4.3光的干涉 教案-2022-2023学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

4.3光的干涉 〖教材分析〗 本节从肥皂膜彩色条纹出发，引出光的干涉问题，再通过分析光的双缝干涉实验原理，来探究光的干涉条纹特征和产生条件。然后利用数学推导得到干涉条纹、相邻两个亮（暗）条纹中心间距与波长的关系，并对实验现象进行解释。最后利用光的干涉知识分析肥皂膜条纹的成因。光的双缝干涉条纹特征和产生条件是重点，相邻两个亮（暗）条纹中心间距与波长的关系的推导和对用肥皂膜做薄膜干涉实验时产生彩色条纹的原因的解释是难点。 〖教学目标与核心素养〗 物理观念∶知道光的干涉条件，能用干涉条件解释薄膜干涉。 科学思维∶利用光程差的概念，理解产生明暗条纹的条件和相邻两个亮（暗）条纹中心间距与波长的关系。 科学探究：通过光的双缝干涉实验，认识双缝干涉图样的特征。 科学态度与责任∶知道薄膜干涉在现实生活中的应用，培养学生用物理的眼光看待问题的思维。 〖教学重难点〗 教学重点：产生明暗条纹的条件和相邻两个亮（暗）条纹中心间距与波长的关系。 教学难点：产生明暗条纹的条件和相邻两个亮（暗）条纹中心间距与波长的关系，解释薄膜干涉。 〖教学准备〗 肥皂水、吹泡泡工具等。 〖教学过程〗 一、新课引入 （播放视频）肥皂膜看起来常常是彩色的，雨后公路积水上面漂浮的油膜，也经常显现出彩色条纹。 这些彩色条纹或图样是怎样形成的？ 二、新课教学 想一想 如果两列机械波的频率相同、相位差恒定、振动方向相同，就会发生干涉。光是一种电磁波，那么光也应该会发生干涉现象。怎样才能观察到光的干涉现象呢？ （一）光的双缝干涉 演示：光的双缝干涉 在暗室中用氦氖激光器发出的红色激光照射金属挡板上的两条平行的狭缝，在后面的屏上观察光的干涉情况。 （播放实验视频） 实验分析：双缝干涉实验，这个实验能得到干涉图样。用的是白光，得到干涉图样是明暗相间的彩色条纹。后来光源换成了单色光，得到的干涉图样更明显。所以实验多使用单色光。 问题：为什么会形成这样明暗相间的条纹呢？ 我们知道波的干涉是由于波程差的不同，当波程差是整倍波长时∆r=nλ（λ=0、1、2、3、、、），该点是加强点。当波程差是半波长的奇数倍时，该点就是减弱点。 对于光的干涉也是这样。 1.明条纹区：∆r=nλ（n=0.1.2......） 在两相干光源中垂线上的P0点到两波源的距离相同，就是说P0点的光程差是零，即∆rp0=0。光波到达P0点时的相位相同，在这一点波峰与波峰叠加，波谷与波谷叠加，两个光波相互加强，在这个点的振幅最大的，等于两列光波的振幅之和。 所以此处的明条纹被称作中央明条纹。 由P0向上移动，光程差将逐渐增大，当光程差等于一个波长时（∆r=λ），再次出现加强点P1，对应的明条纹被称作一级明条纹。以此类推，当光程差等于二倍波长时（∆r=2λ），对应的也是加强点，这个明条纹被称作二级明条纹。P0下方同样存在一二级明条纹。 讨论了明条文，再看明条文中间的暗影区。 2.暗条纹区： 在p0和p1之间存在一个Q1点，Q1点的光程差等于半个波长，当S1的波峰到达Q1时， S2的波谷恰好也到达Q1点，两列光波的波峰与波谷叠加，他们在Q1点的震动是减弱的，这个点的振幅是最小的，等于两列光波的振幅之差，因此这里会出现暗条纹。他的光程差是半波长的一倍，对应的暗条纹被称作一级暗条纹。 从Q1点向外侧还会有Q2，Q3点 光程差分别等于和，他们都是减弱点，对的位置就会出现暗条纹，被称作二级暗条纹和三级暗条纹。 这里所谓的加强点和减弱点分别是振幅最大和最小的点，加强点位于明条纹的中心位置，减弱点微与暗条纹的中心位置，两种条纹是逐渐过渡过去的。 综上所述，光也满足波的干涉条件，在相干光源的情况下 光程差是整倍波长的是加强点，对应的是明条纹。光程差是半波长奇数倍的是减弱点，对应的是暗条纹。注意这个中心条纹的光程差一定是零，也是波的整数倍，所以中心点的一定是明条纹。 （二）干涉条纹和光的波长之间的关系 思考：光的双缝干涉条纹特征，如条纹间距、宽度等，能反映出光的波长、频率等信息吗？ 接下来探究一下这些条纹间距的决定因素是什么呢？ 在这个实验设计图中，用几何方法推导出x的决定因素。 如图在屏幕上任取加强p，他到p0的距离就是x。设双方到屏的距离是l，两缝间距是d，这是两缝倒p的距离，在pS2上取一点M，使PM的距离等于p S1的距离。那p点的光程差就是S2 M，记为 ∆r=S2 M=r2-r1 因为屏到两缝的距离远大于两缝的距离，所以在∆P1S1M这个等腰三角形中，r1=r2且远大于底边S1M，它的顶角很小，可以认为两个底角近似等于90度，即认为P1S2垂直S1M。 在Rt∆S1MS2这个直角三角形中，设∠S2S1M=θ，那这个对边就是 ∆r=S2 M=dsinθ。 再连接PO和OP0同样可以将po和S1 M看作垂直。在Rt∆P1OP0这个三