高二物理選修34第十三章：第3節(jié)：光的干涉

1、.第十三章 光 光具有波粒二象性。光電效應(yīng)現(xiàn)象說(shuō)明波有粒子性；光的干預(yù)、衍射和偏振現(xiàn)象說(shuō)明光具有波動(dòng)性，光波是橫波。麥克斯韋電磁場(chǎng)理論說(shuō)明光是一種電磁波，赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了光確實(shí)是一種電磁波。激光是一種人造光源，具有很多特性，在科學(xué)研究和工農(nóng)業(yè)消費(fèi)中有廣泛的應(yīng)用。3 光的干預(yù)教學(xué)目的一、知識(shí)目的1.通過實(shí)驗(yàn)觀察，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)光的衍射現(xiàn)象，知道發(fā)生明顯的光的衍射現(xiàn)象的條件，從而對(duì)光的波動(dòng)性有進(jìn)一步的認(rèn)識(shí).2.通常學(xué)習(xí)知道“幾何光學(xué)中所說(shuō)的光沿直線傳播是一種近似規(guī)律.二、才能目的1.通過討論和對(duì)單縫衍射裝置的觀察，理解衍射條件的設(shè)計(jì)思想.2.在認(rèn)真觀察課堂演示實(shí)驗(yàn)和課外自己動(dòng)手觀察衍射現(xiàn)象的根底上，培

2、養(yǎng)學(xué)生比較推理才能和抽象思維才能.三、德育目的通過“泊松亮斑等科學(xué)小故事的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生堅(jiān)決的自信心、踏實(shí)勤奮的工作態(tài)度和科學(xué)研究品德.教學(xué)重點(diǎn)單縫衍射實(shí)驗(yàn)和圓孔衍射實(shí)驗(yàn)的觀察以及產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件.教學(xué)難點(diǎn)衍射條紋成因的初步說(shuō)明.教學(xué)方法1.通過機(jī)械波衍射現(xiàn)象類比推理，提出光的衍射實(shí)驗(yàn)觀察設(shè)想.2.通過觀察分析實(shí)驗(yàn)，歸納出產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件以及衍射是光的波動(dòng)性的表現(xiàn).3.通過比照認(rèn)識(shí)衍射條紋的特點(diǎn)及變化，加深對(duì)衍射圖象的理解.教學(xué)用具JGQ型氦氖激光器25臺(tái)，衍射單縫可調(diào)縫寬度，光屏、光柵衍射小圓孔板，兩支鉛筆學(xué)生自備，日光燈教室內(nèi)一般都有，直徑5 mm的自行車軸承用小鋼珠，被磁化的

3、鋼針吸小鋼珠用，投影儀本節(jié)課在光學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)展.課時(shí)安排：1課時(shí) 1.實(shí)驗(yàn)：雙縫干預(yù)1裝置：雙縫、激光器、光屏2現(xiàn)象：屏上形成亮暗相間的條紋；條紋之間的間隔 相等，亮度一樣實(shí)際上由于衍射而不同。這就是光的干預(yù)現(xiàn)象，今天我們來(lái)學(xué)習(xí)第一節(jié)：光的干預(yù)。第1課時(shí)：雙縫干預(yù)新課教學(xué)：一、雙縫干預(yù)1.什么是雙縫干預(yù)：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)象叫做雙縫干預(yù)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)波源的頻率一樣，振動(dòng)狀態(tài)完全一樣或有恒定的相位差時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)干預(yù)現(xiàn)象。2.形成光波干預(yù)的

4、條件1兩個(gè)光源的頻率一樣；2兩個(gè)光源的振動(dòng)狀態(tài)完全一樣或有恒定的相位差。如下圖的雙縫干預(yù)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(shuō)明兩個(gè)波源的頻率一定一樣；兩條狹縫間隔 光源的間隔 相等，所以兩個(gè)狹縫處波的振動(dòng)狀態(tài)一樣。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)械波的干預(yù)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(shuō)，P點(diǎn)就是亮條紋出現(xiàn)的位置，圖中P點(diǎn)距S1、S2間隔 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

5、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。假如P1點(diǎn)也出現(xiàn)亮條紋，那么P1點(diǎn)距S1、S2間隔 應(yīng)滿足什么條件呢？r1=|S1P1-S2P1|=2×r2=|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

6、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。問題：條紋之間的間隔 與哪些因素有關(guān)呢？3. 條紋間距與哪些因素有關(guān) 1實(shí)驗(yàn)：改變兩縫間距、改變縫屏之間的間隔 、改變光波的波長(zhǎng)現(xiàn)象：兩縫間距變小，條紋間距變大；縫屏間距變大，條紋間距變大；光波波長(zhǎng)變大，條紋間距變大。結(jié)論：干預(yù)條紋之間的間隔 與兩縫之間的間隔 、縫屏之間的間隔 、光波的波長(zhǎng)有關(guān)系。有什么樣的定量關(guān)系呢？下面我們就來(lái)定量研究這個(gè)問題。

7、2條紋間距與波長(zhǎng)、雙縫間距、縫屏之距之間的定量關(guān)系推導(dǎo)：設(shè)兩縫S1、S2間間隔 為d，它們所在平面到屏面的間隔 為l，且，O是S1S2的中垂線與屏的交點(diǎn)，O到S1、S2間隔 相等。由圖可知：S1P=r1，r12=l2+x-2r22=l2+x+2r22-r12=r2-r1r2+r1=2dx由于，且，所以r1+r22l，這樣就好辦了，r2-r1=r=xr=2n· n=0、1、2時(shí)，出現(xiàn)亮紋，即·x=2n·時(shí)出現(xiàn)亮紋，或?qū)懗蓌=第n條和第n-1條亮紋間間隔 x為多少呢？x=xn-xn-1=n-n-1，也就是x=·根據(jù)前面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及推導(dǎo)大家能判斷紅光和紫光哪一

8、個(gè)波長(zhǎng)長(zhǎng)嗎？提出問題：大家能猜一猜用白光干預(yù)會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象嗎？4.白光雙縫干預(yù)現(xiàn)象：彩色條紋；中央為白條紋；中央條紋兩側(cè)彩色條紋對(duì)稱排列；每條彩紋中紅光總在外邊緣，紫光在內(nèi)緣?，F(xiàn)象解釋：不同色光波長(zhǎng)不同，條紋寬度不同，紅光條紋最寬；紫光條紋最窄，所以出現(xiàn)上面現(xiàn)象。大家還記得機(jī)械波波長(zhǎng)、波速、頻率三者之間的關(guān)系嗎？v=f，光波也有這樣的關(guān)系，不過各種色光在真空中的波速是一樣的，我們用c表示，那么有：c=f，請(qǐng)大家比較一下七種色光的頻率關(guān)系。紅光頻率最小，紫光頻率最大。第2課時(shí)：薄膜干預(yù)復(fù)習(xí)提問：1. 形成干預(yù)亮條紋和暗條紋的條件是什么？2. 干預(yù)條紋之間的間隔 與哪些因素有關(guān)？有什么關(guān)系？引入：

9、實(shí)驗(yàn)：把圓環(huán)豎直地插入肥皂溶液中，漸漸向上提起形成薄膜，豎直放好，注意觀察在肥皂膜外表出現(xiàn)的現(xiàn)象。現(xiàn)象：觀察到肥皂膜上呈現(xiàn)明暗相間的干預(yù)條紋。提出問題：為什么會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢？本節(jié)課我們就來(lái)學(xué)習(xí)一種新的干預(yù)現(xiàn)象薄膜干預(yù)。二、薄膜干預(yù)原因分析：1肥皂膜的形狀考慮：能反射光的外表有幾個(gè)？這些面反射回來(lái)的光有沒有光程差？在什么條件下，肥皂膜的外表會(huì)形成亮條紋？在什么條件下，在肥皂膜的外表會(huì)形成暗條紋呢？2形成薄膜干預(yù)條紋的原因1當(dāng)肥皂膜的厚度，正好等于波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，經(jīng)肥皂膜前后兩個(gè)外表反射的兩列光波疊加后，在肥皂膜的外表形成亮條紋。，2當(dāng)肥皂膜的厚度，正好等于半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，經(jīng)肥皂膜前后兩個(gè)外表

10、反射的兩列光波疊加后，在肥皂膜的外表形成暗條紋。，提出問題：什么薄膜干預(yù)？3什么是薄膜干預(yù)同一列光波照射到薄膜上，經(jīng)薄膜前、后或上、下，或內(nèi)外兩個(gè)外表反射的兩列光波在薄膜外表發(fā)生疊加，形成亮暗相間條紋的干預(yù)現(xiàn)象，叫做薄膜干預(yù)。轉(zhuǎn)折：日常生活中，大家觀察到過薄膜干預(yù)現(xiàn)象嗎？水面上的油膜面呈現(xiàn)出彩色條紋就是薄膜干預(yù)現(xiàn)象。為什么呢？油膜上下兩個(gè)外表反射光，形成兩列光波，兩列光波在油膜的外表發(fā)生疊加形成明暗相間的條紋。觀察：牛頓環(huán)，發(fā)現(xiàn)亮暗相間的彩色圓環(huán)，這是薄膜干預(yù)現(xiàn)象嗎？試分析原因。提出問題：照相機(jī)、攝像機(jī)的鏡頭大多是淡紫色的，為什么？4薄膜干預(yù)的應(yīng)用課本、報(bào)刊雜志中的成語(yǔ)、名言警句等俯首皆是,但

11、學(xué)生寫作文運(yùn)用到文章中的甚少,即使運(yùn)用也很難做到恰如其分。為什么?還是沒有徹底“記死的緣故。要解決這個(gè)問題,方法很簡(jiǎn)單,每天花3-5分鐘左右的時(shí)間記一條成語(yǔ)、一那么名言警句即可。可以寫在后黑板的“積累專欄上每日一換,可以在每天課前的3分鐘讓學(xué)生輪流講解,也可讓學(xué)生個(gè)人搜集,每天往筆記本上抄寫,老師定期檢查等等。這樣,一年就可記300多條成語(yǔ)、300多那么名言警句,日積月累,終究會(huì)成為一筆不小的財(cái)富。這些成語(yǔ)典故“貯藏在學(xué)生腦中,自然會(huì)出口成章,寫作時(shí)便會(huì)隨心所欲地“提取出來(lái),使文章增色添輝。1增透膜：增透膜的厚度等于入射光波波長(zhǎng)的，經(jīng)膜的前后兩面反射的光疊加后互相抵消，增強(qiáng)了透光性。我們還可以

12、利用薄膜干預(yù)檢查精細(xì)零件外表是否平整。2檢查精細(xì)零件的外表是否平整小結(jié)通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們掌握了以下知識(shí)：雙縫干預(yù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：明暗相間的彩色條紋條紋特征：明晰、等間距、明暗相間亮條紋與暗條紋出現(xiàn)的條件：r=2n·n=0、1、2、3明紋；r=2n+1 n=0、1、2、3暗紋條紋間距與波長(zhǎng)的關(guān)系：x=結(jié)論：光具有波動(dòng)性，c=f實(shí)驗(yàn)：薄膜干預(yù)應(yīng)用：檢查平面平整程度本節(jié)優(yōu)化訓(xùn)練設(shè)計(jì)：1.在做楊氏雙縫干預(yù)實(shí)驗(yàn)時(shí)，把其中一縫擋住，那么 A.干預(yù)條紋與原來(lái)一樣，只是亮度減半 B.在屏上出現(xiàn)一條與縫一樣寬的亮條紋C.屏上模糊一片 D.出現(xiàn)和原來(lái)不一樣的明暗相間條紋，但不是干預(yù)條紋2.在做雙縫干預(yù)實(shí)驗(yàn)

13、時(shí)，用普通的白光做光源，假設(shè)在雙縫處把一縫用紅色玻璃擋住，另一縫用綠色玻璃擋住，那么屏上會(huì)出現(xiàn) A.紅色干預(yù)條紋 B.綠色干預(yù)條紋 C.紅綠相間的干預(yù)條紋 D.無(wú)干預(yù)條紋，但有亮光3.圖2014是用干預(yù)法檢查某塊厚玻璃板的上外表是否平整的裝置，檢查中所觀察到的干預(yù)條紋是由以下哪兩個(gè)外表的反射光疊加而成的 A.a的上外表，b的下外表B.a的上外表，b的上外表C.a的下外表，b的上外表 D.a的下外表，b的下外表4.在楊氏雙縫干預(yù)實(shí)驗(yàn)中，保持雙縫到屏的間隔 不變，調(diào)節(jié)雙縫間間隔 ，當(dāng)間隔 增大時(shí)，干預(yù)條紋間隔 將變_，當(dāng)間隔 減小時(shí)，干預(yù)條紋間距將變_。宋以后，京師所設(shè)小學(xué)館和武學(xué)堂中的老師稱謂皆

14、稱之為“教諭。至元明清之縣學(xué)一律循之不變。明朝入選翰林院的進(jìn)士之師稱“教習(xí)。到清末，學(xué)堂興起，各科老師仍沿用“教習(xí)一稱。其實(shí)“教諭在明清時(shí)還有學(xué)官一意，即主管縣一級(jí)的教育生員。而相應(yīng)府和州掌管教育生員者那么謂“教授和“學(xué)正?！敖淌凇皩W(xué)正和“教諭的副手一律稱“訓(xùn)導(dǎo)。于民間，特別是漢代以后，對(duì)于在“?；颉皩W(xué)中傳授經(jīng)學(xué)者也稱為“經(jīng)師。在一些特定的講學(xué)場(chǎng)合，比方書院、皇室，也稱老師為“院長(zhǎng)、西席、講席等。5.用單色光做雙縫干預(yù)實(shí)驗(yàn)時(shí)，測(cè)得雙縫間間隔 為0.4 mm，雙縫到屏的間隔 為1 m，干預(yù)條紋間距為1.5 mm，求所用光波的波長(zhǎng)。單靠“死記還不行,還得“活用,姑且稱之為“先死后活吧。讓學(xué)生把一周

15、看到或聽到的新穎事記下來(lái),摒棄那些假話套話空話,寫出自己的真情實(shí)感,篇幅可長(zhǎng)可短,并要求運(yùn)用積累的成語(yǔ)、名言警句等,定期檢查點(diǎn)評(píng),選擇優(yōu)秀篇目在班里朗讀或展出。這樣,即穩(wěn)固了所學(xué)的材料,又鍛煉了學(xué)生的寫作才能,同時(shí)還培養(yǎng)了學(xué)生的觀察才能、思維才能等等,到達(dá)“一石多鳥的效果。6.用波長(zhǎng)為4000埃的光做雙縫干預(yù)實(shí)驗(yàn)，A點(diǎn)到狹縫S1、S2的路程差為1.8×10-6 m，那么A點(diǎn)是出現(xiàn)明條紋還是暗條紋？7.光纖通信是70年代以后開展起來(lái)的新興技術(shù)，世界上許多國(guó)家都在積極研究和開展這種技術(shù).發(fā)射導(dǎo)彈時(shí)，可在導(dǎo)彈后面連一根細(xì)如蛛絲的光纖，就像放風(fēng)箏一樣，這種纖細(xì)的光纖在導(dǎo)彈和發(fā)射裝置之間，起著雙向傳輸信號(hào)的作用，光纖制導(dǎo)的下行光信號(hào)是鎵鋁砷激光器發(fā)出的在纖芯中波長(zhǎng)為0.85 m的單色光.而上行光信號(hào)是銦鎵砷磷發(fā)光二極管發(fā)射的在纖芯中波長(zhǎng)為1.06 m的單色光，這樣操縱系統(tǒng)通過這根光纖向?qū)棸l(fā)出控制指令，導(dǎo)彈就如同長(zhǎng)“眼睛一樣盯住目的.根據(jù)以上信息，答復(fù)以下問題：1在光纖制導(dǎo)中，上行光信號(hào)在真空中波長(zhǎng)是多少？2為什么上行光信號(hào)和下行光信號(hào)要采用兩種不同頻率的光？光纖纖芯的折射率為1.47參考答案：1.D 2.D 3.C 4.小，大5.6×10-8 m 6.暗條紋宋以后，京師所設(shè)小學(xué)館和武學(xué)堂中的老師稱謂皆稱之為“教諭。至元明清