4.3 光的干涉 教材分析 课件 -2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

第三节 光的干涉 一 、教材分析 本节内容选自人教版高中《物理》选择性必修１第四章第３节“光的干涉”。教材中首通过肥皂膜、油膜上的彩色条纹的形成原因设疑，引出光的干涉，接着通过实验得出干涉图样，结合波的叠加原理分析得出明暗条纹间距的规律。随后用数学方法得出干涉条纹与光的波长之间的关系，最后介绍薄膜干涉的原理及应用。在此前已学习过的“机械波”一章中，明确指出干涉、衍射是波独有的特性，为通过类比机械波证明光具有波的特性提供了认知基础；同时波的叠加原理是解释干涉条纹的理论依据。 课标要求：观察光的干涉现象，了解这些现象产生的条件，知道其在生产生活中的应用。 二、学情分析 在知识方面，学生已经学习过机械波干涉原理，能够通过类比迁移的方式理解光的干涉；在技能方面，学生已经具备提出定研究猜想的能力，能在教师引导下制定实验方案进行探究；在思维方面，学生能在教师引导下分析干涉现象的原理，做出合理猜想假设并进行实验验证。 三、教学目标 物理观念：准确描述干涉条纹的特点，掌握光的干涉产 生条件，理解光的干涉产生原因。 科学思维：通过问题串让学生理解并掌握获取相干光束的思想，明确具体问题，提出猜想，制定实验方案；通过数学方法、几何知识推导干涉条纹间距与波长之间的关系式，运用数学思维解决物理问题。 科学探究： 让学生在“问题—猜想—实验探究—分析—解释—结论”的过程中体验探究过程，提升问题解决能力。 科学态度与责任：养成尊重事实、不迷信盲从的科学态度，以及为现代社会做贡献的使命感与责任感；通过了解光的干涉技术在生活和工程中的应用，让知识落到实处，学以致用。 四、教学重难点 教学重点： 观察并总结光的干涉现象及条纹特点。 教学难点： 掌握光的干涉产生条件及原理，探究波长与条纹间距的关系。 五、教学过程 环节一：阅读材料中微粒说和波动说两种学说，了解光的本性。 17世纪时，科学界已经形成了两种学说。一种是光的微粒说，认为光是从光源发出的一种物质粒子，在均匀介质中以一定的速度传播，牛顿支持微粒说。另一种是光的波动说，是惠更斯首先提出的，认为光是在空间传播的某种波。 到了19世纪初，人们在实验中观察到了光的干涉和衍射现象，这是波动的特征，不能用微粒说解释，因而证明了波动说的正确性。 19世纪60年代，麦克斯韦预言了电磁波的存在，并认为光也是一种电磁波。1887年，赫兹在实验中证实了这种假说…… 问题1：光的本性是什么？ 光的本性：光既具有粒子性又具有波动性。 问题2：如何验证光是一种波呢？ 引导学生回顾波特有的现象干涉、衍射，形成概念：如果光是一种波，就应该具有波的特征。 环节二：实验验证 学生活动1：阅读中“杨氏双缝干涉实验”的内容，了解实验的原理及结论。 学生活动2：仿照杨氏双缝实验，利用手头的器材，进行了双缝实验的设计与探究。 问题1 实验光源用白光还是单色光？ 问题2 如何获得振动方向相同的光源？ 问题3 如何获得频率相同的两个光源？ 问题4 如何观察实验现象？ 问题5 仪器安装顺序是什么？ 问题6 根据水波的干涉图样，猜想光的干涉可能出 现什么现象？ 学生在教师的指导下合作完成演示实验。 观察干涉条纹，总结光的干涉图样的特点为：明暗相间，条纹等距，中央为明纹。 问题：如果你处在 17 世纪，你将如何解释光的干涉条纹特点这一伟大发现？ 在观察到实验现象后，教师引导学生从中央明条纹入手，结合波的叠加原理，分析明暗条纹形成的原因，最终集体讨论得出光程差于波长之间的关系与明暗条纹的对应。 即当光程差是波长的整数倍时，振动加强，为明条纹；当光程差是半波长的奇数倍时，振动减弱，为暗条纹。 猜想：干涉条纹的间距与哪些因素有关呢？ 学生展开猜想，提出影响条纹间距的因素可能包括： ①双缝与屏间的距离； ②双缝之间的距离； ③光的波长； ④光源与双缝的距。 理论分析，定性验证 教师给出双缝干涉原理图，以光程差作为切入点，引导学生通过几何关系和极限的思想，找出相邻明暗条纹中心间距的关系。最终得到条纹间距基本公式。 Δx = Lλ/d 采用控制变量法进行定性研究。 第一组的变量是缝宽 第二组的变量是双缝之间的距离 第三组的变量是双缝到光屏的距离 第四组的变量是不同波长的光 合理设计，实验验证 环节三：认识薄膜干涉 阅读教材中薄膜干涉的相关内容，试着解释肥皂泡彩色条纹形成的原因。 问题：阳光下肥皂泡的彩色条纹如何形成的？ 问题？ 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？ 1、概念：让一束光经薄膜的两个表面反射后，形成的两束反射光产生的干涉现象叫薄膜干涉。 （1）现象：水平明暗相间条纹 （2）原理：薄膜的前后表面反射光叠加而产生 （3）规律：波程差等于波长整数倍 亮条纹 波程差等于半波长的奇数倍 暗条纹 （4）产生干涉条纹的条件：薄膜厚度有变化 几种常见的薄膜干涉 环节四、课堂反馈 1、光的干涉现象对认识光的本性有什么意义？ 2、两列光干涉时，光屏上的亮条纹和暗条纹到两个光的距离与波长有什么关系？ 声的干涉也遵循类似的规律。设想在空旷的地方相隔一定位置有两个振动完全一样的声源，发出的声波波长是0.6m，观察者A离两声源的距离分别是4.5m和5.4m，观察者B离两声源的距离分别是4.3m和5.5m。这两个观察者听到的声音的大小有什么区别？ 3．在双缝干涉实验中，光屏上P点到双缝S1、S2的距离之差r1＝0.75 μm，光屏上Q点到双缝S1、S2的距离之差为r2＝1.5 μm.如果用频率为f＝6.0×1014Hz的黄光照射双缝，光在真空中的传播速度c＝3×108 m/s，则(　　) A．P点出现亮条纹，Q点出现暗条纹 B．Q点出现亮条纹，P点出现暗条纹 C．两点均出现暗条纹 D．两点均出现亮条纹 3.答案　B解析　根据波长与波速的关系式λ＝，得黄光的波长λ＝0.5 μm，则P点到双缝S1和S2的距离之差r1是黄光波长的1.5倍，即半波长的奇数倍，P点出现暗条纹；而Q点到双缝S1、S2的距离之差r2是黄光波长的3倍，即波长的整数倍，Q点出现亮条纹，所以选项B正确． 4．利用薄膜干涉可检查工件表面的平整度．如图(a)所示，现使透明标准板M和待检工件N间形成一楔形空气薄层，并用单色光照射，可观察到如图(b)所示的干涉条纹，条纹的弯曲处P和Q分别对应A和B处，下列判断中正确的是(　　) A．N的上表面A处向上凸起 B．N的上表面B处向下凹陷 C．若减小薄片的厚度，则干涉条纹间距会减小 D．条纹的c、d点对应处的薄膜厚度相同 答案　D 1．教室内两盏相同的普通白炽灯发出的光相遇时，我们观察不到干涉条纹，这是因为(　　) A．两盏灯亮度不同 B．灯光的波长太短 C．两灯光的振动频率不同 D．电灯发出的光不稳定 环节五、课后巩固 答案　C 2．下面有关光的干涉现象的描述中，正确的是(　　) A．在光的双缝干涉实验中，将入射光由绿光改为紫光，则条纹间距变宽 B．白光经肥皂膜前后表面反射后，反射光发生干涉形成彩色条纹 C．在光的双缝干涉实验中，若缝S1射入的是绿光，S2射入的是紫光，则干涉条纹是彩色的 D．光的干涉现象不能说明光是一种波 答案　B 3．在光的双缝干涉现象中，下列描述正确的是(　　) A．用白光做光的干涉实验时，偏离中央亮条纹最远的是波长较长的红光 B．用白光做光的干涉实验时，偏离中央亮条纹最远的是波长较短的紫光 C．相邻两亮条纹和相邻两暗条纹的间距是不等的 D．在双缝干涉现象中，把入射光由红光换成紫光，相邻两个亮条纹间距将变宽 答案　A 4. 铁丝圈上附有肥皂膜，竖直放置时，可以观察到上疏下密的彩色条纹，下列说法正确的是(　　) A．肥皂膜从形成到破裂，条纹的宽度和间距不会发生变化 B．肥皂膜前后两个面的侧视形状为上薄下厚的梯形 C．肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹 D．将铁丝圈右侧的把柄向上转动90°，条纹也会跟着转动90° 答案　C 5.煤矿中瓦斯爆炸危害极大．某同学查资料得知含有瓦斯的气体的折射率大于干净空气的折射率，于是，他设计了一种利用光的干涉监测矿井瓦斯的仪器，原理如图所示．在双缝前面放置两个完全相同的透明容器A、B，容器A与干净的空气相通，在容器B中通入矿井中的气体，观察屏上的干涉条纹，就能够监测瓦斯浓度，以下说法正确的是(　　) ①如果屏的正中央仍是亮条纹，说明B中的气体与A中的空气成分相同，不含瓦斯 ②如果屏的正中央是暗条纹，说明B中的气体与A中的空气成分不相同，可能含有瓦斯 ③如果屏上干涉条纹不停地移动，说明B中的气体瓦斯含量不稳定 ④只有用单色光照射单缝时，才可能在屏上出现干涉条纹 A．①③ B．②③ C．②④ D．①④ 答案　B 6．一实验小组用某一单色光做双缝干涉实验时，在距离双缝为1.0 m处的光屏上，测得1至5条亮条纹间的距离为7.6 mm.已知所用的双缝间距为0.25 mm. (1)求这种单色光的波长； (2)若用这种单色光照射到增透膜上，已知增透膜对这种光的折射率为1.3，则这种光在增透膜中的波长是多少？增透膜的厚度至少应取多少？(结果均保留3位有效数字) 答案　(1)4.75×10－7 m　(2)3.65×10－7 m　9．13×10－8 m 谢 谢 ！ $$