【教學(xué)目標(biāo)】
(一)知識(shí)與技能
1.通過實(shí)驗(yàn)觀察認(rèn)識(shí)光的干涉現(xiàn)象，知道從光的干涉現(xiàn)象說明光是一種波。
2.掌握光的雙縫干涉現(xiàn)象是如何產(chǎn)生的，何處出現(xiàn)亮條紋，何處出現(xiàn)暗條紋。
(二)過程與方法
1.通過楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，體會(huì)把一個(gè)點(diǎn)光源發(fā)出的一束光分成兩束，得到相干光源的設(shè)計(jì)思想。
2.通過根據(jù)波動(dòng)理論分析單色光雙縫干涉，培養(yǎng)學(xué)生比較推理，探究知識(shí)的能力。
(三)情感、態(tài)度與價(jià)值觀
通過對(duì)光的本性的初步認(rèn)識(shí)，建立辯證唯物主義的世界觀。
【教學(xué)重點(diǎn)】雙縫干涉圖象的形成實(shí)驗(yàn)及分析。
【教學(xué)難點(diǎn)】亮紋(或暗紋)位置的確定。
【教學(xué)方法】復(fù)習(xí)提問，實(shí)驗(yàn)探究，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)
【教學(xué)用具】JGQ型氦氖激光器一臺(tái)，雙縫干涉儀，多媒體電腦及投影裝置，多媒體課件(相關(guān)靜態(tài)圖片及Flash動(dòng)畫)
【教學(xué)過程】
(一)引入新課
復(fù)習(xí)機(jī)械波的干涉
[復(fù)習(xí)提問，誘導(dǎo)猜想]
[多媒體投影靜態(tài)圖片]
師：大家對(duì)這幅圖還有印象嗎?
生：有，波的干涉示意圖。
師：[投影問題]請大家回憶思考下面的問題：
圖中，S1、S2是兩個(gè)振動(dòng)情況總是相同的波源，實(shí)線表示波峰，虛線表示波谷，a、b、c、d、e中哪些點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng)?哪些點(diǎn)振動(dòng)減弱?
學(xué)生回答結(jié)果不出所料，大部分同學(xué)能答出a、c兩點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng)，d、e兩點(diǎn)振動(dòng)減弱，而對(duì)于b點(diǎn)則出現(xiàn)了爭議。一種認(rèn)為b點(diǎn)是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，另一種則認(rèn)為b點(diǎn)是由加強(qiáng)到減弱的過渡狀態(tài)。
師：b點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng)和減弱由什么來決定呢?只有弄清這一點(diǎn)才能解決兩派同學(xué)的爭端。
(有學(xué)生低語，路程差)
師：好!剛才這位同學(xué)說到了關(guān)鍵，那么就請你來分析一下b點(diǎn)與S1、S2兩點(diǎn)的路程差。
生：由圖可以看出OO是S1、S2連線的中垂線，所以b到S1、S2的路程差為零。
師：那么b點(diǎn)應(yīng)為振動(dòng)(學(xué)生一起回答)：加強(qiáng)點(diǎn)。
(教師總結(jié)機(jī)械波干涉的規(guī)律，突出強(qiáng)調(diào)兩列波的振動(dòng)情況總是完全相同。)
師：光的波動(dòng)理論認(rèn)為，光具有波動(dòng)性。那么如果兩列振動(dòng)情況總是相同的光疊加，也應(yīng)該出現(xiàn)振動(dòng)加強(qiáng)和振動(dòng)減弱的區(qū)域，并且出現(xiàn)振動(dòng)加強(qiáng)和振動(dòng)減弱的區(qū)域互相間隔的現(xiàn)象。那么這種干涉是一個(gè)什么圖樣呢?大家猜猜。
生：應(yīng)是明暗相間的圖樣。
師：猜想合理。那么有同學(xué)看到過這一現(xiàn)象嗎?
(學(xué)生一片沉默，表示沒有人看到過)
師：看來大家沒有見過。是什么原因呢?
[生1]可能是日常生活中找不到兩個(gè)振動(dòng)情況總相同的光源。
[生2]可能是我們看見了但不知道是光的干涉現(xiàn)象。
師：兩位同學(xué)分析得非常好，也許是沒有干涉的條件，也許是相逢未必曾相識(shí)。大家看他們倆誰分析得對(duì)呢?
生：我覺得生1說的不成立，這樣的光源很多，像我們教室里的日光燈，我覺得它們完全相同。
師：好。我們可以現(xiàn)場來試試。
(先打開一盞日光燈，再打開另一盞對(duì)稱位置的日光燈)
師：請大家認(rèn)真找一找，墻上、地上、天花板上，有沒有出現(xiàn)明暗相間的干涉現(xiàn)象?
(大家積極尋找，沒有發(fā)現(xiàn)，思維活躍，議論紛紛)
師：看來兩個(gè)看似相同的日光燈或白熾燈光源并不是振動(dòng)情況總相同的光源。
[投影圖]
師：1801年，英國物理學(xué)家托馬斯楊想出了一個(gè)巧妙的辦法，把一個(gè)點(diǎn)光源分成兩束，從而找到了兩個(gè)振動(dòng)情況總是相同的光源，成功地觀察到了干涉條紋，為光的波動(dòng)說提供了有力的證據(jù)，推動(dòng)了人們對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)。下面我們就來重做這一著名的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)。
(二)進(jìn)行新課
1.楊氏干涉實(shí)驗(yàn)
[動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，觀察描述]
介紹楊氏實(shí)驗(yàn)裝置(如圖)
師：用氦氖激光器演示雙縫干涉實(shí)驗(yàn)。
用激光器發(fā)出的紅色光(平行光)垂直照射雙縫，將干涉圖樣投影到教室的墻上，引導(dǎo)學(xué)生注意觀察現(xiàn)象。
現(xiàn)象：可以看到，墻壁上出現(xiàn)明暗相間的干涉條紋。
師：(介紹)狹縫S1和S2相距很近，雙縫的作用是將同一束光波分成兩束振動(dòng)情況總是相同的光束。這樣就得到了頻率相同的兩列光波，它們在屏上疊加，就會(huì)出現(xiàn)明暗相間的條紋。
結(jié)論：楊氏實(shí)驗(yàn)證明，光的確是一種波。
2.亮(暗)條紋的位置
[比較推理，探究分析]
師：通過實(shí)驗(yàn)，我們現(xiàn)在知道，光具有波動(dòng)性。現(xiàn)在我們是不是可以根據(jù)機(jī)械波的干涉理論來認(rèn)真探究一下實(shí)驗(yàn)中的明暗條紋是如何形成的呢?
[投影圖]
圖中，P0點(diǎn)距S1、S2距離相等，路程差=S1 P0-S2 P0=0應(yīng)出現(xiàn)亮紋，(中央明紋)
[演示動(dòng)畫]圖203中S1、S2發(fā)出的正弦波形在P點(diǎn)相遇疊加，P點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng)(如圖)
鑒于上述動(dòng)畫的表述角度和效果，教師在此基礎(chǔ)上再播放動(dòng)畫，如下圖所示振動(dòng)情況示意圖，使學(xué)生進(jìn)一步明確.不管波處于哪種初態(tài)，P0點(diǎn)的振動(dòng)總是波峰與波峰相遇或波谷與波谷相遇，振幅A總為A1、A2之和，即P點(diǎn)總是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，應(yīng)出現(xiàn)亮紋。
師：那么其他點(diǎn)情況如何呢?
[投影圖]
P1點(diǎn)應(yīng)出現(xiàn)什么樣的條紋?
生：亮紋。
師：為什么?
生：因?yàn)槁烦滩顬椋前氩ㄩL的2倍。
師：我們可以從圖上動(dòng)畫看一下，[演示下圖]
在這里大家看到，屏上P1點(diǎn)的上方還可以找到2=|S1P2-S2P2|=2的P2點(diǎn)，3=|S1P3-S2P3|=3的P3點(diǎn)，n=|S1Pn-S2Pn|=n的Pn點(diǎn)，它們對(duì)應(yīng)產(chǎn)生第2、3、4條明條紋，還有明條紋的地方嗎?
生：在P點(diǎn)下方，與P1、P2等關(guān)于P0對(duì)稱的點(diǎn)也應(yīng)是明條紋。
師：好。我們可以總結(jié)為：=2n ，n=0、1、2時(shí)，出現(xiàn)明紋。
[投影下圖]那么S1、S2發(fā)出的光在Q1點(diǎn)疊加又該如何呢?
[演示動(dòng)畫]我們先來看一下，動(dòng)畫顯示，在Q1點(diǎn)振動(dòng)減弱。
師：在Q1點(diǎn)是波峰與波峰相遇還是波峰與波谷相遇?兩振動(dòng)步調(diào)如何?
生：是波峰與波谷相遇，振動(dòng)步調(diào)剛好相反。
(教師啟發(fā)學(xué)生進(jìn)一步分析這點(diǎn)合振幅情況，以及Q1點(diǎn)與P0、P1的相對(duì)位置。)
師：哪位同學(xué)能總結(jié)一下Q1點(diǎn)的特征?
生：Q1點(diǎn)位置在P0、P1間，它與兩波源路程差|S1Q1-S2Q1|= 。該點(diǎn)出現(xiàn)暗紋。
師：非常好!大家看像Q1這樣的點(diǎn)還有嗎?
生：有。
(全體學(xué)生此時(shí)已能一起總結(jié)出Q2、Q3等的位置)
[教師總結(jié)]=|S1Q2-S2Q2|= ， 處，在P1P2、P2P3、等明紋之間有第2條暗紋Q2、第3條暗紋Q3
師：哪位同學(xué)能用上面的方法寫個(gè)通式，歸納一下?
生：當(dāng)=(2n+1) ，n=0、1、2時(shí)，出現(xiàn)暗紋。
[投影下圖]
師：綜合前面分析，我們可以畫出上面圖示的雙縫干涉結(jié)果。
同時(shí)介紹一下相干光源，強(qiáng)調(diào)干涉條件。引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材57頁上方的內(nèi)容，進(jìn)一步體會(huì)，楊氏實(shí)驗(yàn)中的雙縫的作用就是得到一對(duì)相干光源。
(三)課堂總結(jié)、點(diǎn)評(píng)
今天我們學(xué)習(xí)了光的干涉，知道光的確是一種波。我們還確定了雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，明暗條紋出現(xiàn)的位置：當(dāng)屏上某點(diǎn)到兩個(gè)狹縫的路程差=2n ，n=0、1、2時(shí)，出現(xiàn)明紋;當(dāng)=(2n+1) ，n=0、1、2時(shí)，出現(xiàn)暗紋。
兩列波要產(chǎn)生干涉，它們的頻率必須相同，且相位差恒定。能夠產(chǎn)生干涉的光源叫做相干光源。楊氏實(shí)驗(yàn)中，雙縫的作用就是得到一對(duì)相干光源。
(四)課余作業(yè)
完成P57問題與練習(xí)的題目。
附：課后訓(xùn)練
1.用波長為0.4m的光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，A點(diǎn)到狹縫S1、S2的路程差為1.810-6 m，則A點(diǎn)是出現(xiàn)明條紋還是暗條紋?
答案：暗條紋
2.關(guān)于楊氏實(shí)驗(yàn)，下列論述中正確的是 ( )
A.實(shí)驗(yàn)證明，光的確是一種波。
B.雙縫的作用是獲得兩個(gè)振動(dòng)情況總是相同的相干光源
C.在光屏上距離兩個(gè)小孔的路程差等于半波長的整數(shù)倍處出現(xiàn)暗條紋
D.在光屏上距離兩個(gè)小孔的路程差等于波長的整數(shù)倍處出現(xiàn)亮條紋
答案：AB
3.對(duì)于光波和聲波，正確的說法是
A.它們都能在真空中傳播 B.它們都能產(chǎn)生反射和折射
C.它們都能產(chǎn)生干涉 D.聲波能產(chǎn)生干涉而光波不能
答案：BC
4.兩個(gè)獨(dú)立的點(diǎn)光源S1和S2都發(fā)出同頻率的紅色光，照亮一個(gè)原是白色的光屏，則光屏上呈現(xiàn)的情況是 ( )
A.明暗相間的干涉條紋 B.一片紅光
C.仍是呈白色的 D.黑色
解析：兩個(gè)點(diǎn)光源發(fā)出的光雖然同頻率，但振動(dòng)情況并不總是完全相同，故不能產(chǎn)生干涉，屏上沒有干涉條紋，只有紅光。
答案：B
5.在真空中，黃光波長為610-7 m，紫光波長為410-7 m。現(xiàn)有一束頻率為51014 Hz的單色光，它在n=1.5的玻璃中的波長是多少?它在玻璃中是什么顏色?
解析：先根據(jù) 0=c/f0計(jì)算出單色光在真空中的波長 0，再根據(jù)光進(jìn)入另一介質(zhì)時(shí)頻率不變，由n= = ，求出光在玻璃中的波長 .
0=c/f0= m=610-7 m，可見該單色光是黃光。
又由n= 0/ 得 = 0/n= m=4107 m。由于光的顏色是由光的頻率決定的，而在玻璃中光的頻率未變化，故光的顏色依然是黃光。
答案：410-7 m 黃色
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