2024-2025学年高中物理 第十三章 光 4 实验：用双缝干涉测量光的波长教案2 新人教版选修3-4

2024-2025学年高中物理第十三章光4实验：用双缝干涉测量光的波长教案2新人教版选修3-4科目授课时间节次--年—月—日（星期——）第—节指导教师授课班级、授课课时授课题目（包括教材及章节名称）2024-2025学年高中物理第十三章光4实验：用双缝干涉测量光的波长教案2新人教版选修3-4教学内容分析本节课的主要教学内容来自2024-2025学年高中物理第十三章《光》中的4实验：用双缝干涉测量光的波长，新人教版选修3-4。教学内容紧贴教材，围绕双缝干涉实验的原理、操作步骤及光的波长计算展开。此部分内容与学生已有知识——光的波动理论、干涉现象等密切相关。学生在之前的学习中已经了解了光的传播特性、干涉条件等基础知识，本节课将在此基础上，引导学生通过实验探究，进一步理解光波波长与干涉条纹之间的关系，深化对光波动性的认识，提高实践操作能力。核心素养目标本节课的核心素养目标旨在通过对双缝干涉实验的探究，培养学生的物理学科核心素养。学生将通过以下方面得到提升：首先，科学探究能力，通过设计实验、收集数据、分析结果，掌握科学探究的方法和过程；其次，物理观念的形成，深化对光波波动性的理解，建立起光的波长与干涉条纹之间的物理模型；再次，科学思维的发展，培养学生运用物理原理解决实际问题的能力，特别是在数据分析与推理方面；最后，科学态度与责任的培养，通过实验过程中的团队合作，强化学生的责任意识与实证精神，符合新教材对学生全面发展的要求。教学难点与重点1.教学重点

（1）双缝干涉实验的原理：强调双缝干涉现象的产生条件，即相干光通过双缝形成的干涉图样的特点，以及光波叠加原理。

举例：通过图示和实际操作，解释双缝干涉中亮条纹与暗条纹的产生原理，引导学生理解光波的相长干涉与相消干涉。

（2）干涉条纹间距的计算：掌握干涉条纹间距与光波波长、双缝间距及观察屏距离的关系。

举例：给出具体公式，指导学生如何根据实验数据计算光波的波长，并强调各个物理量在公式中的作用。

（3）实验操作与数据处理：熟练掌握双缝干涉实验的装置搭建、操作步骤及数据记录方法。

举例：演示实验操作流程，强调操作注意事项，如保持双缝间距均匀、确保光源稳定性等。

2.教学难点

（1）相干光源的理解：理解相干光源的概念，区分实际光源与理想相干光源的区别。

举例：解释为什么实际光源需要进行特殊处理（如使用激光）才能近似为相干光源。

（2）干涉条纹的动态变化：理解干涉条纹随波长、双缝间距及观察屏距离变化而产生的动态变化。

举例：通过动画或实验演示，帮助学生理解干涉条纹间距与各个物理量之间的关系。

（3）实验误差分析：识别实验过程中可能出现的误差来源，学会如何减小误差。

举例：讨论实验中可能出现的误差，如双缝间距不均匀、光源稳定性差等，并提出相应的解决方法。

（4）波长计算公式的应用：熟练运用波长计算公式，解决实际问题。

举例：提供实际案例，指导学生如何根据给定的实验数据，运用波长计算公式求解未知波长。教学资源1.硬件资源：

-双缝干涉实验装置

-激光光源

-光屏

-米尺或光栅尺

-移动平台

-测量工具（如刻度尺）

2.软件资源：

-物理实验数据处理软件

-投影仪或智能黑板

-教学演示文稿（PPT等）

3.课程平台：

-校内网络教学平台

-在线物理实验模拟平台（如可用于预习和复习）

4.信息化资源：

-双缝干涉实验动画

-教学视频

-电子教材或电子教案

5.教学手段：

-讲授法

-实验操作法

-小组合作学习

-数据分析与讨论

-互动提问与解答

-课后线上复习与交流教学流程（一）课前准备（预计用时：5分钟）

学生预习：

发放预习材料，引导学生提前了解双缝干涉实验的学习内容，标记出有疑问或不懂的地方。

设计预习问题，如“干涉现象是如何产生的？”和“光的波长如何影响干涉条纹间距？”，激发学生思考，为课堂学习双缝干涉实验原理做好准备。

教师备课：

深入研究教材，明确教学目标和重难点。

准备双缝干涉实验装置、多媒体资源和教学演示文稿，确保教学过程的顺利进行。

设计课堂互动环节，提高学生学习积极性。

（二）课堂导入（预计用时：3分钟）

激发兴趣：

提出问题：“光是如何表现出波动性的？”引发学生的好奇心和求知欲，引导学生进入学习状态。

回顾旧知：

简要回顾光的波动理论、干涉现象等上节课学习的内容，帮助学生建立知识之间的联系。

提出问题，检查学生对旧知的掌握情况，为学习新课打下基础。

（三）新课呈现（预计用时：25分钟）

知识讲解：

清晰、准确地讲解双缝干涉实验的原理、操作步骤及波长计算方法，结合实例帮助学生理解。

突出重点，如光波的叠加原理和干涉条纹间距的计算，通过对比、归纳等方法帮助学生加深记忆。

互动探究：

设计小组讨论环节，让学生围绕双缝干涉实验中遇到的问题展开讨论，培养学生的合作精神和沟通能力。

鼓励学生提出自己的观点和疑问，引导学生深入思考，拓展思维。

技能训练：

设计实践活动或实验，让学生在实践中体验知识的应用，提高实践能力。

在新课呈现结束后，对双缝干涉实验的知识点进行梳理和总结。

强调重点和难点，帮助学生形成完整的知识体系。

（四）巩固练习（预计用时：5分钟）

随堂练习：

布置与双缝干涉实验相关的练习题，让学生在课堂上完成，检查对知识的掌握情况。

鼓励学生相互讨论、互相帮助，共同解决问题。

错题订正：

针对学生在随堂练习中出现的错误，进行及时订正和讲解。

引导学生分析错误原因，避免类似错误再次发生。

（五）拓展延伸（预计用时：3分钟）

知识拓展：

介绍双缝干涉实验在科学研究和实际应用中的拓展知识，拓宽学生的知识视野。

引导学生关注学科前沿动态，培养学生的创新意识和探索精神。

情感升华：

结合双缝干涉实验，引导学生思考学科与生活的联系，培养学生的社会责任感。

鼓励学生分享学习心得和体会，增进师生之间的情感交流。

（六）课堂小结（预计用时：2分钟）

简要回顾本节课学习的双缝干涉实验内容，强调重点和难点。

肯定学生的表现，鼓励他们继续努力。

布置作业：

根据本节课学习的内容，布置适量的课后作业，巩固学习效果。

提醒学生注意作业要求和时间安排，确保作业质量。教学资源拓展1.拓展资源：

-相关书籍：《物理的进化》、《光学原理与应用》等，这些书籍中包含了关于光的波动理论、干涉现象的详细解释及双缝干涉实验的历史背景。

-科普文章：寻找与双缝干涉实验相关的科普文章，深入解析光的波动性及其在科学史上的重要地位。

-学术论文：选择一些适合高中学生的学术论文，介绍双缝干涉实验在科学研究中的最新进展和应用。

-实验视频：收集不同版本的双缝干涉实验操作视频，让学生了解实验的多种操作方法及技巧。

-历史资料：查找关于托马斯·杨、奥古斯丁·菲涅耳等科学家对双缝干涉实验研究的原始文献或传记资料。

2.拓展建议：

-鼓励学生阅读相关书籍，了解光学发展史，加深对双缝干涉实验的理解。

-组织学生分享科普文章阅读心得，提高学生的科学素养，拓宽知识面。

-引导学生阅读学术论文，了解科学研究的最新动态，培养学生的科研兴趣。

-观看实验视频，让学生学习不同实验操作方法，提高实验技能。

-分析历史资料，了解科学家的研究过程，培养学生的实证精神和科学态度。

-建议学生参加学校或社区的科普活动，将所学知识与社会实践相结合，提高社会责任感。

-鼓励学生开展小组合作，共同探讨双缝干涉实验的拓展问题，培养团队协作能力。

-引导学生关注光的波动性与现代科技的联系，如激光技术、光纤通信等，激发学生的创新思维。典型例题讲解例题1：

已知双缝干涉实验中，双缝间距d=0.2mm，观察屏与双缝的距离L=1m，激光波长λ=632.8nm。求干涉条纹间距Δx。

解答：

根据双缝干涉条纹间距公式：

\[\Deltax=\frac{L}{d}\lambda\]

代入已知数据：

\[\Deltax=\frac{1m}{0.2\times10^{-3}m}\times632.8\times10^{-9}m\]

计算得到：

\[\Deltax=3.164mm\]

例题2：

在双缝干涉实验中，若干涉条纹间距Δx=2.5mm，双缝间距d=0.1mm，观察屏与双缝的距离L=1.2m。求入射光的波长λ。

解答：

根据双缝干涉条纹间距公式，变形得：

\[\lambda=\frac{\Deltax\cdotd}{L}\]

代入已知数据：

\[\lambda=\frac{2.5\times10^{-3}m\cdot0.1\times10^{-3}m}{1.2m}\]

计算得到：

\[\lambda=2.083\times10^{-6}m\]

例题3：

在双缝干涉实验中，观察到第1条亮条纹距离中央亮条纹0.5mm，第1条暗条纹距离中央亮条纹1mm。若双缝间距d=0.3mm，观察屏与双缝的距离L=0.8m，求入射光的波长λ。

解答：

由于亮条纹和暗条纹分别对应波峰和波谷，它们的间距是半个波长的整数倍。因此，可以得到以下关系：

\[\Deltax_1=\frac{\lambda}{2}\]

\[\Deltax_2=\lambda\]

其中，\(\Deltax_1\)为亮条纹间距，\(\Deltax_2\)为暗条纹间距。

根据题意，\(\Deltax_1=0.5mm\)，\(\Deltax_2=1mm\)，代入公式得：

\[\lambda=2\times0.5mm=1mm=10^{-3}m\]

但这里需要考虑到，这是两个相邻的条纹之间的距离，实际上是一个完整波长的距离。因此，应该有：

\[\lambda=\frac{\Deltax_2}{2}=\frac{1\times10^{-3}m}{2}=0.5\times10^{-3}m\]

然而，由于实际上第一个亮条纹和第一个暗条纹并不是相邻的，而是分别与中央亮条纹相邻，所以我们需要考虑的是从中央亮条纹到第一个暗条纹的距离，即：

\[\lambda=\Deltax_2=1\times10^{-3}m\]

但是，由于这是两个半波长的距离，我们需要得到一个完整的波长，所以：

\[\lambda=\frac{1\times10^{-3}m}{2}\times2=1\times10^{-3}m\]

现在我们得到了一个错误的答案，这是因为我们没有考虑到双缝干涉的实际情况。实际上，我们应该用以下公式来计算：

\[\lambda=\frac{2\cdot\Deltax_1\cdotd}{\Deltax_2-\Deltax_1}\]

代入已知数据：

\[\lambda=\frac{2\cdot0.5\times10^{-3}m\cdot0.3\times10^{-3}m}{1\times10^{-3}m-0.5\times10^{-3}m}\]

计算得到：

\[\lambda=\frac{0.3\times10^{-6}m}{0.5\times10^{-3}m}=0.6\times10^{-3}m\]

\[\lambda=600nm\]

例题4：

在双缝干涉实验中，已知入射光的波长λ=500nm，双缝间距d=0.25mm，观察屏与双缝的距离L=1m。求第10条亮条纹距离中央亮条纹的距离。

解答：

第10条亮条纹对应的是第9个半波长的距离，因此我们需要计算9.5个波长对应的距离。

根据双缝干涉条纹间距公式：

\[\Deltax=\frac{L}{d}\lambda\]

代入已知数据：

\[\Deltax=\frac{1m}{0.25\times10^{-3}m}\times500\times10^{-9}m\]

计算得到干涉条纹间距：

\[\Deltax=2mm\]

第10条亮条纹的距离为：

\[9.5\times\Deltax=9.5\times2mm=19mm\]

例题5：

在双缝干涉实验中，观察屏上相邻亮条纹间距为1.5mm，双缝间距为0.4mm，观察屏与双缝的距离为0.9m。若要求第20条亮条纹的宽度与第30条亮条纹的宽度之比为1:2，求入射光的波长。

解答：

由于亮条纹宽度与干涉条纹间距成反比，我们可以根据题目要求得到以下关系：

\[\frac{\Deltax_{20}}{\Deltax_{30}}=\frac{2}{1}\]

\[\Deltax_{20}=2\times\Deltax_{30}\]

根据双缝干涉条纹间距公式：

\[\Deltax=\frac{L}{d}\lambda\]

我们知道第20条和第30条亮条纹分别对应19.5个波长和29.5个波长。

设第30条亮条纹的间距为\(\Deltax_{30}\)，那么第20条亮条纹的间距为\(2\times\Deltax_{30}\)。

根据干涉条纹间距的定义，我们有：

\[\Deltax_{30}=\frac{29.5\cdotL}{d}\lambda\]

\[2\times\Deltax_{30}=\frac{39\cdotL}{d}\lambda\]

由于\(\Deltax_{30}\)和\(2\times\Deltax_{30}\)都是观察到的干涉条纹间距，我们可以将它们与题目中给出的相邻亮条纹间距1.5mm联系起来：

\[1.5mm=\frac{29.5\cdotL}{d}\lambda\]

\[3mm=\frac{39\cdotL}{d}\lambda\]

由于这两个方程中的\(L\)和\(d\)相同，我们可以将它们联立起来解得波长\(\lambda\)：

\[\frac{3mm}{1.5mm}=\frac{39\cdotL}{29.5\cdotL}\]

\[2=\frac{39}{29.5}\]

\[\lambda=\frac{1.5mm\cdot0.4mm\cdot29.5}{0.9m\cdot39}\]

\[\lambda=\frac{1.5\times10^{-3}m\cdot0.4\times10^{-3}m\cdot29.5}{0.9m\cdot39}\]

\[\lambda=500nm\]板书设计1.**教学目标与重点：**

-学习目标：掌握双缝干涉实验的原理和操作。

-重点：双缝干涉实验的原理，光的波长与干涉条纹间距的关系。

2.**双缝干涉实验原理：**

-波的叠加：相长干涉和相消干涉。

-干涉条纹间距公式：\[\Deltax=\frac{L}{d}\lambda\]

3.**实验操作步骤：**

-搭建实验装置：双缝、光源、观察屏。

-调整双缝间距和光源强度。

-测量干涉条纹间距。

4.**波长计算与应用：**

-根据实验数据计算光的波长。

-波长在科学研究中的应用。

5.**实验注意事项：**

-保持双缝间距均匀。

-确保光源稳定性。

-减小实验误差。

6.**拓展与应用：**

-双缝干涉实验在科学研究中的应用。

-双缝干涉与日常生活的联系。

板书设计将根据教学内容和重点，通过图表、公式和关键词的形式展现，力求简洁明了，突出重点，同时注重艺术性和趣味性，激发学生的学习兴趣。作业布置与反馈1.作业布置：

-基础作业