第三节 光的干涉（表格式教学设计）物理沪科版选择性必修第一册

该高中物理教学设计聚焦“光的干涉”核心知识，涵盖双缝干涉条件、条纹间距公式、薄膜干涉原理及应用。通过肥皂膜、油膜彩色条纹等生活情境导入，衔接光的波动性学习起点，为后续衍射、偏振等知识搭建支架。 资料以实验探究与理论推导结合为特色，通过杨氏双缝干涉实验建构模型，推导条纹间距公式培养科学思维，结合薄膜干涉检查平整度等应用渗透物理观念。例题与课堂练习强化科学探究，助力学生理解干涉本质，也为教师提供清晰教学逻辑，提升课堂效率。

第三节 光的干涉（教学设计） 年级 高二 学科 物理 课时数 课题 第四章 光 4.3 光的干涉（教学设计） 教学 目标 1. 知道光的干涉现象和产生干涉现象的条件。 2. 理解产生明暗条纹的条件，理解条纹间距与波长的关系。 3. 理解薄膜干涉及其应用。 教材 分析 在“光与电磁波”学科主题中提出：学生要通过典型实验认识光的波动性，理解干涉、衍射等现象，能够用波动观点解释相关问题。本节内容安排在“光”一章的“光的干涉”一节，是学生系统学习光波性质的起点，与后续“光的衍射、光的偏振”“近代物理”等知识相互衔接，具有承上启下的作用。 教材通过“肥皂膜彩纹”等生活情境导入，先呈现双缝干涉，再推导条纹间距公式，最后拓展到薄膜干涉与应用。教学逻辑清晰，既强调实验探究，又注重理论概括，符合“以学生发展为本”的课程理念。 教学重点 1. 相干光条件与双缝干涉条纹形成规律； 2. 条纹间距公式及其应用； 3. 薄膜干涉的路程差来源、等厚干涉的特点与应用。 教学难点 1. 将“路程差—相位差—干涉结果”三者建立逻辑对应； 2. 区分“双缝干涉的等间距条纹”和“薄膜干涉的等厚条纹”的本质差别。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 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？ 结合情境思考问题 学习新课 一、光的双缝干涉 1. 光的干涉 光的干涉实验最早是英国物理学家托马斯·杨在1801年成功完成的，杨氏实验有力地证明了光是一种波。 2. 双缝干涉实验 (1)实验过程：让一束单色光投射到一个有两条狭缝S1和S2的挡板上，两狭缝相距很近，两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，两个波源发出的光在挡板后面的空间互相叠加，发生干涉问题。 (2)实验装置如图所示，有光源、单缝、双缝和光屏。 ①单缝屏的作用 获得一个线光源，使光源有唯一的频率和振动情况.如果用激光直接照射双缝，可省去单缝屏(托马斯·杨当时没有激光)。 ②双缝屏的作用 平行光照射到单缝S上，又照到双缝S1、S2上，这样一束光被分成两束频率相同且振动情况完全一致的相干光。 (3)实验现象：在屏上得到明暗相间的条纹。 3. 屏上某处出现亮、暗条纹的条件 (1)亮条纹的条件：屏上某点P到两条缝S1和S2的路程差正好是波长的整数倍或半波长的偶数倍。即：|PS1－PS2|＝kλ＝2k· (k＝0,1,2,3，…) k＝0时，PS1＝PS2，此时P点位于光屏上的O处，为亮条纹，此处的条纹叫中央亮条纹或零级亮条纹，k为亮条纹的级次。 (2)暗条纹的条件：屏上某点P到两条缝S1和S2的路程差正好是半波长的奇数倍，即：|PS1－PS2|＝(2k－1) (k＝1,2,3，…) k为暗条纹的级次，从第1级暗条纹开始向两侧展开。 4. 干涉图样 (1)单色光的干涉图样：干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹。 (2)白光的干涉图样：中央条纹是白色的，两侧干涉条纹是彩色条纹。 5. 出现明暗条纹的判断 (1)亮条纹：当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的偶(填“奇”或“偶”)数倍时，出现亮条纹。 (2)暗条纹：当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的奇(填“奇”或“偶”)数倍时，出现暗条纹。 【例1】在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏幕上观察到了彩色干涉条纹。若在双缝中的一缝前放一红色滤光片(只能透过红光)，另一缝前放一绿色滤光片(只能透过绿光)，已知红光与绿光的频率、波长均不相等，这时（ C ） A.只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其他颜色的双缝干涉条纹消失 B.红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其他颜色的双缝干涉条纹仍然存在 C.任何颜色的双缝干涉条纹都不存在 D.至少有一种颜色的双缝干涉条纹 【例2】在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P点的距离之差为0.6 μm，若分别用频率为f1＝5.0×1014 Hz和f2＝7.5×1014 Hz的单色光垂直照射双缝，试分析判断P点应出现亮条纹还是暗条纹？分别为第几条亮条纹或暗条纹？(光在真空中的传播速度c＝3×108 m/s) 【解析】如图所示，双缝S1、S2到光屏上任意一点P的路程之差Δr＝S2S2′， 当Δr等于单色光波长的整数倍时，由S1和S2发出的光在P点互相加强，P点出现亮条纹； 当Δr等于单色光半个波长的奇数倍时， 由S1和S2发出的光在P点互相抵消，出现暗条纹。 频率为f1的单色光的波长λ1＝＝ m＝0.6×10－6 m＝0.6 μm， 频率为f2的单色光的波长λ2＝＝ m＝0.4×10－6 m＝0.4 μm。 即Δr＝λ1，Δr＝λ2 可见，用频率为f1的单色光照射时，P处应出现亮条纹，且为第一条亮条纹； 用频率为f2的单色光照射时，P处应出现暗条纹，且为第二条暗条纹。 理解掌握光的干涉 掌握双缝干涉实验的过程和结论 记忆屏上某处出现亮、暗条纹的条件，区分两个公式 掌握出现明暗条纹的判断方法 学习新课 二、条纹间距与波长的关系 1. 条纹间距 条纹间距是指相邻亮条纹中心或相邻暗条纹中心间的距离，由数学知识可得条纹间距公式为Δx＝λ，其中l为双缝到屏的距离，d为双缝间的距离，λ为入射光的波长。 2. 两相邻亮条纹(或暗条纹)间距离与光的波长的关系 两相邻亮条纹(或暗条纹)间距离与光的波长有关，波长越长，条纹间距越大。 白光的干涉条纹的中央是白色的，两侧是彩色的，这是因为： (1)白光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色组成的复色光，且从红光到紫光波长逐渐变短。 (2)各种色光都能形成明暗相间的条纹，都在中央条纹处形成亮条纹，从而复合成白色条纹。 (3)两侧条纹间距与各色光的波长成正比，条纹不能完全重合，这样便形成了彩色干涉条纹。 【例3】在双缝干涉实验中，用绿色激光照射在双缝上，在缝后的屏幕上显示出干涉图样。若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距，可选用的方法是（ C ） A.改用蓝色激光 B.增大双缝间距 C.将屏幕向远离双缝的位置移动 D.将光源向远离双缝的位置移动 掌握条纹间距的概念和公式 学习新课 三、薄膜干涉 1. 薄膜干涉中相干光的获得 光照射到薄膜上，在薄膜的前、后两个面反射的光是由同一个实际的光源分解而成的，它们具有相同的频率，恒定的相位差。 2. 薄膜干涉的原理 光照在厚度不同的薄膜上时，前、后两个面的反射光的路程差等于相应位置膜厚度的2倍，在某些位置，两列波叠加后相互加强，于是出现亮条纹；在另一些位置，叠加后相互削弱，于是出现暗条纹。 3. 形成亮、暗条纹的条件 薄膜干涉是经薄膜前、后面反射的两束光叠加的结果。出现亮条纹的位置，两束光的路程差Δr＝kλ(k＝0,1,2，3…)，出现暗条纹的位置，两束光的路程差Δr＝λ(k＝1,2,3…)。 4. 薄膜干涉的应用 (1)检查平面平整度的原理 光线经空气薄膜的上、下两面的反射，得到两束相干光，如果被检测平面是光滑的，得到的干涉条纹是等间距的。如果被检测平面某处凹下，则对应条纹提前出现，如果某处凸起，则对应条纹延后出现。 (2)增透膜的原理 在增透膜的前、后表面反射的两列光波形成相干波，当路程差为半波长的奇数倍时，两光波相互削弱，反射光的能量几乎等于零。 【例4】用单色光照射位于竖直平面内的肥皂液薄膜，所观察到的干涉条纹为（ B ） 归纳总结 1.由于薄膜干涉是经薄膜前、后表面反射的两束光叠加而形成的，所以观察时眼睛与光源应在膜的同一侧。 2.在光的薄膜干涉中，前、后表面反射光的路程差由膜的厚度决定，所以薄膜干涉中同一亮条纹或同一暗条纹应出现在厚度相同的地方，因此又叫等厚干涉，每一条纹都是水平的。 3.用单色光照射得到明暗相间的条纹，用白光照射得到彩色条纹。 【例5】如图所示，把一个平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上，一端用薄片垫起，构成空气劈尖，让单色光从上方射入，这时可以看到明暗相间的条纹。下面关于条纹的说法中正确的是（ D ） A.干涉条纹的产生是由于光在上面玻璃板的前后两表面反射形成的两列光波叠加的结果 B.干涉条纹中的暗条纹是由于两列反射光的波谷与波谷叠加的结果 C.将上玻璃板平行上移，条纹间距变窄 D.观察干涉条纹时，应在入射光一侧 掌握薄膜干涉的原理和形成亮、暗条纹的条件 课 堂 练 习 1.(杨氏双缝干涉实验)在杨氏双缝干涉实验中，如果（ B ） A.用白光作为光源，屏上将呈现黑白相间的条纹 B.用红光作为光源，屏上将呈现红黑相间的条纹 C.若仅将入射光由红光改为紫光，则条纹间距一定变大 D.用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色干涉条纹 2.(亮、暗条纹的判断)如图所示是双缝干涉实验装置，使用波长为600 nm 的橙色光源照射单缝S，在光屏中央P处观察到亮条纹，在位于P点上方的P1点出现第一条亮条纹(即P1到S1、S2的路程差为一个波长)，现换用波长为400 nm的紫光源照射单缝，则（ B ） A.P和P1仍为亮条纹 B.P为亮条纹，P1为暗条纹 C.P为暗条纹，P1为亮条纹 D.P、P1均为暗条纹 3.(双缝干涉条纹间距问题)在双缝干涉实验中，分别用红色和绿色的激光照射同一双缝，在双缝后的屏幕上，红光的相邻干涉条纹间距Δx1与绿光的相邻干涉条纹间距Δx2相比，Δx1＞Δx2(填“＞”“＝”或“＜”)。若实验中使用的红光的波长为630 nm，双缝与屏幕的距离为1.00 m，测得第1条到第6条亮条纹中心间的距离为10.5 mm，则双缝之间的距离为0.300mm。(结果保留三位有效数字) 4.(薄膜干涉)用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象。图(a)是点燃的酒精灯(在灯芯上撒些食盐)，图(b)是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属线圈。将金属线圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是（ D ） A.当金属线圈旋转30°时，干涉条纹同方向旋转30° B.当金属线圈旋转45°时，干涉条纹同方向旋转90° C.当金属线圈旋转60°时，干涉条纹同方向旋转30° D.干涉条纹保持不变 板 书 设 计 4.3 光的干涉 一、光的双缝干涉 1. 光的干涉 光的干涉实验最早是英国物理学家托马斯·杨在1801年成功完成的，杨氏实验有力地证明了光是一种波。 2. 双缝干涉实验 (1)实验过程：让一束单色光投射到一个有两条狭缝S1和S2的挡板上，两狭缝相距很近，两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，两个波源发出的光在挡板后面的空间互相叠加，发生干涉问题。 (2)实验装置如图所示，有光源、单缝、双缝和光屏。 (3)实验现象：在屏上得到明暗相间的条纹。 3. 屏上某处出现亮、暗条纹的条件 (1)亮条纹的条件：屏上某点P到两条缝S1和S2的路程差正好是波长的整数倍或半波长的偶数倍。即：|PS1－PS2|＝kλ＝2k· (k＝0,1,2,3，…)，k＝0时，PS1＝PS2，此时P点位于光屏上的O处，为亮条纹，此处的条纹叫中央亮条纹或零级亮条纹，k为亮条纹的级次。 (2)暗条纹的条件：屏上某点P到两条缝S1和S2的路程差正好是半波长的奇数倍，即：|PS1－PS2|＝(2k－1) (k＝1,2,3，…)，k为暗条纹的级次，从第1级暗条纹开始向两侧展开。 4. 干涉图样 (1)单色光的干涉图样：干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹。 (2)白光的干涉图样：中央条纹是白色的，两侧干涉条纹是彩色条纹。 5. 出现明暗条纹的判断 (1)亮条纹：当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的偶数倍时，出现亮条纹。 (2)暗条纹：当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的奇数倍时，出现暗条纹。 二、条纹间距与波长的关系 1. 条纹间距是指相邻亮条纹中心或相邻暗条纹中心间的距离 由数学知识可得条纹间距公式为Δx＝λ，其中l为双缝到屏的距离，d为双缝间的距离，λ为入射光的波长。 三、薄膜干涉 1. 薄膜干涉中相干光的获得 光照射到薄膜上，在薄膜的前、后两个面反射的光是由同一个实际的光源分解而成的，它们具有相同的频率，恒定的相位差。 2. 薄膜干涉的原理 光照在厚度不同的薄膜上时，前、后两个面的反射光的路程差等于相应位置膜厚度的2倍，在某些位置，两列波叠加后相互加强，于是出现亮条纹；在另一些位置，叠加后相互削弱，于是出现暗条纹。 3. 形成亮、暗条纹的条件 薄膜干涉是经薄膜前、后面反射的两束光叠加的结果。出现亮条纹的位置，两束光的路程差Δr＝kλ(k＝0,1,2，3…)，出现暗条纹的位置，两束光的路程差Δr＝λ(k＝1,2,3…)。 4. 薄膜干涉的应用 (1)检查平面平整度的原理(2)增透膜的原理 作业布置 教学反思 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $