色光？问题2如何获得振动方向相同的光源？问题3如何获得频率相同的两个光源？问题4

如何观察实验现象？问题5仪器安装顺序是什么？问题6

根据水波的干涉图样，猜想光的干涉可能出

现什么现象？学生在教师的指导下合作完成演示实验。

观察干涉条纹，总结光的干涉图样的特点为：明暗相间，条纹等距，中央为明纹。

问题：如果你处在17世纪，你将如何解释光的干涉条纹特点这一伟大发现？在观察到实验现象后，教师引导学生从中央明条纹入手，结合波的叠加原理，分析明暗条纹形成的原因，最终集体讨论得出光程差于波长之间的关系与明暗条纹的对应。

即当光程差是波长的整数倍时，振动加强，为明条纹；当光程差是半波长的奇数倍时，振动减弱，为暗条纹。猜想：干涉条纹的间距与哪些因素有关呢？学生展开猜想，提出影响条纹间距的因素可能包括：

①双缝与屏间的距离；

②双缝之间的距离；

③光的波长；

④光源与双缝的距。理论分析，定性验证

教师给出双缝干涉原理图，以光程差作为切入点，引导学生通过几何关系和极限的思想，找出相邻明暗条纹中心间距的关系。最终得到条纹间距基本公式。Δx=Lλ/d采用控制变量法进行定性研究。第一组的变量是缝宽第二组的变量是双缝之间的距离第三组的变量是双缝到光屏的距离第四组的变量是不同波长的光合理设计，实验验证环节三：认识薄膜干涉阅读教材中薄膜干涉的相关内容，试着解释肥皂泡彩色条纹形成的原因。问题：阳光下肥皂泡的彩色条纹如何形成的？问题？

肥皂膜看起来常常是彩色的，雨后公路积水上面漂浮的油膜，也经常显现出彩色条纹。这些彩色条纹或图样是怎样形成的？1、概念：让一束光经薄膜的两个表面反射后，形成的两束反射光产生的干涉现象叫薄膜干涉。（1）现象：水平明暗相间条纹（2）原理：薄膜的前后表面反射光叠加而产生（3）规律：波程差等于波长整数倍亮条纹

波程差等于半波长的奇数倍暗条纹（4）产生干涉条纹的条件：薄膜厚度有变化几种常见的薄膜干涉环节四、课堂反馈1、光的干涉现象对认识光的本性有什么意义？2、两列光干涉时，光屏上的亮条纹和暗条纹到两个光的距离与波长有什么关系？

声的干涉也遵循类似的规律。设想在空旷的地方相隔一定位置有两个振动完全一样的声源，发出的声波波长是0.6m，观察者A离两声源的距离分别是4.5m和5.4m，观察者B离两声源的距离分别是4.3m和5.5m。这两个观察者听到的声音的大小有什么区别？3．在双缝干涉实验中，光屏上P点到双缝S1、S2的距离之差r1＝0.75μm，光屏上Q点到双缝S1、S2的距离之差为r2＝1.5μm.如果用频率为f＝6.0×1014Hz的黄光照射双缝，光在真空中的传播速度c＝3×108m/s，则(

)A．P点出现亮条纹，Q点出现暗条纹B．Q点出现亮条纹，P点出现暗条纹C．两点均出现暗条纹D．两点均出现亮条纹3.答案B解析根据波长与波速的关系式λ＝，得黄光的波长λ＝0.5μm，则P点到双缝S1和S2的距离之差r1是黄光波长的1.5倍，即半波长的奇数倍，P点出现暗条纹；而Q点到双缝S1、S2的距离之差r2是黄光波长的3倍，即波长的整数倍，Q点出现亮条纹，所以选项B正确．4．利用薄膜干涉可检查工件表面的平整度．如图(a)所示，现使透明标准板M和待检工件N间形成一楔形空气薄层，并用单色光照射，可观察到如图(b)所示的干涉条纹，条纹的弯曲处P和Q分别对应A和B处，下列判断中正确的是(

)A．N的上表面A处向上凸起B．N的上表面B处向下凹陷C．若减小薄片的厚度，则干涉条纹间距会减小D．条纹的c、d点对应处的薄膜厚度相同答案D1．教室内两盏相同的普通白炽灯发出的光相遇时，我们观察不到干涉条纹，这是因为(

)A．两盏灯亮度不同B．灯光的波长太短C．两灯光的振动频率不同D．电灯发出的光不稳定环节五、课后巩固答案

C2．下面有关光的干涉现象的描述中，正确的是(

)A．在光的双缝干涉实验中，将入射光由绿光改为紫光，则条纹间距变宽B．白光经肥皂膜前后表面反射后，反射光发生干涉形成彩色条纹C．在光的双缝干涉实验中，若缝S1射入的是绿光，S2射入的是紫光，则干涉条纹是彩色的D．光的干涉现象不能说明光是一种波答案B3．在光的双缝干涉现象中，下列描述正确的是(

)A．用白光做光的干涉实验时，偏离中央亮条纹最远的是波长较长的红光B．用白光做光的干涉实验时，偏离中央亮条纹最远的是波长较短的紫光C．相邻两亮条纹和相邻两暗条纹的间距是不等的D．在双缝干涉现象中，把入射光由红光换成紫光，相邻两个亮条纹间距将变宽答案A4.铁丝圈上附有肥皂膜，竖直放置时，可以观察到上疏下密的彩色条纹，下列说法正确的是(

)A．肥皂膜从形成到破裂，条纹的宽度和间距不会发生变化B．肥皂膜前后两个面的侧视形状为上薄下厚的梯形C．肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹D．将铁丝圈右侧的把柄向上转动90°，条纹也会跟着转动90°答案C5.煤矿中瓦斯爆炸危害极大．某同学查资料得知含有瓦斯的气体的折射率大于干净空气的折射率，于是，他设计了一种利用光的干涉监测矿井瓦斯的仪器，原理如图所示．在双缝前面放置两个完全相同的透明容器A、B，容器A与干净的空气相通，在容器B中通入矿井中的气体，观察屏上的干涉条纹，就能够监测瓦斯浓度，以下说法正确的是(

)①如果屏的正中央仍是亮条纹，说明B中的气体与A中的空气成分相同，不含瓦斯②如果屏的正中央是暗条纹，说明B中的气体与A中的空气成分不相同，可能含有瓦斯③如果屏上干涉条纹不停地移动，说明B中的气体瓦斯含量不稳定④只有用单色光照射单缝时，才可能在屏上出现干涉条纹A．①③B．②③C．②④D．①④答案B6．一实验小组用某一单色光做双缝干涉实验时，在距离双缝为1.0m处