光的干涉

教學(xué)目標(biāo) 

（一）知識目標(biāo)

1、知道光的干涉現(xiàn)象，了解相干條件，知道光的雙縫干涉現(xiàn)象是如何產(chǎn)生的以及產(chǎn)生明暗條紋間距與波長的關(guān)系；

2、知道薄膜干涉是如何產(chǎn)生的，了解薄膜干涉的現(xiàn)象及技術(shù)上的應(yīng)用。

（二）能力目標(biāo)

通過觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，與以前學(xué)過的機(jī)械波的干涉進(jìn)行類比，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)的能力以及對問題的分析、推理能力。

教學(xué)建議

光的干涉是本章的重點(diǎn)之一．講解前先引導(dǎo)學(xué)生回憶機(jī)械波的有關(guān)內(nèi)容．

在光的干涉的教學(xué)中，一個(gè)值得注意的問題是相干條件的講述（有關(guān)內(nèi)容可以參見擴(kuò)展資料）．相對于機(jī)械波--比較容易的獲得連續(xù)振動(dòng)的波源、滿足相干波的條件，兩個(gè)獨(dú)立光源發(fā)出的光，即使是"頻率相同的單色光"(實(shí)際上嚴(yán)格的單色光并不存在)，也不能保持恒定的相差．考慮到學(xué)生的知識基礎(chǔ)和接受水平，講解中可以不提出相干光的概念，只強(qiáng)調(diào)利用"單孔雙縫"使得一束光"成了兩個(gè)振動(dòng)情況總是相同的波源"，這同機(jī)械波中提到的振源的"振動(dòng)步調(diào)相同"的要求是一致的．

做好演示實(shí)驗(yàn)．讓學(xué)生通過觀察白光的雙縫干涉和單色光的雙縫干涉加深知識的理解．

雙縫干涉的教學(xué)雖不要求定量討論，但是在講條紋間距與波長的關(guān)系時(shí)，要讓學(xué)生知道公式中每一項(xiàng)的意義，配合彩圖讓學(xué)生將白光、單色光的干涉圖樣的特點(diǎn)記住．并要知道不同色光具有不同的頻率，光的頻率只由光源決定而與介質(zhì)無關(guān)．在狹縫間的距離和狹縫與屏間的距離不變的條件下，單色光產(chǎn)生的干涉條紋間距跟光的波長成正比，這個(gè)關(guān)系是應(yīng)該讓學(xué)生知道的．知道了這一點(diǎn)，學(xué)生才能理解不同色光具有不同的頻率和波長．

薄膜干涉的教學(xué)，可以結(jié)合實(shí)驗(yàn)、演示來進(jìn)行，只要求學(xué)生初步認(rèn)識這種現(xiàn)象，不必做進(jìn)一步的分析．除了肥皂膜的干涉外，兩片玻璃之間的空氣膜的干涉、浮在水面上的油膜的干涉，都可以讓學(xué)生觀察．如果有牛頓環(huán)的實(shí)驗(yàn)裝置，也可以讓學(xué)生觀察．

關(guān)于光的干涉在技術(shù)上的應(yīng)用，教材中舉了用干涉法檢查平面和增透膜的例子．對此只要求學(xué)生初步了解其原理，可不再補(bǔ)充．

關(guān)于演示實(shí)驗(yàn)的教學(xué)建議

（1）演示實(shí)驗(yàn)可以用激光光學(xué)演示儀、實(shí)驗(yàn)時(shí)使激光束的行進(jìn)方向正對學(xué)生的觀察方向，用毛玻璃屏接收干涉條紋．讓光屏到雙縫的距離保持一定（L不變），讓光束通過不同間距（d）的雙縫，可觀察到屏上的條紋間距不同，d大的條紋間距窄，保持d不變，使雙縫到屏的距離增大，則條紋間距變寬．

（2）學(xué)生實(shí)驗(yàn)用雙縫干涉儀測光的波長．實(shí)驗(yàn)時(shí)可以用燈絲為線狀的燈泡作光源，在雙縫前加一濾光片（紅、綠均可），讓雙縫對準(zhǔn)光源且雙縫平行于燈絲，這樣通過雙縫的為單色光．然后調(diào)節(jié)雙縫的卡腳，即可在筒內(nèi)帶有刻波的光屏上得到單色光的干涉條紋，再從觀察到的條紋中選若干條清晰的條紋，從屏上的刻度讀出他們的間距之和，求出相鄰兩條紋的間距： ，

由

可以求出

d在雙縫上已標(biāo)出，L從儀器上可得到， 為測量到的值，即可求出 ，本實(shí)驗(yàn)除了測波長，還可以讓學(xué)生用其觀察白光的干涉條紋（不加濾光片，直接觀察燈絲發(fā)出的光），在屏上可看到彩色條紋

（3）薄膜干涉可采用隨堂實(shí)驗(yàn)．用生物實(shí)驗(yàn)用的蓋玻片、酒精燈、食鹽．將少許食鹽撒在酒精燈的燈芯上點(diǎn)燃，然后將蓋玻片置于火焰后方，用眼睛從前面著蓋玻片即可看到明、暗相間的條紋

（4）用激光演示儀加牛頓圈配件可以在屏上得到牛頓環(huán)

教學(xué)設(shè)計(jì)示例

（－）引入新課

通過機(jī)械波的干涉和衍射現(xiàn)象產(chǎn)生的條件和現(xiàn)象引入光的干涉和衍射

（二）教學(xué)過程 （需要重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的主要知識點(diǎn)）

1、實(shí)現(xiàn)新舊知識遷移是掌握雙縫干涉的關(guān)鍵

干涉和衍射是波的特有現(xiàn)象，確定某種物理過程是不是波動(dòng)，就看它有沒有干涉現(xiàn)象和衍射現(xiàn)象產(chǎn)生，只有觀察到光的干涉現(xiàn)象和衍射現(xiàn)象，才能確認(rèn)光具有波動(dòng)性在學(xué)習(xí)雙縫干涉前，應(yīng)回顧下列有關(guān)機(jī)械波的知識：

A、兩列波彼此相遇后，仍像相遇以前一樣，各自保持原有的波形，繼續(xù)向前傳播；

B、在兩列波重疊的區(qū)域里，任何一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的總位移都等于兩列波分別引起的位移矢量和；

C、頻率相同的兩列波疊加，使某些區(qū)域的振動(dòng)加強(qiáng)，某些區(qū)域的振動(dòng)減弱，并且振動(dòng)加強(qiáng)和振動(dòng)減弱的區(qū)域互相間隔，這種現(xiàn)象叫波的干涉；

D、要得到穩(wěn)定的干涉圖樣，兩個(gè)波源必須是相干波源

2、掌握了上述波的共同性后，再分析光的特殊性．

由于物質(zhì)發(fā)光的特殊性，任何兩個(gè)獨(dú)立的光源發(fā)出的光相疊加均不能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象怎樣才能得到相干光源呢？雙縫干涉就是成功的一例．在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，光從單縫射到雙縫上，形成了兩個(gè)振動(dòng)情況總是相同的相干光源，它們在光屏上疊加就出現(xiàn)干涉圖樣．

上述思維過程，不僅能順利地掌握雙縫干涉，同時(shí)為研究薄膜干涉打好了基礎(chǔ)

（1）雙縫干涉

兩個(gè)獨(dú)立的光源發(fā)出的光不是相干光，雙縫干涉的裝置使一束光通過雙縫后變?yōu)閮墒�相干光，在光屏上相通形成穩(wěn)定的干涉條紋．

在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，光屏上某點(diǎn)到雙縫的路程差為半波長的偶數(shù)倍時(shí)，該點(diǎn)出現(xiàn)亮條紋；光屏上某點(diǎn)到雙縫的路程差為半波長的奇數(shù)倍時(shí)，該點(diǎn)出現(xiàn)暗條紋．

A、對干涉圖樣的研究可知：相鄰兩條明條紋（暗條紋）中心距離 與屏到雙縫的距離L成正比；與雙縫間距離d成反比；與照射光的波長成正比．

B、在實(shí)驗(yàn)裝置不變的情況下化、d不變），由于紅光的波長大于紫光的波長，所以紅光產(chǎn)生的干涉條紋間距較大，紫光產(chǎn)生的干涉條紋間距較��；初步了解通過雙縫干涉測波長的原理．

C、用白光進(jìn)行干涉實(shí)驗(yàn)，各種單色光在光屏中央均為明紋，中央亮紋是各色光復(fù)合而成，所以是白色的．各色光由于波長不同，在光屏上產(chǎn)生的其它各級亮紋的位置均不相同，所以其它各級亮紋是彩色的．

（2）薄膜干涉

讓一束光經(jīng)薄膜的兩個(gè)表面反射后，形成的兩束反射光產(chǎn)生的干涉現(xiàn)象叫薄膜干涉．

A、在薄膜干涉中，前、后表面反射光的路程差由膜的厚度決定，所以薄膜干涉中同一明條紋（暗條紋）應(yīng)出現(xiàn)在膜的厚度相等的地方．由于光波波長極短，所以微薄膜干涉時(shí)，介質(zhì)膜應(yīng)足夠薄，才能觀察到干涉條紋．

B、用手緊壓兩塊玻璃板看到彩色條紋，陽光下的肥皂泡和水面飄浮油膜出現(xiàn)彩色等都是薄膜干涉．

C、薄膜于涉在技術(shù)上可以檢查鏡面和精密部件表面形狀；精密光學(xué)過鏡上的增透膜（當(dāng)增透膜的厚度是入射光在膜中波長的1/4時(shí)，透鏡上透光損失的能量最小，增強(qiáng)了透鏡的透光能力．）

3、光的衍射

光離開直線路徑繞到障礙物幾何陰影里去的現(xiàn)象叫光的衍射．只有當(dāng)小孔、單縫或小屏的尺寸小于波長或和波長差不多時(shí)，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象．

A、白光通過小孔或單縫時(shí)，屏上出現(xiàn)的衍射圖樣中央是白色亮紋，它各級亮紋是彩色的；用單色光進(jìn)行單縫衍射時(shí)，屏上出現(xiàn)明暗相間的衍射條紋．

B、光的衍射現(xiàn)象中出現(xiàn)明暗相間的條紋，實(shí)際上是干涉的結(jié)果，說明光的干涉和衍射現(xiàn)象有密切關(guān)系．

C、干涉和衍射是波的基本特性，光的干涉和衍射現(xiàn)象征明了光是一種波．干涉和衍射現(xiàn)象產(chǎn)生的機(jī)理不同，產(chǎn)生的圖樣也有區(qū)別．干涉圖樣的中央亮紋和其它各級亮紋的寬度基本相等，而衍射圖樣各級亮紋的寬度各不相同，中央亮紋的寬度差不多是其它各級亮紋寬度的兩倍．

D、白光干涉、衍射現(xiàn)象中出現(xiàn)的彩色條紋與白光色散的彩色條紋產(chǎn)生的機(jī)理不同，前者由光的疊加產(chǎn)生的，后者由光的折射產(chǎn)生的．

探究活動(dòng)

1、查閱資料：有關(guān)光的干涉的內(nèi)容

2、實(shí)驗(yàn)：觀察薄膜干涉和牛頓環(huán)

3、了解等厚干涉和等傾干涉．

光的干涉

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