高中物理 133 光的干涉教案 新人教版选修34.docx

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高中物理133光的干涉教案新人教版选修34

2019-2020年高中物理13.3光的干涉教案新人教版选修3-4

1、教材分析

本节是对干涉现象的初步认识，但是为下节双缝干涉实验做了重要的理论铺垫。

2、教学目标

1、知识目标

.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.

.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.

掌握明条纹（或暗条纹）间距的计算公式及推导过程.

.知道不同色光的频率不同，掌握波长、波速、频率的关系.

.通过实验初步认识薄膜干涉现象，了解其应用.

2、能力目标

.通过了解杨氏把一个点光源发出的一束光分成两束，理解相干光源的设计思想.

.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.

.在认真观察实验事实的基础上，加强抽象思维能力的培养.

3、德育目标

通过对光的本性的初步认识，建立辩证唯物主义的世界观.

3、教学重点难点

教学重点：

干涉图象的形成实验及分析

教学难点：

1.亮纹（或暗纹）位置的确定.2.亮纹（或暗纹）间距公式的推导

四、学情分析（根据个人情况写）

五、教学方法

实验观察、理论分析、学案导学

6、课前准备

杨氏实验装置

七、课时安排：

1课时

八、教学过程

（一）预习检查、总结疑惑

检查落实了学生的预习情况并了解了学生的疑惑，使教学具有了针对性。

（二）情景导入、展示目标。

（三）合作探究、精讲点拨。

（1）双缝干涉实验

［动手实验，观察描述］

介绍图20—2杨氏实验装置

（出于时间和观察效果考虑，不在课堂上做这一实验）

介绍侧重于单孔的作用，是获得来自同一光源的一束光波，双孔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”.因为两孔相距0.08mm左右，很近，且与单孔屏上的孔距离相等，所以单孔的光会同时到达这两个孔，这两个孔将同一列光一分为二，因而两个小孔成了“两个振动情况完全相同的新波源，它们在屏上叠加，就会出现明暗相间的条纹”.

（2）干涉条纹的成因

［比较推理，探究分析］

［师］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？

实验并总结：

Δr=2n·n=0、1、2…时，出现明纹.

Δr=（2n+1）,n=0、1、2…时，出现暗纹.

图20—10

［师］综合前面分析，我们可以画出右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.

［师］看来大家掌握得不错，下面我们可以讨论一些更复杂的问题.

（3）条纹间距与波长的关系［深入观察量化分析］

指导学生分别用红色、紫色滤色片遮住双缝，观察线状白炽灯的干涉条纹（课本P101图实—2），比较两种色光干涉条纹宽度，与课本第1页彩图2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）

［师］我们知道，不同色光的波长是不同的，那么干涉条纹间距的关系也就反映了不同色光的波长关系，干涉条纹间距和波长之间又有怎样的关系呢？

同学们发挥数学方面的聪明

才智，我们一起来寻找它们之间量的关系.（板书）

［投影图20—11及下列说明］

图20—11

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

［师］r1与x间关系如何？

［生］r12=l2+（x-）2

［师］r2呢？

［生］r22=l2+（x+）2

［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）

［师］我们可不可以试试平方差？

r22-r12=（r2-r1）（r2+r1）=2dx

由于l»d,且l»x,所以r1+r2≈2l，这样就好办了,r2-r1=Δr=x

［师］请大家别忘了我们的任务是寻找Δx与λ的关系.Δr与波长有联系吗？

［生］有.

［师］好，当Δr=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）条亮纹间距离Δx为多少呢？

［生］Δx=xn-xn-1

=［n-（n-1）］

［师］也就是Δx=·λ

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？

［生］成正比.

［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？

［生］一样.

［师］结果如何？

［生］一样.

［师］根据前面的实验结果及推导大家能判断红光和紫光哪一个波长长吗？

［生］能.红光.

［师］大家能猜一猜用白光干涉会出现什么现象吗？

［生］（默然）

［师］好，不清楚，我们不妨实验一下.

引导学生观察白光干涉（抽去滤色片，直接观察）

［师］哪位同学能为大家归纳一下观察到的现象.

［生］

（1）彩色条纹（师提示明暗相间）

（2）中央为白条纹

（3）中央条纹两侧彩色条纹对称排列

（4）每条彩纹中红光总在外边缘，紫光在内缘.

［师］归纳得很全面，大家能解释吗？

（学生积极讨论，气氛热烈，从讨论中基本能掌握了原因）

［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.

［师］解释得好.大家还记得机械波波长、波速、频率三者之间的关系吗？

［生］记得.v=λf.

［师］对，光波也有这样的关系，不过各种色光在真空中的波速是相同的，我们用c表示，那么有：

［板书］c=λf

［师］请大家比较一下七种色光的频率关系.

［生］红光频率最小，紫光频率最大.

［师］对，大家看P27的表.

（教师介绍波长，频率范围，强调单位，引导学生阅读讨论表右侧的红字）

（四）薄膜干涉［拓展应用提高能力］

［师］大家通过前面的学习，现在我们来探究另一个问题，是不是只有两个双缝射出的相干光才能发生干涉呢？

［生］不一定，关键要看路程差.

［师］好，我们再来看一个干涉的实验：

薄膜干涉［板书］

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.

［师］怎样解释这一现象呢？

请大家思考下面几个问题：

［投影图20—12及以下问题］

图20—12

①肥皂膜有几个面可以反射灯焰的光？

②这些面反射回来的光有没有路程差，如有，它们有什么特点？

③这些反射光是不是相干光？

［生1］膜前后两表面均可反射光.

［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.

［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.

［师］三位同学回答得非常好，大家能弄清薄膜干涉的原因吗？

［生］能.

［师］好，请大家把自己的想法与课本P27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）

［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）

［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）

［生］水面上的油膜好像也能反射光线，形成明暗相间的条纹.

［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.

［师］课本P28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.

［投影图20—13引导学生分析］

课堂巩固训练：

（见导学案）

（四）反思总结，当堂检测。

教师组织学生反思总结本节课的主要内容，并进行当堂检测。

设计意图：

引导学生构建知识网络并对所学内容进行简单的反馈纠正。

（课堂实录）

（五）发导学案、布置预习。

九、板书设计

1.杨氏实验装置介绍：

2.干涉条纹的成因：

3.条纹间距与波长的关系：

4.薄膜干涉实验：

十、教学反思（根据实际情况写）

2019-2020年高中物理13.3实验：

用双缝干涉测量光的波长教案新人教版3-4

【教学目标】

（一）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。

（二）过程与方法

培养学生的动手能力和分析处理“故障”的能力。

（三）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。

【教学重点】

双缝干涉测量光的波长的实验原理及实验操作。

【教学难点】

、L、d、λ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

师：

在双缝干涉现象中，明暗条纹出现的位置有何规律？

生：

当屏上某点到两个狭缝的路程差Δ=2n·，n=0、1、2…时，出现明纹；当Δ=（2n+1），n=0、1、2…时，出现暗纹。

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

1．实验原理

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l>>d，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

师：

r1与x间关系如何？

生：

r12=l2+（x-）2

师：

r2呢？

生：

r22=l2+（x+）2

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）

师：

我们可不可以试试平方差？

r22-r12=（r2-r1）（r2+r1）=2dx

由于l>>d，且l>>x，所以r1+r2≈2l，这样就好办了，r2-r1=Δr=x

师：

请大家别忘了我们的任务是寻找Δx与λ的关系。

Δr与波长有联系吗？

生：

有。

师：

好，当Δr=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（相邻）亮纹间距离Δx为多少呢？

生：

Δx=xn-xn-1

=［n-（n-1）］

师：

也就是Δx=·λ

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？

生：

成正比。

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？

生：

一样。

师：

结果如何？

生：

一样。

师：

有了相邻两个亮条纹间距公式Δx=·λ，我们就可以用双缝干涉实验来测量光的波长了。

2．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13.3－2，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5~10cm.；

（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13.3－3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。

）

3．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Δx=·λ，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：

D

2．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0.4mm，双缝到屏的距离为1m，干涉条纹间距为1.5mm，求所用光波的波长。

答案：

6×10-7m

4．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0.85μm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1.06μm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）157μm，

（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：

C

6．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Δx=，可见条纹宽应是相等的，A正确，BC错，又因为红＞蓝，所以Δx红＞Δx蓝，故D错.

答案：

A

7．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=/2

B．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=（2n＋1）/2时出现暗条纹，可见，当n=0时，d=/2，所以A正确。

由Δx=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：

AD

8．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Δx=________，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Δx=λ

9．用红光做光的干涉实验时，已知双缝间的距离为0.2×10-3m，测得双缝到屏的距离为0.700m，分划板中心刻线对齐第一级亮条纹中央时手轮读数为0.200×10-3m，第四级亮条纹所在位置为7.470×10-3m，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：

6.922×10-7m，变窄