高中物理选修教案第十三章第2节光的干涉

1、第十三章第 2 节光的干涉【教学目标 】（一）学问与技能1、知道光的干涉现象及由此说明光是一种波；知道杨氏双缝干涉试验设计的奇妙之处；2、懂得何处显现亮条纹,何处显现暗条纹,知道其它条件相同时,不同色光产生干涉条纹间距与波长的关系；（二）过程与方法通过观看、试验、并能将观看到的现象跟以前学过的机械波的干涉进行类比,进行自主学习,培育学生观看、表达、分析及概括才能；情感态度与价值观通过光干涉图样的观看,再次提高同学在学习中体会物理学问之美；另外通过渗透科学家熟悉事物的科学态度和奇妙思维方法,渗透辩证唯物主义观点；【教学重点与难点】重点是光的干涉现象、懂得干涉条纹的成因,光的双缝干涉条纹间距的大小

2、的打算式及其物理意义；难点是光的干涉现象的成因及如何引导同学查找获得相干光源的其他方法；【教学过程】（一）引入 1、什么是波的干涉？产生干涉的一个必要的条件是什么？2、干涉现象是波特有的现象；光具有波动性吗？你如何用试验去验证？生：如光是一种波,就必定会观看到光的干涉现象,观看光的干涉现象可以用屏幕,在屏幕上会得到 明暗相间的条纹；因此细心设置试验,查找光的干涉现象；演示 两个通有同频率沟通电单丝灯泡或蜡烛 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；设疑： 为什么不能观看到干涉图样？是光没有波动性,仍是没有满意相干 的条件？引导同学争论得到：两个独立热光源的光波相遇得不

3、到干涉现象,是试验 设计有错误,没有满意相干条件；在物理学史上曾很长一段时间内人们始终认为光不是波,所以没有波动 性,也不会产生干涉现象；直到 19 世纪,英国物理学家托马斯 扬改进试验设计,在历史上第一次得到了 相干光源；（二）新课教学 一、光的双缝干涉扬氏干涉试验；介绍英国物理学家托马斯 扬 如何认识光, 如何获得相干光源展现扬氏试验挂图勉励同学在熟悉事物或遇到问题时,学习扬氏的科学态度,奇妙的思维方法1、 介绍试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；提问：为什么这样设计？（通过这个问题,让同学知道如何能获得相干光源）两单缝 S1、S2

4、处光的振动不仅频率相同,而且振动情形（相位）总 是完全相同（试验演示）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试验,可直接照耀双缝,亮度大可得到更为清楚的明暗相同的图样展现双缝干涉图样,让同学留意观看图样,回答图样的特点：2、光的双缝干涉图样1明暗相间的条纹2相邻亮纹（或暗纹）间距都相等；3两缝 S1、S2中垂线与屏幕相交位置是亮条纹中心亮纹提出问题：为什么会显现这样的图样？怎样用波动理论进行说明3运用波动理论进行分析展现双缝干涉示意图样的彩色挂图分析：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、振动情形总是相同；在两列波峰峰、谷谷相遇位置均是加强点；而峰谷相遇

5、位置均是减弱点小结：通过以上分析振动加强与减弱点的分布是相互间隔的而且是稳固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在双缝干涉试验中,被光照耀的两条狭缝 S1 和 S2 相当于两个相干的波源 图 198,两列相干的光波在狭缝右边的空间叠加S1 和 S2 到屏上 P 点的距离相同,所以两列波在这点同时显现波峰或波谷,P 点的光波得到加强,在这里显现一个亮条纹在 P 点上方,例如 P1,它距 S2 比距 S1 远一些,两列波的波峰或波谷不再同时到达 P1假如路程差d 正好是半个波长,也就是说,时间差正好是半个周期,那么当一列波的波峰到达 P1 时

6、,另一列波正好在这里显现波谷,两列波叠加的结果是相互减弱,于是在这里显现暗条纹对于更远一些的点,例如P2,来自两个狭缝的光波的路程差d 更大假如路程差正好等于波长,那么两列光波的波峰或波谷又是同时到达这点,它们又在这里相互加强,这里再次显现亮条纹小结：1 每当路程差等于 /2、3 /2、5 /2 时,两列光波就得到减弱,屏幕上显现暗条纹2 每当路程差等于 0、2、3 时,两列光波就得到加强,屏幕上显现亮条纹摸索与讨论：在不转变双缝到屏的距离 L 的情形下,转变入射光或转变双缝距离同学猜想；d,得到的光的干涉图样如图,试猜想,条纹间距会哪些因素有关？4、干涉条纹间距与哪些因素有关理论推导： 由于

7、两缝间距 d 远小于缝到屏的距离 L,所以能够认为三角形 S1S2M 是直角三角形；依据三角函数关系,有r2-r1=dsin 另一方面 很小, tan =sinx=Ltan =Lsin dxk （k=0、1、2 ）时,才会出消去 sin ,有 r2-r1=dx L依据前面所学的学问,当两列波的路程差为波长的整数倍,即L现亮条纹,也就是说,亮条纹中心位置为x=kL亮条纹间距 x= Ldd师：因此在入射光不变（即 不变）,L 不变时, d 越小,亮纹间距越大；强调,由亮条纹间距引导同学自学课本第x= L 公式也可测定入射光的波长；d54 页“ 观看双缝干涉图样” 与“ 测定单色光的波长“ 两小节,

8、把握如何应用双缝干涉测量光的波长的方法；试验原理： 利用双缝干涉试验,测量L 、d、 x,应用公式 x= L 可测单色光的波长d试验器材 ：双缝干涉仪、米尺、测量头；试验步骤 ：（ 1）如下列图,把直径约缝,另一端装有毛玻璃屏；10cm、长约 1m 的遮光筒水平放在光具座上,微的一端装有双（2）取下双缝,打开光源,调剂光源的高度,使它发出的束光能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮；（3）放好单缝和双缝,单缝和双缝间距离约为5cm10cm,使缝相互平行,中心大致仅次于遮光筒的轴线上,这时在屏上就会看到白光的双缝干涉图样；（4）在单缝和光源间放上滤光片,观看单色光的双缝干涉图样；（5）分别转变滤光片和双缝

9、,观看干涉图样的变化；由（6）已知双缝间的距离d,测出双缝到屏的距离L,用测量头测出相邻两条亮（暗）纹间的距离 x,dLx运算单色光的波长；为了减小误差,可测出n 条亮（暗）间的距离A ,就xna1；（7）换用不同颜色的滤光片,观看干涉条纹间距的变化,并求出相应色光的波长；留意事项 ：（1）单缝双缝应相互平行,其中心应位于遮光筒的轴线上,双缝到 屏的距离应相等；（2）测双缝到屏的距离L 可用米尺测多次,取平均值；xna1；（3）测条纹间距 x 时,用测量头就出n 条亮（暗）间的距离 A ,求出相邻的两条明 （暗）纹间的距离例题 1、在“ 用双缝干涉测光的波长” 的试验中,测量头如图所示,调剂分

10、划板的位置,使分划板中心刻线对齐某亮条纹的中心,此时螺旋测微器的读数为 1.130mm；转动手轮,使分划线向一侧移动,到另一条亮条纹的中心位置,由螺旋测微器再读出一读数,如试验测得 4条亮条纹中心间的距离x=0.960mm,已知双缝间距 d=1.5mm,双缝到屏的距离 L=1.00m ,就对应的光波波长为 =480mm；例题 2、在利用双缝干涉测定光波波长试验时,第一调剂光源、滤光片、单缝和双缝的中心均位于遮光筒的中心轴线上,如经粗调后透过测量头上的目镜观看,看不到明暗相同的条纹,只看到一片亮区,造成这种情形的最可能的缘由是 单缝和双缝不平行；用直尺量得双缝到屏的距离为 80.00cm,由双缝

11、上的标识获知双缝间距为0.200mm,光波波长为 6.00 10-7m；如调至屏上显现了干涉图样后,用测量头上的螺旋测微器去测量,转动手轮,移动分划板使分划板中心刻线与某条明纹中心对齐时,如下列图,此时螺旋测微器的读数为 0.900mm,此明条纹的序号定为1,其右侧的明纹序号依次为第2、第 3 条明纹,从第1 条明纹中心至第第6 条明纹中心的距离为12mm；【强化训练】1、两只相同的灯泡发出的光束相遇 发生干涉现象？（填“ 能”或“不能 ” ）是大量原子跃迁时产生的,分析与解答： 只有两列相干光相遇,才会产生干涉现象一般光源发出的光由不连续的波列组成,即使频率相同,各波列振动的情形也是无规章地

12、变化的,因此两个独立光源发出的光不是相干光,不会发生干涉现象2、在双缝干涉试验中,以白光为光源,在屏上观看到彩色干涉条纹,如在双缝中的一缝前放一红色滤光用只能透过红光）,另一缝前放一绿色滤光片（只能透过绿光）,这时（）A 、只有红色和绿色的干涉条纹,其它颜色的双缝干涉条纹消逝；B、红色和绿色的干涉条纹消逝,其它颜色的干涉条纹仍旧存在C、任何颜色的干涉条纹都不存在,但屏上仍有亮光；D、屏上无任何亮光分析解答：在双缝干涉试验中,白光通过单缝成为线光源,从单缝时出的光通过双缝分成两束光,它们在光屏上形成彩色的干涉条纹,现在两个缝前分别放上红色和绿色滤光片,红光和绿光的频率不同,不是相干光,所以屏上没

13、有干涉条纹,只有亮光,挑选项 C 正确3、用白光（复色光源）做扬氏双缝干涉试验,将会在屏上观看什么现象？（双缝 S1、S2 连线的中垂线与屏相交的中心位置是白色亮纹,而两侧是彩色条纹,然后展现挂图以便让同学对图样有深刻印象摸索争论：为什么会是这样的干涉图样？）由于 白光内各种单色光的干涉条纹间距不同,各种色光的干涉条纹在屏上叠加,屏上就会显现彩色条纹 4、利用双缝干涉测定光的波长试验中,取双缝间距 d=0.5mm, 双缝光屏间距离 L=0.5m, 用某种单色光照耀双缝得到干涉图象如图,分划板在图中 A、B 位置时游标卡尺读数如图,就单色光的波长为；6.43 107m 5、假如把杨氏双缝干涉试验,从空气中移动到某种透亮的液体中做试验,就条纹的间距（）A 、增大 B、减小 C、不变 D、缺少条件,无法判定6、用红光做双缝干涉试验,在屏幕上观看到干涉条纹,在其它条件不变的情形下,改用紫光做试验,就干涉条纹间距将变,假如改用白光做试验,在屏幕上将显现色条纹3.某同学按试验装置安装好仪器后,观看光的干涉现象获得胜利改动,仍能使试验胜利的是（）AC A.将遮光筒内的光屏,向靠近双缝的方向移动少许,其他不动B.将滤光片移至单缝和双缝之间,其他不动C.将单缝向双缝移动少许,其他不动不动【命题意图】考查双缝干涉的条件 . 【解题思路】如将滤光