高中物理選修教案第十三章第2節(jié)光的干涉

1、第十三章第 2 節(jié)光的干涉【教學(xué)目標(biāo) 】（一）學(xué)問(wèn)與技能1、知道光的干涉現(xiàn)象及由此說(shuō)明光是一種波；知道楊氏雙縫干涉試驗(yàn)設(shè)計(jì)的奇妙之處；2、懂得何處顯現(xiàn)亮條紋,何處顯現(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)觀看、試驗(yàn)、并能將觀看到的現(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),培育學(xué)生觀看、表達(dá)、分析及概括才能；情感態(tài)度與價(jià)值觀通過(guò)光干涉圖樣的觀看,再次提高同學(xué)在學(xué)習(xí)中體會(huì)物理學(xué)問(wèn)之美；另外通過(guò)滲透科學(xué)家熟悉事物的科學(xué)態(tài)度和奇妙思維方法,滲透辯證唯物主義觀點(diǎn)；【教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)】重點(diǎn)是光的干涉現(xiàn)象、懂得干涉條紋的成因,光的雙縫干涉條紋間距的大小

2、的打算式及其物理意義；難點(diǎn)是光的干涉現(xiàn)象的成因及如何引導(dǎo)同學(xué)查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？你如何用試驗(yàn)去驗(yàn)證？生：如光是一種波,就必定會(huì)觀看到光的干涉現(xiàn)象,觀看光的干涉現(xiàn)象可以用屏幕,在屏幕上會(huì)得到 明暗相間的條紋；因此細(xì)心設(shè)置試驗(yàn),查找光的干涉現(xiàn)象；演示 兩個(gè)通有同頻率溝通電單絲燈泡或蠟燭 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；設(shè)疑： 為什么不能觀看到干涉圖樣？是光沒(méi)有波動(dòng)性,仍是沒(méi)有滿(mǎn)意相干 的條件？引導(dǎo)同學(xué)爭(zhēng)論得到：兩個(gè)獨(dú)立熱光源的光波相遇得不

3、到干涉現(xiàn)象,是試驗(yàn) 設(shè)計(jì)有錯(cuò)誤,沒(méi)有滿(mǎn)意相干條件；在物理學(xué)史上曾很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)人們始終認(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)試驗(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)氏干涉試驗(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現(xiàn)揚(yáng)氏試驗(yàn)掛圖勉勵(lì)同學(xué)在熟悉事物或遇到問(wèn)題時(shí),學(xué)習(xí)揚(yáng)氏的科學(xué)態(tài)度,奇妙的思維方法1、 介紹試驗(yàn)裝置雙縫干涉儀說(shuō)明雙縫很近 0.1mm,強(qiáng)調(diào)雙縫 S1、 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,讓同學(xué)知道如何能獲得相干光源）兩單縫 S1、S2

4、處光的振動(dòng)不僅頻率相同,而且振動(dòng)情形（相位）總 是完全相同（試驗(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試驗(yàn),可直接照耀雙縫,亮度大可得到更為清楚的明暗相同的圖樣展現(xiàn)雙縫干涉圖樣,讓同學(xué)留意觀看圖樣,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 S1、S2中垂線(xiàn)與屏幕相交位置是亮條紋中心亮紋提出問(wèn)題：為什么會(huì)顯現(xiàn)這樣的圖樣？怎樣用波動(dòng)理論進(jìn)行說(shuō)明3運(yùn)用波動(dòng)理論進(jìn)行分析展現(xiàn)雙縫干涉示意圖樣的彩色掛圖分析：說(shuō)明示意圖是兩列波某一時(shí)刻峰谷位置分布圖說(shuō)明兩列波同頻率、振動(dòng)情形總是相同；在兩列波峰峰、谷谷相遇位置均是加強(qiáng)點(diǎn)；而峰谷相遇

5、位置均是減弱點(diǎn)小結(jié)：通過(guò)以上分析振動(dòng)加強(qiáng)與減弱點(diǎn)的分布是相互間隔的而且是穩(wěn)固的結(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試驗(yàn)中,被光照耀的兩條狹縫 S1 和 S2 相當(dāng)于兩個(gè)相干的波源 圖 198,兩列相干的光波在狹縫右邊的空間疊加S1 和 S2 到屏上 P 點(diǎn)的距離相同,所以?xún)闪胁ㄔ谶@點(diǎn)同時(shí)顯現(xiàn)波峰或波谷,P 點(diǎn)的光波得到加強(qiáng),在這里顯現(xiàn)一個(gè)亮條紋在 P 點(diǎn)上方,例如 P1,它距 S2 比距 S1 遠(yuǎn)一些,兩列波的波峰或波谷不再同時(shí)到達(dá) P1假如路程差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) P1 時(shí)

6、,另一列波正好在這里顯現(xiàn)波谷,兩列波疊加的結(jié)果是相互減弱,于是在這里顯現(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 更大假如路程差正好等于波長(zhǎng),那么兩列光波的波峰或波谷又是同時(shí)到達(dá)這點(diǎn),它們又在這里相互加強(qiáng),這里再次顯現(xiàn)亮條紋小結(jié)：1 每當(dāng)路程差等于 /2、3 /2、5 /2 時(shí),兩列光波就得到減弱,屏幕上顯現(xiàn)暗條紋2 每當(dāng)路程差等于 0、2、3 時(shí),兩列光波就得到加強(qiáng),屏幕上顯現(xiàn)亮條紋摸索與討論：在不轉(zhuǎn)變雙縫到屏的距離 L 的情形下,轉(zhuǎn)變?nèi)肷涔饣蜣D(zhuǎn)變雙縫距離同學(xué)猜想；d,得到的光的干涉圖樣如圖,試猜想,條紋間距會(huì)哪些因素有關(guān)？4、干涉條紋間距與哪些因素有關(guān)理論推導(dǎo)： 由于

7、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 S1S2M 是直角三角形；依據(jù)三角函數(shù)關(guān)系,有r2-r1=dsin 另一方面 很小, tan =sinx=Ltan =Lsin dxk （k=0、1、2 ）時(shí),才會(huì)出消去 sin ,有 r2-r1=dx L依據(jù)前面所學(xué)的學(xué)問(wèn),當(dāng)兩列波的路程差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍,即L現(xiàn)亮條紋,也就是說(shuō),亮條紋中心位置為x=kL亮條紋間距 x= Ldd師：因此在入射光不變（即 不變）,L 不變時(shí), d 越小,亮紋間距越大；強(qiáng)調(diào),由亮條紋間距引導(dǎo)同學(xué)自學(xué)課本第x= L 公式也可測(cè)定入射光的波長(zhǎng)；d54 頁(yè)“ 觀看雙縫干涉圖樣” 與“ 測(cè)定單色光的波長(zhǎng)“ 兩小節(jié),

8、把握如何應(yīng)用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)的方法；試驗(yàn)原理： 利用雙縫干涉試驗(yàn),測(cè)量L 、d、 x,應(yīng)用公式 x= L 可測(cè)單色光的波長(zhǎng)d試驗(yàn)器材 ：雙縫干涉儀、米尺、測(cè)量頭；試驗(yàn)步驟 ：（ 1）如下列圖,把直徑約縫,另一端裝有毛玻璃屏；10cm、長(zhǎng)約 1m 的遮光筒水平放在光具座上,微的一端裝有雙（2）取下雙縫,打開(kāi)光源,調(diào)劑光源的高度,使它發(fā)出的束光能夠沿著遮光筒的軸線(xiàn)把屏照亮；（3）放好單縫和雙縫,單縫和雙縫間距離約為5cm10cm,使縫相互平行,中心大致僅次于遮光筒的軸線(xiàn)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,觀看單色光的雙縫干涉圖樣；（5）分別轉(zhuǎn)變?yōu)V光片和雙縫

9、,觀看干涉圖樣的變化；由（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,dLx運(yùn)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 ,就xna1；（7）換用不同顏色的濾光片,觀看干涉條紋間距的變化,并求出相應(yīng)色光的波長(zhǎng)；留意事項(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(xiàn)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；xna1；（3）測(cè)條紋間距 x 時(shí),用測(cè)量頭就出n 條亮（暗）間的距離 A ,求出相鄰的兩條明 （暗）紋間的距離例題 1、在“ 用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)” 的試驗(yàn)中,測(cè)量頭如圖所示,調(diào)劑分

10、劃板的位置,使分劃板中心刻線(xiàn)對(duì)齊某亮條紋的中心,此時(shí)螺旋測(cè)微器的讀數(shù)為 1.130mm；轉(zhuǎn)動(dòng)手輪,使分劃線(xiàn)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),如試驗(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 ,就對(duì)應(yīng)的光波波長(zhǎng)為 =480mm；例題 2、在利用雙縫干涉測(cè)定光波波長(zhǎng)試驗(yàn)時(shí),第一調(diào)劑光源、濾光片、單縫和雙縫的中心均位于遮光筒的中心軸線(xiàn)上,如經(jīng)粗調(diào)后透過(guò)測(cè)量頭上的目鏡觀看,看不到明暗相同的條紋,只看到一片亮區(qū),造成這種情形的最可能的緣由是 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

11、上的標(biāo)識(shí)獲知雙縫間距為0.200mm,光波波長(zhǎng)為 6.00 10-7m；如調(diào)至屏上顯現(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(xiàn)與某條明紋中心對(duì)齊時(shí),如下列圖,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12mm；【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 ” ）是大量原子躍遷時(shí)產(chǎn)生的,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)出的光由不連續(xù)的波列組成,即使頻率相同,各波列振動(dòng)的情形也是無(wú)規(guī)章地

12、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、在雙縫干涉試驗(yàn)中,以白光為光源,在屏上觀看到彩色干涉條紋,如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逝；B、紅色和綠色的干涉條紋消逝,其它顏色的干涉條紋仍舊存在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：在雙縫干涉試驗(yàn)中,白光通過(guò)單縫成為線(xiàn)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)

13、有干涉條紋,只有亮光,挑選項(xiàng) C 正確3、用白光（復(fù)色光源）做揚(yáng)氏雙縫干涉試驗(yàn),將會(huì)在屏上觀看什么現(xiàn)象？（雙縫 S1、S2 連線(xiàn)的中垂線(xiàn)與屏相交的中心位置是白色亮紋,而兩側(cè)是彩色條紋,然后展現(xiàn)掛圖以便讓同學(xué)對(duì)圖樣有深刻印象摸索爭(zhēng)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)顯現(xiàn)彩色條紋 4、利用雙縫干涉測(cè)定光的波長(zhǎng)試驗(yàn)中,取雙縫間距 d=0.5mm, 雙縫光屏間距離 L=0.5m, 用某種單色光照耀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,就單色光的波長(zhǎng)為；6.43 107m 5、假如把楊氏雙縫干涉試驗(yàn),從空氣中移動(dòng)到某種透亮的液體中做試驗(yàn),就條紋的間距（）A 、增大 B、減小 C、不變 D、缺少條件,無(wú)法判定6、用紅光做雙縫干涉試驗(yàn),在屏幕上觀看到干涉條紋,在其它條件不變的情形下,改用紫光做試驗(yàn),就干涉條紋間距將變,假如改用白光做試驗(yàn),在屏幕上將顯現(xiàn)色條紋3.某同學(xué)按試驗(yàn)裝置安裝好儀器后,觀看光的干涉現(xiàn)象獲得勝利改動(dòng),仍能使試驗(yàn)勝利的是（）AC A.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)不動(dòng)【命題意圖】考查雙縫干涉的條件 . 【解題思路】如將濾光