2020高中物理4.4光的干涉教案粵教版選修3-4

1、4.4 光的干涉 教案（粵教版選修 3-4 ）教學目標：1相干光源的獲得及光波的干涉和衍射的條件， 雙縫干涉中為什么能形成明暗 相間的條紋及明暗條紋的計算方法，從而確切地理解光的干涉和衍射現(xiàn)象的形成。2在新的情景下能夠運用波的分析方法解決問題。3通過“揚氏雙縫干涉”實驗的學習，滲透科學家認識事物科學的物理思維 方法難點、重點：1波的干涉條件，相干光源2如何用波動說來說明明暗相間的干涉條紋， 怎么會出現(xiàn)時間上是穩(wěn)定的，空間上存在著加強區(qū)和減弱區(qū)并且互相間隔， 如何理解 “加強”和“減弱” 教學過程：（一）引入光的本性學說的發(fā)展簡史。從原始的微粒說， 到牛頓的微粒說， 惠更斯的波動說， 進而發(fā)展到

2、光的電磁說。又從光電效應(yīng)重新認識到光的粒子性，直至統(tǒng)一到光的波粒二象性。應(yīng)結(jié)合每個階 段的典型現(xiàn)象和實驗，對這一過程發(fā)展脈絡(luò)有較清晰的了解。（二）新課教學、光的干涉現(xiàn)象(1) 相干光源的獲得。兩列波疊加發(fā)生明顯干涉現(xiàn)象的條件是二者頻率相等， 相差恒定。兩個普通光源很難達到這一要求。通常是把一束光想辦法分成兩部分， 讓這兩部分再疊加以達到干涉效果。楊氏雙縫實驗裝置正是這樣巧妙地獲得了兩列 相干的波源。(2) 楊氏雙縫干涉實驗。一束光通過單縫照射到相距非常近的兩個狹縫后，形 成頻率相同的兩束光。這兩束光的疊加，在光屏上就產(chǎn)生了干涉條紋。如果用單色 光照射狹縫，在屏上得到的是與狹縫平行的明暗相間的等

3、間距條紋。屏上某點到雙 縫的距離之差若是入射光波長的整數(shù)倍，則屏上這點出現(xiàn)的是亮條紋；屏上某點到 雙縫的距離之差若是入射光半波長的奇數(shù)倍，則屏上這點出現(xiàn)的是暗條紋。由公式Ax = Z日 可知，條紋寬度兀與波長入及雙縫到光屏的距離*成正比而與雙縫間距d 成反比。在1、d 一定的情況下，紅光產(chǎn)生的干涉條紋間距最大，紫光產(chǎn)生的干涉條 紋間距最小。若用白光進行干涉實驗則在屏上得到的是彩色的干涉條紋。(3) 薄膜干涉。一束光經(jīng)薄膜前后兩個表面反射后相干疊加而成的干涉現(xiàn)象叫 薄膜干涉。應(yīng)用分析光程差與波長關(guān)系的方法也可分析薄膜干涉圖樣的特點。生活 和實驗中有各種薄膜干涉現(xiàn)象，如肥皂膜、油膜、空氣隙、牛頓環(huán)

4、、增透膜等。二、光的干涉的分析讓一束單色光(例如紅光)投到一個有孔的屏上，如圖所示，這個小孔就成了 一個“點光源” 光從小孔出來后，就射到第二個屏的兩個小孔上，這兩個小孔離 得很近，約為0.1mm而且與前一個小孔的距離相等，這樣在任何時刻從前一個小 孔發(fā)出的光波都會同時傳到這兩個小孔，這兩個小孔就成了兩個振動情況總是相同 的波源.那么，明暗相間的條紋又是怎樣形成的呢？對照機械波的情況，如果兩列波在相疊加的區(qū)域傳播的路程差為一個波長的整 數(shù)倍時，該區(qū)域的振動就加強，如果兩列波在疊加區(qū)域傳播的路程差為半波長的奇 數(shù)倍時，該區(qū)域的振動就減弱.如圖，甲圖中P點在SS2的中垂線上，所以，兩列波的路程差s

5、=0.所以，振動被加強，為明條紋.乙圖中，在P點上方的Pi點，屏上與狹縫S、S2的路程差厶s=X又出現(xiàn)明條紋.丙圖中，在Pi點的上方還可以找到 s=2入的P2點，在該點上方還能找到路程 差為3入、4入的點，在這些地方振動均被加強.同樣，在 P點的下方也能找到路 程差為入、2入、3入的點.r肚明）F里明）P如圖，在甲圖中，在P與P1之間一定有一個Q點，S、S點到該點的路程差為 入/2，該點為振動減弱的點，同理，我們無論在 P點的上方還是在P點的下方均能 找到路程差為半波長的奇數(shù)倍的點，這些點均為暗條紋，這樣就形成了明暗相間的 條紋.flk、八 環(huán)程在，烈L -p A白光的干涉條紋，為什么中間條紋

6、為白色，而中央亮條紋的邊緣出現(xiàn)了色彩？ 這是因為白光是由不同顏色的單色光復(fù)合而成的，而不同色光的波長不同，在 狹縫間的距離和狹縫與屏的距離不變的條件下，光波的波長越長，各條紋之間的距 離越大，條紋間距與光波的波長成正比各色光在雙縫的中垂線上均為亮條紋，故 各色光重合，為白色各色光產(chǎn)生的條紋寬度不同，所以，中央亮條紋的邊緣處出 現(xiàn)了彩色條紋.剛才你提到在狹縫間的距離和狹縫與屏的距離不變的條件下，如果我假設(shè)其它 條件不變，將像屏稍微向雙縫屏移動或遠離雙縫屏移動，像屏上的條紋是不是就模 糊不清了呢？我想像屏上仍有清晰的干涉條紋，因為仍可以在像屏上找到兩列波的路程差為0、入、2入、3入n入的點，也仍可

7、找到兩列波的路程差為 入12、3入12(2n 1) 入/2的點.下面對薄膜干涉再提幾個問題，第一，薄膜干涉是由哪兩列波疊加而產(chǎn)生的？ 當光照射到薄膜上時，光從薄膜的前后(或上下)兩個表面反射回來，形成兩 列波，由于它們是從同一光源發(fā)出的，這兩列波的波長和振動情況相同，為兩列相 干光波.將肥皂膜豎直放在點燃的灑有鈉鹽的酒精燈附近，這時你看到的干涉條紋是什 么樣的？為什么形成這樣的條紋?我們看到的干涉條紋基本上是水平的明暗相間的黃色條紋呈現(xiàn)黃色是因為酒 精燈火焰中放入了鈉鹽，呈基本水平的條紋是因為，肥皂膜豎直放置，由于重力的 作用肥皂膜形成了上薄下厚的楔形，在薄膜的某些地方，前后表面反射光出來恰好

8、 是波峰與波峰疊加或波谷與波谷疊加，使光的振動加強，形成黃色的亮條紋；在另 外一些地方，兩列反射光恰好是波峰與波谷疊加， 使光的振動相抵消， 形成暗條紋由 于楔形表面的同一厚度基本在一水平線上，所以，我們看到的干涉條紋基本是水平 的薄膜干涉在技術(shù)上有哪些應(yīng)用？（1）利用光的干涉可以檢驗光學玻璃表面是否平整。（2）現(xiàn)代光學儀器的鏡頭往往鍍一層透明的氟化鎂表面。 為什么要在鏡頭上涂一層氟化鎂薄膜呢？它怎么起到增加透射光的作用呢？ 現(xiàn)代光學裝置， 如攝像機、 電影放映機的鏡頭， 都是由多個透鏡或棱鏡組成的， 進入這些裝置的光，在每個鏡面上都有 10%20%的光被反射，如果一個裝置中有 5 個透鏡或棱

9、鏡，那么將會有 50的光被反射，若在鏡的表面涂上一層增透膜，就 可大大減少了光的反射，增強光的透射強度，提高成像質(zhì)量氟化鎂薄膜應(yīng)鍍多厚？為什么？鍍了膜的光學器件與未鍍膜的光學器件在外表 上有什么區(qū)別？為什么？氟化鎂薄膜的厚度應(yīng)為光在氟化鎂中波長的 1/4，兩個表面的反射光的路程差 為半波長的奇數(shù)倍時， 兩列反射光相互抵消 所以，膜厚為光在氟化鎂中波長的 1/4， 是最薄的膜鍍了膜的光學器件與未鍍膜的光學器件在外表上是有區(qū)別的鍍膜的光學器件 呈淡紫色，因為在通常情況下，入射光為白光，增透膜只能使一定波長的光反射時 相互抵消，不可能使白光中所有波長的光反射時抵消在選增透膜時，一般是使對 人眼靈敏的

10、綠光在垂直入射時相互抵消，這時光譜邊緣部分的紅光和紫光并沒有相 互抵消，因此涂有增透膜的光學器件呈淡紫色、光的衍射現(xiàn)象光偏離直線傳播方向而繞到障礙物陰影里去的現(xiàn)象叫光的衍射。要產(chǎn)生明顯的 衍射現(xiàn)象，障礙物或小孔的尺寸要足夠?。ㄒ话銘?yīng)不大于波長的百倍）。光照射到一個狹縫上產(chǎn)生的衍射叫單縫衍射。單色光（或白光）的衍射條紋是 明暗相間（或彩色）的與狹縫平行的條紋。條紋特點是中央條紋寬且亮，兩側(cè)條紋 暗且窄。注意它與雙縫干涉條紋的區(qū)別。條紋寬度隨縫寬變窄及波長變長而加大。用小圓屏進行衍射實驗，衍射圖樣是在圓盤的陰影中心出現(xiàn)泊松亮斑。而用小 圓孔進行衍射實驗，衍射圖樣是一系列同心圓環(huán)，圓環(huán)中央明暗不定。

11、了解一些實 際生活中光的衍射現(xiàn)象及其應(yīng)用（如光柵等）。四、雙縫干涉條紋與單縫衍射條紋有什么區(qū)別？光波發(fā)生干涉現(xiàn)象時產(chǎn)生干涉條紋， 光波發(fā)生衍射現(xiàn)象時產(chǎn)生衍射條紋，那么， 干涉和衍射本質(zhì)上有什么相同和不同之處嗎？雙縫干涉條紋與單縫衍射條紋有什么 區(qū)別呢？干涉和衍射本質(zhì)上都是光波的疊加，都證明了光的波動性，但兩者有所不同.首 先干涉是兩列相干光源發(fā)出的兩列光波的疊加；衍射是許多束光的疊加穩(wěn)定的干 涉現(xiàn)象必須是兩列相干波源，而衍射的發(fā)生無須此條件，只是，當障礙物或孔與光 的波長差不多或還要小的時候，衍射才明顯干涉和衍射的圖樣也不同，以雙縫干 涉和單縫衍射的條紋為例，干涉圖樣由等間距排列的明暗相間的條

12、紋 （或彩色條紋） 組成，衍射圖樣是由不等距的明暗相間（中央亮條紋最寬）的條紋或光環(huán)（中央為 亮斑）組成.例題解析a1用單色光照射雙縫，在屏上觀察到明暗交替的條紋，若要使條紋間距變大，應(yīng)（）A. 改用頻率較大的單色光B. 改用波長較長的單色光C. 減小雙縫至屏的距離0D. 增大雙縫之間的距離分析與解答：雙縫干涉的條紋間距可表示為 = LJ Id,也就是與雙縫到屏的距 離L成正比，與照射雙縫的光波波長成正比，與雙縫間距 d成反比。據(jù)此不難得出 正確選項為B。說明：利用干涉現(xiàn)象中條紋間距與波長的關(guān)系可以通過測量條紋間距（用累計 法測多組條紋的間距后求平均值）來求得波長。即：亠門IL。02、在平靜的

13、水面上有一層厚度均勻的透明油膜，能否觀察到干涉條紋？分析與解答：光照到厚度均勻的透明油膜時，從油膜上下兩個表面反射回來的 兩列光波的光程差處處相等，要么都互相加強（亮），要么互相減弱（暗）， 不會 出現(xiàn)明暗相間的干涉條紋。說明：我們看到的明暗相間的干涉條紋（或花紋），是薄膜厚度變化造成的， 有的地方滿足加強的條件，有的地方滿足減弱的條件。增透膜的厚度是均勻的，因 此它可以使某種色光在膜的上下表面反射回來后，處處都互相減弱，而增加該色光 的透射光能。3、某同學以線狀白熾燈為光源，利用游標卡尺兩腳間形成的狹縫觀察光 的衍射現(xiàn)象后，總結(jié)出以下幾點：A. 若狹縫與燈絲平行，則衍射條紋與狹縫平行B. 若狹縫與燈絲垂直，則衍射條紋與狹縫垂直C. 衍射條紋的疏密程度與狹縫的寬度有關(guān)D. 衍射條紋的間距與光的波長有關(guān) 以上幾點中，你認為正確的是分析與解答：單縫衍射的條紋特點是條紋與狹縫平行，條紋的間距隨縫寬的減 小而增大（縫寬也不能太小，否則光能太弱觀察不到衍射現(xiàn)象），隨波長的增大而 增大。據(jù)此可得答案為 A、 C、 D。說明：衍射現(xiàn)象的理論分析比較復(fù)雜，學習時不必仔細推