人教版高中物理選修必修1第四章第三節(jié)光的干涉教學(xué)設(shè)計(jì)專題光的干涉第四單元學(xué)科物理年級(jí)高中教材解析光的干涉是機(jī)械波干涉知識(shí)在光學(xué)領(lǐng)域的延伸，兩者的本質(zhì)都是波的疊加。通過(guò)這部分內(nèi)容的教學(xué)，可以讓學(xué)生對(duì)干涉現(xiàn)象的物理過(guò)程有更加具體的認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步加深對(duì)光的波動(dòng)性的認(rèn)識(shí)。本節(jié)從皂膜色條紋出發(fā)，介紹光的干涉問(wèn)題，然后通過(guò)分析光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)原理，探究光的干涉條紋的特點(diǎn)及產(chǎn)生條件。接著，通過(guò)數(shù)學(xué)推導(dǎo)得到干涉條紋與兩相鄰亮（暗）條紋中心間距與波長(zhǎng)的關(guān)系，并解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。最后，利用光的干涉知識(shí)分析皂膜條紋的成因。光的雙縫干涉條紋的特點(diǎn)及產(chǎn)生條件是重點(diǎn)。 利用肥皂膜做薄膜干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，推導(dǎo)兩相鄰亮（清晰）條紋中心間距與波長(zhǎng)關(guān)系式和解釋彩色條紋產(chǎn)生的原因，是難點(diǎn)。 教學(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng) 1.物理概念：觀察光的干涉現(xiàn)象，認(rèn)識(shí)干涉條紋的特點(diǎn)。 2.科學(xué)思維：認(rèn)識(shí)相干光源的概念及干涉發(fā)生的條件。 3.科學(xué)探究：能解釋干涉的原因和明暗條紋的發(fā)生位置和特點(diǎn)。 4.科學(xué)態(tài)度與價(jià)值觀：在思考和探究過(guò)程中，培養(yǎng)實(shí)事求是、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。 重點(diǎn) 認(rèn)識(shí)相干光源的概念及干涉的條件。 干涉的原因和明暗條紋的發(fā)生位置和特點(diǎn)。 難點(diǎn) 認(rèn)識(shí)相干光源的概念及干涉的條件。
干涉現(xiàn)象產(chǎn)生的原因以及明暗條紋的部位和特點(diǎn)。 教學(xué)過(guò)程 教學(xué)環(huán)節(jié) 教師活動(dòng) 學(xué)生活動(dòng) 設(shè)計(jì)意向 新課介紹 肥皂膜往往看起來(lái)色彩斑斕，雨后馬路上漂浮的油膜也常常呈現(xiàn)出五顏六色的條紋，這些色彩斑斕的條紋或圖案是如何形成的呢？觀察肥皂泡上的顏色。 觀察生活中常見(jiàn)現(xiàn)象，引發(fā)學(xué)生思考，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。 新課教學(xué) 思考：波干涉形成的條件是什么？波干涉圖樣有什么特點(diǎn)？ 思考討論：結(jié)合波干涉的條件，簡(jiǎn)述光的干涉現(xiàn)象是怎樣發(fā)生的。 既然人們知道了波的特性，那為什么在日常生活中不容易觀察到光波的干涉現(xiàn)象呢？ 光如果發(fā)生干涉，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？光的干涉圖樣是什么？ 如何獲得相干波源1、光的雙縫干涉演示實(shí)驗(yàn)： 光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)在暗室中，用氦氖激光器發(fā)射的紅色激光照射在金屬擋板上的兩個(gè)平行狹縫，在后面的屏幕上觀察光的干涉情況。 單色光雙縫干涉圖樣①明暗相間的彩色條紋；②條紋間間距相等；③在同樣的條件下，紅光條紋間的間距較大白光雙縫干涉圖樣①明暗相間的彩色條紋；②中央為白色亮條紋；③在每一個(gè)亮彩色條紋中，紅光始終在外側(cè)，紫色光在內(nèi)側(cè)。思考討論：思考：確定明暗條紋的條件1、穩(wěn)定干涉的條件：兩列光的頻率（顏色）相同。 二、形成明暗條紋的條件課堂練習(xí)1、雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，當(dāng)用波長(zhǎng)為6×10-7米的橙光進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，光屏上P點(diǎn)與上方P1點(diǎn)形成相鄰的亮條紋。
如果用波長(zhǎng)為4×10-7m的紫光重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，則在P、P1點(diǎn)處形成的明暗條紋分別為（）AP、P1均為明條紋BP為明條紋，P1為暗條紋CP為暗條紋，P1為明條紋DP、P1均為暗條紋分析：從單縫S射出的光波，被S1、S2兩個(gè)狹縫分成兩束光，均為相干光。根據(jù)題意，屏幕中心P到S1、S2的距離相等，也就是說(shuō)，從S1和S2射出的光到P點(diǎn)的光程差為零，所以P點(diǎn)就是光條紋的中心。所以，不管入射光是什么顏色，波長(zhǎng)有多長(zhǎng)，P點(diǎn)都是中心光條紋的中心。 P1到S1、S2的光程差恰好是橙光一個(gè)波長(zhǎng)，即|P1S1-P1S2|=600nm=λ橙，所以兩束光波到達(dá)P1時(shí)振動(dòng)完全一致，且振動(dòng)加強(qiáng)，于是出現(xiàn)亮條紋。當(dāng)采用波長(zhǎng)400nm的紫光時(shí)，|P1S1-P1S2|=600nm，那么兩束光波到達(dá)P1時(shí)振動(dòng)完全相反，即S1、S2發(fā)射的光波到達(dá)P1時(shí)互相減弱，于是出現(xiàn)暗條紋。綜上所述，選項(xiàng)B正確。 答案：B 2.干涉條紋與波長(zhǎng)的關(guān)系 思考：光的雙縫干涉條紋的條紋間距、寬度等特性，能否反映光的波長(zhǎng)、頻率等信息？∴可以認(rèn)為△S1S2M為直角三角形。 當(dāng)兩波光程差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，便會(huì)出現(xiàn)亮條紋。亮條紋中心的位置： 兩相鄰亮條紋或暗條紋中心間距： 思考：不同顏色的單色光產(chǎn)生的干涉條紋有何不同？請(qǐng)猜測(cè)，并結(jié)合波的穩(wěn)定干涉圖樣，試作驗(yàn)證。
課堂練習(xí)2、關(guān)于光的干涉，下列表述正確的是（）A.雙縫干涉現(xiàn)象中，相鄰兩亮條紋與相鄰兩暗條紋之間的間距不相等B.在雙縫干涉現(xiàn)象中，若將入射光由波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅光換為波長(zhǎng)較短的紫光，則相鄰兩亮條紋之間的間距會(huì)變寬C.在雙縫干涉現(xiàn)象中，若將綠光換為紅光，則相鄰兩亮條紋之間的間距會(huì)變寬D.在雙縫干涉現(xiàn)象中，入射光為白光時(shí)得到的彩色條紋為內(nèi)紅外紫解析：雙縫干涉現(xiàn)象中，相鄰兩亮條紋與相鄰兩暗條紋之間的間距相等，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；入射光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，相鄰兩亮條紋之間的間距越大留學(xué)之路，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤波的干涉高中物理，C正確； 由于不同顏色條紋之間的間距不一樣，且紅色光條紋最寬，紫色光條紋最窄，所以，除中間幾條條紋外，前面幾條彩色條紋應(yīng)為內(nèi)紫外紅，且出射時(shí)因重疊嚴(yán)重，沒(méi)有明顯的干涉條紋，只能看到彩色光，所以選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案：C 三、薄膜干涉 1、肥皂泡上形成彩色條紋的原因： 由于重力作用，垂直的肥皂膜形成上薄下厚的楔形，由于薄膜厚度不同，造成兩光波的光程差不同。 （1）當(dāng)光程差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，形成亮條紋； （2）當(dāng)光程差為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，形成暗條紋。 2、減反射膜 在透鏡表面涂有一層薄膜。 當(dāng)薄膜厚度等于入射光在薄膜中的波長(zhǎng)的1/4時(shí)，從薄膜正反面反射回來(lái)的光程差恰好等于半個(gè)波長(zhǎng)，它們互相干涉，使反射光的能量大大降低，而透射光的能量則增強(qiáng)。
課堂練習(xí)3、關(guān)于薄膜干涉，下列表述正確的是：（）A.干涉條紋是由光在薄膜正反面反射形成的兩束光波疊加而產(chǎn)生的。B.干涉條紋中的暗條紋是AC項(xiàng)中提到的兩束反射光的波谷疊加的結(jié)果。當(dāng)干涉條紋是等間距的平行線時(shí)，說(shuō)明薄膜厚度處處相等。D.觀察薄膜干涉條紋時(shí)，應(yīng)在入射光的另一側(cè)觀察。解析：從薄膜正反面反射回來(lái)的光波光路不一樣，有的地方峰（谷）與峰（谷）相遇，相互加強(qiáng)，產(chǎn)生亮條紋；在另一些地方，峰（谷）與波谷（峰）相遇，相互減弱，產(chǎn)生暗條紋。 因此選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；當(dāng)干涉條紋為等間距的平行線時(shí)，說(shuō)明該薄膜為理想的楔形干涉，即薄膜厚度均勻變化，因此選項(xiàng)C錯(cuò)誤；人眼觀察到的條紋是薄膜前后反射的光波疊加的結(jié)果，因此人眼應(yīng)該在與入射光同一側(cè)進(jìn)行觀察，因此選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答：A 復(fù)習(xí)干涉的概念，思考光的干涉應(yīng)該是什么樣的。 學(xué)習(xí)相干波源的概念。 思考為什么我們平時(shí)看不到光的干涉。 學(xué)習(xí)如何獲得相干光源。 觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。 找出干涉圖樣的特點(diǎn)。 根據(jù)觀察結(jié)果思考問(wèn)題。 完成課堂練習(xí)。 結(jié)合課本內(nèi)容，推導(dǎo)干涉條紋與波長(zhǎng)的關(guān)系。 當(dāng)雙縫間距d變小時(shí)，雙縫屏與光屏之間的距離L變大，以及入射光的波長(zhǎng)λ變大，雙縫干涉條紋會(huì)變寬。
完成課堂練習(xí)。思考薄膜上干涉條紋產(chǎn)生的原因。掌握減反射膜的原理。完成課堂練習(xí)，比較機(jī)械波的干涉，思考光的干涉的條件。結(jié)合生活中的實(shí)際情況，加深對(duì)相干波源概念的理解。學(xué)習(xí)如何獲得相干光源，感受物理之美。觀察不同顏色白光干涉圖像的異同。通過(guò)觀察、思考、討論，幫助學(xué)生更好地總結(jié)干涉圖樣的特點(diǎn)。結(jié)合機(jī)械波穩(wěn)定的干涉圖樣，猜測(cè)不同單色光干涉條紋的區(qū)別。總結(jié)干涉條紋產(chǎn)生的原因，能用光干涉的知識(shí)解釋生活現(xiàn)象。了解光干涉現(xiàn)象在現(xiàn)代生活中的應(yīng)用。 延伸與改進(jìn) 1.關(guān)于薄膜干涉，下列說(shuō)法正確的是（） A.只有厚度均勻的薄膜才會(huì)出現(xiàn)干涉現(xiàn)象 B.只有厚度不均勻的楔形薄膜才會(huì)出現(xiàn)干涉現(xiàn)象 C.厚度均勻的薄膜都會(huì)形成干涉條紋 D.觀察肥皂膜干涉現(xiàn)象時(shí)，觀察者應(yīng)在薄膜與光源的同一側(cè) 分析：當(dāng)光從薄膜的一側(cè)照射到薄膜上時(shí)，只要正反兩面反射的光波光程差滿足振動(dòng)增強(qiáng)條件，就會(huì)出現(xiàn)亮條紋，滿足振動(dòng)減弱條件就會(huì)出現(xiàn)暗條紋，形成明暗條紋，只有在薄膜厚度不均勻時(shí)才會(huì)出現(xiàn)，而對(duì)薄膜形狀沒(méi)有要求波的干涉高中物理，所以選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤。 當(dāng)薄膜厚度均勻時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)干涉條紋，但能發(fā)生干涉現(xiàn)象。 如果用復(fù)合光照射，有些顏色的光會(huì)因?yàn)楦缮娑鴾p弱，而另一些顏色的光會(huì)因?yàn)楦缮娑訌?qiáng)。減弱的光穿過(guò)薄膜，加強(qiáng)的光被反射回來(lái)。此時(shí)薄膜的顏色會(huì)是振動(dòng)增強(qiáng)光的顏色，但不會(huì)形成干涉條紋，所以選項(xiàng)C錯(cuò)誤。
由薄膜干涉中相干光的來(lái)源可知，干涉區(qū)應(yīng)該在入射光一側(cè)，所以選項(xiàng)D正確。 答案：D2.兩盞普通白熾燈發(fā)出的光相遇時(shí)，不能觀察到干涉條紋，這是因?yàn)椋ǎ〢.兩盞燈的亮度不一樣 B.光的波長(zhǎng)太短 C.兩盞燈的振動(dòng)不一樣 D.燈發(fā)出的光不穩(wěn)定 分析：一般情況下，兩個(gè)不同的光源或同一光源的不同部分發(fā)出的光的振動(dòng)往往不一樣，而一個(gè)點(diǎn)光源或同一柱光中分開的兩列光發(fā)出的光的振動(dòng)是一樣的。 答案