第三節光的干涉一、教材分析

本節內容選自人教版高中《物理》選擇性必修１第四章第３節“光的干涉”。教材中首通過肥皂膜、油膜上的彩色條紋的形成原因設疑，引出光的干涉，接著通過實驗得出干涉圖樣，結合波的疊加原理分析得出明暗條紋間距的規律。隨后用數學方法得出干涉條紋與光的波長之間的關系，最后介紹薄膜干涉的原理及應用。在此前已學習過的“機械波”一章中，明確指出干涉、衍射是波獨有的特性，為通過類比機械波證明光具有波的特性提供了認知基礎；同時波的疊加原理是解釋干涉條紋的理論依據。課標要求：觀察光的干涉現象，了解這些現象產生的條件，知道其在生產生活中的應用。二、學情分析

在知識方面，學生已經學習過機械波干涉原理，能夠通過類比遷移的方式理解光的干涉；在技能方面，學生已經具備提出定研究猜想的能力，能在教師引導下制定實驗方案進行探究；在思維方面，學生能在教師引導下分析干涉現象的原理，做出合理猜想假設并進行實驗驗證。三、教學目標物理觀念：準確描述干涉條紋的特點，掌握光的干涉產生條件，理解光的干涉產生原因。

科學思維：通過問題串讓學生理解并掌握獲取相干光束的思想，明確具體問題，提出猜想，制定實驗方案；通過數學方法、幾何知識推導干涉條紋間距與波長之間的關系式，運用數學思維解決物理問題。科學探究：

讓學生在“問題—猜想—實驗探究—分析—解釋—結論”的過程中體驗探究過程，提升問題解決能力。科學態度與責任：養成尊重事實、不迷信盲從的科學態度，以及為現代社會做貢獻的使命感與責任感；通過了解光的干涉技術在生活和工程中的應用，讓知識落到實處，學以致用。

四、教學重難點教學重點：

觀察并總結光的干涉現象及條紋特點。教學難點：

掌握光的干涉產生條件及原理，探究波長與條紋間距的關系。五、教學過程環節一：閱讀材料中微粒說和波動說兩種學說，了解光的本性。17世紀時，科學界已經形成了兩種學說。一種是光的微粒說，認為光是從光源發出的一種物質粒子，在均勻介質中以一定的速度傳播，牛頓支持微粒說。另一種是光的波動說，是惠更斯首先提出的，認為光是在空間傳播的某種波。

到了19世紀初，人們在實驗中觀察到了光的干涉和衍射現象，這是波動的特征，不能用微粒說解釋，因而證明了波動說的正確性。

19世紀60年代，麥克斯韋預言了電磁波的存在，并認為光也是一種電磁波。1887年，赫茲在實驗中證實了這種假說……問題1：光的本性是什么？光的本性：光既具有粒子性又具有波動性。問題2：如何驗證光是一種波呢？

引導學生回顧波特有的現象干涉、衍射，形成概念：如果光是一種波，就應該具有波的特征。環節二：實驗驗證

學生活動1：閱讀中“楊氏雙縫干涉實驗”的內容，了解實驗的原理及結論。

學生活動2：仿照楊氏雙縫實驗，利用手頭的器材，進行了雙縫實驗的設計與探究。問題1

實驗光源用白光還是單色光？問題2如何獲得振動方向相同的光源？問題3如何獲得頻率相同的兩個光源？問題4

如何觀察實驗現象？問題5儀器安裝順序是什么？問題6

根據水波的干涉圖樣，猜想光的干涉可能出

現什么現象？學生在教師的指導下合作完成演示實驗。

觀察干涉條紋，總結光的干涉圖樣的特點為：明暗相間，條紋等距，中央為明紋。

問題：如果你處在17世紀，你將如何解釋光的干涉條紋特點這一偉大發現？在觀察到實驗現象后，教師引導學生從中央明條紋入手，結合波的疊加原理，分析明暗條紋形成的原因，最終集體討論得出光程差于波長之間的關系與明暗條紋的對應。

即當光程差是波長的整數倍時，振動加強，為明條紋；當光程差是半波長的奇數倍時，振動減弱，為暗條紋。猜想：干涉條紋的間距與哪些因素有關呢？學生展開猜想，提出影響條紋間距的因素可能包括：

①雙縫與屏間的距離；

②雙縫之間的距離；

③光的波長；

④光源與雙縫的距。理論分析，定性驗證

教師給出雙縫干涉原理圖，以光程差作為切入點，引導學生通過幾何關系和極限的思想，找出相鄰明暗條紋中心間距的關系。最終得到條紋間距基本公式。Δx=Lλ/d采用控制變量法進行定性研究。第一組的變量是縫寬第二組的變量是雙縫之間的距離第三組的變量是雙縫到光屏的距離第四組的變量是不同波長的光合理設計，實驗驗證環節三：認識薄膜干涉閱讀教材中薄膜干涉的相關內容，試著解釋肥皂泡彩色條紋形成的原因。問題：陽光下肥皂泡的彩色條紋如何形成的？問題？

肥皂膜看起來常常是彩色的，雨后公路積水上面漂浮的油膜，也經常顯現出彩色條紋。這些彩色條紋或圖樣是怎樣形成的？1、概念：讓一束光經薄膜的兩個表面反射后，形成的兩束反射光產生的干涉現象叫薄膜干涉。（1）現象：水平明暗相間條紋（2）原理：薄膜的前后表面反射光疊加而產生（3）規律：波程差等于波長整數倍亮條紋

波程差等于半波長的奇數倍暗條紋（4）產生干涉條紋的條件：薄膜厚度有變化幾種常見的薄膜干涉環節四、課堂反饋1、光的干涉現象對認識光的本性有什么意義？2、兩列光干涉時，光屏上的亮條紋和暗條紋到兩個光的距離與波長有什么關系？

聲的干涉也遵循類似的規律。設想在空曠的地方相隔一定位置有兩個振動完全一樣的聲源，發出的聲波波長是0.6m，觀察者A離兩聲源的距離分別是4.5m和5.4m，觀察者B離兩聲源的距離分別是4.3m和5.5m。這兩個觀察者聽到的聲音的大小有什么區別？3．在雙縫干涉實驗中，光屏上P點到雙縫S1、S2的距離之差r1＝0.75μm，光屏上Q點到雙縫S1、S2的距離之差為r2＝1.5μm.如果用頻率為f＝6.0×1014Hz的黃光照射雙縫，光在真空中的傳播速度c＝3×108m/s，則(

)A．P點出現亮條紋，Q點出現暗條紋B．Q點出現亮條紋，P點出現暗條紋C．兩點均出現暗條紋D．兩點均出現亮條紋3.答案B解析根據波長與波速的關系式λ＝，得黃光的波長λ＝0.5μm，則P點到雙縫S1和S2的距離之差r1是黃光波長的1.5倍，即半波長的奇數倍，P點出現暗條紋；而Q點到雙縫S1、S2的距離之差r2是黃光波長的3倍，即波長的整數倍，Q點出現亮條紋，所以選項B正確．4．利用薄膜干涉可檢查工件表面的平整度．如圖(a)所示，現使透明標準板M和待檢工件N間形成一楔形空氣薄層，并用單色光照射，可觀察到如圖(b)所示的干涉條紋，條紋的彎曲處P和Q分別對應A和B處，下列判斷中正確的是(

)A．N的上表面A處向上凸起B．N的上表面B處向下凹陷C．若減小薄片的厚度，則干涉條紋間距會減小D．條紋的c、d點對應處的薄膜厚度相同答案D1．教室內兩盞相同的普通白熾燈發出的光相遇時，我們觀察不到干涉條紋，這是因為(

)A．兩盞燈亮度不同B．燈光的波長太短C．兩燈光的振動頻率不同D．電燈發出的光不穩定環節五、課后鞏固答案

C2．下面有關光的干涉現象的描述中，正確的是(

)A．在光的雙縫干涉實驗中，將入射光由綠光改為紫光，則條紋間距變寬B．白光經肥皂膜前后表面反射后，反射光發生干涉形成彩色條紋C．在光的雙縫干涉實驗中，若縫S1射入的是綠光，S2射入的是紫光，則干涉條紋是彩色的D．光的干涉現象不能說明光是一種波答案B3．在光的雙縫干涉現象中，下列描述正確的是(

)A．用白光做光的干涉實驗時，偏離中央亮條紋最遠的是波長較長的紅光B．用白光做光的干涉實驗時，偏離中央亮條紋最遠的是波長較短的紫光C．相鄰兩亮條紋和相鄰兩暗條紋的間距是不等的D．在雙縫干涉現象中，把入射光由紅光換成紫光，相鄰兩個亮條紋間距將變寬答案A4.鐵絲圈上附有肥皂膜，豎直放置時，可以觀察到上疏下密的彩色條紋，下列說法正確的是(

)A．肥皂膜從形成到破裂，條紋的寬度和間距不會發生變化B．肥皂膜前后兩個面的側視形狀為上薄下厚的梯形C．肥皂膜上的條紋是前后表面反射光形成的干涉條紋D．將鐵絲圈右側的把柄向上轉動90°，條紋也會跟著轉動90°答案C5.煤礦中瓦斯爆炸危害極大．某同學查資料得知含有瓦斯的氣體的折射率大于干凈空氣的折射率，于是，他設計了一種利用光的干涉監測礦井瓦斯的儀器，原理如圖所示．在雙縫前面放置兩個完全相同的透明容器A、B，容器A與干凈的空氣相通，在容器B中通入礦井中的氣體，觀察屏上的干涉條紋，就能夠監測瓦斯濃度，以下說法正確的是(

)①如果屏的正中央仍是亮條紋，說明B中的氣體與A中的空氣成分相同，不含瓦斯②如果屏的正中央是暗條紋，說明B中的氣體與A中的空氣成分不相同，可能含有瓦斯③如果屏上干涉條紋不停地移動，說明B中的氣體瓦斯含量不穩定④只有用單色光照射單縫時，才可能在屏上出現干涉條紋A．①③B．②③C．②④D．①④答案B6．一實驗小組用某一單色光做雙縫干涉實驗時，在距離雙縫為1.0m處