《薄膜干涉》講義

《薄膜干涉》講義一、教學(xué)目標(biāo)1、知識(shí)與技能目標(biāo)理解薄膜干涉的原理，知道薄膜干涉是由膜的前、后表面反射的兩列光形成相干光。能夠解釋劈形薄膜干涉條紋的特點(diǎn)，如條紋是與劈棱平行的明暗相間的直條紋且相鄰條紋間距相等。掌握根據(jù)薄膜干涉條紋判斷薄膜厚度變化情況的方法，包括基本方法和旋轉(zhuǎn)法。了解薄膜干涉在增透膜、檢查平面平整度等方面的應(yīng)用。2、過程與方法目標(biāo)通過對(duì)薄膜干涉現(xiàn)象的分析，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和科學(xué)推理能力。讓學(xué)生經(jīng)歷觀察薄膜干涉實(shí)驗(yàn)或現(xiàn)象的過程，提高學(xué)生的觀察能力和實(shí)驗(yàn)分析能力。3、情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)感受光學(xué)現(xiàn)象的奇妙，激發(fā)學(xué)生對(duì)物理學(xué)科的興趣和探索精神。體會(huì)物理知識(shí)在實(shí)際生活和科技中的廣泛應(yīng)用，增強(qiáng)學(xué)生將物理知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際的意識(shí)。二、教學(xué)重難點(diǎn)1、教學(xué)重點(diǎn)薄膜干涉的原理，特別是兩列反射光形成相干光的條件。劈形薄膜干涉條紋的特點(diǎn)及應(yīng)用，如根據(jù)條紋判斷薄膜厚度的變化。2、教學(xué)難點(diǎn)對(duì)薄膜干涉中光程差的理解，尤其是不同情況下光程差的計(jì)算。如何運(yùn)用薄膜干涉原理解決實(shí)際問題，如檢查平面平整度時(shí)凸起和凹陷情況的判定。三、教學(xué)方法1、講授法用于講解薄膜干涉的基本概念、原理等理論知識(shí)，如相干光的形成、光程差等概念。2、實(shí)驗(yàn)演示法通過演示薄膜干涉實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生直觀地觀察干涉條紋的特點(diǎn)，如用肥皂膜演示薄膜干涉現(xiàn)象，展示條紋的形狀、顏色等特征。3、討論法在講解薄膜干涉的應(yīng)用時(shí)，組織學(xué)生討論相關(guān)問題，如在檢查平面平整度時(shí)，如何根據(jù)條紋變化判斷平面的凹凸情況。四、教學(xué)過程（一）導(dǎo)入新課1、教師提問同學(xué)們，我們之前學(xué)習(xí)過光的干涉現(xiàn)象，大家還記得光的干涉需要滿足哪些條件嗎？（引導(dǎo)學(xué)生回顧相干光的條件：頻率相同、振動(dòng)情況相同且相差恒定）那大家有沒有想過，在日常生活中，像肥皂泡或者油膜表面上出現(xiàn)的彩色條紋是怎么形成的呢？（引起學(xué)生的好奇心）2、引入課題今天我們就來學(xué)習(xí)一種特殊的光的干涉現(xiàn)象——薄膜干涉。（二）新課講授1、薄膜干涉的原理教師講解：當(dāng)光照射到薄膜上時(shí)，會(huì)被膜的前、后表面反射，這兩列反射光就形成了相干光。（可以簡(jiǎn)單畫一個(gè)薄膜的示意圖，標(biāo)明前、后表面反射光的光路）對(duì)于光程差的問題，教師要詳細(xì)解釋。當(dāng)光線垂直入射時(shí)，兩反射光相遇時(shí)的路程差為該處薄膜厚度的2倍。這里可以結(jié)合簡(jiǎn)單的幾何圖形來幫助學(xué)生理解，比如畫一個(gè)薄膜的剖面圖，標(biāo)明光線的傳播路徑和薄膜厚度與光程差的關(guān)系。教師舉例：假設(shè)薄膜的厚度為d，那么光程差\（＼Delta＝2d\）。當(dāng)光程差滿足一定條件時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)干涉現(xiàn)象，即\（＼Delta＝k\lambda\）（加強(qiáng)，亮紋）或者\(yùn)（＼Delta=（2k＋1)＼frac{＼lambda}｛2}＼）（減弱，暗紋），其中\(zhòng)（k＝0,1,2,＼cdots\），＼（＼lambda\）為光的波長(zhǎng)。2、劈形薄膜干涉條紋的特點(diǎn)教師演示劈形薄膜干涉實(shí)驗(yàn)（可以用兩塊平板玻璃一端夾一個(gè)薄片形成劈形空氣膜來演示），讓學(xué)生觀察干涉條紋。學(xué)生觀察后，教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)條紋特點(diǎn)：干涉條紋是與劈棱平行的明暗相間的直條紋，并且相鄰條紋間距相等。教師解釋原因：因?yàn)榕伪∧さ暮穸仁蔷鶆蜃兓?，根?jù)光程差與薄膜厚度的關(guān)系，就會(huì)形成這樣規(guī)律的條紋。3、薄膜干涉的應(yīng)用增透膜教師講解：在光學(xué)儀器中，為了減少反射光，提高透射光的強(qiáng)度，會(huì)利用薄膜干涉原理制作增透膜。例如在玻璃表面鍍上一層合適的薄膜，使兩列反射光疊加形成暗紋，相互抵消，從而使反射光的強(qiáng)度減弱，透射光強(qiáng)度加強(qiáng)。教師舉例：在玻璃表面鍍上一層折射率為\（n\）的薄膜，對(duì)于波長(zhǎng)為\（＼lambda\）的光，當(dāng)膜的最小厚度\（d=＼frac{＼lambda}｛4n}＼）時(shí)，就能起到增透的作用。檢查平面平整度教師演示干涉法檢查平整度的實(shí)驗(yàn)（用兩塊平面玻璃，其中一塊是標(biāo)準(zhǔn)平面，另一塊是待測(cè)平面，中間形成空氣膜）。教師講解基本方法：如果被檢查平面是光滑的，得到的干涉圖樣必是等間距的。如果某處凹下去，則對(duì)應(yīng)亮紋（或暗紋）提前出現(xiàn)；如果某處凸起來，則對(duì)應(yīng)條紋延后出現(xiàn)。（可以結(jié)合示意圖詳細(xì)解釋“提前”和“延后”的含義，強(qiáng)調(diào)是指由左向右的位置順序上）教師再講解旋轉(zhuǎn)法：將干涉圖樣及裝置一起在紙面內(nèi)旋轉(zhuǎn)90°（使裝置的劈形空氣膜劈尖向下），此時(shí)干涉條紋成水平狀態(tài)，其上條紋彎曲處的凸起與凹下情況與被檢查平面凸、凹情況一致。（三）課堂練習(xí)1、關(guān)于薄膜干涉，以下說法正確的是（）A.薄膜干涉是薄膜的前、后表面反射光疊加形成的B.只有厚度均勻的薄膜才能發(fā)生干涉C.薄膜干涉條紋一定是等間距的彩色條紋D.利用薄膜干涉可以檢查平面的平整度答案：AD。解析：薄膜干涉是由膜的前、后表面反射光疊加形成的，A正確；厚度不均勻的薄膜也能發(fā)生干涉，B錯(cuò)誤；薄膜干涉條紋不一定是彩色條紋，單色光照射時(shí)是明暗相間的條紋，C錯(cuò)誤；利用薄膜干涉可以檢查平面的平整度，D正確。2、一光學(xué)儀器鏡頭表面鍍了一層增透膜，若此膜對(duì)波長(zhǎng)為\（＼lambda＝550nm\）的綠光起增透作用，已知膜的折射率\（n＝1.38\），求膜的最小厚度。答案：＼（d=＼frac{＼lambda}｛4n}＝＼frac{550\times10^｛9}｝｛4\times1.38}＼approx99.64\times10^｛－9}m＝99.64nm\）。解析：根據(jù)增透膜的原理，當(dāng)膜的最小厚度\（d=＼frac{＼lambda}｛4n}＼）時(shí)能起到增透作用，將\（＼lambda＝550nm\），＼（n＝1.38\）代入公式即可求出。（四）課堂小結(jié)1、教師引導(dǎo)學(xué)生回顧本節(jié)課的主要內(nèi)容薄膜干涉的原理，是膜的前、后表面反射光形成相干光，光程差與薄膜厚度的關(guān)系。劈形薄膜干涉條紋的特點(diǎn)，包括條紋形狀、間距等。薄膜干涉的兩個(gè)重要應(yīng)用：增透膜和檢查平面平整度。2、教師強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)是薄膜干涉的原理和應(yīng)用，尤其是根據(jù)條紋判斷薄膜厚度變化等實(shí)際應(yīng)用。難點(diǎn)是對(duì)光程差的理解和薄膜干涉應(yīng)用中的一些判斷方法。（五）課后作業(yè)1、書面作