4.3 光的干涉（教学设计）-【上好课】高二物理同步高效课堂（人教版2019选择性必修第一册）

4.3 光的干涉 教学设计 备课人 学科 物理 课题 4.3 光的干涉 教学内容分析 光的干涉是机械波干涉知识在光学领域的延伸，二者的本质都是波的叠加。通过这部分内容的教学可以使学生对干涉现象的物理过程有更具体的了解，进一步加深学生对光的波动性的认识。 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。 学情分析 高二学生已有一定的物理学科方法，如观察实验，控制实验，假说方法，从现象归纳规律等，可以实现教材渗透的方法教育意图。学生大多在生活中没有光的干涉现象的体验，但通过高中物理学习，已有水波、声波等机械波干涉的经验与理论，高二学生已有一定的自主构建新知识框架的能力，可以从已感知的机械波干涉现象与规律延伸至待认定的光是波的推想。 教学目标 1.了解相干光源，知道光的干涉条件，知道杨氏干涉实验的设计原理。 2.通过光的双缝干涉实验，认识双缝干涉图样的特征。 3.知道光的路程差的概念，知道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。 4.知道薄膜干涉的原理并能解释一些现象。 教学重难点 1.教学重点：光的干涉的概念及表达式、光的干涉的条件、光的干涉的应用； 2.教学难点：光的干涉的条件、光的干涉的应用。 教学过程 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 新课导入 展示图片：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。 提问：这些彩色条纹或图样是怎样形成的？ 然后展示：两列频率相同的水波(相干波)相遇时,在某些区域振动加强,而在某些区域振动减弱;且振动加强的区域与振动减弱的区域相互间隔。这种现象叫波的干涉。 干涉现象是波动独有的特征，光是一种电磁波，那么光也应该能发生干涉现象。怎样才能观察光的干涉现象呢？ 学生观察图片并在导学案上写下自己的答案。 学生思考并回答问题。 采用学生周边现象激发学生兴趣，同时建立波的知识的完整性。 新课教学 一、光的双缝干涉 （一）问题与思考 提问：光要发生干涉现象需要满足什么条件？ 频率和振动情况一致----相干光源 提问：有没有什么方法可以获得相干光—频率相同的光呢？ 在学生回答交流基础上展示：托马斯·杨 的设计 （2） 光的双缝干涉 演示实验：观察光的干涉现象播放视频，让学生观看。 实验现象分析： 一束单色光投射到一个有两条狭缝S1和S2的挡板上，狭缝S1和S2相距很近。狭缝就成了两个波源，它们的频率、相位和振动方向总是相同的，这两个光源发出的光在挡板后面的空间互相叠加。振动加强的地方出现亮条纹，振动减弱的地方出现暗条纹。 什么时候出现亮条纹，什么时候又出现暗条纹呢？ 实验现象解读——亮纹 在学生总结基础上逐一分析下图中的情况： 由于从S1S2发出的光是振动情况完全相同，又经过相同的路程到达P点，其中一条光传来的是波峰，另一条传来的也一定是波峰，其中一条光传来的是波谷，另一条传来的也一定是波谷，确信在P点激起的振动总是波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇，振幅A＝A1+A2为最大，P点总是振动加强的地方，故应出现亮纹，这一条亮纹叫中央亮纹。 取P点上方的点P1，从S1S2发出的光到P1点的光程差就不同，若这个光程差正好等于波长的整数倍，比如δ= S1－S2=λ，出现第一条亮纹。 屏上P1点的上方还可以找到δ= S1－S2＝4λ的P2点，δ= S1－S2＝5λ的P3点……等处的第四条、第五条……亮纹；在中央明纹P的下方可找到δ= S1－S2＝λ的P1/点，δ= S1－S2＝2λ的P2/点，δ= S1－S2＝3λ的P3/点等处与中央明纹为对称的第一、第二、第三…，第n条亮纹。 由此可以得出出现亮条纹的规律是什么？ 亮纹规律：，n=0、1、2、3…… 光程差是半波长的的偶数倍或波长的整数倍时出现亮条纹。 实验现象解读——暗纹 取P点上方的点Q1，与两个狭缝S1、S2路程差δ= S1－S2＝λ/2，其中一条光传来的是波峰，另一条传来的就是波谷，其中一条光传来的是波谷，另一条传来的一定是波峰，Q1点激起的振动总是波峰与波谷相遇，振幅最小，Q1点总是振动减弱的地方，故应出现暗纹。 屏上Q1点的上方还可以找到δ= S1－S2＝3λ/2的Q2点出现第二条暗纹。同样可以找到第三条暗纹Q3……，在中央明纹下方也可以找到对称的Q1/、Q2/、Q3/……等暗纹。 然后总结得到：