《4.2用雙縫干涉儀測定光的波長》作業(yè)設(shè)計方案

《4.2用雙縫干涉儀測定光的波長》作業(yè)設(shè)計方案一、作業(yè)設(shè)計的目標光的波動性這部分內(nèi)容在高中物理選修34里是個很有趣也很重要的部分，特別是用雙縫干涉儀測定光的波長這一節(jié)。作業(yè)設(shè)計的主要目標呢，就是要讓學生能夠理解雙縫干涉的原理，掌握用雙縫干涉儀測定光的波長的實驗方法和原理。其次呢，希望學生可以運用這些知識去解決一些和光的干涉相關(guān)的實際問題，提高他們解決問題的能力。最后，通過作業(yè)激發(fā)學生對光學的興趣，畢竟光學在我們生活中的應(yīng)用可多了，像相機鏡頭的鍍膜、激光加工等等。我之前教過一個叫小王的學生，他對物理實驗特別感興趣。每次上實驗課的時候，他總是第一個跑到實驗室，然后就開始搗鼓那些實驗儀器?？墒且坏嚼碚撝R的學習，他就有點頭疼。就拿雙縫干涉這個內(nèi)容來說吧，他在實驗室里看雙縫干涉現(xiàn)象的時候，眼睛里滿是好奇，但是一讓他解釋雙縫干涉的原理，他就支支吾吾說不清楚了。所以呀，這個作業(yè)設(shè)計得好，就能讓像小王這樣的學生把理論和實踐更好地結(jié)合起來。二、作業(yè)類型與內(nèi)容1、基礎(chǔ)型作業(yè)（1)概念鞏固背誦雙縫干涉的條件和產(chǎn)生明暗條紋的條件各三遍。我會跟學生們說，這就像背歌詞一樣，得先把這些基礎(chǔ)的東西記在腦袋里，這樣才能更好地理解后面的知識。然后讓學生用自己的話解釋什么是雙縫干涉，比如說“雙縫干涉就像是兩個小縫隙在和光玩游戲，光從這兩個縫隙跑過去之后就會產(chǎn)生一些特別的圖案”。這樣簡單的解釋雖然不那么嚴謹，但是能讓學生初步理解雙縫干涉的概念。選擇題：以下關(guān)于雙縫干涉條紋間距的說法正確的是（）。A.條紋間距只與光的波長有關(guān)B.條紋間距只與雙縫間距有關(guān)C.條紋間距與光的波長、雙縫間距和雙縫到光屏的距離都有關(guān)D.以上說法都不對這題主要是考查學生對雙縫干涉條紋間距決定因素的基本認識。我就跟學生講，這就像做蛋糕，蛋糕的大?。l紋間距）可不是只由一種材料（因素）決定的，光的波長、雙縫間距和雙縫到光屏的距離都像是做蛋糕的材料，缺了哪一個都不行。（2)簡單計算已知雙縫間距為d＝0.2mm，雙縫到光屏的距離為L＝1m，測得相鄰兩條亮條紋之間的距離為Δx＝3mm，求光的波長λ。根據(jù)雙縫干涉條紋間距公式Δx＝Lλ/d，這就需要學生把已知的數(shù)據(jù)代入公式進行計算。我會給學生提示，就像走樓梯一樣，一步一步來，先把公式寫出來，然后把對應(yīng)的數(shù)值代入進去，最后算出結(jié)果。這里要注意單位的換算，把毫米換算成米，不然就容易出錯。2、拓展型作業(yè)（1)實驗改進讓學生思考如何改進雙縫干涉實驗裝置，使得實驗現(xiàn)象更明顯或者測量更精確。要求寫出改進的思路、可能用到的器材和預(yù)期的效果。我記得小王在做這個作業(yè)的時候，一開始完全沒有頭緒。我就跟他說，你可以從我們在課堂上做實驗的時候遇到的問題入手，比如說實驗中光線不夠亮，或者測量條紋間距的時候誤差比較大。后來他想到可以用激光作為光源，因為激光的亮度高、方向性好，這樣可以讓干涉條紋更清晰。他還說可以在光屏后面加一個放大鏡，這樣就能更精確地測量條紋間距了。通過這個作業(yè)，學生不僅對雙縫干涉實驗有了更深入的理解，還鍛煉了他們的創(chuàng)新思維能力。（2)簡答題在雙縫干涉實驗中，如果將其中一條縫堵住，會發(fā)生什么現(xiàn)象？請簡述原因。這就需要學生理解雙縫干涉是兩列相干光疊加的結(jié)果，堵住一條縫后就變成了單縫衍射。我會告訴學生，回答這種題就像講故事一樣，要把事情的前因后果說清楚。首先要說明雙縫干涉的原理是兩列相干光疊加，然后解釋堵住一條縫后就只有一列光了，這時候就會發(fā)生單縫衍射現(xiàn)象，最后可以簡單描述下單縫衍射的特點。3、探究型作業(yè)（1)實際應(yīng)用分析布置學生去分析雙縫干涉原理在光學儀器中的應(yīng)用，比如在光譜儀中的應(yīng)用。讓他們寫一份分析報告，包括光譜儀的工作原理、雙縫干涉原理在其中的作用以及光譜儀的優(yōu)點和局限性。有個學生調(diào)查得特別認真，他發(fā)現(xiàn)光譜儀是利用雙縫干涉原理將不同波長的光分開，從而可以測量光的波長等參數(shù)。他還提到光譜儀的優(yōu)點是測量精度高、可以分析多種波長的光，缺點是結(jié)構(gòu)比較復雜、價格昂貴。通過這個作業(yè)，學生能夠?qū)⑽锢碇R和實際儀器聯(lián)系起來，提高他們對物理的學習興趣。（2)深度思考論述題論述雙縫干涉實驗中光的波動性和粒子性的體現(xiàn)以及它們之間的關(guān)系。這題難度比較大，需要學生對光的波粒二象性有深入的理解。我會跟學生說，這就像探索一個神秘的寶藏，要把藏在雙縫干涉實驗背后的波粒二象性的關(guān)系找出來。有的學生在回答中提到，雙縫干涉條紋的形成體現(xiàn)了光的波動性，因為只有波才能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象；而當我們用光子一個一個地發(fā)射進行實驗時，最后也能形成干涉條紋，這又體現(xiàn)了光的粒子性。而且光的波動性和粒子性并不是相互獨立的，而是相互聯(lián)系、相互補充的。三、作業(yè)難度分層1、對于學習能力較弱的學生重點完成基礎(chǔ)型作業(yè)。在概念鞏固作業(yè)中，如果對雙縫干涉的概念解釋不清楚，可以在課本上找到相應(yīng)的解釋抄下來，然后再慢慢理解。在選擇題和簡單計算題中，可以多做幾道類似的題目進行練習，老師會給予更多的指導，比如詳細講解解題的步驟。2、對于中等學習能力的學生在完成基礎(chǔ)型作業(yè)的基礎(chǔ)上，認真做好拓展型作業(yè)。在實驗改進作業(yè)中，要確保改進的思路合理、可行；在簡答題中，要條理清晰地回答問題，盡量詳細地闡述自己的觀點。3、對于學習能力較強的學生要高質(zhì)量地完成基礎(chǔ)型、拓展型作業(yè)，并且在探究型作業(yè)中有出色的表現(xiàn)。在實際應(yīng)用分析作業(yè)中，除了分析光譜儀，還可以研究其他光學儀器的工作原理；在深度思考論述題中，要能夠從多個角度進行分析，并且結(jié)合具體的實例進行闡述。四、作業(yè)評價方式1、教師評價（1)對于基礎(chǔ)型作業(yè)在概念鞏固作業(yè)中，檢查雙縫干涉條件和產(chǎn)生明暗條紋條件的背誦是否準確無誤，概念解釋是否合理。如果背誦全對且解釋清晰，就在作業(yè)上寫個“超級棒，繼續(xù)加油！”如果有錯誤，就用紅筆圈出來，讓學生重新寫一遍。在選擇題作業(yè)中，主要看答案是否正確，如果錯了，要和學生一起分析是對概念理解錯誤還是粗心導致的。在簡單計算作業(yè)中，檢查計算過程是否正確，單位是否書寫規(guī)范。如果計算準確、過程詳細、單位正確，就給個小笑臉作為獎勵。（2)對于拓展型作業(yè)在實驗改進作業(yè)中，評價改進思路的創(chuàng)新性、器材選擇的合理性和預(yù)期效果的可行性。如果改進思路獨特、器材選擇得當、預(yù)期效果合理，就給予高度評價，比如在作業(yè)旁邊寫“這個改進方案很有創(chuàng)意！”在簡答題作業(yè)中，看答案是否完整、條理是否清晰。如果能夠把現(xiàn)象和原因完整地表述出來，就給一個“優(yōu)”。（3)對于探究型作業(yè)在實際應(yīng)用分析作業(yè)中，評價分析報告的內(nèi)容是否詳實，對雙縫干涉原理在應(yīng)用中的分析是否準確。如果報告內(nèi)容豐富、分析準確，就可以在課堂上讓學生分享他的分析報告。在深度思考論述題作業(yè)中，評價論述的深度和廣度。如果能夠從多個角度深入分析光的波粒二象性并且聯(lián)系緊密，就給予很高的評價，像“你的思考非常深入，真的很厲害！”2、學生自評引導學生對自己的作業(yè)進行自我評價。在完成基礎(chǔ)型作業(yè)后，讓學生自己檢查概念鞏固的內(nèi)容是否準確，選擇題是否因為粗心而做錯，計算過程有沒有問題。在拓展型和探究型作業(yè)中，讓學生思考自己在作業(yè)過程中的優(yōu)點和不足。比如在實驗改進作業(yè)中，自己的改進思路是否真的可行，有沒有可以改進的地方；在論述題作業(yè)中，自己的觀點是否新穎，論述是否有邏輯。3、學生互評組織學生進行作業(yè)互評。讓學生交換作業(yè)，互相評價。在互評的過程中，他們可以學習別人的優(yōu)點，同時也能發(fā)現(xiàn)自己的不足之處。比如在實驗改進作業(yè)中，學生可以互相學習對方器材的選擇和改進思路；在分析報告作業(yè)中，可以互相學習資料的搜集和分析方法。而且在互評的時候，孩子們還會互相交流自己在完成作業(yè)過程中的經(jīng)驗和感受，這也是一種很好的學習方式。接下來我們再詳細說說每部分作業(yè)的設(shè)計意圖和可能遇到的問題及解決方法。對于基礎(chǔ)型作業(yè)中的概念鞏固部分，背誦雙縫干涉的條件和產(chǎn)生明暗條紋的條件是為了讓學生對雙縫干涉的基礎(chǔ)知識有一個準確的記憶，這就像蓋房子要先打好地基一樣。用自己的話解釋概念則是讓學生深入理解雙縫干涉的內(nèi)涵?？赡苡龅降膯栴}是學生對概念的理解過于表面，解決方法是老師可以通過舉例的方式來加深學生的理解，比如說用池塘里的水波通過兩個小孔產(chǎn)生干涉的例子來類比光的雙縫干涉。選擇題部分主要是考查學生對基礎(chǔ)知識的掌握程度。可能會出現(xiàn)學生靠猜答案的情況，這時候老師可以在講解題目時強調(diào)理解概念的重要性，并且讓學生解釋選擇某個答案的原因。簡單計算部分是讓學生學會運用雙縫干涉條紋間距公式進行計算。學生可能會在單位換算或者代入公式時出錯。老師可以針對這些問題進行專項練習，比如多做幾道單位換算的題目，再進行公式代入的強化訓練。拓展型作業(yè)中的實驗改進部分，設(shè)計這個作業(yè)是為了讓學生將理論知識與實踐相結(jié)合，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維能力。學生可能在思考改進思路時會出現(xiàn)無從下手的情況，比如不知道從哪些方面去改進實驗裝置。老師可以在課堂上引導學生回顧實驗過程中遇到的問題，給學生一些啟發(fā)。在器材選擇上，學生可能會選擇一些不適合或者無法實現(xiàn)的器材。老師可以在課堂上介紹一些常見的光學器材及其功能，讓學生有更多的選擇方向。在預(yù)期效果的描述上，學生可能會寫得過于簡單或者不切實際。老師可以讓學生參考一些已有的實驗改進案例，學習如何合理地描述預(yù)期效果。簡答題部分主要是考查學生對知識的綜合運用能力。學生可能會回答得不夠完整或者條理不清晰。老師可以教給學生一些答題的技巧，比如按照“現(xiàn)象原理結(jié)論”這樣的步驟來回答。探究型作業(yè)中的實際應(yīng)用分析部分，這個作業(yè)是為了讓學生認識到物理知識在實際儀器中的廣泛應(yīng)用。學生可能在調(diào)查過程中遇到資料搜集困難的問題，比如不知道去哪里查找光譜儀的工作原理等信息。老師可以給學生提供一些查找資料的途徑，比如專業(yè)的光學書籍、儀器廠家的官網(wǎng)等。在撰寫分析報告時，學生可能會不知道如何組織內(nèi)容。老師可以提供一個分析報告的模板，包括儀器簡介、工作原理、相關(guān)物理原理的應(yīng)用、儀器的優(yōu)缺點等部分，讓學生按照模板來寫。深度思考論述題部分是為了培養(yǎng)學生的深度思考能力。學生可能會覺得無從下手或者思考不夠深入。老師可以先引導學生回顧光的波粒二象性的相關(guān)知識，然后給學生一些提示，比如從實驗現(xiàn)象和理論解釋的角度來思考光的波動性和粒子性的體現(xiàn)。在整個作業(yè)的實施過程中，要注意控制作業(yè)的量和難度。如果作業(yè)量太大，學生會產(chǎn)生抵觸情緒；如果難度過高，會打擊學生的學習積極性。同時，要根據(jù)學生的反饋及時調(diào)整作業(yè)內(nèi)容和評價方式，讓作業(yè)真正成為學生學習的好幫手。另外，為了增加作業(yè)的趣味性，我們可以把一些作業(yè)變成游戲的形式。比如在基礎(chǔ)型作業(yè)的概念鞏固部分，可以設(shè)計一個“雙縫干涉知識問答接力”的游戲。老師先提出一個關(guān)于雙縫干涉概念的問題，然后讓學生依次回答，回答正確的學生可以獲得一次提問的機會，這樣既能增加學習的樂趣，又能讓學生更好地掌握概念知識。在拓展型作業(yè)的實驗改進部分，可以讓學生分組進行實驗改進方案的展示和評比，每個小組派一個代表來介紹他們的改進方案，其他小組的同學可以進行提問和評價，最后評選出最優(yōu)秀的方案，獲勝的小組可以得到一些小獎品，像光學小實驗器材之類的。這樣可以激發(fā)學生的競爭意識，提高他們的參與度。對于不同層次的學生，我們也要給予不同的關(guān)注和鼓勵。對于學習能力較弱的學生，當他們在基礎(chǔ)型作業(yè)中取得一點進步時，要及時給予表揚，比如在作業(yè)上寫一些鼓勵的話“你這次背誦比上次熟練多了，加油！”對于中等學習能力的