2022年高中物理 第四章4.4《光的干涉》教案 粵教版選修3-4

2022年高中物理 第四章4.4光的干涉教案 粵教版選修3-4一、教學(xué)目標(biāo)1認(rèn)識(shí)光的干涉現(xiàn)象及產(chǎn)生光干涉的條件2理解光的干涉條紋形成原理，認(rèn)識(shí)干涉條紋的特征3通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)物理現(xiàn)象的觀察、表述、概括能力4通過(guò)“揚(yáng)氏雙縫干涉”實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，滲透科學(xué)家認(rèn)識(shí)事物科學(xué)的物理思維方法二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析1波的干涉條件，相干光源2如何用波動(dòng)說(shuō)來(lái)說(shuō)明明暗相間的干涉條紋，怎么會(huì)出現(xiàn)時(shí)間上是穩(wěn)定的，空間上存在著加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)并且互相間隔，如何理解“加強(qiáng)”和“減弱”3培養(yǎng)學(xué)生觀察、表述、分析能力三、教具1演示水波干涉現(xiàn)象：頻率可調(diào)的兩個(gè)波源，發(fā)波水槽，投影幻燈，屏幕2演示光的干涉現(xiàn)象：直絲白熾燈泡；單縫；雙縫；紅、綠、藍(lán)、紫濾色片；光的干涉演示儀；激光干涉演示儀3干涉圖樣示意掛圖，為分析干涉所做的幻燈片；或電腦及干涉現(xiàn)象示意的動(dòng)畫軟件四、主要教學(xué)過(guò)程（一）引入由機(jī)械波的干涉現(xiàn)象引入：首先演示“水波干涉現(xiàn)象”，并向?qū)W生提出問(wèn)題（1）這是什么現(xiàn)象？（2）是否任何兩列波在傳播空間相遇都會(huì)產(chǎn)生這樣的現(xiàn)象？讓學(xué)生回答，讓學(xué)生描述穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的特征，指出干涉現(xiàn)象是兩列波在空間相遇疊加的一種情景；一切波都能發(fā)生干涉現(xiàn)象，干涉現(xiàn)象是波特有的現(xiàn)象要得到穩(wěn)定干涉現(xiàn)象需是相干波源（二）教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)1光的干涉現(xiàn)象揚(yáng)氏干涉實(shí)驗(yàn)（1）提出問(wèn)題：光是否具有波動(dòng)性？如果有則會(huì)有光的干涉現(xiàn)象，觀察光的干涉現(xiàn)象可以用屏幕，在屏幕上會(huì)得到什么現(xiàn)象呢？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)象實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：兩個(gè)獨(dú)立熱光源的光波相遇得不到干涉現(xiàn)象說(shuō)明光的復(fù)雜性認(rèn)識(shí)事物不是一帆風(fēng)順的實(shí)驗(yàn)的不成功是光無(wú)波動(dòng)性？還是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)有錯(cuò)誤，沒(méi)有滿足相干條件？（2）楊氏實(shí)驗(yàn)介紹英國(guó)物理學(xué)家托馬斯·楊如何認(rèn)識(shí)光，如何獲得相干光源展示楊氏實(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)楊氏的科學(xué)態(tài)度，巧妙的思維方法介紹實(shí)驗(yàn)裝置雙縫干涉儀說(shuō)明雙縫很近01mm，強(qiáng)調(diào)雙縫S1、S2與單縫S的距離相等，所以兩單縫S1、S2處光的振動(dòng)不僅頻率相同，而且總是同相演示：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)，并使雙縫與屏幕的距離加大，這樣在屏幕上得到條紋間距離大，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)：（1）明暗相間（2）亮紋間等距，暗紋間等距（3）兩縫S1、S2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2運(yùn)用波動(dòng)理論進(jìn)行分析（1）演示兩列頻率相同、振動(dòng)方向相同兩列波在一直線上疊加的情景用做好的幻燈片用投影幻燈進(jìn)行演示；或用編制好的軟件在電腦上進(jìn)行演示注意分析兩列波傳播經(jīng)同一位置時(shí)此點(diǎn)的振動(dòng)情況仍在某一平衡位置附近往復(fù)振動(dòng)，位移隨時(shí)間而改變兩列波同相振幅變大，說(shuō)明此點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng)了；兩列波反相振幅減小，說(shuō)明此點(diǎn)振動(dòng)減弱了強(qiáng)調(diào)波形圖是各個(gè)質(zhì)點(diǎn)在同一時(shí)刻位移的包絡(luò)線，演示波在傳播時(shí)，波峰波谷的移動(dòng)情況（2）演示一列波由近及遠(yuǎn)波峰、波谷示意圖，演示兩列頻率相同，同相波由近及遠(yuǎn)波峰、波谷的示意圖操作：先演示一列波傳播時(shí)，每隔傳播距離為波峰波谷行進(jìn)的位置；然后再演示兩列波S1、S2獨(dú)立傳播每隔，傳播距離為波峰，波谷行進(jìn)位置?；脽羝瑪?shù)量準(zhǔn)備多一些，波峰、波谷向前推進(jìn)速度要慢，若用電腦波行進(jìn)的速度要慢且可暫停最后形成書上雙縫干涉示意圖樣，展示彩色掛圖分析：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、初相相同，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消弱點(diǎn)先分析S1S2連線中垂線上的點(diǎn)：首先讓學(xué)生注意中垂線上的某一點(diǎn)，演示讓波行進(jìn)起來(lái)結(jié)果峰谷依次通過(guò)此點(diǎn)說(shuō)明此點(diǎn)振動(dòng)在峰平衡位置谷平衡位置峰之間往復(fù)振動(dòng)是加強(qiáng)點(diǎn)然后再讓學(xué)生看兩列波的相遇峰、谷依次通過(guò)該直線上的所有點(diǎn)說(shuō)明此直線上的點(diǎn)均是加強(qiáng)點(diǎn)再分析S1S2中垂線兩側(cè)對(duì)稱位置上的點(diǎn)，即兩列波峰谷相遇點(diǎn)，首先注意某一點(diǎn)，演示讓波行進(jìn)起來(lái)總是峰谷同時(shí)通過(guò)此點(diǎn)說(shuō)明兩列波通過(guò)此點(diǎn)總是振動(dòng)方向相反，是被消弱的；然后再看兩列波峰谷交叉點(diǎn)的移動(dòng)情況為消弱區(qū)域其次再分析遠(yuǎn)離中垂線上的點(diǎn)又是加強(qiáng)區(qū)域小結(jié)：通過(guò)以上分析振動(dòng)加強(qiáng)與消弱點(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（3）屏幕上出現(xiàn)亮紋、暗紋的條件在示意圖中，S1和S2為一對(duì)相干光源，兩組半徑相同的同心圓表示S1和S2兩相干光源向外傳播的兩列波實(shí)線表示波峰，虛線表示波谷實(shí)線a0、a2、a2，a4、a4為加強(qiáng)區(qū)域，虛線a1、a1；a3、a3為減弱區(qū)域?qū)嵕€a0上各點(diǎn)，S1、S2發(fā)出光波到達(dá)線上某點(diǎn)的光程差=0實(shí)線a2（a2）上各點(diǎn)，S1、S2發(fā)出光波到達(dá)線上某點(diǎn)的光程差2=實(shí)線a4（a4）上各點(diǎn)，S1、S2發(fā)出光波到達(dá)線上某點(diǎn)的光程差4=2即在實(shí)線a0、a2（a2）、a4（a4）上各點(diǎn)光程差各為0、2，即為波長(zhǎng)的整數(shù)倍屏上出現(xiàn)亮紋虛線a1（a1）上各點(diǎn)，S1、S2發(fā)出光波到達(dá)線上某點(diǎn)的光程虛線a3（a3）上各點(diǎn)，S1、S2發(fā)出光波到達(dá)該線上某點(diǎn)的光程即在虛線上a1（a1），a3（a3）上各點(diǎn)的光程差各為總結(jié)規(guī)律：凡光程差等于波長(zhǎng)整數(shù)倍的位置，產(chǎn)生亮條紋；凡光程差等于半波奇數(shù)倍的位置，產(chǎn)生暗條紋，即產(chǎn)生亮暗條紋條件表達(dá)式：亮紋光程差=k（k=0，1，2）（4）若學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)好，接受能力強(qiáng)可推導(dǎo)屏上亮暗紋的位置公式，否則不進(jìn)行此內(nèi)容3干涉條紋間距與哪些因素有關(guān)教師重做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生注意實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并定性尋找規(guī)律改變屏與縫之間的距離L波長(zhǎng)不變時(shí)L越大，亮紋間距（暗紋間距）越大屏與縫之間距離L不變，用不同的單色光進(jìn)行實(shí)驗(yàn)波長(zhǎng)長(zhǎng)的亮紋間距（暗紋間距）大，并展示彩色掛圖L、不變，用雙縫距離d不同配件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)d小的亮紋間距（暗紋間距）大小結(jié)：（1）實(shí)驗(yàn)可證明（或用上述亮暗紋的位置公式得亮紋間距）（2）利用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，測(cè)量L、d、x可測(cè)單色光的波長(zhǎng)4用復(fù)色光源做揚(yáng)氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生猜測(cè)干涉圖樣，然后教師做演示，讓學(xué)生注意觀察屏上圖樣特征：雙縫S1、S2連線的中垂線與屏相交的中央位置是白色亮縫，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（三）課堂小結(jié)1托馬斯·揚(yáng)在歷史上第一次解決了相干光源問(wèn)題，成功做出了光的干涉實(shí)驗(yàn)光的干涉現(xiàn)象微粒說(shuō)無(wú)法解釋，而波動(dòng)說(shuō)可做出完善解釋，使人們認(rèn)識(shí)到光具有波動(dòng)性2兩個(gè)相干光源發(fā)出的光在屏上某處疊加時(shí)如果同相，光就加強(qiáng)，如果反相光就減弱，于是產(chǎn)生明暗條紋，其特征是在中央明紋兩側(cè)對(duì)稱地分布著明暗相間的各級(jí)干涉條紋，且相鄰明紋和相鄰暗條紋的間隔相等單色光：亮紋 光程差 =k（k=0，1，2）暗紋 光程差對(duì)同一裝置條紋寬度復(fù)色光則出現(xiàn)彩色條紋3明暗相間條紋反映光的能量在空間分布情況，暗條紋處光能量幾乎是零表明兩列光波疊加彼此相互抵消這并不是光能量損耗了或變成其它形式能量，而是按波的傳播規(guī)律，沒(méi)有能量傳到該處；亮條紋處的光能量比較強(qiáng)，光能量增加也不是光的干涉可以產(chǎn)生能量，而是按波的傳播規(guī)律，到達(dá)該處的能量比較集中