《光的干涉》教学设计

《光的干涉》教学设计

一、教学设计思路：

本节内容的教学属于现象教学，通过提问的方式，帮助学生回顾波的干涉的条件以及现象，然后让学生去观察光的干涉的现象，并从现象去分析本质。本节从回顾波的特有现象干涉入手，让学生猜想光是不是波，并设计实验来说明。介绍光的干涉现象，利用双缝干涉现象，介绍光的干涉的特征，然后将光的干涉与机械波的干涉进行类比，介绍光产生干涉的条件和光产生干涉明条纹与暗条纹的公式，并将此公式应用于双缝干涉，得出双缝干涉现象中相邻明（或暗）条纹之间的距离公式。

二、前期分析：

本节教学内容是《选修3-4》中第十三章第三节，内容主要涉及杨氏双缝干涉实验以及光干涉现象中条纹的特点以及形成的原因。教材中首先通过介绍杨氏干涉实验，分析实验装置的特点，明确光的干涉需满足的条件：相干光源。然后通过观察光干涉的实验现象是明暗相间的条纹，根据波的加强减弱现象，明暗相间条纹的原因是由于光叠加的结果。

本节课授课的对象是高二年级学生，在前几章中已经学习了波的干涉、衍射等有关内容。对于光到底是不是波这个问题，学生有一定的知识作为铺垫从而进行设想，若光是波，波具有干涉和衍射两大特征，则光也应该具备这两个特征，引出用干涉实验去验证。对于光的干涉明暗相间条纹的解释，在波的干涉中学生已经了解波的加强区域与减弱区域的形成原因，这为解释光干涉现象奠定基础。

基于以上的分析，我认为本节课的教学重点、难点如下：

教学重点：

1. 光的干涉条件；

2. 形成明暗条纹现象的原因分析；

3. 明暗条纹间距的影响因素；

教学难点：

明暗条纹间距的影响因素分析

三、教学目标

知识与技能

1.知道杨氏双缝干涉；

2.理解相干光源和产生干涉现象的条件；

3.了解双缝干涉条纹的特点；

4.了解明暗条纹的成因以及明暗条纹的条件；

5.知道明暗条纹直接的间距的影响因素；

过程与方法

1．通过对波的干涉知识点的回顾对光的本质进行猜想，并分析产生该现象的原因；

2．通过学生活动——自制双缝，加深学生对光的干涉现象的理解。

情感态度与价值观

经历分析问题，解决问题，并提炼、总结知识的过程，提高问题分析、总结能力。

四、教学准备

多媒体、PPT、教具（刀片、激光笔、交卷若干，自制3D全息投影装置）

五、教学过程

（一）情境引入

视频：3D全息投影演唱会

2010年3月9号晚间世嘉公司举办了一场名为“初音未来日的感谢祭”“初音之日”的初音未来全息投影演唱会。（初音未来是世界上第一个使用全息投影技术举办演唱会的虚拟偶像。）

全息技术：全息技术是利用干涉和衍射原理记录并再现物体真实的三维图像的记录和再现的技术。

教师：这节课我们来认识一下光的干涉。

【板书：光的干涉】

（二）知识回顾——波的干涉

教师：在上一章中我们接触过干涉现象，我们先来回顾“波的干涉”。

问题1：波发生干涉现象的条件是什么？

相干波源（频率相同，振动的相位差恒定）

问题2：两列相干波发生干涉时干涉图象有什么特点？

有加强、减弱区，加强区各点振幅始终加强，减弱区各点振幅始终减弱

问题3：加强区和减弱区有什么特点，加强区和减弱区与两个波源之间的距离存在什么关系？

加强区各点振幅始终加强，减弱区各点振幅始终减弱；加强点、减弱点各点还是维持做简谐振动。加强点分别到两波源之间的距离之差等于波长的整数倍，减弱点分别到两波源之间的距离之差等于半波长的奇数倍。

（三）物理学史——光的本质介绍

牛顿的微粒说：光是发光体所折射出的一群微小粒子，它们一个接着一个地迅速发射出来，以直线进行，人们感觉不到相继两个粒子的时间间隔。

对微粒说的支持：（1）光的直线传播；（2）光的反射现象

惠更斯的波动说：光线在一个名为发光以太的介质中以波的形式四射。

对波动说的支持：（1）光的干涉、衍射现象；（2）光的偏振

爱因斯坦的光子说：光是一个个光量子组成；

麦克斯韦的电磁学说：光是一种电磁波；

光的本质：光具有波粒二象性

（四）光的干涉

教师：现在我们知道光既具有波动性也具有粒子性，这节课我们来研究一下光的波动性。如何说明光具有波动性？

学生：光的干涉、光的衍射现象。

PPT播放——生活中的光的干涉，衍射现象

1.薄膜干涉

2.实验中的干涉条纹

3. 光的衍射条纹

教师：这节课我们来研究一下光的干涉。生活中我们有没观察到过光的干涉现象？

学生：较少观察到光的干涉现象。

教师：产生光的干涉现象需要什么条件？

学生：两个光源，并且两个光源具有频率相同，相位差恒定的特点。

教师：我们把这种频率相同，相位差恒定的光源成为相干光源。如何获取相干光源？

【板书：干涉条件：相干光源】

学生：……

（1）托马斯·杨双缝干涉实验

4. 杨氏干涉双缝实验装置图

教师：根据该实验装置图，请分析托马斯·杨是如何获取相干光的？

学生：……

教师：能否根据托马斯·杨的双缝干涉实验原理图去尝试做一个装置，并利用这个装置去观察干涉现象？

【学生活动】：双缝的制作与干涉条纹的观察

【小组交流展示】：双缝的制作结果，以及干涉现象的观测结果；发现问题：有双缝但是并没观察到干涉现象。

教师：可能哪个环节出现问题？

学生：………

教师展示：激光笔照射双缝干涉样板，发现明显的干涉现象。

通过自制仪器与实验室器材进行对比，发现由于双缝的条纹间距过大导致无法观测到实验现象。

教师：双缝距离对双缝干涉图象有什么影响呢？

教师展示：激光笔照射不同距离的双缝，学生观察实验现象

实验现象：距离越大，干涉条纹间距（亮纹与亮纹之间或者暗纹与暗纹之间）越小。

教师：条纹间距除了跟双缝之间的距离有关，可能还跟哪些因素有关呢？

（2）条纹间距的影响因素

观察实验现象，说一说干涉条纹图象的特点：

归纳：明暗相间的条纹，条纹之间的间距相同。

【板书：干涉条纹特点：明暗相间条纹】

教师：哪些地方出现明条纹，哪些地方出现暗条纹？

【学生小组讨论】……

归纳总结：当两个光源到屏上某点距离之差为波长的整数倍时，条纹为亮条纹；当两个光源到屏上某点的距离之差为半波长的奇数倍时，条纹为暗条纹；

教师：把两个光源到某点之间的距离之差成为光程差。干涉条纹为亮条纹的条件是光程差为波长的整数倍；干涉条纹为暗条纹的条件是光程差为半波长的奇数倍。

【板书：明暗条纹出现的条件：明纹：△x=nλ；暗纹：△x=（n+1/2）λ】

【学生小组讨论】干涉条纹间距除了与双缝之间的距离有关，可能还跟哪些因素有关？…………

【学生展示】利用实验装置，验证猜想。

结果：干涉条纹间距还与屏与双缝之间的距离有关，距离越大，干涉条纹间距越大；距离越小，干涉条纹间距越小；

教师：干涉条纹间距除了与双缝间距、光屏与双缝之间的距离有关，还与入射光的波长有关；教师展示：对比试验：绿光与红光照射双缝，保证两组实验中双缝间距、光屏与双缝之间的距离一致。