黑龙江省哈尔滨市木兰高级中学高中物理 光的干涉01教案

1 高中物理高中物理 光的干涉光的干涉0101教案教案 二 重点 难点分析二 重点 难点分析 1 波的干涉条件 相干光源 2 如何用波动说来说明明暗相间的干涉条纹 怎么会出现时间上是稳定的 空 间上存在着加强区和减弱区并且互相间隔 如何理解 加强 和 减弱 3 培养学生观察 表述 分析能力 三 教具三 教具 1 演示水波干涉现象 频率可调的两个波源 发波水槽 投影幻灯 屏幕 2 演示光的干涉现象 直丝白炽灯泡 单缝 双缝 红 绿 蓝 紫滤色片 光的干涉演示仪 激光干涉演示仪 3 干涉图样示意挂图 为分析干涉所做的幻灯片 或电脑及干涉现象示意的动 画软件 四 主要教学四 主要教学过程过程 一 引入 一 引入 由机械波的干涉现象引入 首先演示 水波干涉现象 并向学生提出问题 1 这是什么现象 2 是否任何两列波在传播空间相遇都会产生这样的现象 让学生回答 让学生描述稳定干涉现象的特征 指出干涉现象是两列波在空间 相遇叠加的一种情景 一切波都能发生干涉现象 干涉现象是波特有的现象 要得到 稳定干涉现象需是相干波源 二 教学过程 二 教学过程设计设计 1 光的干涉现象 扬氏干涉实验 1 提出问题 光是否具有波动性 如果有则会有光的干涉现象 观察光的干 涉现象可以用屏幕 在屏幕上会得到什么现象呢 演示两个通有同频率交流电单丝灯泡 或蜡烛 作为两个光源 移动屏与它们 之间的距离 屏幕上看不到明暗相间的现象 实验结果表明 两个独立热光源的光波相遇得不到干涉现象 说明光的复杂 性 认识事物不是一帆风顺的 实验的不成功是光无波动性 还是实验设计有错误 没有满足相干条件 2 杨氏实验 2 介绍英国物理学家托马斯 杨 如何认识光 如何获得相干光源 展示杨 氏实验挂图鼓励学生在认识事物或遇到问题时 学习杨氏的科学态度 巧妙的思维方 法 介绍实验装置 双缝干涉仪 说明双缝很近0 1mm 强调双缝S1 S2与单缝S的距离相等 所以两单缝S1 S2 处光的振动不仅频率相同 而且总是同相 先用加滤色片后单色光红光进行演示 然后改用激光源做双缝干涉实验 并使 双缝与屏幕的距离加大 这样在屏幕上得到条纹间距离大 更为清晰的明暗相同的图 样 展示双缝干涉图样 让学生注意观察图样 回答图样的特点 1 明暗相 间 2 亮纹间等距 暗纹间等距 3 两缝S1 S2中垂线与屏幕相交位置是亮条 纹 中央亮纹 提出问题 为什么会出现这样的图样 怎样用波动理论进行解释 2 运用波动理论进行分析 1 演示两列频率相同 振动方向相同两列波在一直线上叠加的情景 用做好的幻灯片用投影幻灯进行演示 或用编制好的软件在电脑上进行演示 注意分析两列波传播经同一位置时此点的振动情况 仍在某一平衡位置附近往复振动 位移随时间而改变 两列波同相振幅变大 说明此点振动加强了 两列波反相振幅减小 说明此 点振动减弱了 强调波形图是各个质点在同一时刻位移的包络线 演示波在传播时 波峰波谷 的移动情况 3 2 演示一列波由近及远波峰 波谷示意图 演示两列频率相同 同 操作 波谷行进的位置 然后再演示两列波S1 S2独立传播每隔 幻灯片数量准备多一些 波峰 波谷向前推进速度要慢 若用电脑波行进的 速度要慢且可暂停 最后形成书上双缝干涉示意图样 展示彩色挂图 分析 说明示意图是两列波某一时刻峰谷位置分布图 说明两列波同频率 初相相同 在两列波峰峰 谷谷相遇位置均是加强点 而峰谷相遇位置均是 消弱点 先分析S1S2连线中垂线上的点 首先让学生注意中垂线上的某一点 演示让 波行进起来结果峰谷依次通过此点 说明此点振动在峰 平衡位置 谷 平衡位置 峰之间往复振动是加强点 然后再让学生看两列波的相遇峰 谷依次通过该直线上 的所有点 说明此直线上的点均是加强点 4 再分析S1S2中垂线两侧对称位置上的点 即两列波峰谷相遇点 首先注意某 一点 演示让波行进起来总是峰谷同时通过此点 说明两列波通过此点总是振动方 向相反 是被消弱的 然后再看两列波峰谷交叉点的移动情况 为消弱区域 其次再分析远离中垂线上的点又是加强区域 小结 通过以上分析振动加强与消弱点的分布是相互间隔的而且是稳定的 结 合干涉挂图反映在屏幕上 同相加强光能量较强 亮 反相减弱光能量较弱 暗 得到亮暗间隔的干涉图样 3 屏幕上出现亮纹 暗纹的条件 在示意图中 S1和S2为一对相干光源 两组半径相同的同心圆表示S1和S2两相 干光源向外传播的两列波 实线表示波峰 虚线表示波谷 实线 a0 a2 a 2 a4 a 4 为加强区域 虚线a1 a 1 a3 a 3 为减弱区域 实线a0上各点 S1 S2发出光波到达线上某点的光程差 0 实线a2 a 2 上各点 S1 S2发出光波到达线上某点的光程差 2 实线a4 a 4 上各点 S1 S2发出光波到达线上某点的光程差 4 2 即在实线a0 a2 a 2 a4 a 4 上各点光程差各为0 2 即 为波长的整数倍 屏上出现亮纹 虚线a1 a 1 上各点 S1 S2发出光波到达线上某点的光程 虚线a3 a 3 上各点 S1 S2发出光波到达该线上某点的光程 即在虚线上a1 a 1 a3 a 3 上各点的光程差各为 总结规律 凡光程差等于波长整数倍的位置 产生亮条纹 凡光程差等于半波 奇数倍的位置 产生暗条纹 即产生亮暗条纹条件表达式 亮纹光程差 k k 0 1 2 5 4 若学生数学基础好 接受能力强可推导屏上亮暗纹的位置公式 否则不进 行此内容 3 干涉条纹间距与哪些因素有关 教师重做双缝干涉实验 让学生注意实验现象 并定性寻找规律 改变屏与缝之间的距离L 波长 不变时L越大 亮纹间距 暗纹间距 越 大 屏与缝之间距离L不变 用不同的单色光进行实验 波长长的亮纹间距 暗 纹间距 大 并展示彩色挂图 L 不变 用双缝距离d不同配件进行实验 d小的亮纹间距 暗纹间距 大 小结 1 实验可证明 或用上述亮暗纹的位置公式得亮纹间距 2 利用双缝干涉实验 测量L d x可测单色光的波长 4 用复色光源做扬氏双缝干涉实验 让学生猜测干涉图样 然后教师做演示 让学生注意观察屏上图样特征 双缝 S1 S2连线的中垂线与屏相交的中央位置是白色亮缝 而两侧是彩色条纹 然后展示 挂图以便让学生对图样有深刻印象 三 课堂小结 三 课堂小结 1 托马斯 扬在历史上第一次解决了相干光源问题 成功做出了光的干涉实 验 光的干涉现象微粒说无法解释 而波动说可做出完善解释 使人们认识到光具有 波动性