5. 波的干涉、衍射教案范文

第五章

光的波动性

一、光的干涉

教学目标

1．知道光的干涉现象，知道光的干涉现象证明光是一种波

2．知道光的双缝干涉现象是如何产生的，在何处出现明（暗）条纹

3．知道其它条件相同时，不同波长的光在双缝干涉的条纹间距不同，与波长成正比

4．知道薄膜干涉现象，知道薄膜干涉的物理原理，了解薄膜干涉的应用

5．通过学习，体会物理思想在物理研究过程中的重要性，体验物理学和物理现象的美感

重点难点

重点：光的双缝干涉和薄膜干涉的现象演示及理论理论说明

难点：光的双缝干涉和薄膜干涉的理论理论说明及应用原理

设计思想 光现象与人的生活息息相关。人类很早就开始了对光的观察研究，现在，光学已成为物理学的一个重要分支，并在实际中广泛应用。通过前两章的学习，学生们已经初步了解了机械波的一些规律，知道波具有干涉、衍射和偏振等特性。本节开始，学生将学习光的相关特性，从而使学生认识到光也是一种波。考虑到学生对光的波动性的感性认识很少，所以本章教学应特别注重以实验现象为基础展开，同时注重对实验现象的归纳和总结。

教学资源 激光光学演示仪、双缝、肥皂液、铁丝圈、投影、《光的干涉》多媒体课件等

教学设计

【课堂引入】

问题：光到底是什么？人类对这一问题已探索了2000多年！根据已学的知识，我们对此问题

有什么想法？（学生的答案往往会集中在“光波”即光是一种波上）

追问：如果光的确是一种波，那么我们可以从哪些现象上来证明呢？（干涉、衍射等波的特

性）

为了进一步探索光的本性，从本节课我们将一起来研究第五章光的波动性的第一节波的干涉。

【课堂学习】

学习活动一：人类对光的本性的认识过程

问题1：人类对光的本性的认识的认识中，具有代表性的有哪些？请同学们阅读课本P78相关

内容后回答（播放PPT罗列总结）

（1）人类认识事物的一般过程：

实验、事实→假说→实验、新事实→修正假说→……；

（2）人类对光的本性认识的主要过程：

A．牛顿的微粒说（17世纪）：光是的物质微粒（弹性小球），在均匀介质中以一

定的速度传播；

①

能解释：光的直线传播、光的反射、光的折射；

②

不能解释：光能同时发生反射和折射、光的独立传播；

B．惠更斯（荷兰，跟牛顿同一时代）：光是某种振动，以波的形式向周围传播； ①

能解释：光的反射和折射、光的独立传播；

扬中

②

不能解释：光的直线传播、光电效应；

C．托马斯•杨（英）、菲涅耳（法）：光的干涉和衍射现象，进一步证实了光的

波动性（复习波的相关知识）；

D．麦克斯韦预言电磁波的存在，并提出光是一种电磁波；但仍不能解释随后观

察到的光电效应现象；

E．爱因斯坦：光子说（光子有别于微粒）

现在人们公认：光具有波粒二象性

（通过列举物理史实，体会科学研究的历程和艰辛，并使学生对光的本性有一个初步且较完整的认识。同时也通过整夜与事实的碰撞，进一步激发学生继续探知的欲望。）

问题2：人们既然知道的波的特性，为什么一开始没有观察到光波的干涉现象呢？

平常不易观察到光的干涉现象的原因：

①

频率无法绝对一致；

②

振动的相位差不稳定；

（复习波的干涉条件，知道相干光的条件）

（通过引导学生自主分析，突出干涉的条件。并让学生体会到物理学的精妙。）

问题3：托马斯•杨又是如何解决光的相干性难题的？

（将同一列光波一分为二，再让它们相互叠加）

（过渡1：如何得到较为理想的一列光波？） （过渡2：杨氏双缝干涉实验中的单缝和双缝分别有什么作用？）

学习活动二：观察光的双缝干涉现象

问题1：你观察到双缝干涉现象是怎样的？（播放PPT）

（中央亮纹两边对称分布着明暗相间的等宽条纹，条纹跟狭缝平行）

问题2：猜想一下，当双缝间距d、双缝屏与光屏间距l、入射光的波长λ等变大时，双缝干涉的条纹将如何变化？并带着猜想进一步观察实验现象(让学生尽情讨论，提出各种认为可以解释相应猜想的理由) 猜想1：双缝间距d变大时，双缝干涉的条纹将变密，因为相应的光程差变小了；

猜想2：双缝屏与光屏间距l变大时，双缝干涉的条纹将变宽，感觉就象透镜成像时一样；

猜想3：入射光的波长λ等变大时，双缝干涉的条纹将变宽。

形成对双缝干涉现象的整体认识：

当双缝间距d变小、双缝屏与光屏间距l、入射光的波长λ等变大时，双缝干涉的条纹将宽。

学习活动三：认识双缝间距d、双缝屏与光屏间距l、入射光的波长λ等对双缝干涉的条纹影

响的理论关系（强调：推导过程只作了解，不要求掌握，但要求记住结论）

原理解释：先定义：d、l、r1、r2、s1、s2、x（强调

d、x很小）

①

中央亮纹的形成、各明条纹、暗条纹形成的条件复习；

②

对光屏上任一点P，距中点O为x，相应光程差δ= r1-r2；

方法一：r1l(xd2d2)

，

r2l2(x)2

，

2222r2r12dx

近似处理：l>>d、

l>>x



r1r2l

，

22

rr1d则：δ= r1-r2=2x

；

r2r1l方法二：r1 - r2 = d sinθ≈d tanθ≈d x / l

讨论：a．若k

，即xk22l

，k=0，1，2，……

时，

d则为亮纹（说明k=0，1，2，……的含义）；

b．若(2k1)

结论：①

相邻两亮（暗）条纹间的距离：x2

，即x(2k1)l

，k=0，1，2，……

时，则为暗纹；

d2l

（等间距、等宽）(见书P85) da．在λ一定时，各条纹等间距、等宽；

b．λ↑，Δx↑，即λ↑，条纹越粗（宽）；

红色条纹最宽，紫色条纹最窄；

②

可用ddXx测波长，实际采用测多算少的方式，即：

，

lln1式中ΔX为n条条纹间的总间隔（共n-1个间隔）；

学习活动四：薄膜干涉

问题1：观察薄膜干涉现象

①

利用吸管蘸一点肥皂液，吹出适当大小的肥皂泡，并观察相关现象；

②

利用小铁丝圈蘸取肥皂液以形成肥皂膜，进一步观察膜上的水平彩色条纹。

问题2：薄膜干涉现象形成的原因（作原理图说明，并思考为什么要是“薄膜”？）

由很薄的液膜的前后两个表面反射的光为相干光，相互叠加产生干涉现象。

问题3：薄膜干涉现象的应用举例

①

检查精密光学平面的平整度

a．明确相应的薄膜——空气膜

b．相应的干涉现象——平行、等间距条纹（等厚、等倾干涉）（书P80图）

c．学生参与讨论分析平面上存在极小凹陷或凸起的现象

②

增透膜（书P81“课外阅读”内容），适当说明

问题4：生活中常见的薄膜干涉现象（学生举例）

①

马路上积水的油膜呈现彩色图案

②

两片压紧的平板玻璃间呈现彩色条纹

③

各种颜色的玻璃幕墙等

【课堂小结】

问题1：日常生活中为何不易看到光的干涉现象？

问题2：双缝干涉实验的现象是怎样的？出现明条纹和暗条纹的条件是什么？

问题3：双缝干涉实验中干涉条纹的间距跟哪些因素有关？有怎样的关系？

问题4：薄膜干涉现象是如何形成的？有哪些典型的应用？

问题5：为什么照相机的镜头常呈淡紫色或蓝色？

【板书设计】

第一节 光的干涉

一、物理思想方法：一分为二

二、双缝干涉的现象

1．中央明条纹、平行、等间距

2．决定双缝干涉条纹间距的条件：

相邻两亮（暗）条纹间的距离：x三、薄膜干涉

1．现象及成因：膜的前后表面反射的光叠加干涉

2．典型应用：检查表面平整度、增透膜

【课堂反馈】

1．两个普通白炽灯发出的光相遇时，我们观察不到干涉条纹，这是因为(

) A．两个灯亮度不同

B．灯光的波长太短

C．电灯发出的光不稳定

D．两灯光的振动情况不同

2．用包括有红光、绿光、紫光三种色光的复合光做光的干涉实验，所产生的干涉条纹中，离中央亮纹最近的干涉条纹是(

) A．紫色条纹 B．绿色条纹 C．红色条纹 D．都一样近

3．在做杨氏干涉实验时，用普通的白光作光源，若在双缝处把一缝用红色玻璃挡住，另一缝用绿色玻璃挡住，则屏上会出现(

) A．红色光的干涉条纹

B．绿色光的干涉条纹

C．红绿相间的干涉条纹

D．无干涉条纹，但仍有亮光

4．如图示的是用单色光干涉法检查某块厚玻璃板b的上表面是否平整的装置，a为标准样板，检查中所观察到的干涉条纹是由下列哪两个表面反射的光线叠加而成的（

）

A．a的下表面和b的上表面

B．a的下表面和b的下表面

C．a的上表面和b的下表面

D．a的上表面和b的上表面

5．如图所示，用单色光照射透明标准板M来检查被检查体N的上表面的平直情况，观察到的现象如图所示条纹中的P和Q的情况，这说明（

）

A．N的上表面A处向上凸起

B．N的上表面B处向上凸起

C．N的上表面A处向下凹陷

D．N的上表面B处向下凹陷

6．市场上有种灯具俗称“冷光灯”，用它照射物品时能使被照物品处产生的热效应大大降低，从而广泛地应用于博物馆、商店等处。这种灯降低热效应的原因之一是在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面上镀了一层薄膜(例如氟化镁)，这种膜能消除不镀膜时玻璃表面反射回来的热效应最显著的红外线。以λ表示此红外线的波长，则所镀薄膜的厚度最小应为(

)

A．λ/8

B．λ/4

C．λ/2

D．λ

l

（等间距、等宽）

d

参考答案：

1、D

2、A

3、D

4、A

5、BC

6、B

【课后测评】

1．下面是四种与光有关的事实(

) ①用光导纤维传播信号

②用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度

③一束白光通过三棱镜形成彩色光带

④水面上的油膜呈现彩色

其中，与光的干涉有关的是

A．①④

B．②④

C．①③

D．②③

2．劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图1所示。将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜。当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图2所示。干涉条纹有如下特点：（1）任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；（2）任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定。现若在图1装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹（ ）

A．变疏

B．变密

C．不变

D．消失

3．把一个曲率半径很大的凸透镜的弯曲表面压在另一个玻璃平面上，让单色光从上方射入(图甲)，这时可以看到亮暗相间的同心圆(图乙)．这个现象是牛顿首先发现的，这些同心圆叫做牛顿环，为了使同一级圆环的半径变大(例如从中心数起的第二道圆环)，则应(

)

①将凸透镜的曲率半径变大

②将凸透镜的曲率半径变小

③改用波长更长的单色光照射

④改用波长更短的单色光照射

A．①③

B．①④ C．②③

D．②④

4．用单色光做双缝干涉实验,在距离双缝l处,得到稳定的干涉图样.若使光屏在其附近前后移动,以下说法正确的是 ( ) A．将屏向前移动,干涉图样变得模糊不清

B．将屏向后移动,干涉图样变得模糊不清

C．只要屏移动,干涉图样就变得模糊不清

D．不论屏向前移动,还是向后移动,屏上均有清晰的干涉图样

5．在杨氏双缝干涉实验装置中，双缝的作用是（ ）

A．遮住过于强烈的灯光

B．形成两个振动情况相同的光源

C．使白光变成单色光

D．使光发生折射

6．要使某透镜能对在空气中波长为0.52 μm的黄绿光增透，至少要在镜面上涂厚度为多大的增透膜?（假定做这种膜的材料的折射率为1.3）

7．用波长λ=0.51 μm的绿光做双缝干涉实验,测得相邻两条亮纹间的距离Δx=0.55 mm.若将整个装置放入折射率n=参考答案：

1、B

2、A

3、A

4、D

5、B

6、1.0×10m

7、0.41 mm

74的水中,那么相邻两条亮纹间的距离是多大? 3