資源簡介

學習任務單
課程基本信息
學科 物理 年級 高二 學期 秋季
課題 光的干涉
教科書 書 名：物理選擇性必修第一冊
學習目標
1.物理觀念：清楚光的干涉定義、干涉產(chǎn)生條件和明暗條紋產(chǎn)生條件； 2.科學思維：掌握明暗條紋產(chǎn)生條件的相關計算； 3.科學探究：掌握光的雙縫干涉實驗的實驗原理、實驗步驟、注意事項和數(shù)據(jù)處理。
課前學習任務
1.認真閱讀課本90頁光的干涉內容。 2.收集生活中有關干涉的例子并試著解釋。 3.自習并能總結出干涉的條紋的規(guī)律。 課前自主學習自測： 判斷并辨析: ①光屏上距兩縫的路程差等于半波長的整數(shù)倍處出現(xiàn)暗條紋 ②在光屏上能看到光的干涉圖樣,但在雙縫與光屏之間的空間卻沒有干涉發(fā)生 ③在雙縫干涉現(xiàn)象里，相鄰兩明條紋和相鄰兩暗條紋的間距是相等的 ④在雙縫干涉現(xiàn)象里，入射光波長變短,相鄰兩個明條紋間距將變窄 ⑤頻率不同的兩列光波也能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象,只是不穩(wěn)定 ⑥用白光作光源，在雙縫前一個放紅色濾光片,一個放紫色濾光片,光屏上將出現(xiàn)紫紅色干涉條紋 ⑦進入雙縫的光強度不同,光屏上仍能出現(xiàn)干涉條紋 ⑧用白光作光源,能觀察到干涉圖樣,而白光是由頻率不同的七種色光復合而成,故不同頻率的光,也能相互干涉.
課上學習任務
【學習任務一】光的干涉現(xiàn)象 問題1.什么為光的干涉現(xiàn)象 1.光的干涉：在兩列光波的疊加區(qū)域，某些區(qū)域相互加強，出現(xiàn)亮紋，某些區(qū)域相互減弱，出現(xiàn)暗紋，且加強和減弱的區(qū)域相間，即亮紋和暗紋相間的現(xiàn)象． 2.演示：光的雙縫干涉 實驗分析：雙縫干涉實驗，這個實驗能得到干涉圖樣。用的是白光，得到干涉圖樣是明暗相間的彩色條紋。后來光源換成了單色光，得到的干涉圖樣更明顯。所以實驗多使用單色光。 【學習任務二】光的干涉條件 光的雙縫干涉實驗中改用不同的激光來完成實驗，結果得不到干涉的條紋，得出要形成清晰穩(wěn)定的干涉條紋，要選用相干光即頻率相同的光，得出干涉條件要有相同頻率的光。 【學習任務三】明暗相間的條紋規(guī)律 問題：為什么會形成這樣明暗相間的條紋呢？ 1.明條紋區(qū)： r=nλ（n=0.1.2......） 理解并能得出明條紋的特點。 2.暗條紋區(qū)： 理解并得出暗條紋的特點。 綜上所述得出，光也滿足波的干涉條件，在相干光源的情況下 光程差是整倍波長的是加強點，對應的是明條紋。光程差是半波長奇數(shù)倍的是減弱點，對應的是暗條紋。注意這個中心條紋的光程差一定是零，也是波的整數(shù)倍，所以中心點的一定是明條紋。 【學習任務四】干涉條紋和光的波長之間的關系 思考：光的雙縫干涉條紋特征，如條紋間距、寬度等，能反映出光的波長、頻率等信息嗎？ 接下來探究一下這些條紋間距的決定因素是什么呢？ 在這個實驗設計圖中，用幾何方法推導出x的決定因素。 分析由圖可以得出： 在Rt S1MS2這個直角三角形中，設∠S2S1M=θ，那這個對邊就是 r=S2 M=dsinθ。 再連接PO和OP0同樣可以將po和S1 M看作垂直。在Rt P1OP0這個三角形中，θ很小，所以有 。 將這兩個式子連立可得 結論：對任意兩個明條紋的光程差，它應該等于波長的整數(shù)倍， 變形一下任意明條紋的間距就是： 思考與討論 不同顏色的單色光產(chǎn)生的干涉條紋會有什么不同？請你作出猜想。 【學習任務五】干涉條紋的應用 觀察薄膜干涉的現(xiàn)象并分析原理 做一做：用肥皂膜做薄膜干涉實驗 現(xiàn)象：為什么會出現(xiàn)這些現(xiàn)象呢？ 1.薄膜干涉的成因 薄膜干涉，它是由于入射光在非等厚薄膜的前表面分離，經(jīng)過兩個表面反射，再次相遇疊加而形成的。 2.薄膜干涉的應用 ①增透膜：分析原理并解釋生活中的一些應用 ②增反膜：分析原理并解釋生活中的一些應用 ③檢查平面的平整度：分析原理并解釋生活中的一些應用 課堂檢測和訓練 例1：劈尖干涉是一種薄膜干涉，如圖:所示。將一塊平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夾入兩張紙片，從而在兩玻璃表面之間形成一個劈形空氣薄膜，當光從上方入射后，從上往下看到的干涉條紋有如下特點： （1）任意一條明條紋或暗條紋所在位置下面的薄膜厚度相等； （2）任意相鄰明條紋或暗條紋所對應的薄膜厚度差恒定。 現(xiàn)若在如圖所示裝置中抽去一張紙片，則當光入射到劈形空氣薄膜后，從上往下可以觀察到干涉條紋發(fā)生了怎樣的變化？ 解析：經(jīng)空氣薄膜上下表面分別反射的兩列光是相干光源，其光程差為 x=2d，即光程差是空氣層厚度的2倍。當光程差 x=nλ時，此處出現(xiàn)亮條紋，因此相鄰亮條紋之間的空氣層厚度差一定為。抽去一張紙后，空氣層的傾角變小，則相鄰亮紋（或暗紋）之間的間距變大，因此干涉條紋變疏。 科學漫步：光的本性 光到底是什么？這個問題早就引起了人們的注意，不過在很長的時期內人們對它的認識卻進展得很慢。 現(xiàn)在人們認識到，光既具有波動性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。 播放視頻，波粒之爭。 例2：如圖所示為雙縫干涉實驗裝置，當使用波長6×10－7 m的橙光做實驗時，光屏P點及上方的P1點形成相鄰的亮條紋。若使用波長為4×10－7 m的紫光重復上述實驗，在P和P1點形成的亮、暗條紋的情況是(　　) A．P和P1點處都是亮條紋 B．P點處是亮條紋，P1點處是暗條紋 C．P點處是暗條紋，P1點處是亮條紋 D．P和P1點處都是暗條紋 解析：從單縫S射出的光波被S1、S2兩縫分成兩束相干光，由題意知屏中央P點到S1、S2的距離相等，即分別由S1、S2射出的光到P點的路程差為零，因此P點是中央亮條紋，因而，無論入射光是什么顏色，波長多長，P點處都是亮條紋。由題意可知分別由S1、S2射出的光到P1點的路程差剛好是橙光的一倍波長，即|P1S1－P1S2|＝600 nm＝λ橙，當換用波長為400 nm的紫光時，|P1S1－P1S2|＝600 nm＝3/2λ紫，則兩列光波到P1點時振動情況完全相反，即分別由S1、S2射出的光在P1點相互削弱，因此，在P1點出現(xiàn)暗條紋。故選B。 例3：在雙縫干涉實驗中，光屏上某點P到雙縫S1和S2的路程差為7.5×10-7m，如果用頻率 6.0×1014 Hz的黃光照射雙縫，試通過計算分析P點出現(xiàn)的是亮條紋還是暗條紋。 解：由c=λf得， 路程差煜半波長的關系， 故P點出現(xiàn)暗條紋。

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