第2节光的干涉.doc

用心爱心专心115号编辑

第十三章第2节光的干涉
【教学目标】
（一）知识与技能
1、知道光的干涉现象及由此说明光是一种波。知道杨氏双缝干涉实验设计的巧妙之处。
2、理解何处出现亮条纹，何处出现暗条纹，知道其它条件相同时，不同色光产生干涉条纹间距与波长的关系。
（二）过程与方法
通过观察、实验、并能将观察到的现象跟以前学过的机械波的干涉进行类比，进行自主学习，培养学生观察、表达、分析及概括能力。
情感态度与价值观
通过光干涉图样的观察，再次提高学生在学习中体会物理知识之美；另外通过渗透科学家认识事物的科学态度和巧妙思维方法，渗透辩证唯物主义观点。
【教学重点与难点】
重点是光的干涉现象、理解干涉条纹的成因，光的双缝干涉条纹间距的大小的决定式及其物理意义；
难点是光的干涉现象的成因及如何引导学生寻找获得相干光源的其他方法。
【教学过程】
（一）引入
1、什么是波的干涉？产生干涉的一个必要的条件是什么？
2、干涉现象是波特有的现象。光具有波动性吗？你如何用实验去验证？
生：若光是一种波，就必然会观察到光的干涉现象，观察光的干涉现象可以用屏幕，在屏幕上会得到明暗相间的条纹。因此精心设置实验，寻找光的干涉现象。
演示两个通有同频率交流电单丝灯泡(或蜡烛)作为两个光源，移动屏与它们之间的距离，屏幕上看不到明暗相间的现象。
设疑：为什么不能观察到干涉图样？是光没有波动性，还是没有满足相干的条件？
引导学生讨论得到：两个独立热光源的光波相遇得不到干涉现象，是实验设计有错误，没有满足相干条件。在物理学史上曾很长一段时间内人们一直认为光不是波，所以没有波动性，也不会产生干涉现象。直到19世纪，英国物理学家托马斯·扬改进实验设计，在历史上第一次得到了相干光源。
（二）新课教学
一、光的双缝干涉——扬氏干涉实验。
介绍英国物理学家托马斯·扬．如何认识光，如何获得相干光源——展示扬氏实验挂图鼓励学生在认识事物或遇到问题时，学习扬氏的科学态度，巧妙的思维方法．
1、介绍实验装置——双缝干涉仪．
说明双缝很近0.1mm，强调双缝S1、S2与单缝S的距离相等。
提问：为什么这样设计？（通过这个问题，让学生知道如何能获得相干光源）
两单缝S1、S2处光的振动不仅频率相同，而且振动情况（相位）总是完全相同．
（实验演示）
先用加滤色片后单色光红光进行演示，然后改用激光源做双缝干涉实验，可直接照射双缝，亮度大可得到更为清晰的明暗相同的图样．
展示双缝干涉图样，让学生注意观察图样，回答图样的特点：
2、光的双缝干涉图样
(1)明暗相间的条纹．
(2)相邻亮纹（或暗纹）间距都相等。
(3)两缝S1、S2中垂线与屏幕相交位置是亮条纹——中央亮纹．
提出问题：为什么会出现这样的图样？怎样用波动理论进行解释．
3．运用波动理论进行分析．
展示双缝干涉示意图样的彩色挂图．分析：
①说明示意图是两列波某一时刻峰谷位置分布图．
②说明两列波同频率、振动情况总是相同。在两列波峰峰、谷谷相遇位置均是加强点；而峰谷相遇位置均是削弱点．
小结：通过以上分析振动加强与削弱点的分布是相互间隔的而且是稳定的．结合干涉挂图反映在屏幕上：同相加强光能量较强——亮；反相减弱光能量较弱——暗．得到亮暗间隔的干涉图样．
在双缝干涉实验中，被光照射的两条狭缝S1和S2相当于两个相干的波源(图19－8)，两列相干的光波在狭缝右边的空间叠加．S1和S2到屏上P点的距离相同，所以两列波在这点同时出现波峰或波谷，P点的光波得到加强，在这里出现一个亮条纹．
在P点上方，例如P1，它距S2比距S1远一些，两列波的波峰或波谷不再同时到达P1．如果路程差d正好是半个波长，也就是说，时间差正好是半个周期，那么当一列波的波峰到达P1时，另一列波正好在这里出现波谷，两列波叠加的结果是互相削弱，于是在这里出现暗条纹．
对于更远一些的点，例如P2，来自两个狭缝的光波的路程差d更大．如果路程差正好等于波长λ，那么两列光波的波峰或波谷又是同时到达这点，它们又在这里互相加强，这里再次出现亮条纹．
小结：
(1)每当路程差等于λ/2、3λ/2、5λ/2……时，两列光波就得到削弱，屏幕上出现暗条纹．
(2)每当路程差等于0、λ、2λ、3λ……时，两列光波就得到加强，屏幕上出现亮条纹．
思考与讨论：在不改变双缝到屏的距离L的情况下，改变入射光或改变双缝距离d，得到的光的干涉图样如图，试猜想，条纹间距会哪些因素有关？
学生猜想。
4、干涉条纹间距与哪些因素有关．
理论推导：由于两缝间距d远小于缝到屏的距离L，所以能够认为三角形S1S2M是直角三角形。根据三角函数关系，有
r2-r1=dsinθ
另一方面θ很小，tanθ=sinθx=Ltanθ=Lsinθ
消去sinθ，有r2-r1=d
根据前面所学的