高中物理光的干涉和薄膜干涉人教版第三册

光的干涉、薄膜干涉

教学目的

1．知识目标：

(1)认识光的干涉现象及产生光干涉的条件．

(2)理解光的干涉条纹形成原因，认识干涉条纹的特征．

(3)了解双缝干涉条纹的特点．

(4)知道薄膜干涉是如何获得相干光源的，了解薄膜干涉产生的原因，知道薄膜干涉在技术上的应用．

2．能力目标：

通过观察、实验，培养学生对物理现象的观察、表达、分析及概括能力．

3．情感目标：

通过介绍光的波动性的发现过程，渗透科学家认识事物的科学态度和辩证唯物主义观点．

教具

透明发波水槽，投影仪，光的干涉演示仪，激光干涉演示仪，灯泡，多媒体，电脑动画课件，酒精灯，肥皂溶液，铁丝圈，食盐，火柴，空气尖劈，牛顿圈，照相机镜头．

教学过程

引入新课

【演示】通过投影仪演示水波的干涉现象，提问：

1．这是什么现象？

2．干涉图样中的“明”“暗”条纹是如何形成的？

3．是否任何两列波在传播空间相遇都会产生这样的现象？

引导学生在复习旧知识的基础上解释波的干涉现象是两列波在传播中相遇叠加而形成的，是波的特性，产生稳定干涉现象的条件是有相干波源——频率相等且振

动情况相同的两列波，干涉图样中的“明”“暗”条纹就是相干波源叠加形成的振动“加强区”和振动“减弱区”．

提问：

1．光有波动性吗？能否产生干涉现象？

2．怎样得到光的干涉图样？

【板书】第一节光的干涉

进行新课

引导学生思考：光若具有波动性，应会产生光的干涉现象，那么要得到稳定的干涉图样，必须具备什么前提条件呢？

由前面复习可知，必须要有相干光源及频率相同、振动情况相同的两列光波．如何得到相干光波呢？可由学生先讨论．

【演示】将两个通有同频率交流电的单丝灯泡作为两个光源，放在光屏前面，如图21－1所示，移动屏与灯泡之间的距离．

现象：屏幕上看不到明暗相间的现象．

【演示】把两支同样的蜡烛点燃作为两个相同光源也看不到光的干涉现象

提问：为什么不能看到干涉图样？是光没有波动性还是没有满足相干光源的条件？

引导学生讨论后得到：两个独立热光源的光波相遇得不到干涉现象，是由于光无波动性，还是实验设计有错误，没有满足相干条件？历史上很长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·杨改进实验设计，在历史上第一次得到了相干光源．

【板书】一、双缝干涉

介绍实验装置——杨氏双缝干涉仪．

说明双缝距离很近，约为0.1mm，强调双缝S1、S2与单缝S的距离相等，所以两单缝S1、S2处光的振动不仅频率相同，而且总是同相的．如图21－2．【演示】先用加有红色滤光片的双缝演示仪演示单色红光的干涉条纹．再用激

光干涉演示仪演示得到一个更大的干涉图样让学生观察．增大双缝与屏的距离，可以看到条纹宽度和间距都增大．

通过观察，让学生总结干涉图样的特点．

【板书】1．双缝干涉现象：

(1)明暗相间的条纹；

(2)相邻的亮条纹等距，相邻的暗条纹——中央亮纹．

提问：为什么会出现这种现象？怎样用波动理论解释干涉条纹的形成？

【板书】2．波动理论解释

【电脑演示】两列频率相同、振动方向相同或相反的波在一直线上叠加的情形，如图21－3．

引导学生分析：

(1)两列机械波传播经同一位置时此点的运动仍在它的平衡位置附近做往复振动，位移随时间而改变．

(2)两列波传播经同一位置时，若两列波同相，此点的振动振幅变大，说明此点的振动加强了；若反相，此点的振幅变小，说明此点的振动减弱了．【电脑演示】一列波由近及远传播时波峰、波谷在移动的示意图，如图21－4．【电脑演示】两列频率相同、同相波由近及远传播时波峰、波谷示意图，如图21－5．

【挂图展示】双缝干涉示意图样，如图21－6．

引导学生分析：

(1)示意图是两列波在某一时刻峰谷位置分布图．

(2)在两列波峰峰、谷谷相遇点均是加强点；而峰谷相遇点均是减弱点．

(3)S1、S2连线中垂线上的点：振动在峰——平衡位置——谷——平衡位置——峰之间往复振动，是加强点．均是峰峰相遇或谷谷相遇，S1、S2中垂线两侧相距λ/4的两个对称位置的点，即两波峰谷相遇点，是削弱点，所在连线是削弱区．在S1、S2中垂线两侧更远相距λ/2的两个对称位置的点又是加强区……

小结：通过以上分析可知：振动加强区与减弱区的分布是相互间隔的，而且位置是不变的．反映在屏幕上：同相光叠加，光能量较强——亮；反相光叠加，光能量较弱——暗．得到亮暗间隔的干涉条纹．

【板书】若同相叠加，振幅增大，振动加强，光能增加，出现亮条纹；反之，出现暗条纹．

引导学生总结屏幕上出现亮、暗条纹的条件．以图21－6说明．

(1)实线a0上各点，S1、S2发出的光波到达此线上某点的路程差δ＝0．

实线a2(a2′)上各点，S1、S2发出的光波到达此线上某点的路程差δ＝λ．实线a4(a4′)上各点，S1、S2发出的光波到达此线上某点的路程差δ＝2λ．……

(2)虚线a1(a1′)上各点，S1、S2发出的光波到达此线上某点的路程差δ＝λ/2．

虚线a3(a3′)上各点，S1、S2发出的光波到达此线上某点的路程差δ＝3λ/2．【板书】3．双缝干涉规律

回忆干涉实验现象，屏与双缝间距越大，条纹间距越大．从彩图2可以看出，用红光做实验时的间距比用蓝光时大，双缝间距离也与条纹间距有关，可见，条纹间距受哪些因素的影响？

引导学生回答：受光波波长λ，屏到双缝间距L，双缝间距离d的影响．(见图21－7)

定量推导：δ＝r2－r1

∵L＞＞d，L＞＞x，∴r2＋r1＝2L

∴r2－r1＝dx/L，即δ＝dx/L．

当δ＝k λ＝dx/L，k＝0，±1，±2，…，则x＝kLλ/d，出现亮条纹．

当δ＝(2k＋1)λ/2＝dx/L，k＝0，±1，±2，…，则x＝(2k＋1)Lλ/(2d)，出现暗条纹．

所以，相邻两条暗纹(或明纹)间的距离Δx＝Lλ/d．