2024-2025學(xué)年高中物理 第十三章 光 4 實驗：用雙縫干涉測量光的波長教案2 新人教版選修3-4

2024-2025學(xué)年高中物理第十三章光4實驗：用雙縫干涉測量光的波長教案2新人教版選修3-4科目授課時間節(jié)次--年—月—日（星期——）第—節(jié)指導(dǎo)教師授課班級、授課課時授課題目（包括教材及章節(jié)名稱）2024-2025學(xué)年高中物理第十三章光4實驗：用雙縫干涉測量光的波長教案2新人教版選修3-4教學(xué)內(nèi)容分析本節(jié)課的主要教學(xué)內(nèi)容來自2024-2025學(xué)年高中物理第十三章《光》中的4實驗：用雙縫干涉測量光的波長，新人教版選修3-4。教學(xué)內(nèi)容緊貼教材，圍繞雙縫干涉實驗的原理、操作步驟及光的波長計算展開。此部分內(nèi)容與學(xué)生已有知識——光的波動理論、干涉現(xiàn)象等密切相關(guān)。學(xué)生在之前的學(xué)習(xí)中已經(jīng)了解了光的傳播特性、干涉條件等基礎(chǔ)知識，本節(jié)課將在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生通過實驗探究，進(jìn)一步理解光波波長與干涉條紋之間的關(guān)系，深化對光波動性的認(rèn)識，提高實踐操作能力。核心素養(yǎng)目標(biāo)本節(jié)課的核心素養(yǎng)目標(biāo)旨在通過對雙縫干涉實驗的探究，培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。學(xué)生將通過以下方面得到提升：首先，科學(xué)探究能力，通過設(shè)計實驗、收集數(shù)據(jù)、分析結(jié)果，掌握科學(xué)探究的方法和過程；其次，物理觀念的形成，深化對光波波動性的理解，建立起光的波長與干涉條紋之間的物理模型；再次，科學(xué)思維的發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生運用物理原理解決實際問題的能力，特別是在數(shù)據(jù)分析與推理方面；最后，科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的培養(yǎng)，通過實驗過程中的團(tuán)隊合作，強(qiáng)化學(xué)生的責(zé)任意識與實證精神，符合新教材對學(xué)生全面發(fā)展的要求。教學(xué)難點與重點1.教學(xué)重點

（1）雙縫干涉實驗的原理：強(qiáng)調(diào)雙縫干涉現(xiàn)象的產(chǎn)生條件，即相干光通過雙縫形成的干涉圖樣的特點，以及光波疊加原理。

舉例：通過圖示和實際操作，解釋雙縫干涉中亮條紋與暗條紋的產(chǎn)生原理，引導(dǎo)學(xué)生理解光波的相長干涉與相消干涉。

（2）干涉條紋間距的計算：掌握干涉條紋間距與光波波長、雙縫間距及觀察屏距離的關(guān)系。

舉例：給出具體公式，指導(dǎo)學(xué)生如何根據(jù)實驗數(shù)據(jù)計算光波的波長，并強(qiáng)調(diào)各個物理量在公式中的作用。

（3）實驗操作與數(shù)據(jù)處理：熟練掌握雙縫干涉實驗的裝置搭建、操作步驟及數(shù)據(jù)記錄方法。

舉例：演示實驗操作流程，強(qiáng)調(diào)操作注意事項，如保持雙縫間距均勻、確保光源穩(wěn)定性等。

2.教學(xué)難點

（1）相干光源的理解：理解相干光源的概念，區(qū)分實際光源與理想相干光源的區(qū)別。

舉例：解釋為什么實際光源需要進(jìn)行特殊處理（如使用激光）才能近似為相干光源。

（2）干涉條紋的動態(tài)變化：理解干涉條紋隨波長、雙縫間距及觀察屏距離變化而產(chǎn)生的動態(tài)變化。

舉例：通過動畫或?qū)嶒炑菔?，幫助學(xué)生理解干涉條紋間距與各個物理量之間的關(guān)系。

（3）實驗誤差分析：識別實驗過程中可能出現(xiàn)的誤差來源，學(xué)會如何減小誤差。

舉例：討論實驗中可能出現(xiàn)的誤差，如雙縫間距不均勻、光源穩(wěn)定性差等，并提出相應(yīng)的解決方法。

（4）波長計算公式的應(yīng)用：熟練運用波長計算公式，解決實際問題。

舉例：提供實際案例，指導(dǎo)學(xué)生如何根據(jù)給定的實驗數(shù)據(jù)，運用波長計算公式求解未知波長。教學(xué)資源1.硬件資源：

-雙縫干涉實驗裝置

-激光光源

-光屏

-米尺或光柵尺

-移動平臺

-測量工具（如刻度尺）

2.軟件資源：

-物理實驗數(shù)據(jù)處理軟件

-投影儀或智能黑板

-教學(xué)演示文稿（PPT等）

3.課程平臺：

-校內(nèi)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺

-在線物理實驗?zāi)M平臺（如可用于預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)）

4.信息化資源：

-雙縫干涉實驗動畫

-教學(xué)視頻

-電子教材或電子教案

5.教學(xué)手段：

-講授法

-實驗操作法

-小組合作學(xué)習(xí)

-數(shù)據(jù)分析與討論

-互動提問與解答

-課后線上復(fù)習(xí)與交流教學(xué)流程（一）課前準(zhǔn)備（預(yù)計用時：5分鐘）

學(xué)生預(yù)習(xí)：

發(fā)放預(yù)習(xí)材料，引導(dǎo)學(xué)生提前了解雙縫干涉實驗的學(xué)習(xí)內(nèi)容，標(biāo)記出有疑問或不懂的地方。

設(shè)計預(yù)習(xí)問題，如“干涉現(xiàn)象是如何產(chǎn)生的？”和“光的波長如何影響干涉條紋間距？”，激發(fā)學(xué)生思考，為課堂學(xué)習(xí)雙縫干涉實驗原理做好準(zhǔn)備。

教師備課：

深入研究教材，明確教學(xué)目標(biāo)和重難點。

準(zhǔn)備雙縫干涉實驗裝置、多媒體資源和教學(xué)演示文稿，確保教學(xué)過程的順利進(jìn)行。

設(shè)計課堂互動環(huán)節(jié)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。

（二）課堂導(dǎo)入（預(yù)計用時：3分鐘）

激發(fā)興趣：

提出問題：“光是如何表現(xiàn)出波動性的？”引發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)。

回顧舊知：

簡要回顧光的波動理論、干涉現(xiàn)象等上節(jié)課學(xué)習(xí)的內(nèi)容，幫助學(xué)生建立知識之間的聯(lián)系。

提出問題，檢查學(xué)生對舊知的掌握情況，為學(xué)習(xí)新課打下基礎(chǔ)。

（三）新課呈現(xiàn)（預(yù)計用時：25分鐘）

知識講解：

清晰、準(zhǔn)確地講解雙縫干涉實驗的原理、操作步驟及波長計算方法，結(jié)合實例幫助學(xué)生理解。

突出重點，如光波的疊加原理和干涉條紋間距的計算，通過對比、歸納等方法幫助學(xué)生加深記憶。

互動探究：

設(shè)計小組討論環(huán)節(jié)，讓學(xué)生圍繞雙縫干涉實驗中遇到的問題展開討論，培養(yǎng)學(xué)生的合作精神和溝通能力。

鼓勵學(xué)生提出自己的觀點和疑問，引導(dǎo)學(xué)生深入思考，拓展思維。

技能訓(xùn)練：

設(shè)計實踐活動或?qū)嶒?，讓學(xué)生在實踐中體驗知識的應(yīng)用，提高實踐能力。

在新課呈現(xiàn)結(jié)束后，對雙縫干涉實驗的知識點進(jìn)行梳理和總結(jié)。

強(qiáng)調(diào)重點和難點，幫助學(xué)生形成完整的知識體系。

（四）鞏固練習(xí)（預(yù)計用時：5分鐘）

隨堂練習(xí)：

布置與雙縫干涉實驗相關(guān)的練習(xí)題，讓學(xué)生在課堂上完成，檢查對知識的掌握情況。

鼓勵學(xué)生相互討論、互相幫助，共同解決問題。

錯題訂正：

針對學(xué)生在隨堂練習(xí)中出現(xiàn)的錯誤，進(jìn)行及時訂正和講解。

引導(dǎo)學(xué)生分析錯誤原因，避免類似錯誤再次發(fā)生。

（五）拓展延伸（預(yù)計用時：3分鐘）

知識拓展：

介紹雙縫干涉實驗在科學(xué)研究和實際應(yīng)用中的拓展知識，拓寬學(xué)生的知識視野。

引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注學(xué)科前沿動態(tài)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和探索精神。

情感升華：

結(jié)合雙縫干涉實驗，引導(dǎo)學(xué)生思考學(xué)科與生活的聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感。

鼓勵學(xué)生分享學(xué)習(xí)心得和體會，增進(jìn)師生之間的情感交流。

（六）課堂小結(jié)（預(yù)計用時：2分鐘）

簡要回顧本節(jié)課學(xué)習(xí)的雙縫干涉實驗內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)重點和難點。

肯定學(xué)生的表現(xiàn)，鼓勵他們繼續(xù)努力。

布置作業(yè)：

根據(jù)本節(jié)課學(xué)習(xí)的內(nèi)容，布置適量的課后作業(yè)，鞏固學(xué)習(xí)效果。

提醒學(xué)生注意作業(yè)要求和時間安排，確保作業(yè)質(zhì)量。教學(xué)資源拓展1.拓展資源：

-相關(guān)書籍：《物理的進(jìn)化》、《光學(xué)原理與應(yīng)用》等，這些書籍中包含了關(guān)于光的波動理論、干涉現(xiàn)象的詳細(xì)解釋及雙縫干涉實驗的歷史背景。

-科普文章：尋找與雙縫干涉實驗相關(guān)的科普文章，深入解析光的波動性及其在科學(xué)史上的重要地位。

-學(xué)術(shù)論文：選擇一些適合高中學(xué)生的學(xué)術(shù)論文，介紹雙縫干涉實驗在科學(xué)研究中的最新進(jìn)展和應(yīng)用。

-實驗視頻：收集不同版本的雙縫干涉實驗操作視頻，讓學(xué)生了解實驗的多種操作方法及技巧。

-歷史資料：查找關(guān)于托馬斯·楊、奧古斯丁·菲涅耳等科學(xué)家對雙縫干涉實驗研究的原始文獻(xiàn)或傳記資料。

2.拓展建議：

-鼓勵學(xué)生閱讀相關(guān)書籍，了解光學(xué)發(fā)展史，加深對雙縫干涉實驗的理解。

-組織學(xué)生分享科普文章閱讀心得，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，拓寬知識面。

-引導(dǎo)學(xué)生閱讀學(xué)術(shù)論文，了解科學(xué)研究的最新動態(tài)，培養(yǎng)學(xué)生的科研興趣。

-觀看實驗視頻，讓學(xué)生學(xué)習(xí)不同實驗操作方法，提高實驗技能。

-分析歷史資料，了解科學(xué)家的研究過程，培養(yǎng)學(xué)生的實證精神和科學(xué)態(tài)度。

-建議學(xué)生參加學(xué)?；蛏鐓^(qū)的科普活動，將所學(xué)知識與社會實踐相結(jié)合，提高社會責(zé)任感。

-鼓勵學(xué)生開展小組合作，共同探討雙縫干涉實驗的拓展問題，培養(yǎng)團(tuán)隊協(xié)作能力。

-引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注光的波動性與現(xiàn)代科技的聯(lián)系，如激光技術(shù)、光纖通信等，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。典型例題講解例題1：

已知雙縫干涉實驗中，雙縫間距d=0.2mm，觀察屏與雙縫的距離L=1m，激光波長λ=632.8nm。求干涉條紋間距Δx。

解答：

根據(jù)雙縫干涉條紋間距公式：

\[\Deltax=\frac{L}lxn4jky\lambda\]

代入已知數(shù)據(jù)：

\[\Deltax=\frac{1m}{0.2\times10^{-3}m}\times632.8\times10^{-9}m\]

計算得到：

\[\Deltax=3.164mm\]

例題2：

在雙縫干涉實驗中，若干涉條紋間距Δx=2.5mm，雙縫間距d=0.1mm，觀察屏與雙縫的距離L=1.2m。求入射光的波長λ。

解答：

根據(jù)雙縫干涉條紋間距公式，變形得：

\[\lambda=\frac{\Deltax\cdotd}{L}\]

代入已知數(shù)據(jù)：

\[\lambda=\frac{2.5\times10^{-3}m\cdot0.1\times10^{-3}m}{1.2m}\]

計算得到：

\[\lambda=2.083\times10^{-6}m\]

例題3：

在雙縫干涉實驗中，觀察到第1條亮條紋距離中央亮條紋0.5mm，第1條暗條紋距離中央亮條紋1mm。若雙縫間距d=0.3mm，觀察屏與雙縫的距離L=0.8m，求入射光的波長λ。

解答：

由于亮條紋和暗條紋分別對應(yīng)波峰和波谷，它們的間距是半個波長的整數(shù)倍。因此，可以得到以下關(guān)系：

\[\Deltax_1=\frac{\lambda}{2}\]

\[\Deltax_2=\lambda\]

其中，\(\Deltax_1\)為亮條紋間距，\(\Deltax_2\)為暗條紋間距。

根據(jù)題意，\(\Deltax_1=0.5mm\)，\(\Deltax_2=1mm\)，代入公式得：

\[\lambda=2\times0.5mm=1mm=10^{-3}m\]

但這里需要考慮到，這是兩個相鄰的條紋之間的距離，實際上是一個完整波長的距離。因此，應(yīng)該有：

\[\lambda=\frac{\Deltax_2}{2}=\frac{1\times10^{-3}m}{2}=0.5\times10^{-3}m\]

然而，由于實際上第一個亮條紋和第一個暗條紋并不是相鄰的，而是分別與中央亮條紋相鄰，所以我們需要考慮的是從中央亮條紋到第一個暗條紋的距離，即：

\[\lambda=\Deltax_2=1\times10^{-3}m\]

但是，由于這是兩個半波長的距離，我們需要得到一個完整的波長，所以：

\[\lambda=\frac{1\times10^{-3}m}{2}\times2=1\times10^{-3}m\]

現(xiàn)在我們得到了一個錯誤的答案，這是因為我們沒有考慮到雙縫干涉的實際情況。實際上，我們應(yīng)該用以下公式來計算：

\[\lambda=\frac{2\cdot\Deltax_1\cdotd}{\Deltax_2-\Deltax_1}\]

代入已知數(shù)據(jù)：

\[\lambda=\frac{2\cdot0.5\times10^{-3}m\cdot0.3\times10^{-3}m}{1\times10^{-3}m-0.5\times10^{-3}m}\]

計算得到：

\[\lambda=\frac{0.3\times10^{-6}m}{0.5\times10^{-3}m}=0.6\times10^{-3}m\]

\[\lambda=600nm\]

例題4：

在雙縫干涉實驗中，已知入射光的波長λ=500nm，雙縫間距d=0.25mm，觀察屏與雙縫的距離L=1m。求第10條亮條紋距離中央亮條紋的距離。

解答：

第10條亮條紋對應(yīng)的是第9個半波長的距離，因此我們需要計算9.5個波長對應(yīng)的距離。

根據(jù)雙縫干涉條紋間距公式：

\[\Deltax=\frac{L}ejw0lio\lambda\]

代入已知數(shù)據(jù)：

\[\Deltax=\frac{1m}{0.25\times10^{-3}m}\times500\times10^{-9}m\]

計算得到干涉條紋間距：

\[\Deltax=2mm\]

第10條亮條紋的距離為：

\[9.5\times\Deltax=9.5\times2mm=19mm\]

例題5：

在雙縫干涉實驗中，觀察屏上相鄰亮條紋間距為1.5mm，雙縫間距為0.4mm，觀察屏與雙縫的距離為0.9m。若要求第20條亮條紋的寬度與第30條亮條紋的寬度之比為1:2，求入射光的波長。

解答：

由于亮條紋寬度與干涉條紋間距成反比，我們可以根據(jù)題目要求得到以下關(guān)系：

\[\frac{\Deltax_{20}}{\Deltax_{30}}=\frac{2}{1}\]

\[\Deltax_{20}=2\times\Deltax_{30}\]

根據(jù)雙縫干涉條紋間距公式：

\[\Deltax=\frac{L}qywr1bo\lambda\]

我們知道第20條和第30條亮條紋分別對應(yīng)19.5個波長和29.5個波長。

設(shè)第30條亮條紋的間距為\(\Deltax_{30}\)，那么第20條亮條紋的間距為\(2\times\Deltax_{30}\)。

根據(jù)干涉條紋間距的定義，我們有：

\[\Deltax_{30}=\frac{29.5\cdotL}k6mrola\lambda\]

\[2\times\Deltax_{30}=\frac{39\cdotL}mljxk6m\lambda\]

由于\(\Deltax_{30}\)和\(2\times\Deltax_{30}\)都是觀察到的干涉條紋間距，我們可以將它們與題目中給出的相鄰亮條紋間距1.5mm聯(lián)系起來：

\[1.5mm=\frac{29.5\cdotL}aqerwsn\lambda\]

\[3mm=\frac{39\cdotL}lcj6w66\lambda\]

由于這兩個方程中的\(L\)和\(d\)相同，我們可以將它們聯(lián)立起來解得波長\(\lambda\)：

\[\frac{3mm}{1.5mm}=\frac{39\cdotL}{29.5\cdotL}\]

\[2=\frac{39}{29.5}\]

\[\lambda=\frac{1.5mm\cdot0.4mm\cdot29.5}{0.9m\cdot39}\]

\[\lambda=\frac{1.5\times10^{-3}m\cdot0.4\times10^{-3}m\cdot29.5}{0.9m\cdot39}\]

\[\lambda=500nm\]板書設(shè)計1.**教學(xué)目標(biāo)與重點：**

-學(xué)習(xí)目標(biāo)：掌握雙縫干涉實驗的原理和操作。

-重點：雙縫干涉實驗的原理，光的波長與干涉條紋間距的關(guān)系。

2.**雙縫干涉實驗原理：**

-波的疊加：相長干涉和相消干涉。

-干涉條紋間距公式：\[\Deltax=\frac{L}dlrxlz6\lambda\]

3.**實驗操作步驟：**

-搭建實驗裝置：雙縫、光源、觀察屏。

-調(diào)整雙縫間距和光源強(qiáng)度。

-測量干涉條紋間距。

4.**波長計算與應(yīng)用：**

-根據(jù)實驗數(shù)據(jù)計算光的波長。

-波長在科學(xué)研究中的應(yīng)用。

5.**實驗注意事項：**

-保持雙縫間距均勻。

-確保光源穩(wěn)定性。

-減小實驗誤差。

6.**拓展與應(yīng)用：**

-雙縫干涉實驗在科學(xué)研究中的應(yīng)用。

-雙縫干涉與日常生活的聯(lián)系。

板書設(shè)計將根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和重點，通過圖表、公式和關(guān)鍵詞的形式展現(xiàn)，力求簡潔明了，突出重點，同時注重藝術(shù)性和趣味性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。作業(yè)布置與反饋1.作業(yè)布置：

-基礎(chǔ)作業(yè)