《薄膜干涉》讲义

《薄膜干涉》讲义一、教学目标1、知识与技能目标理解薄膜干涉的原理，知道薄膜干涉是由膜的前、后表面反射的两列光形成相干光。能够解释劈形薄膜干涉条纹的特点，如条纹是与劈棱平行的明暗相间的直条纹且相邻条纹间距相等。掌握根据薄膜干涉条纹判断薄膜厚度变化情况的方法，包括基本方法和旋转法。了解薄膜干涉在增透膜、检查平面平整度等方面的应用。2、过程与方法目标通过对薄膜干涉现象的分析，培养学生的逻辑思维和科学推理能力。让学生经历观察薄膜干涉实验或现象的过程，提高学生的观察能力和实验分析能力。3、情感态度与价值观目标感受光学现象的奇妙，激发学生对物理学科的兴趣和探索精神。体会物理知识在实际生活和科技中的广泛应用，增强学生将物理知识应用于实际的意识。二、教学重难点1、教学重点薄膜干涉的原理，特别是两列反射光形成相干光的条件。劈形薄膜干涉条纹的特点及应用，如根据条纹判断薄膜厚度的变化。2、教学难点对薄膜干涉中光程差的理解，尤其是不同情况下光程差的计算。如何运用薄膜干涉原理解决实际问题，如检查平面平整度时凸起和凹陷情况的判定。三、教学方法1、讲授法用于讲解薄膜干涉的基本概念、原理等理论知识，如相干光的形成、光程差等概念。2、实验演示法通过演示薄膜干涉实验，让学生直观地观察干涉条纹的特点，如用肥皂膜演示薄膜干涉现象，展示条纹的形状、颜色等特征。3、讨论法在讲解薄膜干涉的应用时，组织学生讨论相关问题，如在检查平面平整度时，如何根据条纹变化判断平面的凹凸情况。四、教学过程（一）导入新课1、教师提问同学们，我们之前学习过光的干涉现象，大家还记得光的干涉需要满足哪些条件吗？（引导学生回顾相干光的条件：频率相同、振动情况相同且相差恒定）那大家有没有想过，在日常生活中，像肥皂泡或者油膜表面上出现的彩色条纹是怎么形成的呢？（引起学生的好奇心）2、引入课题今天我们就来学习一种特殊的光的干涉现象——薄膜干涉。（二）新课讲授1、薄膜干涉的原理教师讲解：当光照射到薄膜上时，会被膜的前、后表面反射，这两列反射光就形成了相干光。（可以简单画一个薄膜的示意图，标明前、后表面反射光的光路）对于光程差的问题，教师要详细解释。当光线垂直入射时，两反射光相遇时的路程差为该处薄膜厚度的2倍。这里可以结合简单的几何图形来帮助学生理解，比如画一个薄膜的剖面图，标明光线的传播路径和薄膜厚度与光程差的关系。教师举例：假设薄膜的厚度为d，那么光程差\（＼Delta＝2d\）。当光程差满足一定条件时，就会出现干涉现象，即\（＼Delta＝k\lambda\）（加强，亮纹）或者\（＼Delta=（2k＋1)＼frac{＼lambda}｛2}＼）（减弱，暗纹），其中\（k＝0,1,2,＼cdots\），＼（＼lambda\）为光的波长。2、劈形薄膜干涉条纹的特点教师演示劈形薄膜干涉实验（可以用两块平板玻璃一端夹一个薄片形成劈形空气膜来演示），让学生观察干涉条纹。学生观察后，教师引导学生总结条纹特点：干涉条纹是与劈棱平行的明暗相间的直条纹，并且相邻条纹间距相等。教师解释原因：因为劈形薄膜的厚度是均匀变化的，根据光程差与薄膜厚度的关系，就会形成这样规律的条纹。3、薄膜干涉的应用增透膜教师讲解：在光学仪器中，为了减少反射光，提高透射光的强度，会利用薄膜干涉原理制作增透膜。例如在玻璃表面镀上一层合适的薄膜，使两列反射光叠加形成暗纹，相互抵消，从而使反射光的强度减弱，透射光强度加强。教师举例：在玻璃表面镀上一层折射率为\（n\）的薄膜，对于波长为\（＼lambda\）的光，当膜的最小厚度\（d=＼frac{＼lambda}｛4n}＼）时，就能起到增透的作用。检查平面平整度教师演示干涉法检查平整度的实验（用两块平面玻璃，其中一块是标准平面，另一块是待测平面，中间形成空气膜）。教师讲解基本方法：如果被检查平面是光滑的，得到的干涉图样必是等间距的。如果某处凹下去，则对应亮纹（或暗纹）提前出现；如果某处凸起来，则对应条纹延后出现。（可以结合示意图详细解释“提前”和“延后”的含义，强调是指由左向右的位置顺序上）教师再讲解旋转法：将干涉图样及装置一起在纸面内旋转90°（使装置的劈形空气膜劈尖向下），此时干涉条纹成水平状态，其上条纹弯曲处的凸起与凹下情况与被检查平面凸、凹情况一致。（三）课堂练习1、关于薄膜干涉，以下说法正确的是（）A.薄膜干涉是薄膜的前、后表面反射光叠加形成的B.只有厚度均匀的薄膜才能发生干涉C.薄膜干涉条纹一定是等间距的彩色条纹D.利用薄膜干涉可以检查平面的平整度答案：AD。解析：薄膜干涉是由膜的前、后表面反射光叠加形成的，A正确；厚度不均匀的薄膜也能发生干涉，B错误；薄膜干涉条纹不一定是彩色条纹，单色光照射时是明暗相间的条纹，C错误；利用薄膜干涉可以检查平面的平整度，D正确。2、一光学仪器镜头表面镀了一层增透膜，若此膜对波长为\（＼lambda＝550nm\）的绿光起增透作用，已知膜的折射率\（n＝1.38\），求膜的最小厚度。答案：＼（d=＼frac{＼lambda}｛4n}＝＼frac{550\times10^｛9}｝｛4\times1.38}＼approx99.64\times10^｛－9}m＝99.64nm\）。解析：根据增透膜的原理，当膜的最小厚度\（d=＼frac{＼lambda}｛4n}＼）时能起到增透作用，将\（＼lambda＝550nm\），＼（n＝1.38\）代入公式即可求出。（四）课堂小结1、教师引导学生回顾本节课的主要内容薄膜干涉的原理，是膜的前、后表面反射光形成相干光，光程差与薄膜厚度的关系。劈形薄膜干涉条纹的特点，包括条纹形状、间距等。薄膜干涉的两个重要应用：增透膜和检查平面平整度。2、教师强调重点和难点重点是薄膜干涉的原理和应用，尤其是根据条纹判断薄膜厚度变化等实际应用。难点是对光程差的理解和薄膜干涉应用中的一些判断方法。（五）课后作业1、书面作