高中物理人教必修一(教案)光的干涉

1、8/8光的干涉【教學(xué)目標(biāo)】1通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察認(rèn)識(shí)光的干涉現(xiàn)象，知道從光的干涉現(xiàn)象說(shuō)明光是一種波。2掌握光的雙縫干涉現(xiàn)象是如何產(chǎn)生的，何處出現(xiàn)亮條紋，何處出現(xiàn)暗條紋。3通過(guò)楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，體會(huì)把一個(gè)點(diǎn)光源發(fā)出的一束光分成兩束，得到相干光源的設(shè)計(jì)思想。4通過(guò)根據(jù)波動(dòng)理論分析單色光雙縫干涉，培養(yǎng)學(xué)生比較推理，探究知識(shí)的能力。5通過(guò)對(duì)光的本性的初步認(rèn)識(shí)，建立辯證唯物主義的世界觀?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】雙縫干涉圖象的形成實(shí)驗(yàn)及分析?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】亮紋（或暗紋）位置的確定?！窘虒W(xué)過(guò)程】一、復(fù)習(xí)提問(wèn)、新課導(dǎo)入1展示肥皂泡上的彩色條紋提問(wèn)：這是什么原因形成的呢？2復(fù)習(xí)機(jī)械波的干涉師：大家對(duì)這幅圖還有印象嗎？ 生：有，波的干

2、涉。師：請(qǐng)大家回憶思考下面的問(wèn)題：1干涉必要條件：兩列波的頻率相同。2干涉現(xiàn)象：有的地方振動(dòng)加強(qiáng)，有的地方振動(dòng)減弱；且振動(dòng)加強(qiáng)的地方與振動(dòng)減弱的地方相間隔出現(xiàn)。3振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)的位置：PS1-PS2=n（n=0，1，2，3，）4振動(dòng)減弱點(diǎn)的位置：PS1-PS2=（2n+1）2（n=0，1，2，3，）一切波都能發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象。干涉和衍射是波特有的現(xiàn)象。提問(wèn)：我們知道光是一種電磁波，那么光能否發(fā)生干涉現(xiàn)象呢？師：光的波動(dòng)理論認(rèn)為，光具有波動(dòng)性。那么如果兩列振動(dòng)情況總是相同的光疊加，也應(yīng)該出現(xiàn)振動(dòng)加強(qiáng)和振動(dòng)減弱的區(qū)域，并且出現(xiàn)振動(dòng)加強(qiáng)和振動(dòng)減弱的區(qū)域互相間隔的現(xiàn)象。那么這種干涉是一個(gè)什么圖樣呢？大家

3、猜猜。生：應(yīng)是明暗相間的圖樣。師：猜想合理。那么有同學(xué)看到過(guò)這一現(xiàn)象嗎？（學(xué)生一片沉默，表示沒(méi)有人看到過(guò)）師：看來(lái)大家沒(méi)有見(jiàn)過(guò)。是什么原因呢？生1可能是日常生活中找不到兩個(gè)振動(dòng)情況總相同的光源。生2可能是我們看見(jiàn)了但不知道是光的干涉現(xiàn)象。師：兩位同學(xué)分析得非常好，也許是沒(méi)有干涉的條件，也許是相逢未必曾相識(shí)。大家看他們倆誰(shuí)分析得對(duì)呢？生：我覺(jué)得生1說(shuō)的不成立，這樣的光源很多，像我們教室里的日光燈，我覺(jué)得它們完全相同。師：好。我們可以現(xiàn)場(chǎng)來(lái)試試。（先打開(kāi)一盞日光燈，再打開(kāi)另一盞對(duì)稱位置的日光燈）師：請(qǐng)大家認(rèn)真找一找，墻上、地上、天花板上，有沒(méi)有出現(xiàn)明暗相間的干涉現(xiàn)象？（大家積極尋找，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)，思維

4、活躍，議論紛紛）師：看來(lái)兩個(gè)看似相同的日光燈或白熾燈光源并不是“振動(dòng)情況總相同的光源”。師：1801年，英國(guó)物理學(xué)家托馬斯楊想出了一個(gè)巧妙的辦法，把一個(gè)點(diǎn)光源分成兩束，從而找到了“兩個(gè)振動(dòng)情況總是相同的光源”，成功地觀察到了干涉條紋，為光的波動(dòng)說(shuō)提供了有力的證據(jù)，推動(dòng)了人們對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)。下面我們就來(lái)重做這一著名的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)。二、新課教學(xué)（一）光的雙縫干涉動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，觀察描述介紹楊氏實(shí)驗(yàn)裝置師：用激光光學(xué)演示儀演示雙縫干涉實(shí)驗(yàn)。用激光器發(fā)出的紅色光（平行光）垂直照射雙縫，將干涉圖樣投影到教室的墻上，引導(dǎo)學(xué)生注意觀察現(xiàn)象?，F(xiàn)象：可以看到，墻壁上出現(xiàn)明暗相間的干涉條紋。師：（介紹）狹縫S1和S2

5、相距很近，雙縫的作用是將同一束光波分成兩束“振動(dòng)情況總是相同的光束”。這樣就得到了頻率相同的兩列光波，它們?cè)谄辽席B加，就會(huì)出現(xiàn)明暗相間的條紋。結(jié)論：實(shí)驗(yàn)證明，光的確是一種波。提問(wèn)：為什么有的地方亮一些有些地方暗一些？猜想：振動(dòng)加強(qiáng)的地方出現(xiàn)亮條紋，振動(dòng)減弱的地方出現(xiàn)暗條紋。比較推理，探究分析師：通過(guò)實(shí)驗(yàn)，我們現(xiàn)在知道，光具有波動(dòng)性。現(xiàn)在我們是不是可以根據(jù)機(jī)械波的干涉理論來(lái)認(rèn)真探究一下實(shí)驗(yàn)中的明暗條紋是如何形成的呢？圖中，P0點(diǎn)距S1、S2距離相等，路程差=S1P0-S2P0=0應(yīng)出現(xiàn)亮紋，中央明紋。圖中，S1、S2發(fā)出的正弦波形在P點(diǎn)相遇疊加，P點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng)。（如圖）鑒于上述動(dòng)畫(huà)的表述角度和效果

6、，教師在此基礎(chǔ)上再播放動(dòng)畫(huà)，如下圖所示振動(dòng)情況示意圖，使學(xué)生進(jìn)一步明確。不管波處于哪種初態(tài)，P0點(diǎn)的振動(dòng)總是波峰與波峰相遇或波谷與波谷相遇，振幅A總為A1、A2之和，即P點(diǎn)總是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，應(yīng)出現(xiàn)亮紋。師：那么其他點(diǎn)情況如何呢？P1點(diǎn)應(yīng)出現(xiàn)什么樣的條紋？生：亮紋。師：為什么？生：因?yàn)槁烦滩顬?，是半波長(zhǎng)的2倍。師：我們可以從圖上動(dòng)畫(huà)看一下，演示下圖在這里大家看到，屏上P1點(diǎn)的上方還可以找到2=|S1P2-S2P2|=2的P2點(diǎn)，3=|S1P3-S2P3|=3的P3點(diǎn)，n=|S1Pn-S2Pn|=n的Pn點(diǎn)，它們對(duì)應(yīng)產(chǎn)生第2、3、4 條明條紋，還有明條紋的地方嗎？生：在P點(diǎn)下方，與P1、P2等關(guān)于P

7、0對(duì)稱的點(diǎn)也應(yīng)是明條紋。師：好。我們可以總結(jié)為：=2n2，n=0，1，2時(shí)，出現(xiàn)明紋。投影下圖那么S1、S2發(fā)出的光在Q1點(diǎn)疊加又該如何呢？我們先來(lái)看一下，動(dòng)畫(huà)顯示，在Q1點(diǎn)振動(dòng)減弱。師：在Q1點(diǎn)是波峰與波峰相遇還是波峰與波谷相遇？?jī)烧駝?dòng)步調(diào)如何？生：是波峰與波谷相遇，振動(dòng)步調(diào)剛好相反（教師啟發(fā)學(xué)生進(jìn)一步分析這點(diǎn)合振幅情況，以及Q1點(diǎn)與P0P1的相對(duì)位置。）師：哪位同學(xué)能總結(jié)一下Q1點(diǎn)的特征？生：Q1點(diǎn)位置在P0P1間，它與兩波源路程差|S1Q1-S2Q1|=2。該點(diǎn)出現(xiàn)暗紋。師：非常好！大家看像Q1這樣的點(diǎn)還有嗎？生：有（全體學(xué)生此時(shí)已能一起總結(jié)出Q2、Q3等的位置）教師總結(jié)=|S1Q2-S

8、2Q2|=32，52處，在P1P2、P2P3明紋之間有第2條暗紋Q2、第3條暗紋Q3師：哪位同學(xué)能用上面的方法寫(xiě)個(gè)通式，歸納一下？師：綜合前面分析，我們可以畫(huà)出上面圖示的雙縫干涉結(jié)果。同時(shí)介紹一下相干光源，強(qiáng)調(diào)干涉條件。若S=2n2=k（n，k=0，1，2，），則?點(diǎn)的振動(dòng)加強(qiáng)（明條紋）若S=（2n+1）2（n=0，1，2，），則?點(diǎn)的振動(dòng)減弱（暗條紋）（二）干涉條紋和光的波長(zhǎng)之間的關(guān)系思考與討論：光的雙縫干涉條紋特征，如條紋間距、寬度等，能反映出光的波長(zhǎng)、頻率等信息嗎？由于dl，運(yùn)用幾何知識(shí)，得出r=r2-r1=dsin而x=ltanlsin得：r=dxl而形成亮紋的條件：r=k k=0，1

9、，2則亮紋到中心的距離：x=kld k=0，1，2則相鄰兩個(gè)亮條紋間距為：x=ld動(dòng)畫(huà)演示不同波長(zhǎng)的光的干涉圖樣：（三）薄膜干涉回到上課開(kāi)始提出的問(wèn)題：肥皂泡上的彩色條紋是怎樣形成的呢？教師演示肥皂膜薄膜干涉實(shí)驗(yàn)并講解原理。拓展：既然肥皂泡上的條紋是光的干涉引起的？實(shí)驗(yàn)中的光是純色的，為什么我們看到的肥皂泡上的光是彩色的呢？留給學(xué)生課下思考，教師不做解答。薄膜干涉在技術(shù)上有很多應(yīng)用。例如，可以在光學(xué)元件的表面鍍一層特定厚度的薄膜，增加光的透射或者反射，還可以利用薄膜干涉的原理對(duì)鏡面或其他精密的光學(xué)平面的平滑度進(jìn)行檢測(cè)?！菊n堂練習(xí)】1用波長(zhǎng)為0.4m的光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，A點(diǎn)到狹縫S1、S2的路

10、程差為1.810-6m，則A點(diǎn)是出現(xiàn)明條紋還是暗條紋？答案：暗條紋2關(guān)于楊氏實(shí)驗(yàn)，下列論述中正確的是（ ）A實(shí)驗(yàn)證明，光的確是一種波B雙縫的作用是獲得兩個(gè)振動(dòng)情況總是相同的相干光源C在光屏上距離兩個(gè)小孔的路程差等于半波長(zhǎng)的整數(shù)倍處出現(xiàn)暗條紋D在光屏上距離兩個(gè)小孔的路程差等于波長(zhǎng)的整數(shù)倍處出現(xiàn)亮條紋答案：AB3對(duì)于光波和聲波，正確的說(shuō)法是（ ）A它們都能在真空中傳播B它們都能產(chǎn)生反射和折射C它們都能產(chǎn)生干涉D聲波能產(chǎn)生干涉而光波不能答案：BC4兩個(gè)獨(dú)立的點(diǎn)光源S1和S2都發(fā)出同頻率的紅色光，照亮一個(gè)原是白色的光屏，則光屏上呈現(xiàn)的情況是（ ）A明暗相間的干涉條紋B一片紅光C仍是呈白色的 D黑色解析：兩個(gè)點(diǎn)光源發(fā)出的光雖然同頻率，但“振動(dòng)情況”并不總是完全相同，故不能產(chǎn)生干涉，屏上沒(méi)有干涉條紋，只有紅光。答案：B5在真空中，黃光波長(zhǎng)為610-7m，紫光波長(zhǎng)為410-7m?，F(xiàn)有一束頻率為51014Hz的單色光，它在n=1.5的玻璃中的波長(zhǎng)是多少？它在玻璃中是什么顏色