人教版選修34 光的干涉 第1課時(shí) 教案.docxVIP

13.3光的干涉一、教學(xué)目標(biāo)1認(rèn)識(shí)光的干涉現(xiàn)象及產(chǎn)生光干涉的條件2理解光的干涉條紋形成原理，認(rèn)識(shí)干涉條紋的特征3通過觀察實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)物理現(xiàn)象的觀察、表述、概括能力4通過“揚(yáng)氏雙縫干涉”實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，滲透科學(xué)家認(rèn)識(shí)事物科學(xué)的物理思維方法二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析1波的干涉條件，相干光源2如何用波動(dòng)說來說明明暗相間的干涉條紋，怎么會(huì)出現(xiàn)時(shí)間上是穩(wěn)定的，空間上存在著加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)并且互相間隔，如何理解“加強(qiáng)”和“減弱”3培養(yǎng)學(xué)生觀察、表述、分析能力三、教具1演示水波干涉現(xiàn)象：頻率可調(diào)的兩個(gè)波源，發(fā)波水槽，投影幻燈，屏幕2演示光的干涉現(xiàn)象：直絲白熾燈泡；單縫；雙縫；紅、綠、藍(lán)、紫濾色片；光的干涉演示儀；激光干涉演示儀3干涉圖樣示意掛圖，為分析干涉所做的幻燈片；或電腦及干涉現(xiàn)象示意的動(dòng)畫軟件四、主要教學(xué)過程(一)引入由機(jī)械波的干涉現(xiàn)象引入：首先演示“水波干涉現(xiàn)象”，并向?qū)W生提出問題(1)這是什么現(xiàn)象？(2)是否任何兩列波在傳播空間相遇都會(huì)產(chǎn)生這樣的現(xiàn)象？讓學(xué)生回答，讓學(xué)生描述穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的特征，指出干涉現(xiàn)象是兩列波在空間相遇疊加的一種情景；一切波都能發(fā)生干涉現(xiàn)象，干涉現(xiàn)象是波特有的現(xiàn)象要得到穩(wěn)定干涉現(xiàn)象需是相干波源(二)教學(xué)過程設(shè)計(jì)新課教學(xué)：雙縫干涉1.什么是雙縫干涉：平行的單色光照射到相距很近的雙狹縫上，在狹縫后的光屏上出現(xiàn)亮暗相間條紋的現(xiàn)象叫做雙縫干涉現(xiàn)象。問題：在什么樣的條件下才能在屏幕上形成亮暗相間的條紋呢？根據(jù)波的疊加原理，可知：在同一種介質(zhì)中傳播的兩列波，當(dāng)兩個(gè)波源的頻率相同，振動(dòng)狀態(tài)完全相同或有恒定的相位差時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)干涉現(xiàn)象。2.形成光波干涉的條件（1）兩個(gè)光源的頻率相同；（2）兩個(gè)光源的振動(dòng)狀態(tài)完全相同或有恒定的相位差。如圖所示的雙縫干涉裝置中，滿足上述條件嗎？為什么？分析：一束激光被分成兩束相當(dāng)于兩個(gè)波源，激光束的顏色沒有發(fā)生變化，說明兩個(gè)波源的頻率一定相同；兩條狹縫距離光源的距離相等，所以兩個(gè)狹縫處波的振動(dòng)狀態(tài)相同。由此可見，通過雙縫形成的兩個(gè)波源就是相干光源。問題：為什么在光屏上會(huì)形成亮暗相間的條紋呢？如圖，根據(jù)機(jī)械波的干涉理論可知，亮條紋出現(xiàn)的位置一定是波峰與波峰，或者波谷與波谷相遇的位置。我們可以肯定的說，p點(diǎn)就是亮條紋出現(xiàn)的位置，圖中p點(diǎn)距s1、s2距離相等，路程差：r=s1p-s2p=0應(yīng)出現(xiàn)亮紋，中央亮條紋。不管波處于哪種初態(tài)，p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。如果p1點(diǎn)也出現(xiàn)亮條紋，那么p1點(diǎn)距s1、s2距離應(yīng)滿足什么條件呢？r1=|s1p1-s2p1|=2r2=|s1p2-s2p2|=2r3=|s1p3-s2p3|=3rn=|s1pn-s2pn|=n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？在p點(diǎn)下方，與p1、p2等關(guān)于p對(duì)稱的點(diǎn)也應(yīng)是明條紋。（1）形成亮條紋的條件：r=2n n=0，1，2時(shí)，出現(xiàn)亮條紋。暗條紋出現(xiàn)的位置：根據(jù)波的疊加原理：在q1點(diǎn)是波峰與波谷相遇，振動(dòng)步調(diào)剛好相反。q1點(diǎn)位置與兩波源路程差：r =|s1q1-s2q1|=r=|s1q2-s2q2|=,處，在p1p2、p2p3、等明紋之間有第2條暗紋q2、第3條暗紋q3，哪位同學(xué)能用上面的方法寫個(gè)通式，歸納一下。（2）形成暗條紋的條件：r=(2n+1) ,n=0、1、2時(shí)，出現(xiàn)暗紋。例1在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，以白光為光源，在屏幕上觀察到了彩色干涉條紋，若在雙縫中的一縫前放一紅色濾光片(只能透過紅光)，另一縫前放一綠色濾光片(只能透過綠光)，已知紅光與綠光頻率、波長均不相等，這時(shí)()a只有紅色和綠色的雙縫干涉條紋，其他顏色的雙縫干涉條紋消失b紅色和綠色的雙縫干涉條紋消失，其他顏色的干涉條紋依然存在c任何顏色的雙縫干涉條紋都不存在，但屏上仍有光亮d屏上無任何光亮解析兩列光波發(fā)生干涉的條件之一是頻率相等，利用雙縫將一束光分成能夠發(fā)生疊加的兩束光，在光屏上形成干涉條紋，但分別用綠色濾光片和紅色濾光片擋住兩條縫后，紅光和綠光頻率不等，不能發(fā)生干涉，因此屏上不會(huì)出現(xiàn)干涉條紋，但仍有光亮答案c借題發(fā)揮明確兩列光波發(fā)生干涉的條件，知道不同色光的頻率不同，是對(duì)此類問題作出正確判斷的關(guān)鍵. 例2如圖2所示是雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置，使用波長為600 nm的橙色光源照射單縫s，在光屏中央p處觀察到亮條紋，在位于p點(diǎn)上方的p1點(diǎn)出現(xiàn)第一條亮條紋中心(即p1到s1、s2的路程差為一個(gè)波長)，現(xiàn)換用波長為400 nm的紫光源照射單縫，則()圖2ap和p1處仍為亮條紋bp處為亮條紋，p1處為暗條紋cp處為暗條紋，p1處為亮條紋dp、p1處均為暗條紋解析從單縫s射出的光波被s1、s2兩縫分成兩束相干光，由題意知屏中央p點(diǎn)到s1、s2距離相等，即分別由s1、s2射出的光到p點(diǎn)的路程差為零，因此中心是亮條紋，因而，無論入射光是什么顏色的光，波長多大，p點(diǎn)都是中央亮條紋而分別由s1、s2射出的光到p1點(diǎn)的路程差剛好是橙光的一個(gè)波長，即|p1s1p1s2|600 nm橙，則兩列光波到達(dá)p1點(diǎn)振動(dòng)情況完全一致，振動(dòng)得到加強(qiáng)，因此，出現(xiàn)亮條紋當(dāng)換用波長為400 nm的紫光時(shí)，|p1s1p1s2|600 nm紫，則兩列光波到達(dá)p1點(diǎn)時(shí)振動(dòng)情況完全相反，即分別由s1、s2射出的光到達(dá)p1點(diǎn)時(shí)相互削弱，因此，在p1點(diǎn)出現(xiàn)暗條紋綜上所述，選項(xiàng)b正確答案b借題發(fā)揮判斷屏上某點(diǎn)為亮條紋還是暗條紋，要看該點(diǎn)到兩個(gè)光源(雙縫)的路程差與半波長的比值，要記住路程差等于半波長偶數(shù)倍處出現(xiàn)亮條紋，等于半波長奇數(shù)倍處出現(xiàn)暗條紋，還要注意這一結(jié)論成立的條件是：兩個(gè)光源情況完全相同針對(duì)訓(xùn)練如圖3所示，用頻率為f的單色光(激光)垂直照射雙縫，在光屏的p點(diǎn)出現(xiàn)第3條暗條紋，已知光速為c，則p到雙縫s1、s2的距離之差|r1r2|應(yīng)為()圖3abcd解析出現(xiàn)暗條紋，說明s1、s2到p點(diǎn)距離之差為(2k1)而，所以|r1r2|，因此d是正確的答案d例3關(guān)于薄膜干涉，下列說法中正確的是()a只有厚度均勻的薄膜，才會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象b只有厚度不均勻的楔形薄膜，才會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象c厚度均勻的薄膜會(huì)形成干涉條紋d觀察肥皂液膜的干涉現(xiàn)象時(shí)，觀察者應(yīng)和光源在液膜的同一側(cè)解析當(dāng)光從薄膜的一側(cè)照射到薄膜上時(shí)，只要前后兩個(gè)面反射回來的光波的路程差滿足振動(dòng)加強(qiáng)的條件，就會(huì)出現(xiàn)明條紋，滿足振動(dòng)減弱的條件就會(huì)出現(xiàn)暗條紋這種情況在薄膜厚度不均勻時(shí)才會(huì)出現(xiàn)；當(dāng)薄膜厚度均勻時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)干涉條紋，但也發(fā)生干涉現(xiàn)象觀察肥皂液膜的干涉現(xiàn)象時(shí)，觀察者應(yīng)和光源在液膜的同一側(cè)答案d課堂練習(xí)：1.(多選)雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置如圖4所示，調(diào)整實(shí)驗(yàn)裝置使得像屏上可以見到清晰的干涉條紋關(guān)于干涉條紋的情況，下列敘述正確的是()圖4a若將像屏向右平移一小段距離，屏上仍有清晰的干涉條紋b若將像屏向左平移一小段距離，屏上的干涉條紋將不會(huì)發(fā)生變化c若將像屏向上平移一小段距離，屏上仍有清晰的干涉條紋d若將像屏向上平移一小段距離，屏上的干涉條紋不會(huì)發(fā)生變化答案acd2在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，雙縫到光屏上p點(diǎn)的距離之差為0.6 m，若分別用頻率為f15.01014 hz和f27.51014 hz的單色光垂直照射雙縫，則p點(diǎn)出現(xiàn)明、暗條紋的情況是()a用單色光f1和f2分別照射時(shí)，均出現(xiàn)明條紋b用單色光f1和f2分別照射時(shí)，均出現(xiàn)暗條紋c用單色光f1照射時(shí)出現(xiàn)明條紋，單色光f2照射時(shí)出現(xiàn)暗條紋d用單色光f1照射時(shí)出現(xiàn)暗條紋，單色光f2照射時(shí)出現(xiàn)明條紋解析單色光f1的波長：1 m0.6106 m0.6 m.單色光f2的波長：2 m0.4106 m0.4 m.因p點(diǎn)到雙縫的距離之差x10.6 m1，所以用單色光f1照射時(shí)p處出現(xiàn)亮條紋x20.6 m2，所以用單色光f2照射時(shí)p處出現(xiàn)暗條紋，故選項(xiàng)c正確答案c3.如圖5所示，用單色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，p處為第二條暗條紋，改用頻率較低的單色光重做上述實(shí)驗(yàn)(其他條件不變)時(shí)，則同側(cè)第二條暗條紋的位置()圖5a仍在p處b在p點(diǎn)上方c在p點(diǎn)下方d要將屏向雙縫方向移近一些才能看到解析由知f變小，變大若出現(xiàn)第二條暗條紋，則p到雙縫的路程差r，當(dāng)變大時(shí)，r也要變大，故第二條暗條紋的位置向上移，在p點(diǎn)上方，b正確答案b4如圖6所示為一顯示薄膜干涉現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)裝置，p是附有肥皂薄膜的鐵絲圈，s是一點(diǎn)燃的酒精燈，往火焰上撒些鹽后，在肥皂膜上觀察到的干涉圖樣應(yīng)是圖中的()圖6解析鐵絲圈上的肥皂泡薄膜在重力作用下上薄下厚，在同一水平線上厚度基本一致，如果某一厚度處前后表面反射的同一列光波疊加得到加強(qiáng)，那么這一水平線上同一厚度處光波會(huì)加強(qiáng)，所以干涉條紋應(yīng)是水平的答案d作業(yè)1從兩只相同的手電筒射出的光，當(dāng)它們?cè)谀骋粎^(qū)域疊加后，看不到干涉圖樣，這是因?yàn)?)a手電筒射出的光是單色光b干涉圖樣太細(xì)小看不清楚c周圍環(huán)境的光太強(qiáng)d這兩束光為非相干光源解析兩束光的相位差不恒定，且都不是單色光，故不是相干光源，因此不能產(chǎn)生干涉圖樣答案d2下列關(guān)于雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的說法中，正確的是()a單縫的作用是獲得頻率保持不變的相干光源b雙縫的作用是獲得兩個(gè)振動(dòng)情況相同的相干光源c光屏上距兩縫的路程差等于半波長的整數(shù)倍處出現(xiàn)暗條紋d照射單縫的單色光的頻率越高，光屏上出現(xiàn)的條紋寬度越寬解析單縫的作用是產(chǎn)生一個(gè)線光源，兩個(gè)頻率相同的光源稱為相干光源，選項(xiàng)a錯(cuò)誤；雙縫的作用是產(chǎn)生兩個(gè)頻率相同、振動(dòng)情況相同的相干光源，選項(xiàng)b正確；路程差等于半波長奇數(shù)倍處出現(xiàn)暗條紋，選項(xiàng)c錯(cuò)誤；頻率越高，波長越短，條紋寬度越窄，選項(xiàng)d錯(cuò)誤答案b3一束白光通過雙縫后在屏上觀察到干涉條紋，除中央白色條紋外，兩側(cè)還有彩色條紋，其原因是()a各色光的波長不同，因而各色光分別產(chǎn)生的干涉條紋間距不同b各色光的速度不同，造成條紋的間距不同c各色光的強(qiáng)度不同，造成條紋的間距不同d各色光通過雙縫到達(dá)一確定點(diǎn)的距離不同解析各色光的頻率不同，波長不同，在屏上得到的干涉條紋的寬度不同，各種顏色的條紋疊加后得到彩色條紋答案a4在楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，如果()a用白光作為光源，屏上將呈現(xiàn)黑白相間的條紋b用紅光作為光源，屏上將呈現(xiàn)紅黑相間的條紋c用紅光作為光源，屏上將呈現(xiàn)彩色條紋d用紅光照射一條狹縫，用紫光照射另一條狹縫，屏上將呈現(xiàn)彩色條紋解析用白光做楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，屏上將呈現(xiàn)彩色條紋，a錯(cuò)；用紅光作為光源，屏上將呈現(xiàn)紅色亮條紋與暗條紋(即黑條紋)相間，b對(duì)，c錯(cuò)；紅光和紫光頻率不同，不能產(chǎn)生干涉條紋，d錯(cuò)答案b5(多選)用單色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)()a屏上到雙縫的路程差等于波長整數(shù)倍處出現(xiàn)明條紋b屏上到雙縫的路程差等于半波長整數(shù)倍處，可能是明條紋，也可能是暗條紋c屏上的明條紋一定是兩列光波的波峰與波峰相遇的地方d屏上的明條紋是兩列光波的波峰與波谷相遇的地方解析在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，屏上到雙縫的路程差等于波長整數(shù)倍處出現(xiàn)明條紋，則可能是兩列光波的波峰與波峰或波谷與波谷相遇的地方，a選項(xiàng)正確，c選項(xiàng)錯(cuò)誤；屏上到雙縫的路程差等于半波長整數(shù)倍處，可能是半波長的奇數(shù)倍(暗條紋)，也可能是半波長的偶數(shù)倍(明條紋)，b選項(xiàng)正確；兩列光波的波峰與波谷相遇的地方，應(yīng)是暗條紋，d選項(xiàng)錯(cuò)誤答案ab6如圖1所示是研究光的雙縫干涉的示意圖，擋板上有兩條狹縫s1、s2，由s1和s2發(fā)出的兩列波到達(dá)屏上時(shí)產(chǎn)生干涉條紋，已知入射激光的波長為，屏上的p點(diǎn)到兩狹縫s1和s2的距離相等，如果把p處的亮條紋記作0號(hào)亮紋，由p向上數(shù)，與0號(hào)亮紋相鄰的亮紋為1號(hào)亮紋，與1號(hào)亮紋相鄰的亮紋為2號(hào)亮紋，則p1處的亮紋恰好是10號(hào)亮紋設(shè)直線s1p1的長度為1，s2p1的長度為2，則21等于()圖1a9b10c11d18解析若屏上的p點(diǎn)到兩狹縫s1和s2的路程差是波長的整數(shù)倍，則屏上出現(xiàn)亮條紋p1處的亮紋恰好是10號(hào)亮紋，2110，選項(xiàng)b正確答案b7(多選)雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示，綠光通過單縫s后，投射到具有雙縫的擋板上，雙縫s1和s2與單縫s的距離相等，光通過雙縫后在與雙縫平行的屏上形成干涉條紋屏上o點(diǎn)距雙縫s1和s2的距離相等，p點(diǎn)是距o點(diǎn)最近的第一條亮條紋，如果將入射的單色光換成紅光或藍(lán)光，已知紅光波長大于綠光波長，綠光波長大于藍(lán)光波長，則下列說法正確的是()圖2ao點(diǎn)是紅光的亮條紋b紅光的第一條亮條紋在p點(diǎn)的上方co點(diǎn)不是藍(lán)光的亮條紋d藍(lán)光的第一條亮條紋在p點(diǎn)的上方解析由于o點(diǎn)到雙縫的路程差為零，所以為各種色光的亮條紋，a正確；p點(diǎn)由于是綠光的第一條亮條紋，紅光的波長大于綠光的波長，紅光的條紋間距大于綠光的條紋間距，因此b也正確故正確答案為a、b答案ab8下列現(xiàn)象中與光的薄膜干涉有關(guān)的是()a水面上的油膜在陽光照射下呈現(xiàn)彩色b水中的氣泡看起來特別明亮c白光通過三棱鏡后形成彩色光帶d白光通過雙縫后在光屏上形成彩色條紋解析水中的氣泡看起來特別明亮是光的全反射，白光通過三棱鏡后形成彩色光帶是光的折射，白光通過雙縫后在光屏上形成彩色條紋是光的雙縫干涉，選項(xiàng)a正確答案a9(多選)如圖3所示，一束白光從左側(cè)射入肥皂薄膜，下列說法中正確的是()圖3a人從右側(cè)向左看，可以看到彩色條紋b人從左側(cè)向右看，可以看到彩色條紋c彩色條紋水平排列d彩色條紋豎直排列解析一束白光射到薄膜上，經(jīng)前后兩個(gè)面反射回來的光相遇，產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，從左側(cè)向右看可看到彩色條紋，又由于薄膜同一水平線上的厚度相同，所以彩色條紋是水平排列的，故正確答案為b、c答案bc10(多選)把一平行玻璃板壓在另一個(gè)平行玻璃板上，一端用薄片墊起，構(gòu)成空氣劈尖，讓單色光從上方豎直射入，如圖4所示，這時(shí)可以看到明暗相間的條紋，下面關(guān)于條紋的說法中正確的是()圖4a干涉條紋的產(chǎn)生是由于光在空氣劈尖膜的上下兩表面反射形成的兩列光波疊加的結(jié)果b干涉條紋中的暗條紋是由于上述兩列反射光的波谷與波谷疊加的結(jié)果c將上玻璃板平行上移，條紋向著劈尖移動(dòng)d觀察薄膜干涉條紋時(shí)，應(yīng)在入射光的另一側(cè)解析根據(jù)薄膜干涉的產(chǎn)生原理，上述現(xiàn)象是由空氣膜上下表面反射的兩列光疊加而成的，當(dāng)波