高中物理 132《光的干涉》教案 新人教版选修34Word格式文档下载.docx

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2．过程与方法※通过对实验观察分析，认识干涉条纹的特征，获得探究活动的体验．

※尝试运用波动理论解释光的干涉现象．

※体验观察到光的双缝干涉以支持光的波动说的假说上升为理论的方法．

※通过机械波的干涉向光的干涉迁移，经历知识同化、抽象建模的物理思维过程．

3．情感态度与价值观●体验探究自然规律的艰辛与喜悦．

●欣赏光现象的奇妙和谐．

　　　　　　　　　　●了解光干涉现象的发现对推动光学发展的意义．

五、重点难点

重点：

1．观察与描述光的双缝干涉现象．

2．知道产生光的干涉现象的条件，认识干涉条纹的特征．

难点：

用波动理论解释亮暗相间的干涉条纹．

六、教学策略与手段

从上一节所设伏笔“从实验中得出的折射定律与从惠更斯原理得出的结论形式一致，是否可以推测光可能是一种波？

”切入，在复习水波的干涉现象及产生条件的基础上，引导学生提出用光是否具有干涉现象来作判断．

在演示激光干涉图样之前，预期光干涉图样，介绍杨氏双缝干涉实验．

对单色光双缝干涉亮、暗条纹的成因作定性解释．

在学生活动《做一做》中，让学生用自制的双缝观察激光的干涉图样，通过双缝观看白炽灯灯丝出现彩色的干涉条纹作为学生的探究活动．

作业设计：

思考生活中所见过的光的干涉现象，力求使物理课堂学习贴近学生生活，尽量做到“从生活走向物理，从物理走向社会”．

接受性学习与探究性学习穿插，完成本课目标．

七、课前准备

1．为了更好的展开教学内容，上节课后作业预埋一道背景为机械波的干涉的习题．

2．教师在课前要做好充分的准备，对教材的内容进行深刻的分析，做好上课时需要的相关课件．做好实验是本堂课的关键，教师在课前要先做好演示实验．

3．为了使实验现象明显，本节课要在有暗室条件的教室里上．

4．教学用具：

⑴实验装置演示光的干涉现象：

激光器，双缝；

20组学生电源、白炽灯，若干经过曝光的黑色摄影胶片、玻璃板，40只剃须刀，20把直尺．

⑵多媒体课件水波干涉的视频，托马斯·

杨双缝干涉实验原理示意图，分析出现亮暗相间条纹条件的PPT动画等．

八、教学过程

全课围绕光的双缝干涉实验展开教学活动．

（动画显示课题后，教师引入）

在光的折射一课中，从实验中得出的折射定律与从惠更斯原理得出的结论形式一致，是否可以推测光可能是一种波？

学生思考与交流后得到：

如果光是一种波，则要有波的特征现象作实验支持．干涉是波特有的现象，一切波都能发生干涉，因此可以用光是否具有干涉现象来判断光是不是

一种波．

（屏幕展示“水波干涉”的视频，通过已有知识的迁移让学生走进光的双缝干涉）

让学生观察并描述稳定水波干涉现象的特征：

即出现振动总是加强和振动总是减弱的区域，且加强区和减弱区互相间隔的现象；

指出干涉现象是两列波在空间相遇叠加的结果；

强调要得到稳定干涉图样需要两波源的振动情况完全相同．

（板书）

一、波的特征现象之一——干涉

现象——振动加强与减弱的区域确定

发生稳定干涉的条件——两列波的频率相同

设问1：

⑴预期的光（例如红光）的干涉图样是怎样的？

要求回答：

单色光的干涉现象是亮暗相间的条纹．（从机械波迁移至光波）

设问2：

⑵日常生活中为什么不易看到光的干涉现象？

如何通过实验控制而获得光的干涉现象？

学生交流后教师归总：

要产生光的干涉现象必须要有两个振动情况完全相同的光源，实验控制的关键在获取振动情况完全相同的光源，让两个完全相同的“相干光源”发出的光在同一空间叠加，用屏在叠加区域接收，应可得到预期的现象．

二、双缝干涉实验

1．物理学家这样做——托马斯·

杨双缝干涉实验

（屏幕切换显示托马斯·

杨双缝干涉实验原理示意图，如图1所示，介绍杨氏实验）

教师强调以下两点：

单缝的作用是获取单一频率的光源；

双缝屏上的两条狭缝离的很近，到前一条狭缝的距离相等，所以两条狭缝处光的振动情况完全相同．说明杨氏最初的实验所用的不是狭缝，而是小孔，后来，他发现改用狭缝后干涉图样更加明亮，于是后人把他的实验叫做双缝干涉实验．杨氏实验成功获得亮暗相间的干涉图样，证明光的确是一种波．

2．双缝干涉演示实验

（教师采用激光作为光源演示双缝干涉实验）

教师操作：

⑴打开激光器，直接把激光打到后背的墙（光屏）上（易观察）．要求学生说出观察到的现象——激光沿直线传播，打到墙上是一个亮斑．

⑵在激光器前加一双缝，让学生再观察实验现象，并引导学生描述观察到的现象．

学生活动：

①在加双缝前，请一学生来观察双缝，因为双缝间距太小，大约0.1mm左右，一般很难看出是双缝，可以让其他同学帮助想办法，如将双缝屏迎着光去看便可看出．

②仔细观察实验现象，并描述加双缝前、后在光屏上观察到的现象：

光到达屏上的范围比不加双缝时大了；

屏上出现了亮（红）暗相间的条纹；

条纹间距相等；

还可以请刚才观察双缝的学生说出，亮暗相间的条纹走向与双缝的方向平行．

双缝干涉图样的特征

1亮暗相间的条纹；

⑵条纹间距相等；

⑶光到达的范围比“直线传播”的大．

教师设问：

为什么会出现这样的图样？

怎样用波动理论解释光的干涉现象．

（板书）

三、研究双缝干涉图样的成因

（屏幕显示用波面描述相干波叠加的原理图，如图2所示）

教师讲解要点：

⑴说明示意图是两列波某一时刻峰谷位置分布图．

⑵说明两列波的振动情况完全相同，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减弱点．

⑶先分析S1、S2连线中垂线上的点，这些点到两波源的路程差为0，是加强点，并说明此直线上的点均是加强点．

⑷再分析S1、S2连线中垂线两侧最靠近中垂线对称位置上的点，即两列波峰谷相遇点，这些点到两波源的路程差为，为减弱区域．

⑸再分析远离中垂线上的点，又是加强区域……．

小结：

通过以上分析可知：

振动加强区与减弱区的分布是相互间隔的，而且是稳定的．结合干涉图样分析：

叠加加强区，光能量较强——亮；

叠加减弱区，光能量较弱——暗．于是得到亮暗相间的干涉图样．

1.当屏上某点到双缝S1、S2的路程差是光波波长的整数倍时，即，在这些地方出现亮条纹；

2.当屏上某点到双缝S1、S2的路程差是光波半波长的奇数倍时，即，在这些地方出现暗条纹．

用自制的器材来观察双缝干涉现象．取经过曝光的黑色摄影胶片，放在玻璃板上．把两只剃须刀片并拢，以刀刃的前端沿直尺在胶片上一次划出两道细缝，缝间距离要小于0.1mm．这样就做成了双缝．学生做好双缝后，教师请若干学生把做好的双缝放到激光器前，让其他同学用白纸在自己座位上就近接收干涉图样．描述各图样及教师演示的实验现象有何异同．

教师引导学生总结：

干涉条纹的间距与双缝的间距有关，干涉条纹的间距与双缝至屏的距离有关．

通过自制的双缝观看相距0.5m左右的白炽灯的灯丝，描述观察到的实验现象？

思考为什么会出现彩色的干涉条纹？

干涉现象是波的特征现象，双缝干涉实验的成功说明光的确是一种波．双缝干涉实验最重要的控制是获得两个完全相同的光源！

教室里的两盏白炽灯不是完全相同的两个光源，所以发出的光不会发生干涉；

我们刚才的实验中，通过双缝获得了可以产生干涉图样的光源．

四、相干光源

如果两个光源发出的光能够产生干涉，这样的两个光源叫做相干光源．

（全课总结、提升）

1．托马斯·

杨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．光的干涉现象是微粒说无法解释的，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，于是产生亮暗条纹，其特征是在中央亮纹两侧对称地分布着亮暗相间的各级干涉条纹，且相邻亮纹和相邻暗纹的间距相等．

3．亮暗相间条纹反映光的能量在空间分布情况．暗条纹处光能量几乎是零，表明两列光波叠加彼此相互抵消，这并不是光能量损耗了或变成其它形式能量，而是按波的传播规律，没有能量传到该处；

亮条纹处的光能量比较强，光能量增加，也不是光的干涉可以产生能量，而是按波的传播规律，到达该处的能量比较集中．

九、作业设计

1．认真阅读课本，预习第3节：

用双缝干涉测量光的波长．

2．例举生活中见过的光的干涉现象．

3．探讨：

⑴在用自制的双缝观看白炽灯丝时，为什么会看到灯丝两侧细密地分布着彩色的干涉条纹？

⑵以下是两个关于光的干涉的实验，试分析在这些实验设计中，是如何获得相干光源的，并作图求出干涉区域：

洛埃镜实验实验示意如图3所示，S1为狭缝光源，其一部分光直射到光屏，另一部分几乎与镜面平行地射向镜面，然后反射光到达屏上．

菲涅耳双面镜实验菲涅尔双镜是两个交角很小的平面镜，如图4所示，从狭缝S发出的光，经平面镜M1和M2发生反射．

2019-2020年高中物理13.2光的干涉教案新人教版选修3-4

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．

①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．

②介绍实验装置——双缝干涉仪．

说明双缝很近0．1mm，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．

③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：

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．

①仍在某一平衡位置附近往复振动，位移随时间而改变．

②两列波同相振幅变大，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

②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．

③最后形成书上双缝干涉示意图样，展示彩色挂图．

分析：

①说明示意图是两列波某一时刻峰谷位置分布图．

②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．

③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．

④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．

⑤其次再分析远离中垂线上的点又是加强区域……

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、a＇2，a4、a＇4…为加强区域，虚线a1、a＇1；

a3、a＇3…为减弱区域．

①实线a0上各点，S1、S2发出光波到达线上某点的光程差δ=0．

实线a2（a＇2）上各点，S1、S2发出光波到达线上某点的光程差δ2=λ．

实线a4（a＇4）上各点，S1、S2发出光波到达线上某点的光程差δ4=2λ．

即在实线a0、a2（a＇2）、a4（a＇4）…上各点光程差各为0、λ、2λ…，即为波长的整数倍．屏上出现亮纹．

②虚线a1（a＇1）上各点，S1、S2发出光波到达线上某点的光程

虚线a3（a＇3）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（a＇1），a3（a＇3）…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δ=kλ（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．

①改变屏与缝之间的距离L——波长λ不变时L越大，亮纹间距（暗纹间距）越大．

②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．

③L、λ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．

（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

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δ=kλ（k=0，1，2…）．

复色光则出现彩色条纹3．明暗相间条纹反映光的能量在空间分布情况，暗条纹处光能量几乎是零．表明两列光波叠加彼此相互抵消．这并不是光能量损耗了或变成其它形式能量，而是按波的传播规律，没有能量传到该处；

亮条纹处的光能量比较强，光能量增加也不是光的干涉可以产生能量，而是按波的传播规律，到达该处的能量比较集中．