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光的干涉
一、教学目标
（一）知识与技能：
1、认识光的干涉现象及产生光干涉的条件；
2、理解光的干涉条纹形成原理，认识干涉条纹的特征。
（二）过程与方法：
1、通过观察实验，培养学生对物理现象的观察、表述、概括能力。
2、利用所学知识解决一些实际问题。
（三）德育目标：
1、通过“扬氏双缝干涉”实验的学习，渗透科学家认识事物科学的物理思维方法。
2、渗透物理学研究方法的教育，培养一切从实际出发的唯物主义思想。
二、教学重点
波的干涉条件，相干光源
三、教学难点
如何用波动说来说明明暗相间的干涉条纹，怎么会出现时间上是稳定的，空间上存在着加强区和减弱区并且互相间隔，如何理解“加强”和“减弱”。
四、教学方法
实验法、讲授法、练习法
五、教学用具
双缝干涉仪，多媒体电脑及投影装置，多媒体课件
六、课时安排
1课时
七、教学过程
（一）复习引入新课：
复习机械波的干涉现象并演示“水波干涉现象”，向学生提出问题。
(1)这是什么现象？
(2)是否任何两列波在传播空间相遇都会产生这样的现象？
让学生回答，让学生描述稳定干涉现象的特征，指出干涉现象是两列波在空间相遇叠加的一种情景；一切波都能发生干涉现象，干涉现象是波特有的现象。要得到稳定干涉现象需是相干波源。
（二）新课教学：
1、扬氏干涉实验。
(1)提出问题：光是否具有波动性？如果有则会有光的干涉现象，观察光的干涉现象可以用屏幕，在屏幕上会得到什么现象呢？
演示平行激光束作为两个光源，移动屏与它们之间的距离，屏幕上看不到明暗相间的现象。
实验结果表明：两个独立热光源的光波相遇得不到干涉现象。说明光的复杂性。认识事物不是一帆风顺的。实验的不成功是光无波动性？还是实验设计有错误，没有满足相干条件？
(2)扬氏实验。
①介绍英国物理学家托马斯·扬。如何认识光，如何获得相干光源——展示扬氏实验课件鼓励学生在认识事物或遇到问题时，学习扬氏的科学态度，巧妙的思维方法。
②介绍实验装置——双缝干涉仪。
说明双缝很近0.1mm，强调双缝S1、S2与单缝S的距离相等，所以两单缝S1、S2处光的振动不仅频率相同，而且总是同相。
③演示：
用激光源做双缝干涉实验，并使双缝与屏幕的距离加大，这样在屏幕上得到条纹间距离大，更为清晰的明暗相同的图样。
展示双缝干涉图样，让学生注意观察图样，回答图样的特点：(1)明暗相间。(2)亮纹间等距，暗纹间等距。(3)两缝S1、S2中垂线与屏幕相交位置是亮条纹——中央亮纹。
提出问题：为什么会出现这样的图样？怎样用波动理论进行解释。
运用波动理论进行分析。
(1)演示两列频率相同、振动方向相同两列波在一直线上叠加的情景。
用做好的幻灯片用投影幻灯进行演示；或用编制好的软件在电脑上进行演示。
注意分析两列波传播经同一位置时此点的振动情况。
①仍在某一平衡位置附近往复振动，位移随时间而改变。
②两列波同相振幅变大，说明此点振动加强了；两列波反相振幅减小，说明此点振动减弱了。
强调波形图是各个质点在同一时刻位移的包络线，演示波在传播时，波峰波谷的移动情况。
(2)演示一列波由近及远波峰、波谷示意图，演示两列频率相同，同相波由近及远波峰、波谷的示意图。
操作：
波峰、波谷行进位置。
②幻灯片数量准备多一些，波峰、波谷向前推进速度要慢，若用电脑波行进的速度要慢且可暂停。
③最后形成书上双缝干涉示意图样，展示彩色挂图。
引导学生分析：
①说明示意图是两列波某一时刻峰谷位置分布图。
②说明两列波同频率、初相相同，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消弱点。
③先分析S1 S2连线中垂线上的点：首先让学生注意中垂线上的某一点，演示让波行进起来结果峰谷依次通过此点——说明此点振动在峰→平衡位置→谷→平衡位置→峰之间往复振动是加强点。然后再让学生看两列波的相遇峰、谷依次通过该直线上的所有点——说明此直线上的点均是加强点。
④再分析S1 S2中垂线两侧对称位置上的点，即两列波峰谷相遇点，首先注意某一点，演示让波行进起来总是峰谷同时通过此点——说明两列波通过此点总是振动方向相反，是被消弱的；然后再看两列波峰谷交叉点的移动情况——为消弱区域。
⑤其次再分析远离中垂线上的点又是加强区域……
小结：通过以上分析振动加强与消弱点的分布是相互间隔的而且是稳定的。结合干涉挂图反映在屏幕上：同相加强光能量较强——亮；反相减弱光能量较弱——暗。得到亮暗间隔的干涉图样。
(3)屏幕上出现亮纹、暗纹的条件。
在示意图中，S1和S2为一对相干光源，两组半径相同的同心圆表示S1和S2两相干光源向外传播的两列波。实线表示波峰，虚线表示波谷。实线a0、a2、a′2，a4、a′4…为加强区域，虚线a1、a′1；a3、a′3…为减弱区域。
①实线a0上各点，S1、S2发出光波到达线上某点的光程差δ=0。
实线a2(a′2)上各点，S1、S2发出光波到达线上某点的光程差δ2=λ。
实线a4(a′4)上各点，S1、S2发出光波到达线上某点的光程差δ4=2λ。
即在实线a0、a2(a′2)、a4(a′4)…上各点光程差各为0、λ、2λ…，即为波长的整数倍。屏上出现亮纹。
…，即为半波长的奇数倍，屏上出现暗纹。
总结规律：凡光程差等于波长整数倍的位置，产生亮条纹；凡光程差等于半波奇数倍的位置，产生暗条纹，即产生亮暗条纹条件表达式：
亮纹 光程差δ=kλ(k=0，1，2…)。
2、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。
我们在上一章学过，两列波要产生敢，它们的频率必须相同，而且相位差要保持不变。只有这样，一旦它们在空间某点产生的震动相互加强，才会一直是相互加强的关系，否则不可能出现干涉现象。
这就是因为室内的白炽灯是各种独立的光源。不符合产生干涉的条件。所以房间里的两盏灯发出的光不会发生干涉。
（三）课堂小结：
1、凡光程差等于波长整数倍的位置，产生亮条纹；凡光程差等于半波奇数倍的位置，产生暗条纹；
2、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。
教学说明：
若不具有单色光的产生仪器，可先用加滤色片后单色光进行演示。
（四）练习
1．一束单色平行光，通过双缝在屏上得到干涉条件，则 （ ）．
A．相邻明条纹或暗条纹的间距不相等
B．用红光做实验比用紫光做实验得到的明条纹或暗条纹的间距大
C．屏上某点到两缝的距离的差等于半波长的奇数倍
D．如改用白光做实验，相邻明条纹之间的距离是不相等的
2．竖直放置的铁丝框中的肥皂膜，在太阳光的照射下会形成 （ ）．
A．黑白相间的水平干涉条纹
B．黑白相间的竖直干涉条纹
C．彩色水平干涉条纹
D．彩色竖直干涉条纹
3．关于薄膜干涉现象，下列说法中正确的是 （ ）．
A．在波峰和波峰叠加处，光得到加强，将出现亮条纹，在波谷和波谷叠加处，光将减弱，出现暗条纹
B．观察皂液薄膜的干涉现象时，观察者和光源应该位于薄膜的同侧
C．当薄膜干涉的条纹是等距的平行明暗条纹时，说明薄膜厚度处处相同
D．薄膜干涉中，同一条纹上各点厚度都相同
4．涂有增透膜的照相机镜头看上去呈淡紫色说明 （ ）．
A．增透膜明显增强了红光的透射强度
B．增速膜明显增强了紫光的透射强度
C．增透膜明显减弱了绿光的透射强度
D．增透膜加大了绿光的反射损失
5．高层建筑物外墙大量使用的是幕墙玻璃，在白天，外面的人看不见室内的物体，而室内的人却能看见室外的景物，其原因是 （ ）．
A．在玻璃的外表面涂有增透膜
B．在玻璃的外表面涂有高反射膜（即对光的反射率远大于透射率的物质）
C．在玻璃的外表面涂有大量吸收光的物质
D．在玻璃的外表面涂有木透光的彩色薄膜
6．如图1，用单色光照射透明标准板．来检查b的上表面的平直情况，观察到的现象，如图2所示，以下说法正确的是 （ ）．
A．图2的图样是由于光从a的上表面和b的上表面反射后干涉的结果
B．图2的图样是由于光从．的下表面和 b的上表面反射后干涉的结果
C．图2的图样说明b的上表面某处向上凸起
D．图2的图样说明b的上表面共处向下凹陷
7．光由空气射入玻璃，下列说法中正确的是 （ ）．
A．光的速度不变，波长变小 B．光的频率不变，波长变大
C．光的波长改变，频率也改变 D．光的速度变小了，所以波长变小
8．用绿光做双缝干涉实验，观察到一组干涉条纹，在以下条件下，条纹如何变化：
（1）加大缝与光屏间距离_________；
（2）将绿光改为红光________；
（3）将整个装置放入水中_______；
（4）用遮光板挡住其中一条缝_______．
9．在双缝干涉实验装置中，屏上某点距双缝的距离之差为18 000，若用波长为4 000的光做实验，则屏上此点处的条纹将是_______条纹．
10．在光学镜上涂有增透膜，已知增透膜的折射率为1．4，绿光的波长为5 600，则增透膜的厚度为________．
11．如下图，用干涉法检查表面质量，产生的干涉条纹是一组平行的直线，若劈尖的上表面向上平移，干涉条纹将______（变窄、变宽、或不变）；若使劈尖的角度增大，干涉条纹将_______；若用折射率为的透明介质充满劈尖，干涉条纹将_______．
12．为演示“杨氏双缝干涉”实验，现准备了以下仪器放在光具座上：A白炽灯，B双窄缝片，C单窄缝片，D滤光片，E白光屏．
（1）正确的排列顺序是_______；
（2）若双缝间距，双缝到屏的距离，手轮的初始读数为，转动手轮，分线板中心刻线移动到第13条线时，手轮读数，求经滤光片后光波长_______．
参考答案：
1．BD 2．C 3．BD 4．D 5．B 6．BD 7．D 8．（1）条纹变宽 （2）条纹变宽 （3）条纹变窄 （4）出现衍射条纹9．暗 10．1 000 11．不变 变窄 变窄
12．（1）ADCBE或ACDBE （2）
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