2012高中物理 13.3 光的干涉教案 新人教版選修3-4

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1、12.3光的干涉 一、 教材分析 本節(jié)是對(duì)干涉現(xiàn)象的初步認(rèn)識(shí),但是為下節(jié)雙縫干涉實(shí)驗(yàn)做了重要的理論鋪墊。 二、 教學(xué)目標(biāo) 1、知識(shí)目標(biāo) .通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察認(rèn)識(shí)光的干涉現(xiàn)象,知道從光的干涉現(xiàn)象說(shuō)明光是一種波. .掌握光的雙縫干涉現(xiàn)象是如何產(chǎn)生的,何處出現(xiàn)亮條紋,何處出現(xiàn)暗條紋. 掌握明條紋(或暗條紋)間距的計(jì)算公式及推導(dǎo)過(guò)程. .知道不同色光的頻率不同,掌握波長(zhǎng)、波速、頻率的關(guān)系. .通過(guò)實(shí)驗(yàn)初步認(rèn)識(shí)薄膜干涉現(xiàn)象,了解其應(yīng)用. 2、能力目標(biāo) .通過(guò)了解楊氏把一個(gè)點(diǎn)光源發(fā)出的一束光分成兩束,理解相干光源的設(shè)計(jì)思想. .通過(guò)根據(jù)波動(dòng)理論分析單色光雙縫干涉,培養(yǎng)學(xué)生比較推理,探

2、究知識(shí)的能力. .在認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上,加強(qiáng)抽象思維能力的培養(yǎng). 3、德育目標(biāo) 通過(guò)對(duì)光的本性的初步認(rèn)識(shí),建立辯證唯物主義的世界觀. 三、 教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn) 教學(xué)重點(diǎn):干涉圖象的形成實(shí)驗(yàn)及分析 教學(xué)難點(diǎn):1.亮紋(或暗紋)位置的確定.2.亮紋(或暗紋)間距公式的推導(dǎo) 四、學(xué)情分析(根據(jù)個(gè)人情況寫(xiě)) 五、教學(xué)方法 實(shí)驗(yàn)觀察、理論分析、學(xué)案導(dǎo)學(xué) 六、 課前準(zhǔn)備 楊氏實(shí)驗(yàn)裝置 七、課時(shí)安排:1課時(shí) 八、教學(xué)過(guò)程 (一)預(yù)習(xí)檢查、總結(jié)疑惑 檢查落實(shí)了學(xué)生的預(yù)習(xí)情況并了解了學(xué)生的疑惑,使教學(xué)具有了針對(duì)性。 (二)情景導(dǎo)入、展示目標(biāo)。 (三)合作探究、精講點(diǎn)撥。

3、 (1)雙縫干涉實(shí)驗(yàn) [動(dòng)手實(shí)驗(yàn),觀察描述] 介紹圖20—2楊氏實(shí)驗(yàn)裝置 (出于時(shí)間和觀察效果考慮,不在課堂上做這一實(shí)驗(yàn)) 介紹側(cè)重于單孔的作用,是獲得來(lái)自同一光源的一束光波,雙孔的作用是將同一束光波分成兩束“振動(dòng)情況總是相同的光束”.因?yàn)閮煽紫嗑?.08 mm左右,很近,且與單孔屏上的孔距離相等,所以單孔的光會(huì)同時(shí)到達(dá)這兩個(gè)孔,這兩個(gè)孔將同一列光一分為二,因而兩個(gè)小孔成了“兩個(gè)振動(dòng)情況完全相同的新波源,它們?cè)谄辽席B加,就會(huì)出現(xiàn)明暗相間的條紋”. (2)干涉條紋的成因 [比較推理,探究分析] [師]通過(guò)實(shí)驗(yàn),我們現(xiàn)在知道,光具有波動(dòng)性.現(xiàn)在我們是不是可以根據(jù)機(jī)械波的干涉理論來(lái)認(rèn)真

4、探究一下實(shí)驗(yàn)中的明暗條紋是如何形成的呢? 實(shí)驗(yàn)并總結(jié):Δr=2n·n=0、1、2…時(shí),出現(xiàn)明紋. Δr=(2n+1) ,n=0、1、2…時(shí),出現(xiàn)暗紋. 圖20—10 [師]綜合前面分析,我們可以畫(huà)出右面圖示的雙縫干涉結(jié)果. 同時(shí)介紹一下相干光源,強(qiáng)調(diào)干涉條件. [師]看來(lái)大家掌握得不錯(cuò),下面我們可以討論一些更復(fù)雜的問(wèn)題. (3)條紋間距與波長(zhǎng)的關(guān)系[深入觀察 量化分析] 指導(dǎo)學(xué)生分別用紅色、紫色濾色片遮住雙縫,觀察線狀白熾燈的干涉條紋(課本P101圖實(shí)—2),比較兩種色光干涉條紋寬度,與課本第1頁(yè)彩圖2對(duì)照,得出結(jié)論:紅光干涉條紋間距大于紫光干涉條紋間距.(注意其他條件

5、相同,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)) [師]我們知道,不同色光的波長(zhǎng)是不同的,那么干涉條紋間距的關(guān)系也就反映了不同色光的波長(zhǎng)關(guān)系,干涉條紋間距和波長(zhǎng)之間又有怎樣的關(guān)系呢?同學(xué)們發(fā)揮數(shù)學(xué)方面的聰明 才智,我們一起來(lái)尋找它們之間量的關(guān)系.(板書(shū)) [投影圖20—11及下列說(shuō)明] 圖20—11 設(shè)兩縫S1、S2間距離為d,它們所在平面到屏面的距離為l,且ld,O是S1S2的中垂線與屏的交點(diǎn),O到S1、S2距離相等. 推導(dǎo):(教師板演,學(xué)生表達(dá)) 由圖可知S1P=r1 [師]r1與x間關(guān)系如何? [生]r12=l2+(x-)2 [師]r2呢? [生]r22=l2+(x+)2

6、 [師]路程差|r1-r2|呢?(大部分學(xué)生沉默,因?yàn)閮筛街畈荒苓M(jìn)行深入運(yùn)算) [師]我們可不可以試試平方差? r22-r12=(r2-r1)(r2+r1)=2dx 由于l?d,且l?x,所以r1+r2≈2l,這樣就好辦了,r2-r1=Δr=x [師]請(qǐng)大家別忘了我們的任務(wù)是尋找Δx與λ的關(guān)系.Δr與波長(zhǎng)有聯(lián)系嗎? [生]有. [師]好,當(dāng)Δr=2n·n=0、1、2…時(shí),出現(xiàn)亮紋. 即·x=2n·時(shí)出現(xiàn)亮紋,或?qū)懗蓌= 第n條和第(n-1)條亮紋間距離Δx為多少呢? [生]Δx=xn-xn-1 =[n-(n-1)] [師]也就是Δx=·λ 我們成功了!大家能用語(yǔ)言

7、表述一下條紋間距與波長(zhǎng)的關(guān)系嗎? [生]成正比. [師]對(duì),不過(guò)大家別忘了這里l、d要一定.暗紋間距大家說(shuō)怎么算? [生]一樣. [師]結(jié)果如何? [生]一樣. [師]根據(jù)前面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及推導(dǎo)大家能判斷紅光和紫光哪一個(gè)波長(zhǎng)長(zhǎng)嗎? [生]能.紅光. [師]大家能猜一猜用白光干涉會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象嗎? [生](默然) [師]好,不清楚,我們不妨實(shí)驗(yàn)一下. 引導(dǎo)學(xué)生觀察白光干涉(抽去濾色片,直接觀察) [師]哪位同學(xué)能為大家歸納一下觀察到的現(xiàn)象. [生] (1)彩色條紋(師提示明暗相間) (2)中央為白條紋 (3)中央條紋兩側(cè)彩色條紋對(duì)稱排列 (4)每條彩紋中紅光總在外邊

8、緣,紫光在內(nèi)緣. [師]歸納得很全面,大家能解釋嗎? (學(xué)生積極討論,氣氛熱烈,從討論中基本能掌握了原因) [生]不同色光波長(zhǎng)不同,條紋寬度不同,紅光條紋最寬;紫光條紋最窄,所以出現(xiàn)上面現(xiàn)象. [師]解釋得好.大家還記得機(jī)械波波長(zhǎng)、波速、頻率三者之間的關(guān)系嗎? [生]記得.v=λf. [師]對(duì),光波也有這樣的關(guān)系,不過(guò)各種色光在真空中的波速是相同的,我們用c表示,那么有: [板書(shū)]c=λf [師]請(qǐng)大家比較一下七種色光的頻率關(guān)系. [生]紅光頻率最小,紫光頻率最大. [師]對(duì),大家看P27的表. (教師介紹波長(zhǎng),頻率范圍,強(qiáng)調(diào)單位,引導(dǎo)學(xué)生閱讀討論表右側(cè)的紅字) (四)

9、薄膜干涉[拓展應(yīng)用提高能力] [師]大家通過(guò)前面的學(xué)習(xí),現(xiàn)在我們來(lái)探究另一個(gè)問(wèn)題,是不是只有兩個(gè)雙縫射出的相干光才能發(fā)生干涉呢? [生]不一定,關(guān)鍵要看路程差. [師]好,我們?cè)賮?lái)看一個(gè)干涉的實(shí)驗(yàn):薄膜干涉[板書(shū)] 教師演示:點(diǎn)燃酒精燈,在火焰中灑些氯化鈉,使火焰發(fā)生黃光.把圓環(huán)豎直地插入肥皂溶液中,慢慢向上提起形成薄膜,豎直放好,將大燒杯罩住圓環(huán),減小蒸發(fā),以延長(zhǎng)演示時(shí)間,便于全體觀察.將酒精燈移到膜前,調(diào)整好位置,在酒精燈同側(cè)觀察到肥皂膜上呈現(xiàn)明暗相間的干涉條紋. [師]怎樣解釋這一現(xiàn)象呢?請(qǐng)大家思考下面幾個(gè)問(wèn)題: [投影圖20—12及以下問(wèn)題] 圖20—12 ①肥皂膜

10、有幾個(gè)面可以反射燈焰的光? ②這些面反射回來(lái)的光有沒(méi)有路程差,如有,它們有什么特點(diǎn)? ③這些反射光是不是相干光? [生1]膜前后兩表面均可反射光. [生2]因?yàn)榉试砟ず穸炔煌圆煌恢锰幍姆瓷涔饴烦滩畈煌?,有的地方可能是半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍,有的地方可能是半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍. [生3]兩表面的反射光線來(lái)源于同一光線,振動(dòng)情況一定相同,是相干光. [師]三位同學(xué)回答得非常好,大家能弄清薄膜干涉的原因嗎? [生]能. [師]好,請(qǐng)大家把自己的想法與課本P27最后一段的分析比較一下. (學(xué)生閱讀、理解.教師準(zhǔn)備演示牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)) [師]大家分析得很好,我再加一個(gè)實(shí)驗(yàn),獎(jiǎng)勵(lì)

11、大家. (演示牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn),直接投影在白色墻上,墻上出現(xiàn)了牛頓環(huán)反射光干涉形成的一組明暗相間的同心圓,將屏移到環(huán)的另一側(cè),這里可將裝置調(diào)整,同樣可以觀察到與反射干涉條紋互補(bǔ)的一組同心明暗相間的圓環(huán)) [師]感興趣的同學(xué)課后抽時(shí)間自己來(lái)實(shí)驗(yàn),深入研究它,同學(xué)們也能給我找點(diǎn)例子嗎? (學(xué)生討論,思考) [生]水面上的油膜好像也能反射光線,形成明暗相間的條紋. [師]好,同學(xué)們課后去認(rèn)真觀察一下,看來(lái)干涉現(xiàn)象在我們生活中是見(jiàn)過(guò)的,我們真是“視而不見(jiàn)”,“相逢未必曾相識(shí)”,生活中有許多現(xiàn)象,看似很普通尋常,卻常常蘊(yùn)含著很深的科學(xué)道理,同學(xué)們要多觀察、多思考、多探究. [師]課本P28給大家介紹了一個(gè)干涉現(xiàn)象在技術(shù)上的應(yīng)用實(shí)例,我們一起來(lái)看看. [投影圖20—13引導(dǎo)學(xué)生分析] 課堂鞏固訓(xùn)練:(見(jiàn)導(dǎo)學(xué)案) (四)反思總結(jié),當(dāng)堂檢測(cè)。 教師組織學(xué)生反思總結(jié)本節(jié)課的主要內(nèi)容,并進(jìn)行當(dāng)堂檢測(cè)。 設(shè)計(jì)意圖:引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)并對(duì)所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行簡(jiǎn)單的反饋糾正。(課堂實(shí)錄) (五)發(fā)導(dǎo)學(xué)案、布置預(yù)習(xí)。 九、板書(shū)設(shè)計(jì) 1.楊氏實(shí)驗(yàn)裝置介紹: 2.干涉條紋的成因: 3.條紋間距與波長(zhǎng)的關(guān)系: 4.薄膜干涉實(shí)驗(yàn): 十、教學(xué)反思(根據(jù)實(shí)際情況寫(xiě)) 7 用心 愛(ài)心 專(zhuān)心

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