高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册3 光的干涉精品导学案

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【学习目标】
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。
【学习重难点】
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。
【知识回顾】
波的干涉
(1)定义
频率相同、相位差恒定、振动方向相同的两列波叠加时，某些区域的____________，某些区域的振____________的现象。
(2)稳定干涉条件
①两列波的频率必须____________。
②两个波源的相位差必须____________。
(3)一切波都能够发生干涉，干涉是波特有的现象。
【自主预习】
光的双缝干涉
1．杨氏双缝干涉实验
1801年，英国物理学家托马斯·杨成功地观察到了光的干涉现象，即____________实验，实验证明光是一种____________。
2．双缝干涉
(1)实验装置
(说明：屏在挡板右侧，没有画出)
(2)实验过程：让一束平行的____________光投射到一个有两条狭缝S1和S2的挡板上，两狭缝相距很近，两狭缝就成了两个波源，它们的频率、相位和振动方向总是____________的，两个光源发出的光在挡板后面的空间互相叠加发生____________。
(3)实验现象：在屏上得到____________的条纹。
(4)产生明暗条纹的条件
①当两个光源与屏上某点的距离之差等于波长λ的____________倍时，两列光波在这点相互加强，出现____________。
②当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长eq \f(λ,2)的____________倍时，两列光波在这点相互减弱，出现____________。
3．相邻两条亮条纹或暗条纹的中心间距
Δx＝____________。
薄膜干涉
1．定义：薄膜前后两个面的反射光相互叠加，发生的干涉。
2．形成原因
不同位置的液膜，____________不同，来自前后两个面的反射光的____________不同。
(1)某些地方，两列波叠加后互相加强，出现____________条纹；
(2)在另一些位置，两列波叠加后相互削弱，出现____________条纹。
3．彩色条纹形成原因
由于不同颜色的光的____________不同，薄膜上不同颜色光的条纹的____________也不同，相互交错，看上去会有彩色条纹。
4．应用
(1)在光学元件的表面镀一层特定厚度的薄膜，增加光的____________或反射。
(2)检测镜面或其他精密的光学平面的____________。
【课堂探究】
【新课导入】
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。
这些彩色条纹或图样是怎样形成的？
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？
【新课教学】
任务一、光的双缝干涉
（一）问题与思考
光要发生干涉现象需要满足什么条件？
有没有什么方法可以获得相干光—频率相同的光呢？
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
由此可以得出出现亮条纹的规律是什么？
实验现象解读——暗纹

由此可以得出出现暗条纹的规律是什么？
任务二、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？
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：
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？
3.白光的干涉图样特点：
白光的干涉图会是什么样的？
任务三、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：
该条纹是怎样形成的？
（二）薄膜干涉
薄膜干涉成因
（三）薄膜干涉的应用
1.检查表面的平整程度
2.增透膜
3.牛顿环
【自我测评】
1．关于杨氏双缝干涉实验，下列说法中错误的是( )
A．单色光通过小孔后射向两个靠得很近的狭缝可作为振动情况总是相同的波源
B．两波源发出的光波在波谷与波谷叠加的地方，光相互抵消或者削弱，屏上出现暗条纹
C．两个波源发出的光波在波峰与波峰叠加的地方，光相互加强，屏上出现亮条纹
D．两波源发出的光波在波峰与波谷叠加的地方，光相互抵消或削弱，屏上出现暗条纹
2．关于薄膜干涉，下列说法中正确的是( )
A．只有厚度均匀的薄膜才会发生干涉现象
B．只有厚度不均匀的楔形薄膜，才会发生干涉现象
C．厚度均匀的薄膜会形成干涉条纹
D．观察肥皂液膜的干涉现象时，观察者应和光源在液膜的同一侧
3．在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏上观察到彩色干涉条纹，若在双缝中的一缝前放一红色滤光片(只能透过红光)，另一缝前放一绿色滤光片(只能透过绿光)，这时( )
A．只有红色和绿色的干涉条纹，其他颜色的双缝干涉条纹消失
B．红色和绿色的干涉条纹消失，其他颜色的干涉条纹仍然存在
C．任何颜色的干涉条纹都不存在，但屏上仍有亮光
D．屏上无任何亮光
4．某同学希望在暗室中用如图实验装置观察光现象：平面镜水平放置，单色线光源S垂直于纸面放置，S发出的光有一部分直接入射到竖直放置的光屏上，一部分通过平面镜反射后再到光屏上，则( )
A．光现象为干涉现象，光屏上的条纹与镜面垂直
B．光现象为衍射现象，光屏上的条纹与镜面平行
C．将光源沿竖直方向靠近平面镜，相邻条纹间距减小
D．将光屏沿水平方向远离平面镜，相邻条纹间距增大
【学后反思】本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？