光的干涉

教學(xué)目標
（一）知識目標
　　1、知道光的干涉現(xiàn)象，了解相干條件，知道光的雙縫干涉現(xiàn)象是如何產(chǎn)生的以及產(chǎn)生明暗條紋間距與波長的關(guān)系；
　　2、知道薄膜干涉是如何產(chǎn)生的，了解薄膜干涉的現(xiàn)象及技術(shù)上的應(yīng)用。

（二）能力目標
　　通過觀察實驗現(xiàn)象，與以前學(xué)過的機械波的干涉進行類比，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)的能力以及對問題的分析、推理能力。

 

教學(xué)建議

　　光的干涉是本章的重點之一．講解前先引導(dǎo)學(xué)生回憶機械波的有關(guān)內(nèi)容．
　　在光的干涉的教學(xué)中，一個值得注意的問題是相干條件的講述（有關(guān)內(nèi)容可以參見擴展資料）．相對于機械波--比較容易的獲得連續(xù)振動的波源、滿足相干波的條件，兩個獨立光源發(fā)出的光，即使是"頻率相同的單色光"(實際上嚴格的單色光并不存在)，也不能保持恒定的相差．考慮到學(xué)生的知識基礎(chǔ)和接受水平，講解中可以不提出相干光的概念，只強調(diào)利用"單孔雙縫"使得一束光"成了兩個振動情況總是相同的波源"，這同機械波中提到的振源的"振動步調(diào)相同"的要求是一致的．
　　做好演示實驗．讓學(xué)生通過觀察白光的雙縫干涉和單色光的雙縫干涉加深知識的理解．
　　雙縫干涉的教學(xué)雖不要求定量討論，但是在講條紋間距與波長的關(guān)系時，要讓學(xué)生知道公式中每一項的意義，配合彩圖讓學(xué)生將白光、單色光的干涉圖樣的特點記�。�并要知道不同色光具有不同的頻率，光的頻率只由光源決定而與介質(zhì)無關(guān)．在狹縫間的距離和狹縫與屏間的距離不變的條件下，單色光產(chǎn)生的干涉條紋間距跟光的波長成正比，這個關(guān)系是應(yīng)該讓學(xué)生知道的．知道了這一點，學(xué)生才能理解不同色光具有不同的頻率和波長．
　　薄膜干涉的教學(xué)，可以結(jié)合實驗、演示來進行，只要求學(xué)生初步認識這種現(xiàn)象，不必做進一步的分析．除了肥皂膜的干涉外，兩片玻璃之間的空氣膜的干涉、浮在水面上的油膜的干涉，都可以讓學(xué)生觀察．如果有牛頓環(huán)的實驗裝置，也可以讓學(xué)生觀察．
關(guān)于光的干涉在技術(shù)上的應(yīng)用，教材中舉了用干涉法檢查平面和增透膜的例子．對此只要求學(xué)生初步了解其原理，可不再補充．

關(guān)于演示實驗的教學(xué)建議

　　（1）演示實驗可以用激光光學(xué)演示儀、實驗時使激光束的行進方向正對學(xué)生的觀察方向，用毛玻璃屏接收干涉條紋．讓光屏到雙縫的距離保持一定（L不變），讓光束通過不同間距（d）的雙縫，可觀察到屏上的條紋間距不同，d大的條紋間距窄，保持d不變，使雙縫到屏的距離增大，則條紋間距變寬．

�。�2）學(xué)生實驗用雙縫干涉儀測光的波長．實驗時可以用燈絲為線狀的燈泡作光源，在雙縫前加一濾光片（紅、綠均可），讓雙縫對準光源且雙縫平行于燈絲，這樣通過雙縫的為單色光．然后調(diào)節(jié)雙縫的卡腳，即可在筒內(nèi)帶有刻波的光屏上得到單色光的干涉條紋，再從觀察到的條紋中選若干條清晰的條紋，從屏上的刻度讀出他們的間距之和，求出相鄰兩條紋的間距： ，

　　由

　　可以求出

　　d在雙縫上已標出，L從儀器上可得到， 為測量到的值，即可求出 ，本實驗除了測波長，還可以讓學(xué)生用其觀察白光的干涉條紋（不加濾光片，直接觀察燈絲發(fā)出的光），在屏上可看到彩色條紋

　�。�3）薄膜干涉可采用隨堂實驗．用生物實驗用的蓋玻片、酒精燈、食鹽．將少許食鹽撒在酒精燈的燈芯上點燃，然后將蓋玻片置于火焰后方，用眼睛從前面著蓋玻片即可看到明、暗相間的條紋

　　（4）用激光演示儀加牛頓圈配件可以在屏上得到牛頓環(huán)

 

教學(xué)設(shè)計示例

（－）引入新課
　　通過機械波的干涉和衍射現(xiàn)象產(chǎn)生的條件和現(xiàn)象引入光的干涉和衍射

（二）教學(xué)過程（需要重點強調(diào)的主要知識點）
　　1、實現(xiàn)新舊知識遷移是掌握雙縫干涉的關(guān)鍵
　　干涉和衍射是波的特有現(xiàn)象，確定某種物理過程是不是波動，就看它有沒有干涉現(xiàn)象和衍射現(xiàn)象產(chǎn)生，只有觀察到光的干涉現(xiàn)象和衍射現(xiàn)象，才能確認光具有波動性在學(xué)習(xí)雙縫干涉前，應(yīng)回顧下列有關(guān)機械波的知識：
　　A、兩列波彼此相遇后，仍像相遇以前一樣，各自保持原有的波形，繼續(xù)向前傳播；
　　B、在兩列波重疊的區(qū)域里，任何一個質(zhì)點的總位移都等于兩列波分別引起的位移矢量和；
　　C、頻率相同的兩列波疊加，使某些區(qū)域的振動加強，某些區(qū)域的振動減弱，并且振動加強和振動減弱的區(qū)域互相間隔，這種現(xiàn)象叫波的干涉；
　　D、要得到穩(wěn)定的干涉圖樣，兩個波源必須是相干波源

　　2、掌握了上述波的共同性后，再分析光的特殊性．
　　由于物質(zhì)發(fā)光的特殊性，任何兩個獨立的光源發(fā)出的光相疊加均不能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象怎樣才能得到相干光源呢？雙縫干涉就是成功的一例．在雙縫干涉實驗中，光從單縫射到雙縫上，形成了兩個振動情況總是相同的相干光源，它們在光屏上疊加就出現(xiàn)干涉圖樣．
　　上述思維過程，不僅能順利地掌握雙縫干涉，同時為研究薄膜干涉打好了基礎(chǔ)
　　（1）雙縫干涉
　　兩個獨立的光源發(fā)出的光不是相干光，雙縫干涉的裝置使一束光通過雙縫后變?yōu)閮墒�相干光，在光屏上相通形成穩(wěn)定的干涉條紋．
在雙縫干涉實驗中，光屏上某點到雙縫的路程差為半波長的偶數(shù)倍時，該點出現(xiàn)亮條紋；光屏上某點到雙縫的路程差為半波長的奇數(shù)倍時，該點出現(xiàn)暗條紋．
　　A、對干涉圖樣的研究可知：相鄰兩條明條紋（暗條紋）中心距離 與屏到雙縫的距離L成正比；與雙縫間距離d成反比；與照射光的波長成正比．
　　B、在實驗裝置不變的情況下化、d不變），由于紅光的波長大于紫光的波長，所以紅光產(chǎn)生的干涉條紋間距較大，紫光產(chǎn)生的干涉條紋間距較�。怀醪搅私馔ㄟ^雙縫干涉測波長的原理．
　　C、用白光進行干涉實驗，各種單色光在光屏中央均為明紋，中央亮紋是各色光復(fù)合而成，所以是白色的．各色光由于波長不同，在光屏上產(chǎn)生的其它各級亮紋的位置均不相同，所以其它各級亮紋是彩色的．
　�。�2）薄膜干涉
　　讓一束光經(jīng)薄膜的兩個表面反射后，形成的兩束反射光產(chǎn)生的干涉現(xiàn)象叫薄膜干涉．
　　A、在薄膜干涉中，前、后表面反射光的路程差由膜的厚度決定，所以薄膜干涉中同一明條紋（暗條紋）應(yīng)出現(xiàn)在膜的厚度相等的地方．由于光波波長極短，所以微薄膜干涉時，介質(zhì)膜應(yīng)足夠薄，才能觀察到干涉條紋．
　　B、用手緊壓兩塊玻璃板看到彩色條紋，陽光下的肥皂泡和水面飄浮油膜出現(xiàn)彩色等都是薄膜干涉．
　　C、薄膜于涉在技術(shù)上可以檢查鏡面和精密部件表面形狀；精密光學(xué)過鏡上的增透膜（當增透膜的厚度是入射光在膜中波長的1/4時，透鏡上透光損失的能量最小，增強了透鏡的透光能力．）

　　3、光的衍射
　　光離開直線路徑繞到障礙物幾何陰影里去的現(xiàn)象叫光的衍射．只有當小孔、單縫或小屏的尺寸小于波長或和波長差不多時，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象．
　　A、白光通過小孔或單縫時，屏上出現(xiàn)的衍射圖樣中央是白色亮紋，它各級亮紋是彩色的；用單色光進行單縫衍射時，屏上出現(xiàn)明暗相間的衍射條紋．
　　B、光的衍射現(xiàn)象中出現(xiàn)明暗相間的條紋，實際上是干涉的結(jié)果，說明光的干涉和衍射現(xiàn)象有密切關(guān)系．
　　C、干涉和衍射是波的基本特性，光的干涉和衍射現(xiàn)象征明了光是一種波．干涉和衍射現(xiàn)象產(chǎn)生的機理不同，產(chǎn)生的圖樣也有區(qū)別．干涉圖樣的中央亮紋和其它各級亮紋的寬度基本相等，而衍射圖樣各級亮紋的寬度各不相同，中央亮紋的寬度差不多是其它各級亮紋寬度的兩倍．
　　D、白光干涉、衍射現(xiàn)象中出現(xiàn)的彩色條紋與白光色散的彩色條紋產(chǎn)生的機理不同，前者由光的疊加產(chǎn)生的，后者由光的折射產(chǎn)生的．

 

探究活動

　　1、查閱資料：有關(guān)光的干涉的內(nèi)容

　　2、實驗：觀察薄膜干涉和牛頓環(huán)

　　3、了解等厚干涉和等傾干涉．

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