4.光的干涉（表格式教学设计）物理教科版2019选择性必修第一册

第4节 光的干涉 年级 高二年级 学科 物理 教师 课题 第4节 光的干涉 教学 目标 物理观念 通过类比机械波的干涉现象,理解相干光源的概念,知道光的干涉条件,理解双缝干涉实验的设计原理。 科学思维 通过光的双缝干涉实验,认识双缝干涉图样的特征;通过建构光的干涉的物理模型，理解光程差的概念,分析干涉图样的产生原因,推导产生明暗条纹的条件。 科学探究 利用光的干涉的物理模型,建立合理的近似处理,分析并推导相邻两个亮(暗)条纹中心间距与波长的关系。 科学态度 与责任 利用光的干涉现象的规律,探究肥皂膜干涉的原理及增透膜的应用,体会光的干涉在生活及技术上的应用。 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：播放阳光下的泡沫、彩虹晕色的珍珠光泽、电脑屏幕摩尔纹相关视频。提问：“美丽的条纹”中的关键特征一“条纹”让你想到了什么现象? 学生观看视频并思考问题。 新课讲授 一、双缝干涉 教师：怎样才能观察到光的干涉现象呢？播放视频。 提问：光要发生干涉现象需要满足什么条件？ 学生：相干光源（频率和振动情况一致）。 教师：有没有什么方法可以获得相干光——频率相同的光呢？ 学生：可以利用光学分束法、激光器等方法获得相干光。 教师：请同学们小组合作，思考在重叠区内质点振动是加强还是减弱，取决于什么？ 学生：取决于点到两波源的距离差Δr（光程差）与半波长的关系。 当Δr＝kλ时为加强点，当Δr＝(2k＋1)时为减弱点，其中k＝0,1,2… 教师：说得很好。若两波源振动步调相反，则上述结论相反。 下面由我来介绍一下光的本性学说的发展史。 牛顿——微粒说VS惠更斯——波动说 1801年，英国物理学家托马斯·杨在实验室里成功地观察到了光的干涉现象。杨氏双缝实验被评为十大最美丽实验之一。 教师：演示实验。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。 同学们结合演示实验和视频内容，说说该装置有何特点？单缝和双缝的作用分别是什么？ 学生：① 装置特点：1、双缝到单缝的距离相等；2、双缝很近 d=0.1mm。 ② 单缝作用：获得线光源，使光源有同一的频率和振动情况。 ③ 双缝作用：获得两个频率相同、振动情况完全相同的光源，即相干光源。 教师：请同学们亲自动手做一做这个实验。（学生做实验，教师巡查。） 提问：同学们看到了什么实验现象？有何特点？可以得出什么结论？ 学生：在屏上得到明暗相间的条纹。特点：明暗相间、等间距、中央亮条纹。结论：证明光是一种波。如图所示 教师：播放演示视频。 提问：为什么有的地方亮一些有些地方暗一些？ 学生：因为光出现了干涉。 师生：共同归纳总结振动加强点和减弱点的判断方法 1.条件判断法：频率相同、振动情况完全相同的两波源产生的波叠加时，加强、减弱条件如下：设点到两波源的距离差为Δr，则当Δr＝kλ时为加强点，当Δr＝(2k＋1)时为减弱点，其中k＝0,1,2….若两波源振动步调相反，则上述结论相反。 2.现象判断法：若某点处总是波峰与波峰(或波谷与波谷)相遇，该点为加强点；若总是波峰与波谷相遇，则为减弱点；若某点处是平衡位置和平衡位置相遇，则让两列波再传播T，看该点是波峰和波峰(波谷和波谷)相遇，还是波峰和波谷相遇，从而判断该点是加强点还是减弱点。 学生观看视频并回答问题。 新课讲授 二、薄膜干涉 教师：展示薄膜干涉图片。 播放用肥皂做薄膜干涉视频。 提问：请同学们结合视频介绍，说说形成薄膜干涉原因是什么？ 学生：由于重力的作用，肥皂薄膜将形成上薄下厚的楔形。光从薄膜的前后两个表面反射出来两个光波，这两列光波的频率相同，产生干涉。如图所示 教师：请结合双缝干涉的明暗条纹的条件，分析一下薄膜干涉的明暗条纹的条件是什么？ 学生：光程差为波长的整数倍，形成亮条纹。光程差为半波长的奇数倍，形成暗条纹。白光照射时是彩色条纹。如图所示 教师：请结合教材内容，说说薄膜干涉有哪些应用？ 学生：（1）检查表面的平整程度。取一个透明的标准样板，放在待检查的部件表面并在一端垫一薄片，使样板的平面与被检查的平面间形成一个楔形空气膜，用单色光从上面照射，入射光从空气层的上下表面反射出两列光形成相干光，从反射光中就会看到干涉条纹。如图所示 （2）增透膜和增反膜。 学生观看视频并回答问题。 小组合作，得出薄膜干涉的形成原因和明暗条纹的条件。 课 堂 练 习 1.在同一介质中，两列相干波相互叠加，则(　　) A．波峰与波峰叠加的点振动加强，波谷与波谷叠加的点振动减弱 B．波峰与波峰叠加的点在经过半个周期后将是波谷与波谷在该点相遇，振动始终加强 C．振动加强的点从波峰开始经过四分之一周期后刚好到达平衡位置时，它的振动减弱 D．如果两相干波的振幅不相等，则振动减弱的点将不会出现 答案　B 解析　波峰和波峰叠加，为振动加强点，且振动始终加强；波谷与波谷叠加，振动也始终加强；而波峰与波谷叠加的点，为振动减弱点，且振动始终减弱，故A错误；波峰与波峰叠加的点在经过半个周期后将是波谷与波谷在该点相遇，且振动始终加强，故B正确；振动加强的点经过四分之一周期后刚好到达平衡位置，它仍然是振动加强点，故C错误；如果两相干波的振幅不相等，则振动减弱的点仍将出现，故D错误． 2.(多选)两列频率相同、相位差恒定、振动方向相同、振幅分别为A1和A2的简谐横波相遇．下列说法正确的是(　　) A．波峰与波谷相遇处质点的振幅为|A1－A2| B．波峰与波峰相遇处质点离开平衡位置的位移始终为A1＋A2 C．波峰与波谷相遇处质点的位移总是小于波峰与波峰相遇处质点的位移 D．波峰与波峰相遇处质点的振幅一定大于波峰与波谷相遇处质点的振幅 答案　AD 解析　波峰与波谷相遇处质点的实际振幅为|A1－A2|，故选项A正确；波峰与波峰相遇处，质点的振幅最大，合振幅为A1＋A2，但此处质点仍处于振动状态，其位移随时间按正弦规律变化，故选项B错误；振动减弱点和振动加强点的位移均随时间按正弦规律变化，故选项C错误；波峰与波峰相遇时振动加强，波峰与波谷相遇时振动减弱，振动加强点的振幅大于振动减弱点的振幅，故选项D正确． 3.(多选)如图表示两列同频率相干水波在t＝0时刻的叠加情况，图中实线表示波峰，虚线表示波谷，已知两列波的振幅均为2 cm且在图中所示范围内振幅不变，波速均为2 m/s，波长均为0.4 m，E点为BD和AC的交点．下列叙述正确的是(　　) A．A、C两点都是振动减弱点 B．振动加强的点只有B、E、D C．BD连线上的所有点都是振动加强点 D．B、D两点在该时刻的竖直高度差为4 cm 答案　AC 解析　A、C两点都为波峰与波谷叠加，振动减弱，故A正确；B、D两点是波谷和波谷、波峰和波峰的叠加点，为振动加强点，B、D连线上的所有点都为振动加强点，故B错误，C正确；该时刻，D点处于波峰，偏离平衡位置的位移大小为4 cm，B点处于波谷，偏离平衡位置的位移大小为4 cm，则B、D两点在该时刻的竖直高度差为8 cm，故D错误． 4.(多选)固定在同一个振动片上的两根细杆，当振动片振动时，两根细杆周期性地触动水面，形成两个波源．两列波相遇后，形成稳定的干涉图样，如图仅为示意图．已知两波源间的距离为0.6 m，波长为0.25 m，下列判断正确的是(　　) A．两波源的频率相同，相位差恒定 B．振动加强区域各质点的振动频率为波源的2倍 C．在水面上放一树叶，树叶会振动着向水槽边缘飘去 D．两波源的连线上振动加强的位置有5处 答案　AD 解析　能形成稳定的干涉图样，两列波必须频率相同，相位差恒定，A正确；振动加强区和减弱区各质点的振动频率与波源相同，B错误；树叶会上、下振动，但不会沿波的传播方向移动，C错误；设s1、s2为两波源连线上某点到两波源的距离，两波源连线上的加强点应满足|s1－s2|＝nλ(n＝0,1,2,3…)，n可能的取值为0、1、2，所以两波源连线上振动加强的位置有5处，D正确． 课 堂 小 结 本节课通过分析光的双缝干涉实验的原理，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，并了解薄膜干涉在技术上的应用。 板 书 设 计 第4节 光的干涉 一、双缝干涉 1.定义 频率相同、相位差恒定、振动方向相同的两列波叠加时，某些区域的振动总是加强，某些区域的振动总是减弱，这种现象叫波的干涉。 2.干涉条件 (1)两列波的频率必须相同。 (2)两个波源的相位差必须保持不变。 3.干涉的普遍性 一切波在一定条件下都能够发生干涉，干涉是波特有的现象。 4.振动加强点和减弱点的判断方法 （1）条件判断法： 加强点：Δr＝kλ。 减弱点：Δr＝(2k＋1)。 若两波源振动步调相反，则上述结论相反。 （2）现象判断法： 加强点：波峰与波峰(或波谷与波谷)相遇。 减弱点：波峰与波谷相遇。 二、薄膜干涉 1.薄膜干涉中相干光的来源 光照射到薄膜上，薄膜前后两个面的反射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 如图所示，光照在厚度不同的薄膜上时，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.薄膜干涉的应用 (1)增透膜和增反膜。 (2)利用薄膜干涉检查平面的平整度。 作业 布置 1.完成教材课后作业：“自我评价”。 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 $