高中物理 132 光的干涉教案 新人教版34.docx
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高中物理132光的干涉教案新人教版34
2019-2020年高中物理13.2光的干涉教案新人教版3-4
【教学目标】
（一）知识与技能
1．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。
2．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。
（二）过程与方法
1．通过杨氏双缝干涉实验，体会把一个点光源发出的一束光分成两束，得到相干光源的设计思想。
2．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。
（三）情感、态度与价值观
通过对光的本性的初步认识，建立辩证唯物主义的世界观。
【教学重点】双缝干涉图象的形成实验及分析。
【教学难点】亮纹（或暗纹）位置的确定。
【教学方法】复习提问，实验探究，计算机辅助教学
【教学用具】JGQ型氦氖激光器一台，双缝干涉仪，多媒体电脑及投影装置，多媒体课件（相关静态图片及Flash动画）
【教学过程】
（一）引入新课
复习机械波的干涉
［复习提问，诱导猜想］
［多媒体投影静态图片］
师：
大家对这幅图还有印象吗？
生：
有，波的干涉示意图。
师：
［投影问题］请大家回忆思考下面的问题：
图中，S1、S2是两个振动情况总是相同的波源，实线表示波峰，虚线表示波谷，a、b、c、d、e中哪些点振动加强？
哪些点振动减弱？
学生回答结果不出所料，大部分同学能答出a、c两点振动加强，d、e两点振动减弱，而对于b点则出现了争议。
一种认为b点是振动加强点，另一种则认为b点是由加强到减弱的过渡状态。
师：
b点振动加强和减弱由什么来决定呢？
只有弄清这一点才能解决两派同学的争端。
（有学生低语，“路程差”）
师：
好！
刚才这位同学说到了关键，那么就请你来分析一下b点与S1、S2两点的路程差。
生：
由图可以看出OO′是S1、S2连线的中垂线，所以b到S1、S2的路程差为零。
师：
那么b点应为振动——（学生一起回答）：
加强点。
（教师总结机械波干涉的规律，突出强调两列波的振动情况总是完全相同。
）
师：
光的波动理论认为，光具有波动性。
那么如果两列振动情况总是相同的光叠加，也应该出现振动加强和振动减弱的区域，并且出现振动加强和振动减弱的区域互相间隔的现象。
那么这种干涉是一个什么图样呢？
大家猜猜。
生：
应是明暗相间的图样。
师：
猜想合理。
那么有同学看到过这一现象吗？
（学生一片沉默，表示没有人看到过）
师：
看来大家没有见过。
是什么原因呢？
［生1］可能是日常生活中找不到两个振动情况总相同的光源。
［生2］可能是我们看见了但不知道是光的干涉现象。
师：
两位同学分析得非常好，也许是没有干涉的条件，也许是相逢未必曾相识。
大家看他们俩谁分析得对呢？
生：
我觉得生1说的不成立，这样的光源很多，像我们教室里的日光灯，我觉得它们完全相同。
师：
好。
我们可以现场来试试。
（先打开一盏日光灯，再打开另一盏对称位置的日光灯）
师：
请大家认真找一找，墙上、地上、天花板上，有没有出现明暗相间的干涉现象？
（大家积极寻找，没有发现，思维活跃，议论纷纷）
师：
看来两个看似相同的日光灯或白炽灯光源并不是“振动情况总相同的光源”。
［投影图］
师：
1801年，英国物理学家托马斯·杨想出了一个巧妙的办法，把一个点光源分成两束，从而找到了“两个振动情况总是相同的光源”，成功地观察到了干涉条纹，为光的波动说提供了有力的证据，推动了人们对光的本性的认识。
下面我们就来重做这一著名的双缝干涉实验。
（二）进行新课
1．杨氏干涉实验
［动手实验，观察描述］
介绍杨氏实验装置（如图）
师：
用氦氖激光器演示双缝干涉实验。
用激光器发出的红色光（平行光）垂直照射双缝，将干涉图样投影到教室的墙上，引导学生注意观察现象。
现象：
可以看到，墙壁上出现明暗相间的干涉条纹。
师：
（介绍）狭缝S1和S2相距很近，双缝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”。
这样就得到了频率相同的两列光波，它们在屏上叠加，就会出现明暗相间的条纹”。
结论：
杨氏实验证明，光的确是一种波。
2．亮（暗）条纹的位置
［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？
［投影图］
图中，P0点距S1、S2距离相等，路程差Δ=S1P0-S2P0=0应出现亮纹，（中央明纹）
［演示动画］图20—3中S1、S2发出的正弦波形在P点相遇叠加，P点振动加强（如图）
鉴于上述动画的表述角度和效果，教师在此基础上再播放动画，如下图所示振动情况示意图，使学生进一步明确.不管波处于哪种初态，P0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。
师：
那么其他点情况如何呢？
［投影图］
P1点应出现什么样的条纹？
生：
亮纹。
师：
为什么？
生：
因为路程差为λ，是半波长的2倍。
师：
我们可以从图上动画看一下，［演示下图］
在这里大家看到，屏上P1点的上方还可以找到Δ2=|S1P2-S2P2|=2λ的P2点，Δ3=|S1P3-S2P3|=3λ的P3点，Δn=|S1Pn-S2Pn|=nλ的Pn点，它们对应产生第2、3、4…条明条纹，还有明条纹的地方吗？
生：
在P点下方，与P1、P2等关于P0对称的点也应是明条纹。
师：
好。
我们可以总结为：
Δ=2n·，n=0、1、2…时，出现明纹。
［投影下图］那么S1、S2发出的光在Q1点叠加又该如何呢？
［演示动画］我们先来看一下，动画显示，在Q1点振动减弱。
师：
在Q1点是波峰与波峰相遇还是波峰与波谷相遇？
两振动步调如何？
生：
是波峰与波谷相遇，振动步调刚好相反。
（教师启发学生进一步分析这点合振幅情况，以及Q1点与P0、P1的相对位置。
）
师：
哪位同学能总结一下Q1点的特征？
生：
Q1点位置在P0、P1间，它与两波源路程差|S1Q1-S2Q1|=。
该点出现暗纹。
师：
非常好！
大家看像Q1这样的点还有吗？
生：
有。
（全体学生此时已能一起总结出Q2、Q3…等的位置）
［教师总结］Δ=|S1Q2-S2Q2|=λ，λ…处，在P1P2、P2P3、…等明纹之间有第2条暗纹Q2、第3条暗纹Q3…
师：
哪位同学能用上面的方法写个通式，归纳一下？
生：
当Δ=（2n+1），n=0、1、2…时，出现暗纹。
［投影下图］
师：
综合前面分析，我们可以画出上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。
引导学生阅读教材57页上方的内容，进一步体会，杨氏实验中的双缝的作用就是得到一对相干光源。
（三）课堂总结、点评
今天我们学习了光的干涉，知道光的确是一种波。
我们还确定了双缝干涉实验中，明暗条纹出现的位置：
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。
两列波要产生干涉，它们的频率必须相同，且相位差恒定。
能够产生干涉的光源叫做相干光源。
杨氏实验中，双缝的作用就是得到一对相干光源。
（四）课余作业
完成P57“问题与练习”的题目。
附：
课后训练
1．用波长为0.4μm的光做双缝干涉实验，A点到狭缝S1、S2的路程差为1.8×10-6m，则A点是出现明条纹还是暗条纹？
答案：
暗条纹
2．关于杨氏实验，下列论述中正确的是（）
A．实验证明，光的确是一种波。
B．双缝的作用是获得两个振动情况总是相同的相干光源
C．在光屏上距离两个小孔的路程差等于半波长的整数倍处出现暗条纹
D．在光屏上距离两个小孔的路程差等于波长的整数倍处出现亮条纹
答案：
AB
3．对于光波和声波，正确的说法是
A．它们都能在真空中传播B．它们都能产生反射和折射
C．它们都能产生干涉D．声波能产生干涉而光波不能
答案：
BC
4．两个独立的点光源S1和S2都发出同频率的红色光，照亮一个原是白色的光屏，则光屏上呈现的情况是（）
A．明暗相间的干涉条纹B．一片红光
C．仍是呈白色的D．黑色
解析：
两个点光源发出的光虽然同频率，但“振动情况”并不总是完全相同，故不能产生干涉，屏上没有干涉条纹，只有红光。
答案：
B
5．在真空中，黄光波长为6×10-7m，紫光波长为4×10-7m。
现有一束频率为5×1014Hz的单色光，它在n=1.5的玻璃中的波长是多少？
它在玻璃中是什么颜色？
解析：
先根据0=c/f0计算出单色光在真空中的波长0，再根据光进入另一介质时频率不变，由n==，求出光在玻璃中的波长.
0=c/f0=m=6×10-7m，可见该单色光是黄光。
又由n=0/得=0/n=m=4×107m。
由于光的颜色是由光的频率决定的，而在玻璃中光的频率未变化，故光的颜色依然是黄光。
答案：
4×10－7m黄色
2019-2020年高中物理13.2《光的干涉》教案新人教版选修3-4
一、教材分析
1．国内以往教材对光的教学都是按光学的两大分支——利用几何学的概念和方法研究光的传播规律的几何光学和研究光的本性以及光与物质相互作用的规律的物理光学而分两章进行，两部分教学内容的处理相对独立．新课标下的光学教材，突出“光的本性”这条主线，将两部分内容整合为一，全章教材内容编排灵动活跃，贴近光学研究高新理念与成果，具有时代气息．
2．教材将《光的干涉》安排在学生可感知的光折射现象研究（第1节）之后，意在建立有层次的光本性认知平台．在光折射现象研究中得到折射定律后，教材及时引导学生作深层思考：
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？
“光线”是否应该是光波的波线？
为将对光的认知同化至波的图式中去作了自然的铺垫，这样的编排与高中学生的认知水平相适应的，也顺乎人类对光本性认识的进程．
3．本节围绕波的特征现象之一——光的干涉的研究展开，以完成“光是一种波”的推理与同化．教材着力于展示典型的光干涉实验及光干涉现象，分析光干涉图样的规律及发生光干涉的条件．教材贯穿了如下的科学方法：
不完整的事实（折射定律与从惠更斯原理得出的结论形式一致）
↓
假说（光是一种波）
↓
可检验的依据（是波就会干涉）
↓
新事实的检验（双缝干涉图样）
二、学情分析
1．学生大多在生活中没有光的干涉现象的体验，但通过高中物理学习，已有水波、声波等机械波干涉的经验与理论，高二学生已有一定的自主构建新知识框架的能力，可以从已感知的机械波干涉现象与规律延伸至待认定的光是波的推想．
2．高二学生已有一定的物理学科方法，如观察实验，控制实验，假说方法，从现象归纳规律等，可以实现教材渗透的方法教育意图．
三、设计思想
基于上述对教材意图与受体分析，本节教学着重向学生介绍作为光的波动说的重要实验支持——光的干涉现象．教学安排拟从回眸机械波的干涉导入，以课堂演示实验及学生随堂实验为依托，让学生“想”——体验逻辑推理的思维过程、“说”——外显思维活动过程、“看”——理性观察、“做”——体验科学探究活动、应用探究方法、“听”——接受前人总结知识，完成教材规定的教学要求．
四、教学目标
本课教学目标在以下三个领域具体为
1．知识与技能◆会观察与描述光的双缝干涉现象，认识单色光双缝干涉条纹的特征．
◆知道单色光双缝干涉亮、暗条纹形成的原理．
◆知道产生光的干涉现象的条件．
◆尝试获取相干光源．
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．
（板书）
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．
（板书）
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．
（板书）
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．
（板书）
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．
学生活动：
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．
学生活动：
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．
（板书）
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．
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