全國優(yōu)秀物理教學(xué)設(shè)計《雙縫干涉》教學(xué)

1、雙縫干涉教學(xué)設(shè)計方案目錄（注：藍(lán)色文字為超級鏈接，按住ctrl 并單擊可跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)位置）一、教學(xué)內(nèi)容概述2二、教學(xué)目標(biāo)分析2三、重點和難點2四、學(xué)習(xí)者特點分析3五、教學(xué)策略挑選與設(shè)計3六、教學(xué)資源與工具設(shè)計3七、教學(xué)過程5（一） 設(shè)疑引入5（二） 專題探究5（三） 歸納總結(jié)8（四） 課后摸索8八、教學(xué)流程圖9九、教學(xué)評判設(shè)計10十、板書設(shè)計11十一、 注釋和說明11十二、 教學(xué)后記13參考資料16附加說明16雙縫干涉教學(xué)設(shè)計方案一、教學(xué)內(nèi)容概述 返回目錄本課所爭論的內(nèi)容選自現(xiàn)行一般高中課程標(biāo)準(zhǔn)試驗教科書·物理（人民訓(xùn)練出版社）選修 3-4 第十三章光 ；以往教材對光學(xué)部分的處理都是將

2、幾何光學(xué)和物理光學(xué)分解為兩章，新課標(biāo)下的教材將兩部分內(nèi)容整合為一，突出了“光的本性”，更加有利于同學(xué)對光現(xiàn)象的深刻熟識和懂得； 本章在第一節(jié)得到折射定律后，準(zhǔn)時引導(dǎo)同學(xué)作深層摸索：通過試驗得到的斯涅耳定律與從惠更斯原理得出的波的折射定律數(shù)學(xué)形式一樣，由此是否可以估計光可能是一種波，而“光線”就是光波的波線？（見教材第47 頁）使同學(xué)自然地由對光的直觀認(rèn)知進(jìn)展到對光的本性摸索； 這樣的編排順乎人類對光本性熟識的進(jìn)展規(guī)律，也是與高中同學(xué)的認(rèn)知水平相適應(yīng)的；探究課題來源于教材，但探究過程的設(shè)計及細(xì)節(jié)的處理在教材基礎(chǔ)上做了肯定的修改；本課環(huán)繞對干涉現(xiàn)象的爭論綻開，著力于展現(xiàn)典型的光干涉現(xiàn)象，分析光干涉

3、圖樣的規(guī)律；同學(xué)在本課的學(xué)習(xí)中，不但要懂得其學(xué)問內(nèi)容，更要深刻熟識探究過程中所表達(dá)出來的科學(xué)爭論方法與思想；二、教學(xué)目標(biāo)分析 返回目錄1學(xué)問與技能熟識雙縫干涉條紋的特點；知道影響條紋間距的因素；2過程與方法通過對機(jī)械波與光的比較，經(jīng)受學(xué)問的遷移過程；在探究影響條紋間距的諸多因素的過程中，加深對“掌握變量法”的熟識；在專題探究中體驗“提出假說理論分析試驗驗證”的科學(xué)探究過程；3情感態(tài)度與價值觀通過觀賞光現(xiàn)象的神奇與漂亮，培育對物理學(xué)的愛好；在嚴(yán)格的理論分析和一絲不茍的試驗探究過程中培育嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)態(tài)度；在課題的分析和驗證過程中體驗探究自然規(guī)律的艱辛與歡樂；三、重點和難點 返回目錄1重點雙縫干涉

4、條紋的特點和影響條紋間距的因素； “提出假說理論分析試驗驗證”的科學(xué)探究過程及思想方法；2難點估計影響條紋間距的因素并設(shè)計方案予以驗證；四、學(xué)習(xí)者特點分析 返回目錄在前一節(jié)課的學(xué)習(xí)中，同學(xué)已經(jīng)發(fā)覺了通過試驗得到的斯涅耳定律與從惠更斯原理得出的波的折射定律數(shù)學(xué)形式驚人的一樣，并開頭了關(guān)于光的本性的摸索；繼而通過查閱資料、集體爭論明白了人類對光的熟識過程，知道了托馬斯· 楊所做的雙縫干涉試驗，并對比機(jī)械波的干涉條件具體分析了雙縫干涉儀的工作原理，但具體的試驗現(xiàn)象對同學(xué)而言仍是一個懸 念；同學(xué)雖然沒有觀看過光的干涉現(xiàn)象，但已經(jīng)有了豐富的關(guān)于機(jī)械波干涉的體會；在對機(jī)械波的干涉現(xiàn)象爭論中，教材

5、并沒有直接給出加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)的分布規(guī)律，但同學(xué)經(jīng)過課內(nèi)外的探究與爭論，已經(jīng)得到了如下結(jié)論：（ 1）兩列機(jī)械波在勻稱介質(zhì)中發(fā)生干涉，假如兩個波源振動情形完全相同，就與兩波源距離差為波長整數(shù)倍的位置是加強(qiáng)區(qū)，與兩波源距離差為半波長奇數(shù)倍的位置是減弱區(qū)；（ 2）加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)能分別連成一系列雙曲線，兩個波源是這些雙曲線的焦點（由于到兩定點的距離差為定值的點的集合是雙曲線）；同學(xué)已經(jīng)具有肯定的自主構(gòu)建新學(xué)問框架的才能，可以從已知的物理現(xiàn)象與規(guī)律遷移至新的現(xiàn)象與規(guī)律；另外， 同學(xué)也已經(jīng)熟識了必要的科學(xué)探究方法，如假說、 掌握變量， 等等；五、教學(xué)策略挑選與設(shè)計返回目錄理論分析與試驗探究相結(jié)合， 在教學(xué)設(shè)

6、計上更加關(guān)注同學(xué)獵取學(xué)問的過程， 著重為同學(xué)搭建自主學(xué)習(xí)的平臺，讓同學(xué)通過觀看、 估計和分析，熟識光的干涉現(xiàn)象， 經(jīng)受學(xué)問的同化和遷移，體驗探究自然規(guī)律的艱辛與歡樂；“假說”是科學(xué)探究的重要要素之一；本課要求同學(xué)在試驗觀看之前，先進(jìn)行猜想、估計，依據(jù)現(xiàn)有學(xué)問預(yù)知新的規(guī)律，然后觀看、檢驗；這一方面是為了克服觀看的盲目性，同時更是為了讓同學(xué)對“假說”這個重要的科學(xué)探究環(huán)節(jié)加深熟識；六、教學(xué)資源與工具設(shè)計返回目錄我們常見的雙縫干涉試驗儀器如圖1 所示（教材第54 頁圖，我所在的學(xué)校使用的就是這樣的儀器） ；（圖 1）這套儀器調(diào)整起來稍顯復(fù)雜，而且只能通過目鏡對現(xiàn)象進(jìn)行觀看；用來做同學(xué)分組試驗成效尚可

7、， 用來做演示試驗就實在勉為其難；但假如同學(xué)在本節(jié)課的研討中不能親眼看到光 的干涉現(xiàn)象， 明顯就缺少了一個至關(guān)重要的認(rèn)知環(huán)節(jié)；為此， 我設(shè)計制作了可以對試驗結(jié)果 進(jìn)行數(shù)字化分析的“雙縫干涉分析儀” ；儀器結(jié)構(gòu)如圖2 所示（攝像頭通過usb 接口與電腦連接，照片中未拍照電腦）；遮光罩?jǐn)z像頭光屏雙縫激光器光具座（圖 2）雙縫干涉分析儀利用激光器作為光源，從而克服了一般光單色性不好、強(qiáng)度較弱的缺點；攝像頭將光屏上的干涉條紋實時地傳遞給運算機(jī)進(jìn)而通過投影儀在大屏幕上顯示出來，給同學(xué)以最真實、 最清楚的認(rèn)知感受；這套儀器能夠不受外界光環(huán)境限制，清楚地在投影屏幕上出現(xiàn)干涉條紋；這套儀器的另一顯著特點是將試

8、驗現(xiàn)象直接送入了運算機(jī)，從而為進(jìn)一步的定量分析供應(yīng)了便利；利用圖片編輯軟件，可以輕松地對干涉條紋進(jìn)行裁切、測量、比較，這是傳統(tǒng)的雙縫干涉演示儀器所做不到的；注釋一我采納的圖片編輯工具是microsoft公司開發(fā)的畫圖（mspaint ）軟件，這套軟件操作比較簡潔，而且就本課的應(yīng)用而言其功能已經(jīng)足夠（當(dāng)然，使用其它圖片加工軟件未嘗不行，如 adobe 公司開發(fā)的photoshop 等）；為便于試驗探究中進(jìn)行條紋間距的對比，需要在課前以圖片形式預(yù)備四組如圖3 所示的標(biāo)尺（儲存為bmp 格式以便編輯） ，其中三組標(biāo)尺分別對應(yīng)“雙縫與光屏的距離對條紋間距的影響”、“雙縫間距對條紋間距的影響”、“光的波

9、長對條紋間距的影響”；由于不能預(yù)知同學(xué)探究結(jié)論的顯現(xiàn)次序，因此將這三組標(biāo)尺儲存成三個文件 以保證隨時便利地調(diào)用；最終一組標(biāo)尺對應(yīng)“其它因素對條紋間距的影響”；在探究過程中， 可能會有同學(xué)認(rèn)為存在其它影響條紋間距的因素，假如同學(xué)在集體爭論中發(fā)表了這樣的觀點，那么除了請同學(xué)在理論上對其進(jìn)行分析之外， 在必要的情形下需要通過試驗賜予驗證；注釋二另外， 為了提高課堂效率，老師于課前完成四次驗證條紋間距相等的實驗并以圖片形式儲存試驗結(jié)論，以備課堂演示之用；（圖 3）七、教學(xué)過程 返回目錄（一）設(shè)疑引入 返回目錄 前一課的爭論給同學(xué)留下了一個懸念：雙縫干涉試驗究竟能觀看到什么現(xiàn)象？請同學(xué)回憶 “光的干涉”

10、 這個曾經(jīng)長期困擾人類的聞名光現(xiàn)象和托馬斯·楊的奇妙試驗設(shè)計，進(jìn)一步激發(fā)同學(xué)的劇烈奇怪心，使同學(xué)急迫地想解開這個疑團(tuán)；（二）專題探究 返回目錄 【探究課題一 】雙縫干涉試驗?zāi)軌蛴^看到什么樣的現(xiàn)象？估計和猜想： 請同學(xué)對試驗現(xiàn)象進(jìn)行推測，然后針對此問題溝通觀點；由于同學(xué)對機(jī)械波的干涉現(xiàn)象已經(jīng)有了深刻的熟識，因此可以通過獨立的摸索得出如下估計：光的干涉圖樣可能是明暗相間的；（注：由于這個問題其實是上節(jié)課留下的懸疑，所以有的同學(xué)可能在課前就已經(jīng)作了充分的爭論，在此直接給出“明暗相間的等間距條紋”的結(jié)論；假如有這樣的情形， 老師應(yīng)當(dāng)賜予高度的評判，并勉勵其他同學(xué)發(fā)揚這種鉆研精神；）試驗探究：

11、 利用雙縫干涉分析儀進(jìn)行試驗（取光屏到雙縫的距離=80cm ，雙縫間距 =0.20mm ，激光波長=532nm ）；請同學(xué)仔細(xì)觀看， 描述看到的試驗現(xiàn)象；試驗可以得到如圖4 所示的干涉條紋 （注： 為便于排版， 壓縮了圖片尺寸，但除此之外未做任何其它加工，下同） ；同學(xué)依據(jù)試驗現(xiàn)象，可以得到如下結(jié)論： 干涉圖樣是明暗相間的等間距條紋；為了進(jìn)一步檢驗條紋間距是否相等，可以對條紋進(jìn)行切割比較（如圖5）；為使試驗結(jié)論更具普遍性，出示課前做過的四組驗證條紋間距相等的試驗結(jié)論（如圖6）；階段性結(jié)論：雙縫干涉的試驗現(xiàn)象：1 明暗相間的條紋；2 條紋間距相等；【探究課題二 】影響條紋間距的因素有哪些？（圖

12、4）（圖 5）（圖 6）小組爭論： 請同學(xué)留意觀看圖6，發(fā)覺在不同條件下做試驗，條紋間距并非一成不變；那么，究竟是哪些因素對條紋間距造成了影響，造成了什么樣的影響？請同學(xué)綻開小組爭論，設(shè)計方案找到影響條紋間距的因素；本環(huán)節(jié)具有高度的敏捷性，老師要答應(yīng)同學(xué)充分發(fā)揮其想象力和制造力，只要是合理的方案， 就要賜予確定； 在同學(xué)進(jìn)行小組爭論的過程中，老師應(yīng)在必要時給以肯定的幫忙和提 示；觀點溝通： 請同學(xué)闡述、溝通自己的觀點和成果；同學(xué)可能會提出的幾種觀點及其對觀點可能的說明：（ 1）條紋間距與雙縫到光屏的距離有關(guān)，雙縫到光屏的距離越遠(yuǎn)，條紋間距越大；同學(xué)可能做出的第一種說明：聯(lián)想到在機(jī)械波的干涉爭論

13、中曾利用作圖的方法找到加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)，假如能夠仿照機(jī)械波的規(guī)律作出光的干涉示意圖（如圖 7），就馬上可以看出光屏離雙縫越近，光屏上相鄰加強(qiáng)點（或相鄰減弱點）距離越近，即條紋間距越??；學(xué) 生 可 能 做 出 的 第二種說明：如圖8 所示，s1由幾何關(guān)系可知（圖 7）b 1b 2s b -s b <s b-s ba 1a 222122111s2如 s2b1 -s1b1= ，就s2b2-s1b 2<欲使 s2b 2-s1b 2=，就顯（圖 8）然要向上移動b2，故相對位置而言，光屏放在位置時條紋間距更大；（ 2）條紋間距與雙縫間距有關(guān)，雙縫間距越小，條紋間距越大；同學(xué)可能做出的說明：如圖

14、9 所示，由幾何關(guān)系可知bs2 b-s1b>s 2b-s1 b如 s2b-s1 b= ，就s2b-s1b<欲使 s2 b-s1b= ，就明顯要向上移 動 b，故雙縫間距越小， 條紋間距越大；（ 3）條紋間距與光的波長有關(guān)，光的波長越長，條紋間距越大；同學(xué)可能做出的第一種說明：如圖7 所示， 仍舊仿照機(jī)械波的規(guī)律作出光的干涉示意圖； 假如增大光的波長， 就相當(dāng)于把圖中全部的圓都做等比例放大；在光屏位置不變的情形下， 明顯相鄰加強(qiáng)點 （或相鄰減弱點） 的距離將變大，即條紋間距變大；同學(xué)可能做出的其次種說明：如圖10 所示，s2b-s1b=s1 s1s2 s2s1s2a（圖 9）ba（圖

15、 10）如光的波長增大為 （ >），就 s2b-s1 b< ；欲使 s2b-s1b= ，明顯要向上移動b，故光的波長越長，條紋間距越大；以上列舉的是同學(xué)可能會提出的幾種觀點及其說明；需要留意的是， 同學(xué)解決問題是非常有制造性的， 未必會依據(jù)上述次序說出自己的觀點，更不肯定用上述方法來說明自己的結(jié) 論；老師在此環(huán)節(jié)中切不行有任何限制同學(xué)思維的行為，更不能為了“掌握”課堂而用自己的觀點代替同學(xué)的摸索；同學(xué)在闡述觀點的過程中可能會顯現(xiàn)錯誤，此時應(yīng)以爭論的方式對同學(xué)的觀點進(jìn)行分析，讓同學(xué)在對錯誤觀點的剖析中獲得進(jìn)展；另外， 即使是錯誤的觀點往往也有其積極的意義，老師對此肯定要做出科學(xué)的評判

16、，更要防止對同學(xué)的探究積極性造成損害；此環(huán)節(jié)是最富于變化的，老師應(yīng)做到既能讓同學(xué)充分發(fā)揮其制造性，又能很好地把握課堂研討的方向；每當(dāng)一個觀點得到同學(xué)的認(rèn)可之后，應(yīng)通過試驗檢驗其正確性；同時，通過試驗又能讓同學(xué)進(jìn)一步發(fā)覺雙縫干涉的其它規(guī)律；可以采納掌握變量的方法，通過如下方式對同學(xué)的各個觀點進(jìn)行驗證：（ 1）試驗驗證：雙縫與光屏的距離對條紋間距的影響；保持其它條件不變，轉(zhuǎn)變雙縫與光屏的距離，得到兩組干涉條紋；從兩幅圖像上分別復(fù)制相同個數(shù)的條 紋注釋三 ，粘貼到對應(yīng)的標(biāo)尺位置（如圖11）；對比這兩組條紋，不但同學(xué)的觀點可以得到驗證，甚至同學(xué)仍能由這個試驗得到一個大膽的 估計條紋間距很可能和雙縫與光

17、屏的距離成正比（例如圖11 中（圖 11）80942，40472 ）；注釋四（ 2）試驗驗證：雙縫間距對條紋間距的影響；保持其它條件不變，轉(zhuǎn)變雙縫間 距，得到兩組干涉條紋；與（1）的操作類似，可以很簡潔地驗證同學(xué)的觀點（如圖12）；同樣，同學(xué)也能由這個試驗得到一個估計條紋間距很可能和雙縫間距成反比（例如圖（圖 12）12 中0.200.25750.8，940.8 ）；為了更加明顯地表達(dá)條紋間距 和雙縫間距的反比例關(guān)系，可以在雙縫間距為0.20mm 時得到的圖像上選取 4 個條紋，在雙縫間距為0.25mm 時得到的圖像上選取5 個條紋，比較其長度（如圖13），如長度相等，就驗證了條紋間距和雙縫間

18、距的反比（圖 13）例關(guān)系；（ 3）試驗驗證：光的波長對條紋間距的影響；保持其它條件不變， 換用不同的激光器， 得到兩組干涉條紋；借助標(biāo)尺對條紋間距進(jìn)行比較（如圖14），驗證同學(xué)觀點的同時， 又能得到一個估計條紋間距很可能和光的波長 成 正 比 （ 例 如 圖14中5320.82 75，650920.82 ） ；階段性結(jié)論：影響條紋間距的因素（括號里是依據(jù)試驗所得到的推測）：（圖 14）1 雙縫與光屏的距離（x2 雙縫間距（xl ）； 1）；d3 光的波長（x）；（三）歸納總結(jié) 返回目錄 本節(jié)課的研討成果：一雙縫干涉的試驗現(xiàn)象：1 明暗相間的條紋；2 條紋間距相等；二影響條紋間距的因素（括號里

19、是依據(jù)試驗所得到的推測）：1 雙縫與光屏的距離（x2 雙縫間距（xl ）； 1）；d3 光的波長（x）；（四）課后摸索 返回目錄 摸索題一： 除了上述三方面的因素，你認(rèn)為是否仍存在其它影響條紋間距的因素？我們得到了影響條紋間距的三個因素，但并未聲明條紋間距只與這三個因素有關(guān)；事實上，可能有的同學(xué)會在課堂研討中就會提出有其它因素影響條紋間距；關(guān)于這個問題的摸索 絕非余外， 證明一個物理規(guī)律與某個因素?zé)o關(guān)甚至和證明它與某個因素有關(guān)同等重要（例如聞名的光速不變原理就是在闡述一個“無關(guān)”：真空中的光速與慣性參考系的選取無關(guān)）；同時，這也是一個很好的錘煉同學(xué)思維嚴(yán)密性的機(jī)會，更有助于培育同學(xué)實事求是、一

20、絲不茍的科學(xué)作風(fēng)；摸索題二： 能否進(jìn)一步得到雙縫間距與l 、d、 的定量表達(dá)式？這個題目的設(shè)置有意引導(dǎo)同學(xué)進(jìn)一步摸索關(guān)于雙縫干涉更深層次的內(nèi)容，但這個問題的解決方案決不僅限于教材中的公式證明（見教材第53 頁）；由于有了前面的探究鋪墊，同學(xué)很可能會試圖依據(jù)本課的三個結(jié)論（但應(yīng)留意：三個比例是經(jīng)過試驗不完全歸納得出來的，尚待更嚴(yán)格的證明）進(jìn)一步歸納總結(jié)出定量的表達(dá)式；注釋五八、教學(xué)流程圖 返回目錄開頭設(shè)疑引入給出探究課題一：估計雙縫干涉的試驗現(xiàn)象摸索，發(fā)表觀點試驗觀看雙縫干涉觀看試驗現(xiàn)象，表達(dá)條紋特點得到課題一的結(jié)論給出探究課題二：探究影響條紋間距的因素環(huán)繞課題綻開小組爭論同學(xué)發(fā)表觀點其他同學(xué)是

21、否認(rèn)可否 對此觀點進(jìn)行爭論試驗分析影響條紋間距的因素確定此觀點的合理性是分析試驗現(xiàn)象，總結(jié)規(guī)律是是否仍有其它觀點否是三個因素是否已全部找到否在學(xué)問和方法上賜予必要的提示歸納總結(jié)支配課后摸索課題，勉勵同學(xué)做進(jìn)一步的探究終止注：流程圖所用標(biāo)記的含義：老師活動同學(xué)活動媒體運用規(guī)律判定九、教學(xué)評判設(shè)計 返回目錄在課堂探究、研討的過程中，老師應(yīng)針對同學(xué)的表現(xiàn)準(zhǔn)時、精確地賜予評判，另外，也可以創(chuàng)建量規(guī)， 在課堂探究完成后對同學(xué)進(jìn)行綜合性的量化評判；下面是評判量表的設(shè)計方案；班級： 分: 姓名： 得評判評價標(biāo)準(zhǔn)項目等級（權(quán)重）分自小教我組師學(xué)問與技能過程與方法情感態(tài)度與價值觀知道雙縫干涉的試驗現(xiàn)象及條紋特點

22、優(yōu)秀良好一般較差評價評價評價15129615129620151052015105151296151296知道影響條紋間距的因素熟識假說、掌握變量等科學(xué)思想與方法并能運用它們完成探究活動知道將假說上升為理論的途徑愛好深厚，積極參加探究活動，勇于發(fā)表觀點與小組成員間協(xié)作默契，彼此協(xié)作開心，互幫互助自我點評：小組點評：老師點評：十、板書設(shè)計 返回目錄§ 13.2.2雙縫干涉一、試驗現(xiàn)象1明暗相間的條紋2條紋間距相等二、影響條紋間距的因素1雙縫到光屏的距離（2雙縫間距（xl ）1x）d3光的波長（x）十一、注釋和說明 返回目錄注釋一 關(guān)于雙縫干涉演示儀的設(shè)計： 由于激光光束較細(xì)，因此干涉后形

23、成的圖像是一系列亮斑（如圖15）；為了得到條紋，我通過透鏡對激光進(jìn)行了擴(kuò)束處理（這個改造被置于激光器 內(nèi)部），這樣即得到了如圖16 所示的干涉條紋；我所用的綠色激光器功率為50mw ，擴(kuò)束后成效很好，但紅色激光器功率只有5mw ，光束擴(kuò)得太大時亮度稍顯不夠，為兼顧試驗的清楚度，對紅色激光只做了較小幅度的擴(kuò)束（如圖17）；在初步設(shè)計中， 曾考慮用攝像頭從如圖18 所示的位置對條紋進(jìn)行攝錄，但由于實行這樣的拍照方式時攝像頭必需有一個仰角（否就攝像頭會遮擋光 線），條紋的像會有較明顯的變形，故最終改為用攝像頭從光屏背面拍照，這樣鏡頭完全與光屏垂直， 從而防止了圖像失真；本試驗所用的光屏是用復(fù)印 紙粘

24、制而成的，實踐說明，用這樣的光屏觀看到的 條紋比用毛玻璃屏觀看的清楚得多； 返回 （圖 15）（圖 16）（圖 17）攝像頭雙縫激光器光屏光具座（圖 18）注釋二 關(guān)于標(biāo)尺的設(shè)計：標(biāo)尺設(shè)計成如圖19 所示的形式是不合適的；這樣的設(shè)計雖然簡潔緊湊，但很簡潔給同學(xué)造成不必要的示意；當(dāng)同學(xué)看到表頭的時候，馬上意識到條 紋間距肯定和l 、d、 這三個物理量有關(guān)，與其它因素?zé)o關(guān)，從而完全限制了同學(xué)的思維；另外，看 到這樣的表格，很可能有的同學(xué)會認(rèn)為既然老師都 已經(jīng)設(shè)計好了，那么只要循著老師的思路做就可以 了，從而對同學(xué)的探究積極性造成了不良的影響； 因此，寧可做得稍為復(fù)雜一點，我們?nèi)允且迅鹘M 標(biāo)尺分開

25、來設(shè)計； 返回 注釋三 關(guān)于“條紋寬度” 、“條紋間距” 、“n個條紋”的說明：（圖 19）事實上， 明暗條紋并沒有清楚的界限（如圖 4），以上這些都只是通俗的說法；所謂“條紋寬度”、“條紋間距” 指的是某一明條紋的中心線到相鄰明條紋的中心線的距離（或某一暗 條紋的中心線到相鄰暗條紋的中心線的距離），“n 個條紋” 的計數(shù)是從第1 條明條紋的中心 線到第 n+1 條明條紋的中心線（或從第1 條暗條紋的中心線到第n+1 條暗條紋的中心線） ；為簡潔起見， ，本文仍實行上述通俗的表達(dá)方式； 返回 注釋四 關(guān)于試驗結(jié)論的表達(dá)：“雙縫與光屏距離越遠(yuǎn)，條紋間距越大” 這個觀點經(jīng)過理論分析和試驗驗證，在課

26、堂上可以被接受（但嚴(yán)格來講，只進(jìn)行一次試驗驗證也是不夠的），但“條紋間距和雙縫與光屏 的距離成正比” 這個說法卻僅僅是通過一次試驗所得到的估計，既沒有大量事實作為證據(jù)也 沒有嚴(yán)格的理論分析，因此不應(yīng)直接作為結(jié)論給出，而要用估計性的語氣來表達(dá)，在書寫板書的時候應(yīng)以括號對其進(jìn)行標(biāo)記；后面的兩個比例關(guān)系也應(yīng)當(dāng)做與此類似的處理；科學(xué)工作者必需具備嚴(yán)謹(jǐn)求實、一絲不茍的態(tài)度，不能在證據(jù)不充分的情形下輕率地下結(jié)論；作為老師，更應(yīng)當(dāng)時刻留意對同學(xué)進(jìn)行這方面科學(xué)作風(fēng)的培育；另外， 在本課的設(shè)計中， 并沒有方案通過更多的試驗驗證或理論分析把這三個估計進(jìn)展為定論，這一方面是出于課堂效率的考慮，更重要的是為了留給同學(xué)

27、足夠的摸索與探究空間，同學(xué)是有足夠的才能把這三個“可能”變成“肯定”的； 返回 注釋五 關(guān)于雙縫間距與l、d、 間定量表達(dá)式的試驗探究法：在其它條件不變的情形下，xl ，x1 ，x，而x 又與其它因素?zé)o關(guān)， d故可設(shè)xk l，其中 k 是常數(shù)；dk 的值可以通過試驗來確定，步驟如下：（1）組裝儀器，調(diào)整光具共軸（為了較精確地調(diào)整共軸，可以借助激光器）（2）在光屏上對準(zhǔn)主光軸的位置鄰近畫一條線段，測出其長度s；（3）調(diào)整攝像頭的位置使線段成像清楚，在大屏幕上測出這條線段的像的長度s；（4）打開激光器，測出第1 個明條紋中心到第n 個明條紋中心的距離x；（5）讀出光屏與雙縫的距離l 、雙縫間距d、

28、光的波長 ；（6）依據(jù) ksxsn1d求出 k 的值；l（7）調(diào)整參數(shù)，重復(fù)試驗，考察各次求出的k 值是否特別接近；（ 8 ）如各次所得k 值特別接近，就求出其平均值作為試驗結(jié)論，否就應(yīng)分析lxk的正確性以及試驗設(shè)計的合理性；d留意：第（ 3）步操作之后不得再移動光屏和攝像頭；我做了這個試驗，下面是我的一次試驗數(shù)據(jù)：s（ cm）s（ cm）x（ cm）nl（ cm）d（ mm） （nm）1.00126.8110.25800.20532據(jù)此求得k=1.02；調(diào)整參數(shù)重復(fù)試驗，最終得出結(jié)論：k=1；l故x 返回 d十二、教學(xué)后記 返回目錄雖然在教學(xué)設(shè)計中盡量考慮到課堂上可能發(fā)生的各種情形，但實際的

29、教學(xué)過程總是敏捷多變的；在這堂課的授課中，顯現(xiàn)了如下幾個變化：1同學(xué)在說明雙縫與光屏的距離對條紋間距的影響時，提出了更簡潔的方案同學(xué)采納的理論分析方法與第5 頁“同學(xué)可能做出的第一種說明”類似，但同學(xué)并未畫出“波峰”和“波谷” ，而是直接應(yīng)用了“加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)能分別連成一系列雙曲線”這一結(jié) 論，從而使論證更加簡潔；其論證過程如下：如圖 20 所示， s1 和 s2 是雙縫，假設(shè)干涉所形成的加強(qiáng)區(qū)能夠連成如下列圖的幾條雙曲 線（示意圖） ，就明顯相對位置而言，光屏放在位置時條紋間距更大；故雙縫到光屏的距離越遠(yuǎn)，條紋間距越大；s1s2（圖 20）這一方法不但簡潔地論證了雙縫與光屏的距離對條紋間距的

30、影響，同時也給了其他同學(xué)以及老師一個重要的提示（詳見第14 頁“課后摸索題的變化”）；2同學(xué)直接提出了“條紋間距與光的波長成正比”同學(xué)實行的論證思路與第5 頁“同學(xué)可能做出的其次種說明”類似，但同學(xué)在2的特別情形下做了一個不完全的論證，最終得到“條紋間距與光的波長成正比”的推斷；論證過程如下：b如圖 21 所示， b 是與 a 相鄰的明條紋，就s2 bs1 bs1如光的波長變?yōu)?（2），就as2 bs1 bs22明顯此時 b 是與 a 相鄰的暗條紋；由于明、暗條紋是等間距分布的，所以此時ab的距離等于半個條紋間距；（圖 21）可見， 光的波長變成原先的二倍，條紋間距也變?yōu)樵鹊亩?，故條紋間距

31、與光的波長成正比；雖然這是一個不完全的論證，但同學(xué)至此已經(jīng)明確給出了“條紋間距與光的波長成正比”這一估計；針對這一情形，實行與前述教學(xué)方案不同的方式來驗證這個觀點：已知一只激光器發(fā)出的綠光波長是532nm，假設(shè)這一正比例關(guān)系成立，能否通過試驗推算出另一只激光器發(fā)出的紅光的波長？當(dāng)然， 利用雙縫干涉分析儀完成這個測量是很簡潔的（如圖 22；課堂研討中所得的試驗結(jié)論沒有儲存，此圖是課后重新做這個試驗得到的）；雖然試驗過程比較簡潔，但同學(xué)對這個測量過程的熱忱是很高的只要知道了一種光的波長，我們就可以利用這套儀器測出其它任何一種光的波長， 這的確是一件令同學(xué)興奮的事情；這一驗證方式既防止了連續(xù)重復(fù)相像的操作給同學(xué)造成的疲憊，又（圖 22）進(jìn)一步激發(fā)了同學(xué)對干涉現(xiàn)象的深厚愛好，同時也能夠很好地培育同學(xué)思維的敏捷性，勉勵同學(xué)從不同的角度去摸索問題；當(dāng)然， 有的同學(xué)會考慮：假如一種光的波長也不知道，我們能不能用這套儀器測出來光的波長呢？回答當(dāng)然是確定的，不過具體的方案就要留給同學(xué)自己去設(shè)計了（想方法測出成像系統(tǒng)的放大率是關(guān)鍵）；3課后摸索題的變化在布置課后探究課題時，沒有提及“摸索題二” ，增加了一個問題： “為什么干涉條紋是等間距的？”之所以這樣支配，是出于如下兩方