人教版 (2019)选择性必修 第一册3 光的干涉优质课教学设计

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第一册3 光的干涉优质课教学设计，共13页。教案主要包含了光的双缝干涉，干涉条纹和光的波长之间的关系，薄膜干涉等内容，欢迎下载使用。

备课人
学科
物理
课题
4.3 光的干涉
教学内容分析
光的干涉是机械波干涉知识在光学领域的延伸，二者的本质都是波的叠加。通过这部分内容的教学可以使学生对干涉现象的物理过程有更具体的了解，进一步加深学生对光的波动性的认识。
本节从肥皂膜彩色条纹出发，引出光的干涉问题，再通过分析光的双缝干涉实验原理，来探究光的干涉条纹特征和产生条件。然后利用数学推导得到干涉条纹、相邻两个亮(暗)条纹中心间距与波长的关系，并对实验现象进行解释。最后利用光的干涉知识分析肥皂膜条纹的成因。光的双缝干涉条纹特征和产生条件是重点，相邻两个亮(暗)条纹中心间距与波长的关系的推导和对用肥皂膜做薄膜干涉实验时产生彩色条纹的原因的解释是难点。
学情分析
高二学生已有一定的物理学科方法，如观察实验，控制实验，假说方法，从现象归纳规律等，可以实现教材渗透的方法教育意图。学生大多在生活中没有光的干涉现象的体验，但通过高中物理学习，已有水波、声波等机械波干涉的经验与理论，高二学生已有一定的自主构建新知识框架的能力，可以从已感知的机械波干涉现象与规律延伸至待认定的光是波的推想。
教学目标
1.了解相干光源，知道光的干涉条件，知道杨氏干涉实验的设计原理。
2.通过光的双缝干涉实验，认识双缝干涉图样的特征。
3.知道光的路程差的概念，知道产生明暗条纹的条件和相邻两个亮(暗)条纹中心间距与波长的关系。
4.知道薄膜干涉的原理并能解释一些现象。
教学重难点
1.教学重点：光的干涉的概念及表达式、光的干涉的条件、光的干涉的应用；
2.教学难点：光的干涉的条件、光的干涉的应用。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
新课导入
展示图片：肥皂膜看起来常常是彩色的，雨后公路积水上面漂浮的油膜，也经常显现出彩色条纹。
提问：这些彩色条纹或图样是怎样形成的？
然后展示：两列频率相同的水波(相干波)相遇时,在某些区域振动加强,而在某些区域振动减弱;且振动加强的区域与振动减弱的区域相互间隔。这种现象叫波的干涉。
干涉现象是波动独有的特征，光是一种电磁波，那么光也应该能发生干涉现象。怎样才能观察光的干涉现象呢？
学生观察图片并在导学案上写下自己的答案。
学生思考并回答问题。
采用学生周边现象激发学生兴趣，同时建立波的知识的完整性。
新课教学
一、光的双缝干涉
（一）问题与思考
提问：光要发生干涉现象需要满足什么条件？
频率和振动情况一致----相干光源
提问：有没有什么方法可以获得相干光—频率相同的光呢？
在学生回答交流基础上展示：托马斯·杨
的设计
光的双缝干涉
演示实验：观察光的干涉现象播放视频，让学生观看。
实验现象分析： 一束单色光投射到一个有两条狭缝S1和S2的挡板上，狭缝S1和S2相距很近。狭缝就成了两个波源，它们的频率、相位和振动方向总是相同的，这两个光源发出的光在挡板后面的空间互相叠加。振动加强的地方出现亮条纹，振动减弱的地方出现暗条纹。
什么时候出现亮条纹，什么时候又出现暗条纹呢？
实验现象解读——亮纹
在学生总结基础上逐一分析下图中的情况：
由于从S1S2发出的光是振动情况完全相同，又经过相同的路程到达P点，其中一条光传来的是波峰，另一条传来的也一定是波峰，其中一条光传来的是波谷，另一条传来的也一定是波谷，确信在P点激起的振动总是波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇，振幅A＝A1+A2为最大，P点总是振动加强的地方，故应出现亮纹，这一条亮纹叫中央亮纹。
取P点上方的点P1，从S1S2发出的光到P1点的光程差就不同，若这个光程差正好等于波长的整数倍，比如δ= S1－S2=λ，出现第一条亮纹。
屏上P1点的上方还可以找到δ= S1－S2＝4λ的P2点，δ= S1－S2＝5λ的P3点……等处的第四条、第五条……亮纹；在中央明纹P的下方可找到δ= S1－S2＝λ的P1/点，δ= S1－S2＝2λ的P2/点，δ= S1－S2＝3λ的P3/点等处与中央明纹为对称的第一、第二、第三…，第n条亮纹。
由此可以得出出现亮条纹的规律是什么？
亮纹规律：，n=0、1、2、3……
光程差是半波长的的偶数倍或波长的整数倍时出现亮条纹。
实验现象解读——暗纹
取P点上方的点Q1，与两个狭缝S1、S2路程差δ= S1－S2＝λ/2，其中一条光传来的是波峰，另一条传来的就是波谷，其中一条光传来的是波谷，另一条传来的一定是波峰，Q1点激起的振动总是波峰与波谷相遇，振幅最小，Q1点总是振动减弱的地方，故应出现暗纹。
屏上Q1点的上方还可以找到δ= S1－S2＝3λ/2的Q2点出现第二条暗纹。同样可以找到第三条暗纹Q3……，在中央明纹下方也可以找到对称的Q1/、Q2/、Q3/……等暗纹。
然后总结得到：
由此可以得出出现暗条纹的规律是什么？
暗纹：，n=0、1、2、3……
光程差是半波长的的奇数倍时出现暗条纹。
学生回答并交流：频率和振动情况一致
学生介绍自己的设计
学生观看视频并总结实验现象
学生尝试解答
学生根据老师展示的图片真意分析亮条纹的产生情况。
学生根据老师展示的图片真意分析亮条纹的产生情况。
凸显学生为主题教学思想，建立波的系统知识结构。
学生进行设计，然后介绍，完整体验物理设计，激发学生创新驱动力。
学而学会观察总结实验。
学会利用所学知识分析未知的知识。
二、干涉条纹和光的波长之间的关系
（一）亮（暗）纹间距的公式推导
如图所示，双缝间距为d，双缝到屏的距离为l。双缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P 。对屏上与P距离为x的一点 P1，两缝与P1的距离P1 S1＝r1， P1 S2＝r2。相邻两个明(或暗)条纹之间的距离为与波长有什么关系？
在线段P1 S2上作P1 M＝ P1 S1，则S2M＝r2－r1，
有：r2－r1＝dsin θ(令∠S2S1M＝θ)①
另：x＝ltan θ≈lsin θ ②
当两列波的路程差为波长的整数倍，即
时才会出现亮条纹，亮条纹位置为：
相邻两个明(或暗)条纹之间的距离为
相邻两个明(或暗)条纹之间的距离为
干涉条纹和光的波长之间的关系
双缝干涉亮（暗）纹间距的公式
，
1.相邻明（暗）纹间的距离大小的影响因素：
（1）波长λ:波长越大，相邻的亮纹间距越大
（2）双缝之间的距离d:d越小，相邻的亮纹间距越大
（3）双缝与屏间的距离 l :L越大，相邻的亮纹间距越大
2、不同单色光干涉条纹宽度：
不同单色光干涉条纹宽度大小规律是怎样的？
（1）相同介质中，不同的光波长不同：λ红>λ橙>λ黄>λ绿>λ青>λ蓝>λ紫
（2）相同双缝干涉装置，不同的光条纹间距不同： Δx红>Δx橙>Δx黄>Δx绿>Δx青>Δx蓝>Δx紫
3.白光的干涉图样特点：
如果用白光做双缝干涉实验，会得到怎样的干涉条纹？为什么？
会得到中央条纹是白色两侧为彩色条纹的干涉条纹，而且同一级条纹内紫外红。因为白光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色组成的复色光，且从红光到紫光波长逐渐变短。各种色光都能形成明暗相间的条纹，都在中央条纹处形成亮条纹，从而复合成白色条纹。两侧条纹间距与各色光的波长成正比，条纹不能完全重合，这样便形成了彩色干涉条纹。
学生尝试解答
学生在老师提问下回答相邻明（暗）纹间的距离大小的影响因素
学生根据公式结合老师展示的各色光光的波长讨论条纹间距。
学生回答问题
以问题驱动引导学生深入思考。
学会用物理规律解答问题。
培养学生学会用物理知识界的问题。
三、薄膜干涉
观察与思考
观察实验：在酒精灯的灯芯上撒一些食盐，灯焰就能发出明亮的黄光。把铁丝圈在肥皂水中蘸一下，让它挂上一层薄薄的液膜。把这层液膜当作一个平面镜，用它观察灯焰的像。这个像与直接看到的灯焰有什么不同？请解析看到的现象。
现象：观察到灯焰的像出现了明暗相间的干涉条纹。
该条纹是怎样形成的？
该条纹是由液膜前后两个面反射的光相互叠加发生干涉形成的。
（二）薄膜干涉
薄膜干涉成因
由于重力的作用，肥皂薄膜将形成上薄下厚的楔形。光从薄膜的前后两个表面反射出来两个光波，这两列光波的频率相同，产生干涉。
（三）薄膜干涉的应用
1.检查表面的平整程度
如果被检表面是平的，产生的干涉条纹就是平行的,如图（b）所示；如果观察到的干涉条纹如图（c）所示，则表示被检测表面微有凸起或凹下，这些凸起或凹下的地方的干涉条纹就弯曲。从弯曲的程度就可以了解被测表面的平整情况。这种测量精度可达10-6cm。
2.增透膜
因为人眼对绿光最敏感，所以一般增强绿光的透射，即薄膜的厚度是绿光在薄膜中波长的1/4。由于其它色光不能被有效透射，故反射较强，这样的镜头呈淡紫色。
在透镜或棱镜的表面上涂上一层薄膜(一般用氟化镁)。当薄膜的厚度适当时，在薄膜的两个表面上反射路程差恰好等于半个波长，因而互相抵消，这就大大减小光的反射损失，增强了透射光的强度，这种薄膜叫增透膜。
3.牛顿环
将一块半径很大的平凸透镜与一块平板玻璃叠放在一起，二者之间便形成类似劈尖形的空气层。用单色平行光垂直照射，在空气层上表面两束反射光干涉，产生的干涉条纹称牛顿环。
观察实验并总结实验现象原因。
尝试用所学知识解答薄膜干涉形成的原因。
学生根据自己所知尝试结得薄膜干涉在生活中的应用，并与其他同学分享。
利用实验激发学生兴趣，然后让学生解释实验，逐步培养学生用所学知识解决实验现象。
学以致用，学会用所学知识解决实际问题。
课堂总结
板书设计
第3节 光的干涉
作业设计
作业分为两块，一是课堂练习，旨在对本堂课学习中动量的概念和实验思路进行检测，一是分层练习，分层次的训练学生对知识的掌握情况。
教学反思与评价
首先，我认为我在课程设计上做得比较好。我采用了实验演示和理论讲解相结合的方式，让学生更加直观地理解光的干涉现象。同时，我也引入了一些生活中的实例，让学生更好地理解干涉现象的应用。这种教学方法不仅提高了学生的学习兴趣，也加深了他们对知识的理解。
然而，在教学过程中，我也遇到了一些困难和问题。首先，我发现部分学生在理解干涉现象的原理时存在一定的困难。这可能是因为我在讲解时没有足够详细地解释清楚，或者是因为学生对于基础知识掌握不够扎实。针对这个问题，我需要在今后的教学中更加注重基础知识的讲解，并尽可能地用简单易懂的语言解释概念。
另外，我在实验操作中遇到了设备故障的问题。由于实验设备的老化，导致了一些实验结果的不准确。这提醒我在今后的教学中需要提前做好实验设备的检查和维护工作，以确保实验的顺利进行。
总的来说，这次教学让我收获颇丰。通过反思和总结，我认识到了自己在教学中存在的问题和不足之处。在未来的教学中，我将更加注重教学方法的改进和实验设备的维护，以提高教学质量和学生的学习效果。同时，我也会加强与学生的沟通和交流，了解他们的学习情况和需求，从而更好地指导他们学习光的干涉这一重要的物理概念。