2019-2020年高中物理 13.2 光的干涉教案 新人教版3-4.doc

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2019-2020年高中物理 13.2 光的干涉教案 新人教版3-4 【教學(xué)目標(biāo)】 （一）知識與技能 1．通過實驗觀察認(rèn)識光的干涉現(xiàn)象，知道從光的干涉現(xiàn)象說明光是一種波。 2．掌握光的雙縫干涉現(xiàn)象是如何產(chǎn)生的，何處出現(xiàn)亮條紋，何處出現(xiàn)暗條紋。 （二）過程與方法 1．通過楊氏雙縫干涉實驗，體會把一個點光源發(fā)出的一束光分成兩束，得到相干光源的設(shè)計思想。 2．通過根據(jù)波動理論分析單色光雙縫干涉，培養(yǎng)學(xué)生比較推理，探究知識的能力。 （三）情感、態(tài)度與價值觀 通過對光的本性的初步認(rèn)識，建立辯證唯物主義的世界觀。 【教學(xué)重點】雙縫干涉圖象的形成實驗及分析。 【教學(xué)難點】亮紋（或暗紋）位置的確定。 【教學(xué)方法】復(fù)習(xí)提問，實驗探究，計算機(jī)輔助教學(xué) 【教學(xué)用具】JGQ型氦氖激光器一臺，雙縫干涉儀，多媒體電腦及投影裝置，多媒體課件（相關(guān)靜態(tài)圖片及Flash動畫） 【教學(xué)過程】 （一）引入新課 復(fù)習(xí)機(jī)械波的干涉 ［復(fù)習(xí)提問，誘導(dǎo)猜想］ ［多媒體投影靜態(tài)圖片］ 師：大家對這幅圖還有印象嗎？ 生：有，波的干涉示意圖。 師：［投影問題］請大家回憶思考下面的問題： 圖中，S1、S2是兩個振動情況總是相同的波源，實線表示波峰，虛線表示波谷，a、b、c、d、e中哪些點振動加強(qiáng)？哪些點振動減弱？ 學(xué)生回答結(jié)果不出所料，大部分同學(xué)能答出a、c兩點振動加強(qiáng)，d、e兩點振動減弱，而對于b點則出現(xiàn)了爭議。一種認(rèn)為b點是振動加強(qiáng)點，另一種則認(rèn)為b點是由加強(qiáng)到減弱的過渡狀態(tài)。 師：b點振動加強(qiáng)和減弱由什么來決定呢？只有弄清這一點才能解決兩派同學(xué)的爭端。 （有學(xué)生低語，“路程差”） 師：好！剛才這位同學(xué)說到了關(guān)鍵，那么就請你來分析一下b點與S1、S2兩點的路程差。 生：由圖可以看出OO′是S1、S2連線的中垂線，所以b到S1、S2的路程差為零。 師：那么b點應(yīng)為振動——（學(xué)生一起回答）：加強(qiáng)點。 （教師總結(jié)機(jī)械波干涉的規(guī)律，突出強(qiáng)調(diào)兩列波的振動情況總是完全相同。） 師：光的波動理論認(rèn)為，光具有波動性。那么如果兩列振動情況總是相同的光疊加，也應(yīng)該出現(xiàn)振動加強(qiáng)和振動減弱的區(qū)域，并且出現(xiàn)振動加強(qiáng)和振動減弱的區(qū)域互相間隔的現(xiàn)象。那么這種干涉是一個什么圖樣呢？大家猜猜。 生：應(yīng)是明暗相間的圖樣。 師：猜想合理。那么有同學(xué)看到過這一現(xiàn)象嗎？ （學(xué)生一片沉默，表示沒有人看到過） 師：看來大家沒有見過。是什么原因呢？ ［生1］可能是日常生活中找不到兩個振動情況總相同的光源。 ［生2］可能是我們看見了但不知道是光的干涉現(xiàn)象。 師：兩位同學(xué)分析得非常好，也許是沒有干涉的條件，也許是相逢未必曾相識。大家看他們倆誰分析得對呢？ 生：我覺得生1說的不成立，這樣的光源很多，像我們教室里的日光燈，我覺得它們完全相同。 師：好。我們可以現(xiàn)場來試試。 （先打開一盞日光燈，再打開另一盞對稱位置的日光燈） 師：請大家認(rèn)真找一找，墻上、地上、天花板上，有沒有出現(xiàn)明暗相間的干涉現(xiàn)象？ （大家積極尋找，沒有發(fā)現(xiàn)，思維活躍，議論紛紛） 師：看來兩個看似相同的日光燈或白熾燈光源并不是“振動情況總相同的光源”。 ［投影圖］ 師：1801年，英國物理學(xué)家托馬斯楊想出了一個巧妙的辦法，把一個點光源分成兩束，從而找到了“兩個振動情況總是相同的光源”，成功地觀察到了干涉條紋，為光的波動說提供了有力的證據(jù)，推動了人們對光的本性的認(rèn)識。下面我們就來重做這一著名的雙縫干涉實驗。 （二）進(jìn)行新課 1．楊氏干涉實驗 ［動手實驗，觀察描述］ 介紹楊氏實驗裝置（如圖） 師：用氦氖激光器演示雙縫干涉實驗。 用激光器發(fā)出的紅色光（平行光）垂直照射雙縫，將干涉圖樣投影到教室的墻上，引導(dǎo)學(xué)生注意觀察現(xiàn)象。 現(xiàn)象：可以看到，墻壁上出現(xiàn)明暗相間的干涉條紋。 師：（介紹）狹縫S1和S2相距很近，雙縫的作用是將同一束光波分成兩束“振動情況總是相同的光束”。這樣就得到了頻率相同的兩列光波，它們在屏上疊加，就會出現(xiàn)明暗相間的條紋”。 結(jié)論：楊氏實驗證明，光的確是一種波。 2．亮（暗）條紋的位置 ［比較推理，探究分析］ 師：通過實驗，我們現(xiàn)在知道，光具有波動性?，F(xiàn)在我們是不是可以根據(jù)機(jī)械波的干涉理論來認(rèn)真探究一下實驗中的明暗條紋是如何形成的呢？ ［投影圖］ 圖中，P0點距S1、S2距離相等，路程差Δ=S1 P0-S2 P0=0應(yīng)出現(xiàn)亮紋，（中央明紋） ［演示動畫］圖20—3中S1、S2發(fā)出的正弦波形在P點相遇疊加，P點振動加強(qiáng)（如圖） 鑒于上述動畫的表述角度和效果，教師在此基礎(chǔ)上再播放動畫，如下圖所示振動情況示意圖，使學(xué)生進(jìn)一步明確.不管波處于哪種初態(tài)，P0點的振動總是波峰與波峰相遇或波谷與波谷相遇，振幅A總為A1、A2之和，即P點總是振動加強(qiáng)點，應(yīng)出現(xiàn)亮紋。 師：那么其他點情況如何呢？ ［投影圖］ P1點應(yīng)出現(xiàn)什么樣的條紋？ 生：亮紋。 師：為什么？ 生：因為路程差為λ，是半波長的2倍。 師：我們可以從圖上動畫看一下，［演示下圖］ 在這里大家看到，屏上P1點的上方還可以找到Δ2=|S1P2-S2P2|=2λ的P2點，Δ3=|S1P3-S2P3|=3λ的P3點，Δn=|S1Pn-S2Pn|=nλ的Pn點，它們對應(yīng)產(chǎn)生第2、3、4…條明條紋，還有明條紋的地方嗎？ 生：在P點下方，與P1、P2等關(guān)于P0對稱的點也應(yīng)是明條紋。 師：好。我們可以總結(jié)為：Δ=2n，n=0、1、2…時，出現(xiàn)明紋。 ［投影下圖］那么S1、S2發(fā)出的光在Q1點疊加又該如何呢？ ［演示動畫］我們先來看一下，動畫顯示，在Q1點振動減弱。 師：在Q1點是波峰與波峰相遇還是波峰與波谷相遇？兩振動步調(diào)如何？ 生：是波峰與波谷相遇，振動步調(diào)剛好相反。 （教師啟發(fā)學(xué)生進(jìn)一步分析這點合振幅情況，以及Q1點與P0、P1的相對位置。） 師：哪位同學(xué)能總結(jié)一下Q1點的特征？ 生：Q1點位置在P0、P1間，它與兩波源路程差|S1Q1-S2Q1|=。該點出現(xiàn)暗紋。 師：非常好！大家看像Q1這樣的點還有嗎？ 生：有。 （全體學(xué)生此時已能一起總結(jié)出Q2、Q3…等的位置） ［教師總結(jié)］Δ=|S1Q2-S2Q2|=λ，λ…處，在P1P2、P2P3、…等明紋之間有第2條暗紋Q2、第3條暗紋Q3… 師：哪位同學(xué)能用上面的方法寫個通式，歸納一下？ 生：當(dāng)Δ=（2n+1） ，n=0、1、2…時，出現(xiàn)暗紋。 ［投影下圖］ 師：綜合前面分析，我們可以畫出上面圖示的雙縫干涉結(jié)果。 同時介紹一下相干光源，強(qiáng)調(diào)干涉條件。引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材57頁上方的內(nèi)容，進(jìn)一步體會，楊氏實驗中的雙縫的作用就是得到一對相干光源。 （三）課堂總結(jié)、點評 今天我們學(xué)習(xí)了光的干涉，知道光的確是一種波。我們還確定了雙縫干涉實驗中，明暗條紋出現(xiàn)的位置：當(dāng)屏上某點到兩個狹縫的路程差Δ=2n，n=0、1、2…時，出現(xiàn)明紋；當(dāng)Δ=（2n+1） ，n=0、1、2…時，出現(xiàn)暗紋。 兩列波要產(chǎn)生干涉，它們的頻率必須相同，且相位差恒定。能夠產(chǎn)生干涉的光源叫做相干光源。楊氏實驗中，雙縫的作用就是得到一對相干光源。 （四）課余作業(yè) 完成P57“問題與練習(xí)”的題目。 附：課后訓(xùn)練 1．用波長為0.4μm的光做雙縫干涉實驗，A點到狹縫S1、S2的路程差為1.810-6 m，則A點是出現(xiàn)明條紋還是暗條紋？ 答案：暗條紋 2．關(guān)于楊氏實驗，下列論述中正確的是 （ ） A．實驗證明，光的確是一種波。 B．雙縫的作用是獲得兩個振動情況總是相同的相干光源 C．在光屏上距離兩個小孔的路程差等于半波長的整數(shù)倍處出現(xiàn)暗條紋 D．在光屏上距離兩個小孔的路程差等于波長的整數(shù)倍處出現(xiàn)亮條紋 答案：AB 3．對于光波和聲波，正確的說法是 A．它們都能在真空中傳播 B．它們都能產(chǎn)生反射和折射 C．它們都能產(chǎn)生干涉 D．聲波能產(chǎn)生干涉而光波不能 答案：BC 4．兩個獨立的點光源S1和S2都發(fā)出同頻率的紅色光，照亮一個原是白色的光屏，則光屏上呈現(xiàn)的情況是 （ ） A．明暗相間的干涉條紋 B．一片紅光 C．仍是呈白色的 D．黑色 解析：兩個點光源發(fā)出的光雖然同頻率，但“振動情況”并不總是完全相同，故不能產(chǎn)生干涉，屏上沒有干涉條紋，只有紅光。 答案：B 5．在真空中，黃光波長為610-7 m，紫光波長為410-7 m。現(xiàn)有一束頻率為51014 Hz的單色光，它在n=1.5的玻璃中的波長是多少？它在玻璃中是什么顏色？ 解析：先根據(jù)0=c/f0計算出單色光在真空中的波長0，再根據(jù)光進(jìn)入另一介質(zhì)時頻率不變，由n==，求出光在玻璃中的波長. 0=c/f0= m=610-7 m，可見該單色光是黃光。 又由n=0/得=0/n= m=4107 m。由于光的顏色是由光的頻率決定的，而在玻璃中光的頻率未變化，故光的顏色依然是黃光。 答案：410－7 m 黃色