物理教案－光的干涉

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教学目标 
（一）知识目标
1、知道光的干涉现象，了解相干条件，知道光的双缝干涉现象是如何产生的以及产生明暗条纹间距与波长的关系；
2、知道薄膜干涉是如何产生的，了解薄膜干涉的现象及技术上的应用。

（二）能力目标
通过观察实验现象，与以前学过的机械波的干涉进行类比，培养学生的自主学习的能力以及对问题的分析、推理能力。

 

教学建议

光的干涉是本章的重点之一.讲解前先引导学生回忆机械波的有关内容.
在光的干涉的教学中，一个值得注意的问题是相干条件的讲述（有关内容可以参见扩展资料）.相对于机械波--比较容易的获得连续振动的波源、满足相干波的条件，两个独立光源发出的光，即使是频率相同的单色光(实际上严格的单色光并不存在)，也不能保持恒定的相差.考虑到学生的知识基础和接受水平，讲解中可以不提出相干光的概念，只强调利用单孔双缝使得一束光成了两个振动情况总是相同的波源，这同机械波中提到的振源的振动步调相同的要求是一致的.
做好演示实验.让学生通过观察白光的双缝干涉和单色光的双缝干涉加深知识的理解.
双缝干涉的教学虽不要求定量讨论，但是在讲条纹间距与波长的关系时，要让学生知道公式中每一项的意义，配合彩图让学生将白光、单色光的干涉图样的特点记住.并要知道不同色光具有不同的频率，光的频率只由光源决定而与介质无关.在狭缝间的距离和狭缝与屏间的距离不变的条件下，单色光产生的干涉条纹间距跟光的波长成正比，这个关系是应该让学生知道的.知道了这一点，学生才能理解不同色光具有不同的频率和波长.
薄膜干涉的教学，可以结合实验、演示来进行，只要求学生初步认识这种现象，不必做进一步的分析.除了肥皂膜的干涉外，两片玻璃之间的空气膜的干涉、浮在水面上的油膜的干涉，都可以让学生观察.如果有牛顿环的实验装置，也可以让学生观察.
关于光的干涉在技术上的应用，教材中举了用干涉法检查平面和增透膜的例子.对此只要求学生初步了解其原理，可不再补充.

关于演示实验的教学建议

（1）演示实验可以用激光光学演示仪、实验时使激光束的行进方向正对学生的观察方向，用毛玻璃屏接收干涉条纹.让光屏到双缝的距离保持一定（L不变），让光束通过不同间距（d）的双缝，可观察到屏上的条纹间距不同，d大的条纹间距窄，保持d不变，使双缝到屏的距离增大，则条纹间距变宽.

（2）学生实验用双缝干涉仪测光的波长.实验时可以用灯丝为线状的灯泡作光源，在双缝前加一滤光片（红、绿均可），让双缝对准光源且双缝平行于灯丝，这样通过双缝的为单色光.然后调节双缝的卡脚，即可在筒内带有刻波的光屏上得到单色光的干涉条纹，再从观察到的条纹中选若干条清晰的条纹，从屏上的刻度读出他们的间距之和，求出相邻两条纹的间距： ，

由 

可以求出 

d在双缝上已标出，L从仪器上可得到， 为测量到的值，即可求出 ，本实验除了测波长，还可以让学生用其观察白光的干涉条纹（不加滤光片，直接观察灯丝发出的光），在屏上可看到彩色条纹

（3）薄膜干涉可采用随堂实验.用生物实验用的盖玻片、酒精灯、食盐.将少许食盐撒在酒精灯的灯芯上点燃，然后将盖玻片置于火焰后方，用眼睛从前面着盖玻片即可看到明、暗相间的条纹

（4）用激光演示仪加牛顿圈配件可以在屏上得到牛顿环

 

教学设计示例

（－）引入新课
通过机械波的干涉和衍射现象产生的条件和现象引入光的干涉和衍射

（二）教学过程 （需要重点强调的主要知识点）
1、实现新旧知识迁移是掌握双缝干涉的关键
干涉和衍射是波的特有现象，确定某种物理过程是不是波动，就看它有没有干涉现象和衍射现象产生，只有观察到光的干涉现象和衍射现象，才能确认光具有波动性在学习双缝干涉前，应回顾下列有关机械波的知识：
A、两列波彼此相遇后，仍像相遇以前一样，各自保持原有的波形，继续向前传播；
B、在两列波重叠的区域里，任何一个质点的总位移都等于两列波分别引起的位移矢量和；
C、频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，并且振动加强和振动减弱的区域互相间隔，这种现象叫波的干涉；
D、要得到稳定的干涉图样，两个波源必须是相干波源

2、掌握了上述波的共同性后，再分析光的特殊性.
由于物质发光的特殊性，任何两个独立的光源发出的光相叠加均不能产生干涉现象怎样才能得到相干光源呢？双缝干涉就是成功的一例.在双缝干涉实验中，光从单缝射到双缝上，形成了两个振动情况总是相同的相干光源，它们在光屏上叠加就出现干涉图样.
上述思维过程，不仅能顺利地掌握双缝干涉，同时为研究薄膜干涉打好了基础
（1）双缝干涉
两个独立的光源发出的光不是相干光，双缝干涉的装置使一束光通过双缝后变为两束相干光，在光屏上相通形成稳定的干涉条纹.
在双缝干涉实验中，光屏上某点到双缝的路程差为半波长的偶数倍时，该点出现亮条纹；光屏上某点到双缝的路程差为半波长的奇数倍时，该点出现暗条纹.
A、对干涉图样的研究可知：相邻两条明条纹（暗条纹）中心距离 与屏到双缝的距离L成正比；与双缝间距离d成反比；与照射光的波长成正比.
B、在实验装置不变的情况下化、d不变），由于红光的波长大于紫光的波长，所以红光产生的干涉条纹间距较大，紫光产生的干涉条纹间距较小；初步了解通过双缝干涉测波长的原理.
C、用白光进行干涉实验，各种单色光在光屏中央均为明纹，中央亮纹是各色光复合而成，所以是白色的.各色光由于波长不同，在光屏上产生的其它各级亮纹的位置均不相同，所以其它各级亮纹是彩色的.
（2）薄膜干涉
让一束光经薄膜的两个表面反射后，形成的两束反射光产生的干涉现象叫薄膜干涉.
A、在薄膜干涉中，前、后表面反射光的路程差由膜的厚度决定，所以薄膜干涉中同一明条纹（暗条纹）应出现在膜的厚度相等的地方.由于光波波长极短，所以微薄膜干涉时，介质膜应足够薄，才能观察到干涉条纹.
B、用手紧压两块玻璃板看到彩色条纹，阳光下的肥皂泡和水面飘浮油膜出现彩色等都是薄膜干涉.
C、薄膜于涉在技术上可以检查镜面和精密部件表面形状；精密光学过镜上的增透膜（当增透膜的厚度是入射光在膜中波长的1/4时，透镜上透光损失的能量最小，增强了透镜的透光能力.）

3、光的衍射
光离开直线路径绕到障碍物几何阴影里去的现象叫光的衍射.只有当小孔、单缝或小屏的尺寸小于波长或和波长差不多时，才能观察到明显的衍射现象.
A、白光通过小孔或单缝时，屏上出现的衍射图样中央是白色亮纹，它各级亮纹是彩色的；用单色光进行单缝衍射时，屏上出现明暗相间的衍射条纹.
B、光的衍射现象中出现明暗相间的条纹，实际上是干涉的结果，说明光的干涉和衍射现象有密切关系.
C、干涉和衍射是波的基本特性，光的干涉和衍射现象征明了光是一种波.干涉和衍射现象产生的机理不同，产生的图样也有区别.干涉图样的中央亮纹和其它各级亮纹的宽度基本相等，而衍射图样各级亮纹的宽度各不相同，中央亮纹的宽度差不多是其它各级亮纹宽度的两倍.
D、白光干涉、衍射现象中出现的彩色条纹与白光色散的彩色条纹产生的机理不同，前者由光的叠加产生的，后者由光的折射产生的.

 

探究活动

1、查阅资料：有关光的干涉的内容

2、实验：观察薄膜干涉和牛顿环

3、了解等厚干涉和等倾干涉.