物理鲁科版 (2019)第1节 光的干涉教案设计

这是一份物理鲁科版 (2019)第1节 光的干涉教案设计，共7页。教案主要包含了光的干涉及其产生条件，光的双缝干涉公式，薄膜干涉及其应用等内容，欢迎下载使用。

(1)通过实验观察认识光的干涉现象，知道从光的干涉现象说明光是一种波。
(2)掌握光的双缝干涉现象是如何产生的，何处出现亮条纹，何处出现暗条纹。
(3)了解波动光学的发展史，知道杨氏双缝干涉实验，体会其实验设计。
教学重难点
教学重点
光的干涉条件、出现明暗纹的位置
教学难点
光的干涉条件、出现明暗纹的位置
教学准备
光的干涉演示仪
教学过程
新课引入
教师活动：播放泡泡秀的视频，展示用肥皂水吹出的泡泡的图片。
教师口述：这是泡泡秀的画面，想必大家对于用肥皂水吹气泡这个现象并不陌生。这些气泡不论它们的大小与形状如何，你会发现气泡上面都会有彩色的条纹。这些条纹是怎样形成的呢？要回答这个问题，需要用的光的干涉。下面我们来研究光的干涉。
讲授新课
一 光的干涉及其产生条件
教师活动：演示双缝干涉的实验。
教师活动：用两支激光笔不经过双缝照射光屏的同一地方，不出现明暗相间的条纹。
教师活动：指出出现明暗相间的条纹是因为光发生的干涉。
教师设问：什么情况下光才会发生干涉现象呢？
波的干涉条件：两列光波的频率相同、有固定相位差、振动方向相同。
让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。这两个波源发出的光在挡板后面的空间互相叠加，发生干涉现象：来自两个光源的光在一些位置相互加强，在另一些位置相互削弱，因此在挡板后面的屏上得到明暗相间的条纹。
当来自两个狭缝的光波在某处的路程差为半波长的偶数倍时，则这两列光波在此处的叠加结果是相互加强。当来自两个狭缝的光波在某处的路程差为半波长的奇数倍时，则这两列光波在此处叠加结果是在此处相互抵消。
二 光的双缝干涉公式
波长为λ的单色光照射到双缝上。两缝中心之间的距离为d，两缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P0，双缝到屏的距离OP0=l。
在屏上任选一点P1，设其与P0距离为x，两缝与P1的距离分别为P1S1 = r1、P1S2 = r2。
作S1M垂直P1S2于M，当d<当θ很小时，可认为sinθ=tanθ，于是有
当这两列波的路程差为半波长的偶数倍时出现亮条纹，即
于是有亮条纹的中心位置
于是有相邻两个亮纹或暗纹之间的距离为
学生活动：小组内讨论干涉条纹间距与波长、双缝间距、双缝与屏的距离之间的关系。
师生活动：教师选1-2个小组的代表讲解干涉条纹间距与波长、双缝间距、双缝与屏的距离之间的关系。然后教师理答。
三 薄膜干涉及其应用
教师活动：展示肥皂液吹出的气泡的图片或泡泡秀的视频。
教师设问：气泡表面呈现彩色条纹的原因。
学生活动：小组内讨论老师所提问题。
教师活动：讲解气泡表现呈彩色条纹的原因。
肥皂泡上的颜色是由肥皂膜的前、后表面反射回来的两组光波相遇后形成的。由于重力的作用，从膜的上部到膜的下部呈现楔形。因此在膜上不同的位置，来自前后两个面的反射光的路程差不同。在某些位置，这两列波叠加后相互加强，出现了亮条纹；在另一些位置，叠加后相互削弱，出现了暗条纹。
教师活动：讲解薄膜干涉。
这一类由薄膜两个面反射的光波相遇而产生的干涉现象称为薄膜干涉。薄膜可以是透明固体、液体或由两块玻璃所夹的气体薄层。
教师活动：讲解生活中的薄膜干涉。
蚌壳内表面透明薄膜上呈现出各种色彩，有些昆虫薄而透明的妞翼上出现彩色光带，有透明薄膜保护层的激光唱片呈现彩色……
教师活动：讲解用薄膜干涉检测平面的平整度。
如图甲所示，两板之间形成一层空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检测平面是光滑的，得到的干涉图样必是等间距的。如果被测表面某处凹下，则对应亮条纹(或暗条纹)提前出现，如图乙中P条纹所示；如果某处凸起来，则对应条纹延后出现，如图乙中Q所示，即亮条纹在凹陷处向空气膜较薄处弯曲，在凸起处向空气膜较厚处弯曲。(注：“提前”与“延后”不是指在时间上，而是指由左到右的位置顺序上)
师生活动：教师组织学生手机查询增透膜的工作原理与及其应用，然后让一个学生来讲解，最后教师总结。
典题剖析
例1 如图甲所示为双缝干涉实验的装置示意图。图乙为用绿光进行实验时，在屏上观察到的条纹情况，a为中央亮条纹，丙图为换用另一颜色的单色光做实验时观察到的条纹情况，a′为中央亮条纹。若已知红光、绿光和紫光的波长大小关系为红光的波长最长，紫光的波长最短。则以下说法正确的是( )
A．丙图可能为用红光实验产生的条纹，表明红光波长较长
B．丙图可能为用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较长
C．丙图可能为用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较短
D．丙图可能为用红光实验产生的条纹，表明红光波长较短
答案：A
解析：根据双缝干涉图样的特点，入射光的波长越长，同一装置产生的双缝干涉图样中条纹的间距就越大．由本题的条件可确定另一种颜色的单色光比绿光的波长长，因此A正确。
例2 (多选)如图所示，用单色光照射透明标准板M来检查平面N的上表面的平滑情况，观察到的图像如图乙所示的条纹中的P和Q的情况，这说明( )
A．N的上表面A处向上凸起
B．N的上表面B处向上凸起
C．N的上表面A处向下凹陷
D．N的上表面B处向下凹陷
答案：BC
解析：利用光的薄膜干涉来检查平面的情况。就是由标准样板平面和被检查平面间形成一个楔形的空气薄层，用单色光从上面照射，入射光在空气层的上、下表面反射形成的两列光波发生干涉。如果被检测的面是平的，那么空气层的厚度相同的各点的干涉条纹在一条直线上。若是被检测平面的某处凹下去了，这时干涉条纹就不是直线，在凹处的干涉条纹将向楔形膜中薄的一侧弯曲。这是因为凹处的两束反射光的路程差变大，它只能与膜厚一些位置的两反射光的路程差相同而形成同一级的条纹(路程差相同的干涉条纹为同一级，一般路程差大的干涉条纹级别高，路程差小的干涉条纹级别低)，显然凹处的级别增大，将与膜厚一些位置的干涉条纹形成同一级别的条纹，故B、C正确。
课堂小结