黑龙江省哈尔滨市木兰高级中学高中物理 光的干涉02教案.doc

高中物理光的干涉02教案光究竟是什么？这个问题困绕了科学家们很长的时间。从光的直线传播、反射定律看光很象是一种弹性良好的粒子流（用惯性、动量守恒解释）。而且从光的折射方面考察它和粒子之间似乎也有某种共性（譬如网球往水中的折射也会满足一个入射角和折射角的正弦之比为恒量的规律）因此十七世纪人们提出光是实物粒子流（粒子足够小、弹性足够好）持这种观点的代表是牛顿。但是光在传播时也有一些用微粒说不能解释的现象如衍射、干涉、偏振等。这些都是波动的典型特征。于是十七世纪中叶就已经出现了光是一种波的学说坚持波动说的典型物理学家是（荷兰）惠更斯。一方面由于惠更斯的波动说确实存在缺陷（解释直进、在真空中传播有困难）另一方面由于牛顿在十七~十八世纪形成的泰斗地位——虽然没有足够的理由表明牛顿是微粒说的顽固坚持者（事实上牛顿本人就在1675年做了牛顿环的实验并提出了“波具有周期性”的观点）——但微粒说一度占据了上风。甚至在整个十八世纪波动说没有实质性地得到发展。到十九世纪人们对于光的本性研究的手段更先进了电磁场的理论也逐渐成熟。因此在60年代光的电磁波说被推了出来它的代表物理学家是麦克斯维。由于麦克斯维的电磁波说和惠更斯的以太（弹性）波学说有着本质的区别在解释各种光学现象时也非常成功因此人们一度认为它已经足够完美了。但是到十九世纪末人们发现了光电效应这使光的电磁波说遇到了空前的困难。在这种背景下光的能量子说（光子说）应运而生它的代表物理学家是爱因斯坦。爱因斯坦提出光子说并不意味着电磁波说倒退到牛顿的微粒说（因为量子和弹性微粒是两个本质不同的概念）。由于光子说主要是偏重于解释光的能量传递方面的特征实质上并没有否定光的电磁波学说（基于光的传播方向得出结论）。光究竟是什么？现在的权威性观点是：量子性和波动性都是光的属性之一只是在某些条件下某一个属性表现比较抢眼一些；光是波动和粒子运动的矛盾统一体这就是所谓的波粒二象性。而本章我们主要介绍光的波动属性以及相关的物理史实。第二十章光的波动性我们已经不止一次地听到光是一种电磁波的说法但要接受这个观点必须基于物理事实的总结。这是实现本章学习目的的基本手段。而且本章的实验大多数都是在我们现有的条件下能够做成的大家在课堂上要注意观察、思考必要的时候我们还要自己动手进行分组实验——重复一百年前伟人们的研究历程。本章可分为四个单元。第一单元：第1、2节讲光的干涉和衍射；第二单元：第3节讲光的电磁说电磁波谱；第三单元：第4节讲光的偏振进一步说明光是横波是电磁波；第四单元：第5节介绍激光。本章的知识点在高考考纲中都是A级。在历年的高考试题中有关本章的内容多以选择或填空题的形式出现。命题几率较高的是光的干涉、衍射其次是波长、波速和频率的关系有时还与几何光学中的知识结合起来进行考查。§20~1光的干涉【教学目的】1、认识光的干涉现象及光产生干涉的条件2、理解（杨氏）双缝干涉形成的原理以及条纹的特征3、知道实现光的干涉的途径并不是唯一的了解薄膜干涉形成的原理以及它在工程物理领域的应用【教学重点】光产生干涉的条件干涉条纹的特征【教学难点】（杨氏）双缝干涉形成的原理以及条纹的特征分析【教具】（杨氏）双缝干涉仪酒精灯食盐铁丝圈肥皂水【课时安排】2课时【教学过程】○、复习&引入复习提问1：波动只所以有别于粒子运动其重要特征是什么？☆学生：能够发生干涉、衍射。复习提问2：什么是机械波的干涉？发生波的干涉的条件是什么？☆学生：两列波在叠加后在空间形成稳定的振动加强和减弱的区域（而且它们彼此间隔）；两列波的频率相等。我们要确认光具有波动性就必须拿出光能够干涉或衍射的事实。而根据刚才的物理学史介绍在波动说已经提出的前提下整个十八世纪都没有得到发展。是不是观察光的干涉、衍射现象很不容易呢？答案是肯定的。一、双缝干涉为什么不容易这得从两个角度去认识：一是干涉的条件是否容易达成二是干涉现象形成后其强弱的分布状况是否方便人们去观察。在第一个方面就是一个难题。原来的一般的光源都含有多种颜色（即多种频率）的成分即便是找到了“完全相同”的光源但从发光的微观角度看由于发出的光波具有不连续性（就不能保证相位差恒定）要保证它们能够发生干涉也是很难的。光学上把能够发生干涉的光源叫做——1、相干光源：频率相等、相位差恒定的光源称为相干光源。为了确保这两个条件满足人们想过很多办法英国物理学家托马斯·杨是这样做的：将同一光源发出的光用一个只留两个孔（或两个缝）的挡板挡住那么从这两个空（或两个缝）中射出的光就是相干光源了。干涉现象形成后如何方便观察？这个问题复杂一些让我们将实验完成之后再做定量分析。2、双缝干涉演示：（杨氏）双缝干涉实验a、学生观察双缝；b、学生预测实验现象（教师配合草稿板图——机械波干涉分析——类比）；c、学生观察干涉条纹…过渡：为了解决干涉现象形成后是