《光的干涉》參考教案1

第十三章第3節(jié)光的干涉【教學(xué)目標(biāo)】（一）知識(shí)與技能1、知道光的干涉現(xiàn)象及由此說(shuō)明光是一種波。知道楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的巧妙之處。2、理解何處出現(xiàn)亮條紋，何處出現(xiàn)暗條紋，知道其它條件相同時(shí)，不同色光產(chǎn)生干涉條紋間距與波長(zhǎng)的關(guān)系。（二）過(guò)程與方法通過(guò)觀察、實(shí)驗(yàn)、并能將觀察到的現(xiàn)象跟以前學(xué)過(guò)的機(jī)械波的干涉進(jìn)行類(lèi)比，進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生觀察、表達(dá)、分析及概括能力。情感態(tài)度與價(jià)值觀通過(guò)光干涉圖樣的觀察，再次提高學(xué)生在學(xué)習(xí)中體會(huì)物理知識(shí)之美；另外通過(guò)滲透科學(xué)家認(rèn)識(shí)事物的科學(xué)態(tài)度和巧妙思維方法，滲透辯證唯物主義觀點(diǎn)?！窘虒W(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)】重點(diǎn)是光的干涉現(xiàn)象、理解干涉條紋的成因，光的雙縫干涉條紋間距的大小的決定式及其物理意義；難點(diǎn)是光的干涉現(xiàn)象的成因及如何引導(dǎo)學(xué)生尋找獲得相干光源的其他方法。【教學(xué)過(guò)程】（一）引入1、什么是波的干涉？產(chǎn)生干涉的一個(gè)必要的條件是什么？2、干涉現(xiàn)象是波特有的現(xiàn)象。光具有波動(dòng)性嗎？你如何用實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證？生：若光是一種波，就必然會(huì)觀察到光的干涉現(xiàn)象，觀察光的干涉現(xiàn)象可以用屏幕，在屏幕上會(huì)得到明暗相間的條紋。因此精心設(shè)置實(shí)驗(yàn)，尋找光的干涉現(xiàn)象。演示兩個(gè)通有同頻率交流電單絲燈泡（或蠟燭）作為兩個(gè)光源，移動(dòng)屏與它們之間的距離，屏幕上看不到明暗相間的現(xiàn)象。 屏苒設(shè)疑：為什么不能觀察到干涉圖樣？是光沒(méi)有波動(dòng)性，還是沒(méi)有直埋燈泡注]滿足相干的條件？ 女f引導(dǎo)學(xué)生討論得到：兩個(gè)獨(dú)立熱光源的光波相遇得不到干涉現(xiàn)象， 如是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)有錯(cuò)誤，沒(méi)有滿足相干條件。在物理學(xué)史上曾很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)人們一直認(rèn)為光不是波，所以沒(méi)有波動(dòng)性，也不會(huì)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。直到19世紀(jì)，英國(guó)物理學(xué)家托馬斯?揚(yáng)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，在歷史上第一次得到了相干光源。（二）新課教學(xué)

一、光的雙縫干涉——揚(yáng)氏干涉實(shí)驗(yàn)。介紹英國(guó)物理學(xué)家托馬斯?揚(yáng).如何認(rèn)識(shí)光，如何獲得相干光源——展示揚(yáng)氏實(shí)驗(yàn)掛圖鼓勵(lì)學(xué)生在認(rèn)識(shí)事物或遇到問(wèn)題時(shí)，學(xué)習(xí)揚(yáng)氏的科學(xué)態(tài)度，巧妙的思維暗亮暗亮暗亮暗圖19-B距離中心越遠(yuǎn)的點(diǎn)』兩條鏈射來(lái)的光的躋程差越大.圖19-7暗亮暗亮暗亮暗圖19-B距離中心越遠(yuǎn)的點(diǎn)』兩條鏈射來(lái)的光的躋程差越大.圖19-7雙縫干涉1、介紹實(shí)驗(yàn)裝置——雙縫干涉儀.說(shuō)明雙縫很近0.1mm,強(qiáng)調(diào)雙縫S2與單縫S的距離相等。提問(wèn)：為什么這樣設(shè)計(jì)？（通過(guò)這個(gè)問(wèn)題，讓學(xué)生知道如何能獲得相干光源）兩單縫§2處光的振動(dòng)不僅頻率相同，而且振動(dòng)情況（相位）總是完全相同.（實(shí)驗(yàn)演示）先用加濾色片后單色光紅光進(jìn)行演示，然后改用激光源做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，可直接照射雙縫，亮度大可得到更為清晰的明暗相同的圖樣.展示雙縫干涉圖樣，讓學(xué)生注意觀察圖樣，回答圖樣的特點(diǎn)：2、光的雙縫干涉圖樣（1）明暗相間的條紋.（2）相鄰亮紋（或暗紋）間距都相等。（3）兩縫SpS2中垂線與屏幕相交位置是亮條紋——中央亮紋.提出問(wèn)題：為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的圖樣？怎樣用波動(dòng)理論進(jìn)行解釋.3.運(yùn)用波動(dòng)理論進(jìn)行分析.展示雙縫干涉示意圖樣的彩色掛圖.分析：①說(shuō)明示意圖是兩列波某一時(shí)刻峰谷位置分布圖.②說(shuō)明兩列波同頻率、振動(dòng)情況總是相同。在兩列波峰峰、谷谷相遇位置均是加強(qiáng)點(diǎn)；而峰谷相遇位置均是削弱點(diǎn).

小結(jié)：通過(guò)以上分析振動(dòng)加強(qiáng)與削弱點(diǎn)的分布是相互間隔的而且是穩(wěn)定的.結(jié)合干涉掛圖反映在屏幕上：同相加強(qiáng)光能量較強(qiáng)——亮；反相減弱光能量較弱——暗.得到亮暗間隔的干涉圖樣.在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，被光照射的兩條狹縫S］和S?相當(dāng)于兩個(gè)相干的波源(圖19—8),兩列相干的光波在狹縫右邊的空間疊加.S］和S?到屏上P點(diǎn)的距離相同，所以?xún)闪胁ㄔ谶@點(diǎn)同時(shí)出現(xiàn)波峰或波谷，P點(diǎn)的光波得到加強(qiáng)，在這里出現(xiàn)一個(gè)亮條紋.在P點(diǎn)上方，例如Py它距S2比距S］遠(yuǎn)一些,兩列波的波峰或波谷不再同時(shí)到達(dá)P1.如果路程差d正好是半個(gè)波長(zhǎng)，也就是說(shuō)，時(shí)間差正好是半個(gè)周期，那么當(dāng)一列波的波峰到達(dá)匕時(shí)，另一列波正好在這里出現(xiàn)波谷，兩列波疊加的結(jié)果是互相削弱，于是在這里出現(xiàn)暗條紋.對(duì)于更遠(yuǎn)一些的點(diǎn)，例如P2，來(lái)自?xún)蓚€(gè)狹縫的光波的路程差d更大.如果路程差正好等于波長(zhǎng)大，那么兩列光波的波峰或波谷又是同時(shí)到達(dá)這點(diǎn)，它們又在這里互相加強(qiáng)，這里再次出現(xiàn)亮條紋.小結(jié):(1)每當(dāng)路程差等于入/2、3入/2、5k/2……時(shí)，兩列光波就得到削弱，屏幕上出現(xiàn)暗條紋.⑵每當(dāng)路程差等于0、入、2入、3k……時(shí)，兩列光波就得到加強(qiáng)，屏幕上出現(xiàn)亮條紋.nimtf=0.IKEHtild-吐3門(mén)rum思考與討論：在不改變雙縫到屏的距離nimtf=0.IKEHtild-吐3門(mén)rum學(xué)生猜想。理論推導(dǎo)：由于兩縫間距d遠(yuǎn)小于縫到屏的距離L,理論推導(dǎo)：由于兩縫間距d遠(yuǎn)小于縫到屏的距離L,所以能夠認(rèn)為三角形S］S2M是直角三角形。根據(jù)三角函數(shù)關(guān)系，有r2-rl=dsin0另一方面0很小，tan0=sin0x=Ltan0=Lsin0消去sin。，有r2-r1=d—L

根據(jù)前面所學(xué)的知識(shí)，當(dāng)兩列波的路程差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍，即df=k^(k=0、1、2……)L時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)亮條紋，也就是說(shuō)，亮條紋中心位置為x=kL大 亮條紋間距△*=L九d d師：因此在入射光不變(即大不變)，L不變時(shí)，d越小，亮紋間距越大。強(qiáng)調(diào)，由亮條紋間距△*=L九公式也可測(cè)定入射光的波長(zhǎng)。d引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)課本第54頁(yè)“觀察雙縫干涉圖樣”與“測(cè)定單色光的波長(zhǎng)“兩小節(jié)，掌握如何應(yīng)用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)的方法。實(shí)驗(yàn)原理：利用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，測(cè)量L、d、Ax，應(yīng)用公式△*=L大可測(cè)單色光的波長(zhǎng).d實(shí)驗(yàn)器材：雙縫干涉儀、米尺、測(cè)量頭。實(shí)驗(yàn)步驟：(1)如圖所示，把直徑約10cm、長(zhǎng)約1m的遮光筒水平放在光具座上，微的一端裝有雙縫，另一端裝有毛玻璃屏；(2)取下雙縫，打開(kāi)光源，調(diào)節(jié)光源的高度，使它發(fā)出的束光能夠沿著遮光筒的軸線把屏照亮；(3)放好單縫和雙縫，單縫和雙縫間距離約為5cm?10cm,使縫相互平行，中心大致僅次于遮光筒的軸線上，這時(shí)在屏上就會(huì)看到白光的雙縫干涉圖樣；(4)在單縫和光源間放上濾光片，觀察單色光的雙縫干涉圖樣；(5)分別改變?yōu)V光片和雙縫，觀察干涉圖樣的變化；(6)已知雙縫間的距離d,測(cè)出雙縫到屏的距離L,用測(cè)量頭測(cè)出相鄰兩條亮(暗)紋間的距離^x,由九二3計(jì)算單色光的波長(zhǎng)。為了減小誤差，可測(cè)出n條亮(暗)間的距離A,L則Ax= ；n一1(7)換用不同顏色的濾光片，觀察干涉條紋間距的變化，并求出相應(yīng)色光的波長(zhǎng)。注意事項(xiàng)：(1)單縫雙縫應(yīng)相互平行，其中心應(yīng)位于遮光筒的軸線上，雙縫到屏的距離應(yīng)相等；(2)測(cè)雙縫到屏的距離L可用米尺測(cè)多次，取平均值；(3)測(cè)條紋間距△x時(shí)，用測(cè)量頭則出n條亮(暗)間的距離A,求出相鄰的兩條明(暗)紋間的距離Ax=~a~。n一1例題1、在“用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)”的實(shí)驗(yàn)中，測(cè)量頭如圖所示，調(diào)節(jié)分劃板的位置，使分劃板中心刻線對(duì)齊某亮條紋的中心，此時(shí)螺旋測(cè)微器的讀數(shù)為1130mm。轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使分劃線向一側(cè)移動(dòng)，到另一條亮條紋的中心位置，由螺旋測(cè)微器再讀出一讀數(shù)，若實(shí)驗(yàn)測(cè)得4條亮條紋中心間的距離△x=0.960mm，已知雙縫間距d=1.5mm，雙縫到屏的距離L=1.00m，則對(duì)應(yīng)的光波波長(zhǎng)為九二48Qmm。例題2、在利用雙縫干涉測(cè)定光波波長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先調(diào)節(jié)光源、濾光片、單縫和雙縫的中心均位于遮光筒的中心軸線上，若經(jīng)粗調(diào)后透過(guò)測(cè)量頭上的目鏡觀察，看不到明暗相同的條紋，只看到一片亮區(qū)，造成這種情況的最可能的原因是單縫和雙縫不平行。用直尺量得雙縫到屏的距離為80.00cm，由雙縫上的標(biāo)識(shí)獲知雙縫間距為0.200mm，光波波長(zhǎng)為6.00x10--7m。若調(diào)至屏上出現(xiàn)了干涉圖樣后，用測(cè)量頭上的螺旋測(cè)微器去測(cè)量，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，移動(dòng)分劃板使分劃板中心刻線與某條明紋中心對(duì)齊時(shí)，如圖所示，此時(shí)螺旋測(cè)微器的讀數(shù)為0.900mm，此明條紋的序號(hào)定為1，其右側(cè)的明紋序號(hào)依次為第2、第3……條明紋，從第1條明紋中心至第第6條明紋中心的距離為12mmo【強(qiáng)化訓(xùn)練】1、兩只相同的燈泡發(fā)出的光束相遇（ ）發(fā)生干涉現(xiàn)象？（填“能”或“不能”）分析與解答：只有兩列相干光相遇，才會(huì)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象一般光源發(fā)出的光．是大量原子躍遷時(shí)產(chǎn)生的，由不連續(xù)的波列組成，即使頻率相同，各波列振動(dòng)的情況也是無(wú)規(guī)則地變化的，因此兩個(gè)獨(dú)立光源發(fā)出的光不是相干光，不會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象2、在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，以白光為光源，在屏上觀察到彩色干涉條紋，若在雙縫中的一縫前放一紅色濾光用只能透過(guò)紅光），另一縫前放一綠色濾光片（只能透過(guò)綠光），這時(shí)（ ）A、只有紅色和綠色的干涉條紋，其它顏色的雙縫干涉條紋消失；B、紅色和綠色的干涉條紋消失，其它顏色的干涉條紋仍然存在C、任何顏色的干涉條紋都不存在，但屏上仍有亮光； D、屏上無(wú)任何亮光.分析解答：在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，白光通過(guò)單縫成為線光源，從單縫時(shí)出的光通過(guò)雙縫分成兩束光，它們?cè)诠馄辽闲纬刹噬母缮鏃l紋，現(xiàn)在兩個(gè)縫前分別放上紅色和綠色濾光片，紅光和綠光的頻率不同，不是相干光，所以屏上沒(méi)有干涉條紋，只有亮光，選擇項(xiàng)C正確3、用白光（復(fù)色光源）做揚(yáng)氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，將會(huì)在屏上觀察什么現(xiàn)象？（雙縫S1、S2連線的中垂線與屏相交的中央位置是白色亮紋，而兩側(cè)是彩色條紋，然后展示掛圖以便讓學(xué)生對(duì)圖樣有深刻印象．思考討論：為什么會(huì)是這樣的干涉圖樣？）

（由于白光內(nèi)各種單色光的干涉條紋間距不同，各種色光的干涉條紋在屏上疊加，屏上就會(huì)出現(xiàn)彩色條紋）．4、利用雙縫干涉測(cè)定光的波長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)中，取雙縫間距d=0.5mm,雙縫光屏間距離L=0.5m,用某種單色光照射雙縫得到干涉圖象如圖，分劃板在圖中A、B位置時(shí)游標(biāo)卡尺讀數(shù)如圖，則單色光的波長(zhǎng)為。（6.43x10-7m）5、如果把楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，從空氣中移動(dòng)到某種透明的液體中做實(shí)驗(yàn)，則條紋的間距（）A、增大B、減小 C、不變 D、缺少條件，無(wú)法判斷6、用紅光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，在屏幕上觀察到干涉條紋，在其它條件不變的情況下，改用紫光做實(shí)驗(yàn)，則干涉條紋間距將變,如果改用白光做實(shí)驗(yàn)，在屏幕上將出現(xiàn)色條紋..某同學(xué)按實(shí)驗(yàn)裝置安裝好儀器后，觀察光的干涉現(xiàn)象獲得成功.若他在此基礎(chǔ)上對(duì)儀器的安裝做如下改動(dòng)，仍能使實(shí)驗(yàn)成功的是（）ACA.將遮光筒內(nèi)的光屏，向靠近雙縫的方向移動(dòng)少許，其他不動(dòng)B.將濾光片移至單縫和雙縫之間，其他不動(dòng)C.將單縫向雙縫移動(dòng)少許，其他不動(dòng)D.將單縫與雙縫的位置