3.2 光的干涉 教案
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文档简介
光的干涉
教学目标?
1．知识与技能??
1.通过实验观察认识光的干涉现象，知道从光的干涉现象说明光是一种波.?
2.掌握光的双缝干涉现象是如何产生的，何处出现亮条纹，何处出现暗条纹.?
3.掌握明条纹（或暗条纹）间距的计算公式及推导过程.?
4.通过实验初步认识薄膜干涉现象，了解其应用.?????
2．过程与方法??
▲通过对实验观察分析，认识干涉条纹的特征，获得探究活动的体验。?
???????▲尝试运用波动理论解释光的干涉现象。?
???????▲体验观察到光的双缝干涉以支持光的波动说的假说上升为理论的方法。?
▲通过机械波的干涉向光的干涉迁移，经历知识同化、抽象建模的物理思维过程。?
3．情感态度与价值观???
●体验探究自然规律的艰辛与喜悦。????
●欣赏光现象的奇妙和谐。?
●了解光干涉现象的发现对推动光学发展的意义。?
三、重点难点?
重点：1．观察与描述光的双缝干涉现象。?
???????2．双缝干涉中波的叠加形成的明暗条纹的条件及判断方法。?
难点：用波动理论解释明暗相间的干涉条纹。?
四、教具准备：?
⑴实验装置：激光笔，双缝，蜡烛，铁丝，肥皂水?
⑵多媒体课件：?PPT课件、多媒体动画等。?
五、教学过程
新课引入?
[活动]那些年，我们一起吹过的泡泡【PPT】?
那个时候我们都还是一些“十万个为什么”少年，不知道有没有别出心裁的熊孩子问过这样的问题：“阳光下的泡泡为什么是彩色”。今天我们就来看透薄膜后的秘密，一起走进——光的干涉?
一、光?
光究竟是什么？?
?这似乎是一个很简单的问题，然而它却开启了人类的智慧和视野，相信光具有波粒二象性这件事大家都不陌生了，但关于光到底是粒子还是波的争论在历史上持续了长达三个多世纪????牛顿是光微粒说的坚定支持者，而惠更斯坚定的认为光在空间中以波的形式传播。
在19世界初叶，英国物理学教托马斯杨为这场世纪之辩落下了帷幕，他借助巧妙的实验，成功地观察到了光的干涉现象，为世人展示了光具有波动性的有力证据。?
二、双缝干涉?
?1、小组实验，观察现象?实验要求：?
（1）直接把激光打到光屏上，观察现象——激光沿直线传播，打到墙上是一个亮斑。?
（2）让激光笔正对双缝，观察实验现象并描述——引导学生描述观察到的现象。?
学生活动：?
?以小组为单位进行实验并讨论得出实验现象?
屏上出现了明暗相间的条纹
???条纹间距相等?
【板书】双缝干涉图样的特点
?明暗相间的条纹
?????????条纹间距相等?
【思考】为什么会出现这样的图样？??
学生活动：思考并回答光互相加强，出现亮条纹，相互削弱，出现暗条纹??
????????怎样用波动理论分析屏上明暗条纹的分布情况？?
学生活动：比较推理、分析现象【PPT】?
【师】这有一张双缝干涉示意图，双缝中垂线与屏幕相交位置P点，这个点在几何关系上有什么特点？明条纹还是暗条纹？?
（1）中央明条纹：S1、S2到P0点距离相同，所以这两列波的波峰或波谷同时到达P0.在这一点两列博的波峰与波峰叠加，波谷与波谷叠加，在P0点相互加强，因此出现明条纹。?
（过渡）那么在P1点呢，S1、S2到P1点距离不同了，为何出现明条纹，满足什么条件呢？?
（2）第一明条纹?
生：S1、S2到P1点距离不同，S1到P1的距离大一个波长。在这一点两列博的波峰与波峰叠加，波谷与波谷叠加，在P1点相互加强，因此出现明条纹。?
（过渡）根据以上分析，你是否可以说出暗条纹的成因？?
（3）第一暗条纹?
生：S1S2到Q1点距离不同，S1到Q1的距离比S2到Q1的距离大半个波长，在扯一点两列波的波峰与波谷叠加，他们在Q1点相互减弱，因此出现暗条纹。?
【教师设问】同学们能否自己归纳一下屏上出现明条纹和暗条纹的一般条件？?
【学生思考讨论后得出结论】凡光的路程差等于波长整数倍的位置，产生亮条纹凡光的路程差等于半波长奇数倍的位置，产生暗条纹?
【板书】产生明暗条纹条件?
3、定量分析条纹间距?
下面我们自然要考虑这样一个问题，相邻两亮条纹或暗条纹之间的距离是不是一成不变的？是哪些因素对条纹之间的距离造成影响，又会造成什么样的影响，这个问题我希望大家能大胆推测一下，你认为可能有哪些因素在影响条纹间距呢？?
【学生大胆猜测】?
【小组实验】请大家围绕这个问题，配合你们手上的一起再次实验并展开小组讨论。实验之前请大家想一下这个实验我们要用什么方法啊？（控制变量法）?
【师】大多数同学已经得出了结果，下面就请每组发表一下你们的实验结果?
生：（1）缝到屏间的距离越大间距越大????
（2）与双缝间距有关，d越大，间距越小????
（3）与光源的波长相关，波长越大，间距越大?
看起来大家也非常认可他们的观点，到底是不是这样呢，让我们定量的验证一下?学生活动：师生合作共同推演相邻条纹间距的公式?
【板书】影响条纹间距的因素
?1、双缝到光屏的距离?
2、双缝间距?
3、光源的波长?
【教师提问】现在大家大胆猜测一下，这幅图中的彩色条纹是怎么产生的呢?学生思考并回答：白光发生了干涉?
【教师提问】为什么在日常生活中我们很难看到光的干涉现象呢
学生交流后，教师总结：看上去相同的光源，但它没有满足干涉的条件。要产生光的干涉现象必须有两个振动情况完全相同的光源，包括频率相同，振动方向相同，相位差恒定，而普通光源发出的光各列波的相位是无规则变化的，因此双缝干涉中双缝的作用就显而易见了，就是为了获得振动情况总是相同的光源——我们称为相干光源?
三、薄膜干涉?
【实验要求】同学们面前我有老师配好的肥皂水，平面镜，蜡烛。同学们可以自己动手制作肥皂膜。对比烛焰在肥皂膜上的像与平面镜中的烛焰有什么不一样？?学生活动:小组实验并得出结论?
生：肥皂膜上看到的像与平面镜中的像相比出现了明暗相间的条纹。?
师：像有明暗相间的条纹，与什么现象类似呢？?
生：双缝干涉??
【比较双缝干涉与薄膜干涉的异同】?
师：对，这种现象我们就称为薄膜干涉。接下来，我们不妨来比一比双缝干涉图样与薄膜干涉图样的异同?
相同点：都是明暗相间的条纹?
不同：双缝干涉是竖条纹，薄膜是横条纹?
双缝干涉在光屏上可以观察?
薄膜要用眼睛观察?
师：以上几位同学观察十分细致，可是，他们为什么有这样的差异呢？为了弄清这一点，我们要明白薄膜干涉的成因。【PPT】?
??????参照双缝干涉，你能不能总结出薄膜干涉的成因？?
【提示】薄膜干涉中相干光的来源是什么？光的路程差是由什么产生的（这两面反射回来的光有没有路程差，有什么特点）?
生：薄膜前后表面反射的光（同一列入射光产生的）?
生：由于重力作用，肥皂膜上薄下厚，前后两个面的反射光叠加，有些地方相互加强，有些地方相互减弱，就出现了明暗相间的条纹。?
生：当光的路程差是半波长的偶数倍时出现亮条纹，当光的路程差是半波长的奇数倍是出现暗条纹。?
四、应用?
??随着科学技术的不断进步，镀膜技术越来越发达，结合光的干涉规律，生活中有不少的应用，比如我们可以在透镜或棱镜的表面上涂上一层薄膜(一般用氟化镁)。当薄膜的厚度适当时，在薄膜的两个表面上反射路程差恰好等于半个波长，因而互相抵消，这就大大减小光的反射损失，增强了透射光的强度，这种薄膜叫增透膜。大家想一想，你在都在哪里见过这种应用呢？?
生：眼镜，镜头?
师：会不会有一种薄膜，是想要减弱光的透射呢？在什么情况下适用呢?
生：在强光下，保护眼睛不受损害，比如登上或者滑雪?
???再给大家介绍了一个干涉现象在技术上的应用实例——用干涉法检查平面的平整程度，如图取一个透明的标准样板，放在待检查的部件表面并在一端垫一薄片，使样板的平面与被检查的平面间形成一个楔形空气膜，用单色光从上面向下照射，入射光从空气层的上下表面反射出两列光形成相干光，从反射光中就会看到干涉条纹。?
【师】展示图片，让学生判断哪幅图代表被检平面是平整的？并讲解原因。?
??原因是厚度相等的地方，干涉情况一样，即如果某一处反射回来的两列波叠加，光振动加强，产生亮点，那些与这处厚度相等的地方都是亮点，他们亮起来组成两条纹，若其他厚度处两列波叠加减弱，产生暗条纹，因此厚度变化情况决定了条纹的形状。?
如果被测表面是平整的，于是单色光干涉条纹为与交线平行，等间距，明暗相间的条纹’?那么，光的干涉还可以有哪些应用呢，就请同学们课后注意观察并加以探究解析。?
【思考】如果被检查的表面是球面，如凸透镜。应该如何操作呢？???
把它的凸面放在标准平面上，同样以单色光从上向下照射。?
【师】那么大家根据刚才的分析，大胆猜测一下如果凸面是规则的，会出现什么形状的图样呢？?
生：明暗相间的同心圆环?
师：这种环形的干涉条纹是牛顿最早发现的，叫做牛顿环。?
??【结束】可能有些同学还有点意犹未尽，但由于时间的关系，我们对光的学习只能到这。虽然我们有了一些成果，但我们对光的认识还远远不够，因为光，地球有了白天；因为光，世界变得斑斓；也因为光，万物有了生长的能源。希望大家仍保持一颗探求之心，奋力掀开光学的神秘面纱。?
五、课后作业?
认真观察生活中光的干涉现象并加以解释；结合光的干涉规律，生活中还有不少的用，请同学们举例并稍作解析。?
六、板书设计?
光的干涉?
一、双缝干涉图样的特点????????
?明暗相间的条纹?????????
条纹间距相等?
二、产生明暗条纹条件
三、影响条纹间距的因素?
1、双缝到光屏的距离?
2、双缝间距?
3、光源的波长?
四、相邻两亮条纹间距计算公式
教学目标?
1．知识与技能??
1.通过实验观察认识光的干涉现象，知道从光的干涉现象说明光是一种波.?
2.掌握光的双缝干涉现象是如何产生的，何处出现亮条纹，何处出现暗条纹.?
3.掌握明条纹（或暗条纹）间距的计算公式及推导过程.?
4.通过实验初步认识薄膜干涉现象，了解其应用.?????
2．过程与方法??
▲通过对实验观察分析，认识干涉条纹的特征，获得探究活动的体验。?
???????▲尝试运用波动理论解释光的干涉现象。?
???????▲体验观察到光的双缝干涉以支持光的波动说的假说上升为理论的方法。?
▲通过机械波的干涉向光的干涉迁移，经历知识同化、抽象建模的物理思维过程。?
3．情感态度与价值观???
●体验探究自然规律的艰辛与喜悦。????
●欣赏光现象的奇妙和谐。?
●了解光干涉现象的发现对推动光学发展的意义。?
三、重点难点?
重点：1．观察与描述光的双缝干涉现象。?
???????2．双缝干涉中波的叠加形成的明暗条纹的条件及判断方法。?
难点：用波动理论解释明暗相间的干涉条纹。?
四、教具准备：?
⑴实验装置：激光笔，双缝，蜡烛，铁丝，肥皂水?
⑵多媒体课件：?PPT课件、多媒体动画等。?
五、教学过程
新课引入?
[活动]那些年，我们一起吹过的泡泡【PPT】?
那个时候我们都还是一些“十万个为什么”少年，不知道有没有别出心裁的熊孩子问过这样的问题：“阳光下的泡泡为什么是彩色”。今天我们就来看透薄膜后的秘密，一起走进——光的干涉?
一、光?
光究竟是什么？?
?这似乎是一个很简单的问题，然而它却开启了人类的智慧和视野，相信光具有波粒二象性这件事大家都不陌生了，但关于光到底是粒子还是波的争论在历史上持续了长达三个多世纪????牛顿是光微粒说的坚定支持者，而惠更斯坚定的认为光在空间中以波的形式传播。
在19世界初叶，英国物理学教托马斯杨为这场世纪之辩落下了帷幕，他借助巧妙的实验，成功地观察到了光的干涉现象，为世人展示了光具有波动性的有力证据。?
二、双缝干涉?
?1、小组实验，观察现象?实验要求：?
（1）直接把激光打到光屏上，观察现象——激光沿直线传播，打到墙上是一个亮斑。?
（2）让激光笔正对双缝，观察实验现象并描述——引导学生描述观察到的现象。?
学生活动：?
?以小组为单位进行实验并讨论得出实验现象?
屏上出现了明暗相间的条纹
???条纹间距相等?
【板书】双缝干涉图样的特点
?明暗相间的条纹
?????????条纹间距相等?
【思考】为什么会出现这样的图样？??
学生活动：思考并回答光互相加强，出现亮条纹，相互削弱，出现暗条纹??
????????怎样用波动理论分析屏上明暗条纹的分布情况？?
学生活动：比较推理、分析现象【PPT】?
【师】这有一张双缝干涉示意图，双缝中垂线与屏幕相交位置P点，这个点在几何关系上有什么特点？明条纹还是暗条纹？?
（1）中央明条纹：S1、S2到P0点距离相同，所以这两列波的波峰或波谷同时到达P0.在这一点两列博的波峰与波峰叠加，波谷与波谷叠加，在P0点相互加强，因此出现明条纹。?
（过渡）那么在P1点呢，S1、S2到P1点距离不同了，为何出现明条纹，满足什么条件呢？?
（2）第一明条纹?
生：S1、S2到P1点距离不同，S1到P1的距离大一个波长。在这一点两列博的波峰与波峰叠加，波谷与波谷叠加，在P1点相互加强，因此出现明条纹。?
（过渡）根据以上分析，你是否可以说出暗条纹的成因？?
（3）第一暗条纹?
生：S1S2到Q1点距离不同，S1到Q1的距离比S2到Q1的距离大半个波长，在扯一点两列波的波峰与波谷叠加，他们在Q1点相互减弱，因此出现暗条纹。?
【教师设问】同学们能否自己归纳一下屏上出现明条纹和暗条纹的一般条件？?
【学生思考讨论后得出结论】凡光的路程差等于波长整数倍的位置，产生亮条纹凡光的路程差等于半波长奇数倍的位置，产生暗条纹?
【板书】产生明暗条纹条件?
3、定量分析条纹间距?
下面我们自然要考虑这样一个问题，相邻两亮条纹或暗条纹之间的距离是不是一成不变的？是哪些因素对条纹之间的距离造成影响，又会造成什么样的影响，这个问题我希望大家能大胆推测一下，你认为可能有哪些因素在影响条纹间距呢？?
【学生大胆猜测】?
【小组实验】请大家围绕这个问题，配合你们手上的一起再次实验并展开小组讨论。实验之前请大家想一下这个实验我们要用什么方法啊？（控制变量法）?
【师】大多数同学已经得出了结果，下面就请每组发表一下你们的实验结果?
生：（1）缝到屏间的距离越大间距越大????
（2）与双缝间距有关，d越大，间距越小????
（3）与光源的波长相关，波长越大，间距越大?
看起来大家也非常认可他们的观点，到底是不是这样呢，让我们定量的验证一下?学生活动：师生合作共同推演相邻条纹间距的公式?
【板书】影响条纹间距的因素
?1、双缝到光屏的距离?
2、双缝间距?
3、光源的波长?
【教师提问】现在大家大胆猜测一下，这幅图中的彩色条纹是怎么产生的呢?学生思考并回答：白光发生了干涉?
【教师提问】为什么在日常生活中我们很难看到光的干涉现象呢
学生交流后，教师总结：看上去相同的光源，但它没有满足干涉的条件。要产生光的干涉现象必须有两个振动情况完全相同的光源，包括频率相同，振动方向相同，相位差恒定，而普通光源发出的光各列波的相位是无规则变化的，因此双缝干涉中双缝的作用就显而易见了，就是为了获得振动情况总是相同的光源——我们称为相干光源?
三、薄膜干涉?
【实验要求】同学们面前我有老师配好的肥皂水，平面镜，蜡烛。同学们可以自己动手制作肥皂膜。对比烛焰在肥皂膜上的像与平面镜中的烛焰有什么不一样？?学生活动:小组实验并得出结论?
生：肥皂膜上看到的像与平面镜中的像相比出现了明暗相间的条纹。?
师：像有明暗相间的条纹，与什么现象类似呢？?
生：双缝干涉??
【比较双缝干涉与薄膜干涉的异同】?
师：对，这种现象我们就称为薄膜干涉。接下来，我们不妨来比一比双缝干涉图样与薄膜干涉图样的异同?
相同点：都是明暗相间的条纹?
不同：双缝干涉是竖条纹，薄膜是横条纹?
双缝干涉在光屏上可以观察?
薄膜要用眼睛观察?
师：以上几位同学观察十分细致，可是，他们为什么有这样的差异呢？为了弄清这一点，我们要明白薄膜干涉的成因。【PPT】?
??????参照双缝干涉，你能不能总结出薄膜干涉的成因？?
【提示】薄膜干涉中相干光的来源是什么？光的路程差是由什么产生的（这两面反射回来的光有没有路程差，有什么特点）?
生：薄膜前后表面反射的光（同一列入射光产生的）?
生：由于重力作用，肥皂膜上薄下厚，前后两个面的反射光叠加，有些地方相互加强，有些地方相互减弱，就出现了明暗相间的条纹。?
生：当光的路程差是半波长的偶数倍时出现亮条纹，当光的路程差是半波长的奇数倍是出现暗条纹。?
四、应用?
??随着科学技术的不断进步，镀膜技术越来越发达，结合光的干涉规律，生活中有不少的应用，比如我们可以在透镜或棱镜的表面上涂上一层薄膜(一般用氟化镁)。当薄膜的厚度适当时，在薄膜的两个表面上反射路程差恰好等于半个波长，因而互相抵消，这就大大减小光的反射损失，增强了透射光的强度，这种薄膜叫增透膜。大家想一想，你在都在哪里见过这种应用呢？?
生：眼镜，镜头?
师：会不会有一种薄膜，是想要减弱光的透射呢？在什么情况下适用呢?
生：在强光下，保护眼睛不受损害，比如登上或者滑雪?
???再给大家介绍了一个干涉现象在技术上的应用实例——用干涉法检查平面的平整程度，如图取一个透明的标准样板，放在待检查的部件表面并在一端垫一薄片，使样板的平面与被检查的平面间形成一个楔形空气膜，用单色光从上面向下照射，入射光从空气层的上下表面反射出两列光形成相干光，从反射光中就会看到干涉条纹。?
【师】展示图片，让学生判断哪幅图代表被检平面是平整的？并讲解原因。?
??原因是厚度相等的地方，干涉情况一样，即如果某一处反射回来的两列波叠加，光振动加强，产生亮点，那些与这处厚度相等的地方都是亮点，他们亮起来组成两条纹，若其他厚度处两列波叠加减弱，产生暗条纹，因此厚度变化情况决定了条纹的形状。?
如果被测表面是平整的，于是单色光干涉条纹为与交线平行，等间距，明暗相间的条纹’?那么，光的干涉还可以有哪些应用呢，就请同学们课后注意观察并加以探究解析。?
【思考】如果被检查的表面是球面，如凸透镜。应该如何操作呢？???
把它的凸面放在标准平面上，同样以单色光从上向下照射。?
【师】那么大家根据刚才的分析，大胆猜测一下如果凸面是规则的，会出现什么形状的图样呢？?
生：明暗相间的同心圆环?
师：这种环形的干涉条纹是牛顿最早发现的，叫做牛顿环。?
??【结束】可能有些同学还有点意犹未尽，但由于时间的关系，我们对光的学习只能到这。虽然我们有了一些成果，但我们对光的认识还远远不够，因为光，地球有了白天；因为光，世界变得斑斓；也因为光，万物有了生长的能源。希望大家仍保持一颗探求之心，奋力掀开光学的神秘面纱。?
五、课后作业?
认真观察生活中光的干涉现象并加以解释；结合光的干涉规律，生活中还有不少的用，请同学们举例并稍作解析。?
六、板书设计?
光的干涉?
一、双缝干涉图样的特点????????
?明暗相间的条纹?????????
条纹间距相等?
二、产生明暗条纹条件
三、影响条纹间距的因素?
1、双缝到光屏的距离?
2、双缝间距?
3、光源的波长?
四、相邻两亮条纹间距计算公式