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高中物理第十三章光第3节光的干涉教案选修3-4剖析


13.3 光的干涉
物理核心素养主要由“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方 面构成。 一、教学目标 1.认识光的干涉现象及产生光干涉的条件. 2.理解光的干涉条纹形成原理,认识干涉条纹的特征. 3.通过观察实验,培养学生对物理现象的观察、表述、概括能力. 4.通过“扬氏双缝干涉”实验的学习,渗透科学家认识事物科学的物理思维方法. 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 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、主要教学过程 (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?

1

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)教学过程设计 新课教学: 双缝干涉 1.什么是双缝干涉:平行的单色光照射到相距很近的双狭缝上,在 狭缝后的光屏上出现亮暗相间条纹的现象叫做双缝干涉现象。 问题: 在什么样的条件下才能在屏幕上形成亮暗相间的条纹呢?根 据波的叠加原理,可知:在同一种介质中传播的两列波,当两个 波源的频率相同,振动状态完全相同或有恒定的相位差时,就会 出现干涉现象。 2.形成光波干涉的条件 (1)两个光源的频率相同; (2)两个光源的振动状态完全相同或有恒定的相位差。 如图所示的双缝干涉装置中,满足上述条件吗?为什么? 分析:一束激光被分成两束相当于两个波源,激光束的颜色 没有发生变化,说明两个波源的频率一定相同;两条狭缝距离光 源的距离相等,所以两个狭缝处波的振动状态相同。由此可见, 通过双缝形成的两个波源就是相干光源。 问题:为什么在光屏上会形成亮暗相间的条纹呢? 如图,根据机械波的干涉理论可知,亮条纹出现的位置一定是波 峰与波峰,或者波谷与波谷相遇的位置。我们可以肯定的说,P 点就 是亮条纹出现的位置,图中 P 点距 S1 、 S2 距离相等,路程差: Δ r=S1P-S2P=0 应出现亮纹,中央亮条纹。不管波处于哪种初态,P 点的 振动总是波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇,振幅 A 总为 A1、A2 之和, 即 P 点总是振动加强点,应出现亮纹。 如果 P1 点也出现亮条纹,那么 P1 点距 S1、S2 距离应满足什么条件 呢? Δ r1=|S1P1-S2P1|=λ =2×

? 2

Δ r2=|S1P2-S2P2|=2λ Δ r3=|S1P3-S2P3|=3λ Δ rn=|S1Pn-S2Pn|=nλ 它们对应产生第 2、3、4?条明条纹,还有明条纹的地方吗?在 P 点下方,与 P1、P2 等 关于 P 对称的点也应是明条纹。 (1)形成亮条纹的条件:Δ r=2n·

? 2

n=0,1,2?时,出现亮条纹。

暗条纹出现的位置: 根据波的叠加原理:在 Q1 点是波峰与波谷相遇,振动步调刚好相反。Q1 点位置与两波源 路程差:

2

Δ r =|S1Q1-S2Q1|= Δ r=|S1Q2-S2Q2|=

? 2

3 5 λ , λ ?处,在 P1P2、P2P3、?等明纹之间有第 2 条暗纹 Q2、第 3 2 2

条暗纹 Q3?,哪位同学能用上面的方法写个通式,归纳一下。 (2)形成暗条纹的条件:Δ r=(2n+1)

? ,n=0、1、2?时,出现暗纹。 2

3


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