1、1 / 10 光的干涉光的干涉 【教学目标】【教学目标】 1通过实验观察认识光的干涉现象，知道从光的干涉现象说明光是一种波。 2掌握光的双缝干涉现象是如何产生的，何处出现亮条纹，何处出现暗条纹。 3通过杨氏双缝干涉实验，体会把一个点光源发出的一束光分成两束，得到相干 光源的设计思想。 4通过根据波动理论分析单色光双缝干涉，培养学生比较推理，探究知识的能力。 5通过对光的本性的初步认识，建立辩证唯物主义的世界观。 【教学重点】【教学重点】 双缝干涉图象的形成实验及分析。 【教学难点】【教学难点】 亮纹（或暗纹）位置的确定。 【教学过程】【教学过程】 一、复习提问、新课导入一、复习提问、新课导入
2、1展示肥皂泡上的彩色条纹 提问：这是什么原因形成的呢？ 2 / 10 2复习机械波的干涉 师：大家对这幅图还有印象吗？ 生：有，波的干涉。 师：请大家回忆思考下面的问题： 1干涉必要条件： 两列波的频率相同。 2干涉现象： 有的地方振动加强，有的地方振动减弱；且振动加强的地方与振动减弱的地方相间 隔出现。 3振动加强点的位置： PS1 PS2? t?（n ? 0，1，2，3，） 4振动减弱点的位置： PS1 PS2? （2t? 1） ? 2 （n ? 0，1，2，3，） 一切波都能发生干涉和衍射现象。干涉和衍射是波特有的现象。 提问：我们知道光是一种电磁波，那么光能否发生干涉现象呢？ 师： 光
3、的波动理论认为， 光具有波动性。 那么如果两列振动情况总是相同的光叠加， 也应该出现振动加强和振动减弱的区域， 并且出现振动加强和振动减弱的区域互相间隔 的现象。那么这种干涉是一个什么图样呢？大家猜猜。 生：应是明暗相间的图样。 3 / 10 师：猜想合理。那么有同学看到过这一现象吗？ （学生一片沉默，表示没有人看到过） 师：看来大家没有见过。是什么原因呢？ 生 1可能是日常生活中找不到两个振动情况总相同的光源。 生 2可能是我们看见了但不知道是光的干涉现象。 师：两位同学分析得非常好，也许是没有干涉的条件，也许是相逢未必曾相识。大 家看他们俩谁分析得对呢？ 生：我觉得生 1 说的不成立，这样
4、的光源很多，像我们教室里的日光灯，我觉得它 们完全相同。 师：好。我们可以现场来试试。 （先打开一盏日光灯，再打开另一盏对称位置的日光灯） 师： 请大家认真找一找， 墙上、 地上、 天花板上， 有没有出现明暗相间的干涉现象？ （大家积极寻找，没有发现，思维活跃，议论纷纷） 师：看来两个看似相同的日光灯或白炽灯光源并不是“振动情况总相同的光源” 。 师：1801 年，英国物理学家托马斯杨想出了一个巧妙的办法，把一个点光源分成 两束，从而找到了“两个振动情况总是相同的光源” ，成功地观察到了干涉条纹，为光 的波动说提供了有力的证据，推动了人们对光的本性的认识。下面我们就来重做这一著 名的双缝干涉实
5、验。 二、新课教学二、新课教学 4 / 10 （一）光的双缝干涉 动手实验，观察描述 介绍杨氏实验装置 师：用激光光学演示仪演示双缝干涉实验。 用激光器发出的红色光（平行光）垂直照射双缝，将干涉图样投影到教室的墙上， 引导学生注意观察现象。 现象：可以看到，墙壁上出现明暗相间的干涉条纹。 师： （介绍）狭缝 S1和 S2相距很近，双缝的作用是将同一束光波分成两束“振动情 况总是相同的光束” 。这样就得到了频率相同的两列光波，它们在屏上叠加，就会出现 明暗相间的条纹。 结论：实验证明，光的确是一种波。 提问：为什么有的地方亮一些有些地方暗一些？ 猜想：振动加强的地方出现亮条纹，振动减弱的地方出现
6、暗条纹。 比较推理，探究分析 师：通过实验，我们现在知道，光具有波动性。现在我们是不是可以根据机械波的 干涉理论来认真探究一下实验中的明暗条纹是如何形成的呢？ 5 / 10 图中，P0点距 S1、S2距离相等，路程差=S1P0-S2P0=0 应出现亮纹，中央明纹。 图中，S1、S2发出的正弦波形在 P 点相遇叠加，P 点振动加强。 （如图） 鉴于上述动画的表述角度和效果，教师在此基础上再播放动画，如下图所示振动情 况示意图，使学生进一步明确。不管波处于哪种初态，P0点的振动总是波峰与波峰相遇 或波谷与波谷相遇，振幅 A 总为 A1、A2之和，即 P 点总是振动加强点，应出现亮纹。 师：那么其他
7、点情况如何呢？ 6 / 10 P1点应出现什么样的条纹？ 生：亮纹。 师：为什么？ 生：因为路程差为，是半波长的 2 倍。 师：我们可以从图上动画看一下， 演示下图 在这里大家看到，屏上 P1点的上方还可以找到2=|S1P2-S2P2|=2的 P2点， 3=|S1P3-S2P3|=3的 P3 点，n=|S1Pn-S2Pn|=n的 Pn点，它们对应产生第 2、3、4 条 明条纹，还有明条纹的地方吗？ 生：在 P 点下方，与 P1、P2等关于 P0对称的点也应是明条纹。 师：好。我们可以总结为：=2n? 2，n=0，1，2时，出现明纹。 投影下图那么 S1、S2发出的光在 Q1点叠加又该如何呢？
8、我们先来看一下，动画显示，在 Q1点振动减弱。 7 / 10 师：在 Q1点是波峰与波峰相遇还是波峰与波谷相遇？两振动步调如何？ 生：是波峰与波谷相遇，振动步调刚好相反 （教师启发学生进一步分析这点合振幅情况，以及 Q1点与 P0P1的相对位置。 ） 师：哪位同学能总结一下 Q1点的特征？ 生：Q1点位置在 P0P1间，它与两波源路程差|S1Q1-S2Q1|=? 2。该点出现暗纹。 师：非常好！大家看像 Q1这样的点还有吗？ 生：有 （全体学生此时已能一起总结出 Q2、Q3等的位置） 教师总结=|S1Q2-S2Q2|=3 2， ? 2处， 在 P1P2、 P2P3明纹之间有第 2 条暗纹 Q2
9、、 第 3 条暗纹 Q3 师：哪位同学能用上面的方法写个通式，归纳一下？ 师：综合前面分析，我们可以画出上面图示的双缝干涉结果。 同时介绍一下相干光源，强调干涉条件。 若? ? 2t ? 2 ? ?（n，k ? 0，1，2，） ，则?点的振动加强（明条纹） 若? ? （2t ? 1） ? 2 （n ? 0，1，2，） ，则?点的振动减弱（暗条纹） 8 / 10 （二）干涉条纹和光的波长之间的关系 思考与讨论：光的双缝干涉条纹特征，如条纹间距、宽度等，能反映出光的波长、 频率等信息吗？ 由于 ? ? ?，运用几何知识，得出? ? ?2? ?1? ?sin? 而 ? ? ?tan? ? ?tt?
10、得：? ? ? ? ? 而形成亮纹的条件：? ? ? 0，1，2 则亮纹到中心的距离：? ? ? ? ? ? 0，1，2 则相邻两个亮条纹间距为：? ? ? ? ? 动画演示不同波长的光的干涉图样： （三）薄膜干涉 回到上课开始提出的问题：肥皂泡上的彩色条纹是怎样形成的呢？ 教师演示肥皂膜薄膜干涉实验并讲解原理。 9 / 10 拓展：既然肥皂泡上的条纹是光的干涉引起的？实验中的光是纯色的，为什么我们 看到的肥皂泡上的光是彩色的呢？ 留给学生课下思考，教师不做解答。 薄膜干涉在技术上有很多应用。例如，可以在光学元件的表面镀一层特定厚度的薄 膜， 增加光的透射或者反射，还可以利用薄膜干涉的原理对镜
11、面或其他精密的光学平面 的平滑度进行检测。 【课堂练习】【课堂练习】 1用波长为 0.4m 的光做双缝干涉实验时，A 点到狭缝 S1、S2的路程差为 1.8 10 -6m，则 A 点是出现明条纹还是暗条纹？ 答案：暗条纹 2关于杨氏实验，下列论述中正确的是（） A实验证明，光的确是一种波 B双缝的作用是获得两个振动情况总是相同的相干光源 C在光屏上距离两个小孔的路程差等于半波长的整数倍处出现暗条纹 D在光屏上距离两个小孔的路程差等于波长的整数倍处出现亮条纹 答案：AB 3对于光波和声波，正确的说法是（） 10 / 10 A它们都能在真空中传播B它们都能产生反射和折射 C它们都能产生干涉D声波能
12、产生干涉而光波不能 答案：BC 4两个独立的点光源 S1和 S2都发出同频率的红色光，照亮一个原是白色的光屏， 则光屏上呈现的情况是（） A明暗相间的干涉条纹B一片红光 C仍是呈白色的D黑色 解析：两个点光源发出的光虽然同频率，但“振动情况”并不总是完全相同，故不 能产生干涉，屏上没有干涉条纹，只有红光。 答案：B 5 在真空中， 黄光波长为 610 -7m， 紫光波长为 410-7m。 现有一束频率为 51014Hz 的单色光，它在 n=1.5 的玻璃中的波长是多少？它在玻璃中是什么颜色？ 解析：先根据?0? ? ?0计算出单色光在真空中的波长?0，再根据光进入另一介质时频 率不变，由 t ? ? ? ? ?0 ? ，求出光在玻璃中的波长?。 ?0? ? ?0 ? 310? ?101醀 m=610 -7m，可见该单色光是黄光。 又由 t ? ?0 ? 得? ? ?0 t ?410 7m。由于光的颜色是由光的频率决定的，而在玻璃中光 的频率未变化，故光的颜色依然是黄光。 答案：410 -7m 黄色
