第四节 光的干涉（表格式教学设计）物理粤教版2019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，涵盖双缝干涉现象、干涉条件及薄膜干涉应用。课堂从光的波粒之争切入，通过对比白炽灯与激光作为光源的差异，引导学生思考相干光源获取方法，以机械波干涉知识为支架，实现前后知识迁移。 资料突出科学探究与科学思维，通过双缝干涉实验视频演示、肥皂膜薄膜干涉观察等活动，引导学生类比机械波抽象光的干涉条件，推导条纹间距公式。典例与分层练习结合，助力学生形成光的波动观念，提升探究能力，教师使用时重难点清晰，教学效率高。

第四节　光的干涉 年级 高二年级 学科 物理 教师 课题 第四节　光的干涉 教学 目标 物理观念 通过解释光的干涉现象和分析实际问题，加深对波的特性的认识，形成光的波动特性和相关光源等基本物理概念。 科学思维 培养学生能将生产生活中的实际问题转换成物理规律，对常见的相关物理现象进行分析和推理，获得结论并能够解释的能力。 科学探究 能够就光的双缝干涉现象提出猜想、设计实验加以验证，然后类比机械波的关涉条件抽象概括出光发生干涉的条件，并能解释生产和生活中涉及的光的干涉问题。 科学态度 与责任 能够就光的双缝干涉现象提出猜想、设计实验加以验证，然后类比机械波的关涉条件抽象概括出光发生干涉的条件，并能解释生产和生活中涉及的光的干涉问题。 教学 重难点 1.通过实验观察认识光的干涉现象，知道光的干涉现象说明光是一种波(重点)。 2.掌握光的双缝干涉现象的产生，出现亮、暗条纹的位置，知道产生干涉条纹的条件，能进行干涉条纹间距的计算(重难点)。 3.知道薄膜干涉现象以及相关的应用(重点)。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 教师：我们生活在光的世界里，但光是什么呢?人类对这个问题的认识和回答，经历了漫长而曲折的过程，历史上关于光是波还是粒子，有过很长时间的争论。1801年，英国物理学家托马斯·杨(T.Young，1773-1829)首次在实验室成功观测到光的双缝干涉现象，直接证明了光的波动特性。下面我们来还原这个著名的光的双缝干涉实验，并了解双缝干涉的原理。 学生课前预习。 新课讲授 一、光的双缝干涉现象 教师：怎样才能观察到光的干涉现象呢?即要得到明暗相间的图样,需要满足什么条件呢？ 学生：首先要获得两个相干光源--频率相同、振动方向相同、相位差恒定。 教师：有没有什么方法可以获得两个相干光源呢? 学生：用两个相同的白炽灯泡。 教师：出示两个同一厂家、同一型号的白炽灯泡,给灯泡通电后,让学生观察能否在空间中看到明暗相间的干涉图样。 学生：不能看到明暗相间的干涉图样。 教师：普通的光源难以发出单一频率的光,也就难以满足两个光源频率相同的条件白炽灯向四面八方发射光,也难以满足振动方向相同的条件。另外,用两个光源发光,也难以满足相位差恒定的条件。所以,两个白炽灯发出的光不能满足相干条件,我们也就观察不到干涉现象。 看来,获得两个相干光源并不容易。请大家想一想,还有没有其他办法呢? 学生：能否想办法将一束光分成两束,这样两束光来源于同一光源,就能够满足发生干涉的条件了。 教师：这个办法似乎可行,下面我们就来试一试。 首先,应用现代物理技术,可以用激光取代白炽灯作为光源。激光的优点是能保证频率相同、相位差恒定、振动方向一致。 其次,我们可以准备一个双缝--即在金属挡板上刻两条平行的狭缝。这样,用激光照射双缝,就可以将一束光分成两束,以获得两个相干光源。 接下来我们就试一下,能否观察到干涉现象? 教师：用红色激光笔照射一双缝,学生能在双缝后面的墙上观察到红色的明暗相间条纹。（播放视频） 教师：如图所示，将一束单色光照射在单缝上，单缝上的光从不同路径照射到双缝上，双缝平行于屏，在屏上观察到了什么? 学生：看到相间的条纹，且中央是亮条纹。 教师：如果把单缝撤去，单色光直接照射在双缝上，此时观察到了什么现象? 学生：明暗相间的条纹消失。 教师：为什么会出现明暗相间的条纹呢？我们来分析下杨氏双缝干涉实验。 利用如图所示的装置，让一束平行的单色光(例如激光)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(约0.1mm)。如果光是一种波，那么这样的两条狭缝就成为了振动情况总相同的两个波源，两个波源发出来的光在挡板后面的空间相互叠加，光在一些位置相互加强，在另一些位置相互减弱，在挡板后面的屏上会得到明暗相间的条纹。 杨氏双缝干涉实验的意义：证明了光是一种波。 学生思考，并回答问题。 学生认真观看光的双缝干涉视频。 新课讲授 二、光的干涉条件 教师：请大家类比机械波,分析一下,发生光的双缝干涉时,在屏幕上哪些位置出现明偶有所得条纹,哪些位置出现暗条纹呢? 如图所示，狭缝S1和S2相当于两个频率、相位和振动方向都相同的波源。 【问题1】屏上P0点到两个狭缝S1和S2的距离相同，则P0点出现的是明条纹还是暗条纹？ 学生：P0点出现明条纹。 教师：研究表明，光和机械波一样，产生稳定的干涉图样需要一定的条件：两列光波的频率相同，相位差恒定，振动方向相同，即光波为相干光波。 【问题2】若屏上P1点出现明条纹，波源S1和S2到P1点的路程差要满足什么条件？ 学生：两列相干光波到达P1的路程差△r恰好是波长的整数倍时，将出现明条纹。即：△r=kλ（k=0，±1，±2，……） 教师：【问题3】若屏上P1点出现暗条纹，波源S1和S2到P1点的路程差要满足什么条件？ 学生：两列相干光波到达P1的路程差△r恰好是半波长的奇数倍，则 出现暗条纹。即：△r=（2k+1）λ/2（k=0，±1，±2，……） 师生：如图所示，狭缝S1和S2相当于两个频率、相位和振动方向都相同的波源。若两列光在绝对折射率为n的介质中传播。 （1）明条纹满足的条件：△r=kλ（k=0，±1，±2，……） （2）暗条纹满足的条件：△r=（2k+1）λ/2（k=0，±1，±2，……） 教师：播放视频。 师生：单色光和复色光干涉图样的特点 （1）从双缝干涉条纹间距公式Δx=l/dλ可以看出，狭缝间距离 d 和狭缝与屏之间的距离 l 不变的条件下，不同颜色的光产生的双缝干涉条纹间距不同。光的波长越长，干涉条纹的间距越大。 （2）如果是复色光，在屏上除了与双缝对称的中线上是复色光，其余地方各种颜色的光因为干涉条纹的间距不同，不能完全叠加重合，从而呈现彩色。 分小组讨论,然后派代表发言。 学生认真观看视频。 新课讲授 三、薄膜干涉 教师：进行演示实验:在酒精灯的灯芯上撒一些食盐,灯焰就能发出明亮的黄光。把铁丝圈在肥皂水中蘸一下,让它挂上一层薄薄的液膜。把这层液膜当作一个平面镜,用它观察灯焰,在灯焰的这一侧观察从液膜反射回来的光,与直接看到的灯焰有什么不同? 学生：能看到黄色的明暗相间的横条纹。 教师：这种现象叫作薄膜干涉。薄膜前后两个面反射的光产生干涉形成的。薄膜可以是透明固体、液体或由两块玻璃所夹的气体薄层。 教师：薄膜干涉是怎么形成的呢？(以肥皂液膜为例)播放视频。 师生：（1）光路分析 如图所示，由于重力的作用，从膜的上部到膜的下部呈现楔形。太阳光照射在膜上时，一部分从膜表面A1B1上被反射，另一部分折射进入膜内，经膜的内表面A2B2反射后的光，再在膜的外表面A1B1折射出去。 (2)原理分析 ①经过反射和折射返回的光与在膜表面A1B1上反射的光频率相同，振动方向相同，具有稳定的光程差，是相干光(同一水平线上的薄膜厚度近似相同)。 ②在膜不同的地方，其内、外表面反射光的光程差不同，故总有一些地方的光程差满足明、暗条纹条件。 ③又由于太阳光是由许多不同颜色的单色光组成的，不同颜色的光在不同的位置满足明条纹和暗条纹的条件。因此，不同颜色的光的明、暗条纹是错开的，从而形成了肥皂泡上的彩色光带。 教师：总结拓展 如果膜的厚度为d，则前后表面反射光的光程差为2d，当2d为光波在膜中波长的整数倍时，出现明条纹；当2d 为光波在膜中半波长的奇数倍时，出现暗条纹；如果膜的厚度均匀变化，若用单色光照射，相邻的条纹间的距离是相等的；若用白光照射，则在薄膜某一厚度的地方，一些光反射后增强，另一些光反射后减弱，这样薄膜上就出现彩色条纹。 教师：结合教材，说说薄膜干涉有哪些应用？ 学生：① 干涉法检查平面的平整度 ② 光学镜头上的增透膜 ③ 光学镜头上的增反膜等 认真观察实验，回答问题。 新课讲授 四、典例分析 【典例1】双缝干涉的原理图如图所示，O到狭缝S1、S2的距离相等，OP与光屏垂直，P'为光屏上的点，下列说法正确的是（　　） A．通过狭缝S1、S2的光的颜色不同 B．通过狭缝S1、S2的光的波长不同 C．光屏上P处一定出现亮条纹 D．光屏上P'处一定出现暗条纹 【答案】C 【详解】AB．产生双缝干涉的光应满足频率相同，即通过狭缝S1、S2的光的颜色和波长都相同，故AB错误； C．由题可知，P到两狭缝的距离相等，P处一定出现亮条纹，故C正确； D．若P'到两狭缝的距离差等于半波长的偶数倍，则P'处出现亮条纹；若P'到两狭缝的距离差等于半波长的奇数倍，则P'处出现暗条纹，由题无法知道P'到两狭缝的距离差与半波长倍数的关系，故D错误。 故选C。 【典例2】如图甲所示，一顶角较大的圆锥形玻璃体，倒立在表面平整的标准板上，单色光从上方垂直玻璃的上表面射向玻璃体，沿光的入射方向看到明暗相间的条纹；如图乙所示，用一个曲率半径很大的凸透镜与一个平面玻璃接触，单色光从上方垂直射向凸透镜的上表面时，可看到一些明暗相间的单色圆，下列说3法正确的是（　　） A．甲图是干涉现象，乙图是衍射现象 B．甲图的条纹是以顶点为圆心的同心圆，且疏密均匀 C．乙图的条纹是由透镜的上、下表面的反射光干涉产生的 D．乙图的条纹疏密均匀，若把乙图的入射光由红色换成紫色，则观察到的条纹数会减小 【答案】B 【详解】A．甲、乙两图的本质均是薄膜干涉现象，故A错误； B．甲图中圆锥形玻璃体与标准板的距离是均匀变化的，所以条纹是以顶点为圆心的同心圆，且疏密均匀，故B正确； C．乙图的条纹是由夹在透镜和平面玻璃间的空气层的上、下表面的两束反射光线干涉产生的，故C错误； D．乙图的条纹中间疏、边缘密，若把乙图的入射光由红色换成紫色，波长减小，则条纹间距减小，条纹变密集，条纹数会增多，故D错误。 故选B。 【典例3】同一双缝干涉实验装置做了甲、乙两种光的双缝干涉实验，获得的双缝干涉条纹分别如图1、2所示。下列说法正确的是（　　） A．图1中，两列光波谷和波谷重叠处出现暗条纹 B．图1中，两列光波峰和波峰重叠处出现亮条纹 C．甲光的波长比乙光的波长长 D．减小实验中的双缝间距，条纹间距会变小 【答案】BC 【详解】AB．根据干涉条纹的规律可知，当两列光波谷和波谷，或者波峰和波峰重叠，在重叠处属于振动加强，则均将出现亮条纹，故A错误，B正确； C．根据条纹公式有可知，在同一装置中，波长越长相邻明条纹中心之间的间距越大，可知，甲光的波长比乙光的波长长，故C正确； D．根据上述条纹公式可知，减小实验中的双缝间距，条纹间距会变大，故D错误。 故选BC。 学生完成例题解答。 课 堂 练 习 1.下列关于双缝干涉实验的说法正确的是(　　) A.单缝的作用是获得频率保持不变的相干光源 B.双缝的作用是获得两个振动情况相同的相干光源 C.光屏上距两缝的路程差等于半波长的整数倍处出现暗条纹　 D.在光屏上能看到光的干涉图样，但在双缝与光屏之间的空间却没有干涉现象发生 答案　B 解析　在双缝干涉实验中，单缝的作用是获得线光源，使光有唯一的频率和振动情况，双缝的作用是获得两个振动情况完全相同的相干光源，故A项错误，B项正确；在两个相干光源完全相同的情况下，光屏上距两缝的路程差为半波长的奇数倍处出现暗条纹，C项错误；两列光波相遇就会叠加，满足相干条件就能发生干涉，所以在双缝与光屏之间的空间也会发生光的干涉，用光屏接收只是为了肉眼观察方便，故D项错误。 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)? 答案　见解析 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＝PS2－PS1＝0.6 μm，当Δr等于单色光波长的整数倍时，由S1和S2发出的光在P点相互加强，P点出现亮条纹；当Δr等于单色光半波长的奇数倍时，由S1和S2发出的光在P点相互抵消，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。 3. (多选)如图所示的双缝干涉实验，学生用绿光照射单缝S时，在光屏P上观察到干涉条纹。要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，下列说法正确的是(　　) A.减小S1与S2的间距 B.增大双缝屏到光屏的距离 C.将绿光换为红光 D.将整个装置放入水中 答案　ABC 解析　根据公式Δx＝λ，l为屏到双缝的距离，d为双缝之间的距离，λ为波长，要想得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可适当增大屏到双缝的距离，或减小双缝之间的距离，或换用波长更长的单色光，故A、B、C正确；光进入水中后，波长变短，故干涉条纹间距变小，D错误。 4. (多选)利用薄膜干涉的原理可以检查平面的平整度和制成镜头增透膜。图1中，让单色光从上方射入，这时从上方看可以看到明暗相间的条纹，下列说法正确的是(　　) A.图1中将薄片向着劈尖方向移动使劈角变大时，条纹变疏 B.图1中将样板微微平行上移，条纹疏密不变 C.在图1中如果看到的条纹如图2所示，说明被检平面在此处是凹下 D.图3中镀了增透膜的镜头看起来是有颜色的，那是增透了这种颜色的光的缘故 答案　BC 解析　当将薄片向着劈尖方向移动使劈角变大时，相邻亮条纹或暗条纹中心间距变小，所以干涉条纹会变密，故A错误；将样板微微平行上移，导致原来满足亮条纹光程差的间距向劈尖移动，因此出现条纹向着劈尖移动，但条纹疏密不变，故B正确；从弯曲的条纹可知，此处检查平面左边处的空气膜厚度与右边的空气膜厚度相同，知此处凹陷，故C正确；照相机、望远镜的镜头表面镀了一层透光的膜，可以增大某种光的透射强度，这种膜称为增透膜，这是利用了光的干涉现象，同时镀膜镜头看起来是有颜色的是因该种颜色的光没有增透造成的，故D错误。 课 堂 小 结 本节课中,从油膜上的彩色条纹出发,引出光的于涉问题。通过分析光的双缝干涉实验的原理,来探究光的干涉条纹的特征和产生条件。利用数学推导,得到干涉条纹间距与波长的关系,并对实验现象进行解释。进而利用光的干涉知识分析肥皂膜条纹的成因,并了解薄膜崧旧倮够柑理涉在技术上的应用。 板 书 设 计 第四节　光的干涉 一、光的双缝干涉现象 (1)装置示意图 (2)实验现象：在屏上得到明暗相间的条纹。 (3)实验结论：光是一种波。 (4)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。 二、光的干涉条件 1.干涉条件：两列光的频率相同、振动方向相同、相位差恒定。 (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，…) (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，…) 2.相干光源：发出的光能够发生干涉的两个光源。 三、薄膜干涉 1．薄膜干涉中相干光的来源 2.薄膜干涉的原理 3．薄膜干涉的应用 ① 干涉法检查平面的平整度 ② 光学镜头上的增透膜 ③ 光学镜头上的增反膜等 作业 布置 1.完成教材课后作业：“练习”。 2.配套分层作业。 教学反思 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。基于这点认识,教学中通过关联已有的机械波的干涉知识,可以顺利过渡到对光的双缝干涉的研究,使学生应用类比、迁移的学习方法,对干涉现象的物理过程有更具体的了解,进而加深学生对光的波动性的认识。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $