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2019-2020年高中物理 13.2 光的干涉教案 新人教版3-4 【教學(xué)目標(biāo)】 （一）知識(shí)與技能 1．通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察認(rèn)識(shí)光的干涉現(xiàn)象，知道從光的干涉現(xiàn)象說(shuō)明光是一種波。 2．掌握光的雙縫干涉現(xiàn)象是如何產(chǎn)生的，何處出現(xiàn)亮條紋，何處出現(xiàn)暗條紋。 （二）過(guò)程與方法 1．通過(guò)楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，體會(huì)把一個(gè)點(diǎn)光源發(fā)出的一束光分成兩束，得到相干光源的設(shè)計(jì)思想。 2．通過(guò)根據(jù)波動(dòng)理論分析單色光雙縫干涉，培養(yǎng)學(xué)生比較推理，探究知識(shí)的能力。 （三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀 通過(guò)對(duì)光的本性的初步認(rèn)識(shí)，建立辯證唯物主義的世界觀。 【教學(xué)重點(diǎn)】雙縫干涉圖象的形成實(shí)驗(yàn)及分析。 【教學(xué)難點(diǎn)】亮紋（或暗紋）位置的確定。 【教學(xué)方法】復(fù)習(xí)提問(wèn)，實(shí)驗(yàn)探究，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué) 【教學(xué)用具】JGQ型氦氖激光器一臺(tái)，雙縫干涉儀，多媒體電腦及投影裝置，多媒體課件（相關(guān)靜態(tài)圖片及Flash動(dòng)畫(huà)） 【教學(xué)過(guò)程】 （一）引入新課 復(fù)習(xí)機(jī)械波的干涉 ［復(fù)習(xí)提問(wèn)，誘導(dǎo)猜想］ ［多媒體投影靜態(tài)圖片］ 師：大家對(duì)這幅圖還有印象嗎？ 生：有，波的干涉示意圖。 師：［投影問(wèn)題］請(qǐng)大家回憶思考下面的問(wèn)題： 圖中，S1、S2是兩個(gè)振動(dòng)情況總是相同的波源，實(shí)線表示波峰，虛線表示波谷，a、b、c、d、e中哪些點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng)？哪些點(diǎn)振動(dòng)減弱？ 學(xué)生回答結(jié)果不出所料，大部分同學(xué)能答出a、c兩點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng)，d、e兩點(diǎn)振動(dòng)減弱，而對(duì)于b點(diǎn)則出現(xiàn)了爭(zhēng)議。一種認(rèn)為b點(diǎn)是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，另一種則認(rèn)為b點(diǎn)是由加強(qiáng)到減弱的過(guò)渡狀態(tài)。 師：b點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng)和減弱由什么來(lái)決定呢？只有弄清這一點(diǎn)才能解決兩派同學(xué)的爭(zhēng)端。 （有學(xué)生低語(yǔ)，“路程差”） 師：好！剛才這位同學(xué)說(shuō)到了關(guān)鍵，那么就請(qǐng)你來(lái)分析一下b點(diǎn)與S1、S2兩點(diǎn)的路程差。 生：由圖可以看出OO′是S1、S2連線的中垂線，所以b到S1、S2的路程差為零。 師：那么b點(diǎn)應(yīng)為振動(dòng)——（學(xué)生一起回答）：加強(qiáng)點(diǎn)。 （教師總結(jié)機(jī)械波干涉的規(guī)律，突出強(qiáng)調(diào)兩列波的振動(dòng)情況總是完全相同。） 師：光的波動(dòng)理論認(rèn)為，光具有波動(dòng)性。那么如果兩列振動(dòng)情況總是相同的光疊加，也應(yīng)該出現(xiàn)振動(dòng)加強(qiáng)和振動(dòng)減弱的區(qū)域，并且出現(xiàn)振動(dòng)加強(qiáng)和振動(dòng)減弱的區(qū)域互相間隔的現(xiàn)象。那么這種干涉是一個(gè)什么圖樣呢？大家猜猜。 生：應(yīng)是明暗相間的圖樣。 師：猜想合理。那么有同學(xué)看到過(guò)這一現(xiàn)象嗎？ （學(xué)生一片沉默，表示沒(méi)有人看到過(guò)） 師：看來(lái)大家沒(méi)有見(jiàn)過(guò)。是什么原因呢？ ［生1］可能是日常生活中找不到兩個(gè)振動(dòng)情況總相同的光源。 ［生2］可能是我們看見(jiàn)了但不知道是光的干涉現(xiàn)象。 師：兩位同學(xué)分析得非常好，也許是沒(méi)有干涉的條件，也許是相逢未必曾相識(shí)。大家看他們倆誰(shuí)分析得對(duì)呢？ 生：我覺(jué)得生1說(shuō)的不成立，這樣的光源很多，像我們教室里的日光燈，我覺(jué)得它們完全相同。 師：好。我們可以現(xiàn)場(chǎng)來(lái)試試。 （先打開(kāi)一盞日光燈，再打開(kāi)另一盞對(duì)稱(chēng)位置的日光燈） 師：請(qǐng)大家認(rèn)真找一找，墻上、地上、天花板上，有沒(méi)有出現(xiàn)明暗相間的干涉現(xiàn)象？ （大家積極尋找，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)，思維活躍，議論紛紛） 師：看來(lái)兩個(gè)看似相同的日光燈或白熾燈光源并不是“振動(dòng)情況總相同的光源”。 ［投影圖］ 師：1801年，英國(guó)物理學(xué)家托馬斯楊想出了一個(gè)巧妙的辦法，把一個(gè)點(diǎn)光源分成兩束，從而找到了“兩個(gè)振動(dòng)情況總是相同的光源”，成功地觀察到了干涉條紋，為光的波動(dòng)說(shuō)提供了有力的證據(jù)，推動(dòng)了人們對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)。下面我們就來(lái)重做這一著名的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)。 （二）進(jìn)行新課 1．楊氏干涉實(shí)驗(yàn) ［動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，觀察描述］ 介紹楊氏實(shí)驗(yàn)裝置（如圖） 師：用氦氖激光器演示雙縫干涉實(shí)驗(yàn)。 用激光器發(fā)出的紅色光（平行光）垂直照射雙縫，將干涉圖樣投影到教室的墻上，引導(dǎo)學(xué)生注意觀察現(xiàn)象。 現(xiàn)象：可以看到，墻壁上出現(xiàn)明暗相間的干涉條紋。 師：（介紹）狹縫S1和S2相距很近，雙縫的作用是將同一束光波分成兩束“振動(dòng)情況總是相同的光束”。這樣就得到了頻率相同的兩列光波，它們?cè)谄辽席B加，就會(huì)出現(xiàn)明暗相間的條紋”。 結(jié)論：楊氏實(shí)驗(yàn)證明，光的確是一種波。 2．亮（暗）條紋的位置 ［比較推理，探究分析］ 師：通過(guò)實(shí)驗(yàn)，我們現(xiàn)在知道，光具有波動(dòng)性?，F(xiàn)在我們是不是可以根據(jù)機(jī)械波的干涉理論來(lái)認(rèn)真探究一下實(shí)驗(yàn)中的明暗條紋是如何形成的呢？ ［投影圖］ 圖中，P0點(diǎn)距S1、S2距離相等，路程差Δ=S1 P0-S2 P0=0應(yīng)出現(xiàn)亮紋，（中央明紋） ［演示動(dòng)畫(huà)］圖20—3中S1、S2發(fā)出的正弦波形在P點(diǎn)相遇疊加，P點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng)（如圖） 鑒于上述動(dòng)畫(huà)的表述角度和效果，教師在此基礎(chǔ)上再播放動(dòng)畫(huà)，如下圖所示振動(dòng)情況示意圖，使學(xué)生進(jìn)一步明確.不管波處于哪種初態(tài)，P0點(diǎn)的振動(dòng)總是波峰與波峰相遇或波谷與波谷相遇，振幅A總為A1、A2之和，即P點(diǎn)總是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，應(yīng)出現(xiàn)亮紋。 師：那么其他點(diǎn)情況如何呢？ ［投影圖］ P1點(diǎn)應(yīng)出現(xiàn)什么樣的條紋？ 生：亮紋。 師：為什么？ 生：因?yàn)槁烦滩顬棣?，是半波長(zhǎng)的2倍。 師：我們可以從圖上動(dòng)畫(huà)看一下，［演示下圖］ 在這里大家看到，屏上P1點(diǎn)的上方還可以找到Δ2=|S1P2-S2P2|=2λ的P2點(diǎn)，Δ3=|S1P3-S2P3|=3λ的P3點(diǎn)，Δn=|S1Pn-S2Pn|=nλ的Pn點(diǎn)，它們對(duì)應(yīng)產(chǎn)生第2、3、4…條明條紋，還有明條紋的地方嗎？ 生：在P點(diǎn)下方，與P1、P2等關(guān)于P0對(duì)稱(chēng)的點(diǎn)也應(yīng)是明條紋。 師：好。我們可以總結(jié)為：Δ=2n，n=0、1、2…時(shí)，出現(xiàn)明紋。 ［投影下圖］那么S1、S2發(fā)出的光在Q1點(diǎn)疊加又該如何呢？ ［演示動(dòng)畫(huà)］我們先來(lái)看一下，動(dòng)畫(huà)顯示，在Q1點(diǎn)振動(dòng)減弱。 師：在Q1點(diǎn)是波峰與波峰相遇還是波峰與波谷相遇？?jī)烧駝?dòng)步調(diào)如何？ 生：是波峰與波谷相遇，振動(dòng)步調(diào)剛好相反。 （教師啟發(fā)學(xué)生進(jìn)一步分析這點(diǎn)合振幅情況，以及Q1點(diǎn)與P0、P1的相對(duì)位置。） 師：哪位同學(xué)能總結(jié)一下Q1點(diǎn)的特征？ 生：Q1點(diǎn)位置在P0、P1間，它與兩波源路程差|S1Q1-S2Q1|=。該點(diǎn)出現(xiàn)暗紋。 師：非常好！大家看像Q1這樣的點(diǎn)還有嗎？ 生：有。 （全體學(xué)生此時(shí)已能一起總結(jié)出Q2、Q3…等的位置） ［教師總結(jié)］Δ=|S1Q2-S2Q2|=λ，λ…處，在P1P2、P2P3、…等明紋之間有第2條暗紋Q2、第3條暗紋Q3… 師：哪位同學(xué)能用上面的方法寫(xiě)個(gè)通式，歸納一下？ 生：當(dāng)Δ=（2n+1） ，n=0、1、2…時(shí)，出現(xiàn)暗紋。 ［投影下圖］ 師：綜合前面分析，我們可以畫(huà)出上面圖示的雙縫干涉結(jié)果。 同時(shí)介紹一下相干光源，強(qiáng)調(diào)干涉條件。引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材57頁(yè)上方的內(nèi)容，進(jìn)一步體會(huì)，楊氏實(shí)驗(yàn)中的雙縫的作用就是得到一對(duì)相干光源。 （三）課堂總結(jié)、點(diǎn)評(píng) 今天我們學(xué)習(xí)了光的干涉，知道光的確是一種波。我們還確定了雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，明暗條紋出現(xiàn)的位置：當(dāng)屏上某點(diǎn)到兩個(gè)狹縫的路程差Δ=2n，n=0、1、2…時(shí)，出現(xiàn)明紋；當(dāng)Δ=（2n+1） ，n=0、1、2…時(shí)，出現(xiàn)暗紋。 兩列波要產(chǎn)生干涉，它們的頻率必須相同，且相位差恒定。能夠產(chǎn)生干涉的光源叫做相干光源。楊氏實(shí)驗(yàn)中，雙縫的作用就是得到一對(duì)相干光源。 （四）課余作業(yè) 完成P57“問(wèn)題與練習(xí)”的題目。 附：課后訓(xùn)練 1．用波長(zhǎng)為0.4μm的光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，A點(diǎn)到狹縫S1、S2的路程差為1.810-6 m，則A點(diǎn)是出現(xiàn)明條紋還是暗條紋？ 答案：暗條紋 2．關(guān)于楊氏實(shí)驗(yàn)，下列論述中正確的是 （ ） A．實(shí)驗(yàn)證明，光的確是一種波。 B．雙縫的作用是獲得兩個(gè)振動(dòng)情況總是相同的相干光源 C．在光屏上距離兩個(gè)小孔的路程差等于半波長(zhǎng)的整數(shù)倍處出現(xiàn)暗條紋 D．在光屏上距離兩個(gè)小孔的路程差等于波長(zhǎng)的整數(shù)倍處出現(xiàn)亮條紋 答案：AB 3．對(duì)于光波和聲波，正確的說(shuō)法是 A．它們都能在真空中傳播 B．它們都能產(chǎn)生反射和折射 C．它們都能產(chǎn)生干涉 D．聲波能產(chǎn)生干涉而光波不能 答案：BC 4．兩個(gè)獨(dú)立的點(diǎn)光源S1和S2都發(fā)出同頻率的紅色光，照亮一個(gè)原是白色的光屏，則光屏上呈現(xiàn)的情況是 （ ） A．明暗相間的干涉條紋 B．一片紅光 C．仍是呈白色的 D．黑色 解析：兩個(gè)點(diǎn)光源發(fā)出的光雖然同頻率，但“振動(dòng)情況”并不總是完全相同，故不能產(chǎn)生干涉，屏上沒(méi)有干涉條紋，只有紅光。 答案：B 5．在真空中，黃光波長(zhǎng)為610-7 m，紫光波長(zhǎng)為410-7 m?，F(xiàn)有一束頻率為51014 Hz的單色光，它在n=1.5的玻璃中的波長(zhǎng)是多少？它在玻璃中是什么顏色？ 解析：先根據(jù)0=c/f0計(jì)算出單色光在真空中的波長(zhǎng)0，再根據(jù)光進(jìn)入另一介質(zhì)時(shí)頻率不變，由n==，求出光在玻璃中的波長(zhǎng). 0=c/f0= m=610-7 m，可見(jiàn)該單色光是黃光。 又由n=0/得=0/n= m=4107 m。由于光的顏色是由光的頻率決定的，而在玻璃中光的頻率未變化，故光的顏色依然是黃光。 答案：410－7 m 黃色