2019-2020年高中物理 13.2《光的干涉》教案 新人教版選修3-4.doc

2019-2020年高中物理 13.2光的干涉教案 新人教版選修3-4一、教材分析1國內(nèi)以往教材對光的教學(xué)都是按光學(xué)的兩大分支利用幾何學(xué)的概念和方法研究光的傳播規(guī)律的幾何光學(xué)和研究光的本性以及光與物質(zhì)相互作用的規(guī)律的物理光學(xué)而分兩章進(jìn)行，兩部分教學(xué)內(nèi)容的處理相對獨(dú)立新課標(biāo)下的光學(xué)教材，突出“光的本性”這條主線，將兩部分內(nèi)容整合為一，全章教材內(nèi)容編排靈動活躍，貼近光學(xué)研究高新理念與成果，具有時代氣息2教材將光的干涉安排在學(xué)生可感知的光折射現(xiàn)象研究（第1 節(jié)）之后，意在建立有層次的光本性認(rèn)知平臺在光折射現(xiàn)象研究中得到折射定律后，教材及時引導(dǎo)學(xué)生作深層思考：從實(shí)驗(yàn)中得出的折射定律與從惠更斯原理得出的結(jié)論形式一致，是否可以推測光可能是一種波？“光線”是否應(yīng)該是光波的波線？為將對光的認(rèn)知同化至波的圖式中去作了自然的鋪墊，這樣的編排與高中學(xué)生的認(rèn)知水平相適應(yīng)的，也順乎人類對光本性認(rèn)識的進(jìn)程3本節(jié)圍繞波的特征現(xiàn)象之一 光的干涉的研究展開，以完成“光是一種波”的推理與同化教材著力于展示典型的光干涉實(shí)驗(yàn)及光干涉現(xiàn)象，分析光干涉圖樣的規(guī)律及發(fā)生光干涉的條件教材貫穿了如下的科學(xué)方法：不完整的事實(shí)（折射定律與從惠更斯原理得出的結(jié)論形式一致） 假說（光是一種波）可檢驗(yàn)的依據(jù)（是波就會干涉） 新事實(shí)的檢驗(yàn)（雙縫干涉圖樣）二、學(xué)情分析1學(xué)生大多在生活中沒有光的干涉現(xiàn)象的體驗(yàn)，但通過高中物理學(xué)習(xí)，已有水波、聲波等機(jī)械波干涉的經(jīng)驗(yàn)與理論，高二學(xué)生已有一定的自主構(gòu)建新知識框架的能力，可以從已感知的機(jī)械波干涉現(xiàn)象與規(guī)律延伸至待認(rèn)定的光是波的推想2高二學(xué)生已有一定的物理學(xué)科方法，如觀察實(shí)驗(yàn)，控制實(shí)驗(yàn)，假說方法，從現(xiàn)象歸納規(guī)律等，可以實(shí)現(xiàn)教材滲透的方法教育意圖三、設(shè)計(jì)思想基于上述對教材意圖與受體分析，本節(jié)教學(xué)著重向?qū)W生介紹作為光的波動說的重要實(shí)驗(yàn)支持光的干涉現(xiàn)象教學(xué)安排擬從回眸機(jī)械波的干涉導(dǎo)入，以課堂演示實(shí)驗(yàn)及學(xué)生隨堂實(shí)驗(yàn)為依托，讓學(xué)生“想”體驗(yàn)邏輯推理的思維過程、“說”外顯思維活動過程、“看”理性觀察、“做”體驗(yàn)科學(xué)探究活動、應(yīng)用探究方法、“聽”接受前人總結(jié)知識，完成教材規(guī)定的教學(xué)要求四、教學(xué)目標(biāo)本課教學(xué)目標(biāo)在以下三個領(lǐng)域具體為1知識與技能 會觀察與描述光的雙縫干涉現(xiàn)象，認(rèn)識單色光雙縫干涉條紋的特征 知道單色光雙縫干涉亮、暗條紋形成的原理 知道產(chǎn)生光的干涉現(xiàn)象的條件嘗試獲取相干光源 2過程與方法 通過對實(shí)驗(yàn)觀察分析，認(rèn)識干涉條紋的特征，獲得探究活動的體驗(yàn) 嘗試運(yùn)用波動理論解釋光的干涉現(xiàn)象 體驗(yàn)觀察到光的雙縫干涉以支持光的波動說的假說上升為理論的方法通過機(jī)械波的干涉向光的干涉遷移，經(jīng)歷知識同化、抽象建模的物理思維過程3情感態(tài)度與價值觀 體驗(yàn)探究自然規(guī)律的艱辛與喜悅 欣賞光現(xiàn)象的奇妙和諧 了解光干涉現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)對推動光學(xué)發(fā)展的意義五、重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：1觀察與描述光的雙縫干涉現(xiàn)象 2知道產(chǎn)生光的干涉現(xiàn)象的條件，認(rèn)識干涉條紋的特征難點(diǎn)：用波動理論解釋亮暗相間的干涉條紋六、教學(xué)策略與手段從上一節(jié)所設(shè)伏筆“從實(shí)驗(yàn)中得出的折射定律與從惠更斯原理得出的結(jié)論形式一致，是否可以推測光可能是一種波？”切入，在復(fù)習(xí)水波的干涉現(xiàn)象及產(chǎn)生條件的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生提出用光是否具有干涉現(xiàn)象來作判斷在演示激光干涉圖樣之前，預(yù)期光干涉圖樣，介紹楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)對單色光雙縫干涉亮、暗條紋的成因作定性解釋在學(xué)生活動做一做中，讓學(xué)生用自制的雙縫觀察激光的干涉圖樣，通過雙縫觀看白熾燈燈絲出現(xiàn)彩色的干涉條紋作為學(xué)生的探究活動作業(yè)設(shè)計(jì)：思考生活中所見過的光的干涉現(xiàn)象，力求使物理課堂學(xué)習(xí)貼近學(xué)生生活，盡量做到“從生活走向物理，從物理走向社會”接受性學(xué)習(xí)與探究性學(xué)習(xí)穿插，完成本課目標(biāo)七、課前準(zhǔn)備1為了更好的展開教學(xué)內(nèi)容，上節(jié)課后作業(yè)預(yù)埋一道背景為機(jī)械波的干涉的習(xí)題2教師在課前要做好充分的準(zhǔn)備，對教材的內(nèi)容進(jìn)行深刻的分析，做好上課時需要的相關(guān)課件做好實(shí)驗(yàn)是本堂課的關(guān)鍵，教師在課前要先做好演示實(shí)驗(yàn)3為了使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，本節(jié)課要在有暗室條件的教室里上4教學(xué)用具：實(shí)驗(yàn)裝置 演示光的干涉現(xiàn)象：激光器，雙縫；20組學(xué)生電源、白熾燈，若干經(jīng)過曝光的黑色攝影膠片、玻璃板，40只剃須刀，20把直尺多媒體課件 水波干涉的視頻，托馬斯楊雙縫干涉實(shí)驗(yàn)原理示意圖，分析出現(xiàn)亮暗相間條紋條件的PPT動畫等八、教學(xué)過程全課圍繞光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)展開教學(xué)活動（動畫顯示課題后，教師引入）在光的折射一課中，從實(shí)驗(yàn)中得出的折射定律與從惠更斯原理得出的結(jié)論形式一致，是否可以推測光可能是一種波？學(xué)生思考與交流后得到：如果光是一種波，則要有波的特征現(xiàn)象作實(shí)驗(yàn)支持干涉是波特有的現(xiàn)象，一切波都能發(fā)生干涉，因此可以用光是否具有干涉現(xiàn)象來判斷光是不是一種波（屏幕展示“水波干涉”的視頻，通過已有知識的遷移讓學(xué)生走進(jìn)光的雙縫干涉）讓學(xué)生觀察并描述穩(wěn)定水波干涉現(xiàn)象的特征：即出現(xiàn)振動總是加強(qiáng)和振動總是減弱的區(qū)域，且加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)互相間隔的現(xiàn)象；指出干涉現(xiàn)象是兩列波在空間相遇疊加的結(jié)果；強(qiáng)調(diào)要得到穩(wěn)定干涉圖樣需要兩波源的振動情況完全相同（板書）一、波的特征現(xiàn)象之一 干涉現(xiàn)象振動加強(qiáng)與減弱的區(qū)域確定發(fā)生穩(wěn)定干涉的條件兩列波的頻率相同設(shè)問1：預(yù)期的光（例如紅光）的干涉圖樣是怎樣的？ 要求回答：單色光的干涉現(xiàn)象是亮暗相間的條紋（從機(jī)械波遷移至光波）設(shè)問2：日常生活中為什么不易看到光的干涉現(xiàn)象？如何通過實(shí)驗(yàn)控制而獲得光的干涉現(xiàn)象？學(xué)生交流后教師歸總：要產(chǎn)生光的干涉現(xiàn)象必須要有兩個振動情況完全相同的光源，實(shí)驗(yàn)控制的關(guān)鍵在獲取振動情況完全相同的光源，讓兩個完全相同的“相干光源”發(fā)出的光在同一空間疊加，用屏在疊加區(qū)域接收，應(yīng)可得到預(yù)期的現(xiàn)象圖1S2SS1單色光單縫屏雙縫屏光屏（板書） 二、雙縫干涉實(shí)驗(yàn)1物理學(xué)家這樣做托馬斯楊雙縫干涉實(shí)驗(yàn) （屏幕切換顯示托馬斯楊雙縫干涉實(shí)驗(yàn)原理示意圖，如圖1所示，介紹楊氏實(shí)驗(yàn)）教師強(qiáng)調(diào)以下兩點(diǎn)：單縫的作用是獲取單一頻率的光源；雙縫屏上的兩條狹縫離的很近，到前一條狹縫的距離相等，所以兩條狹縫處光的振動情況完全相同說明楊氏最初的實(shí)驗(yàn)所用的不是狹縫，而是小孔，后來，他發(fā)現(xiàn)改用狹縫后干涉圖樣更加明亮，于是后人把他的實(shí)驗(yàn)叫做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)楊氏實(shí)驗(yàn)成功獲得亮暗相間的干涉圖樣，證明光的確是一種波（板書）2雙縫干涉演示實(shí)驗(yàn) （教師采用激光作為光源演示雙縫干涉實(shí)驗(yàn)） 教師操作：打開激光器，直接把激光打到后背的墻（光屏）上（易觀察）要求學(xué)生說出觀察到的現(xiàn)象激光沿直線傳播，打到墻上是一個亮斑 在激光器前加一雙縫，讓學(xué)生再觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并引導(dǎo)學(xué)生描述觀察到的現(xiàn)象學(xué)生活動：在加雙縫前，請一學(xué)生來觀察雙縫，因?yàn)殡p縫間距太小，大約0.1mm左右，一般很難看出是雙縫，可以讓其他同學(xué)幫助想辦法，如將雙縫屏迎著光去看便可看出仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并描述加雙縫前、后在光屏上觀察到的現(xiàn)象：光到達(dá)屏上的范圍比不加雙縫時大了；屏上出現(xiàn)了亮（紅）暗相間的條紋；條紋間距相等；還可以請剛才觀察雙縫的學(xué)生說出，亮暗相間的條紋走向與雙縫的方向平行（板書）雙縫干涉圖樣的特征1 亮暗相間的條紋； 條紋間距相等； 光到達(dá)的范圍比“直線傳播”的大教師設(shè)問：為什么會出現(xiàn)這樣的圖樣？怎樣用波動理論解釋光的干涉現(xiàn)象圖2強(qiáng)強(qiáng)弱弱波谷波峰波源波源強(qiáng)（板書） 三、研究雙縫干涉圖樣的成因（屏幕顯示用波面描述相干波疊加的原理圖，如圖2所示）教師講解要點(diǎn)：說明示意圖是兩列波某一時刻峰谷位置分布圖說明兩列波的振動情況完全相同，在兩列波峰峰、谷谷相遇位置均是加強(qiáng)點(diǎn)；而峰谷相遇位置均是減弱點(diǎn)先分析S1、S2連線中垂線上的點(diǎn)，這些點(diǎn)到兩波源的路程差為0，是加強(qiáng)點(diǎn)，并說明此直線上的點(diǎn)均是加強(qiáng)點(diǎn)再分析S1、S2連線中垂線兩側(cè)最靠近中垂線對稱位置上的點(diǎn)，即兩列波峰谷相遇點(diǎn)，這些點(diǎn)到兩波源的路程差為，為減弱區(qū)域再分析遠(yuǎn)離中垂線上的點(diǎn)，又是加強(qiáng)區(qū)域小結(jié)：通過以上分析可知：振動加強(qiáng)區(qū)與減弱區(qū)的分布是相互間隔的，而且是穩(wěn)定的結(jié)合干涉圖樣分析：疊加加強(qiáng)區(qū)，光能量較強(qiáng)亮；疊加減弱區(qū)，光能量較弱暗于是得到亮暗相間的干涉圖樣（板書）1. 當(dāng)屏上某點(diǎn)到雙縫S1、S2的路程差是光波波長的整數(shù)倍時，即，在這些地方出現(xiàn)亮條紋；2. 當(dāng)屏上某點(diǎn)到雙縫S1、S2的路程差是光波半波長的奇數(shù)倍時，即，在這些地方出現(xiàn)暗條紋學(xué)生活動：用自制的器材來觀察雙縫干涉現(xiàn)象取經(jīng)過曝光的黑色攝影膠片，放在玻璃板上把兩只剃須刀片并攏，以刀刃的前端沿直尺在膠片上一次劃出兩道細(xì)縫，縫間距離要小于0.1mm這樣就做成了雙縫學(xué)生做好雙縫后，教師請若干學(xué)生把做好的雙縫放到激光器前，讓其他同學(xué)用白紙?jiān)谧约鹤簧暇徒邮崭缮鎴D樣描述各圖樣及教師演示的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有何異同教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)：干涉條紋的間距與雙縫的間距有關(guān)，干涉條紋的間距與雙縫至屏的距離有關(guān)學(xué)生活動：通過自制的雙縫觀看相距0.5m左右的白熾燈的燈絲，描述觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象？思考為什么會出現(xiàn)彩色的干涉條紋？干涉現(xiàn)象是波的特征現(xiàn)象，雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的成功說明光的確是一種波雙縫干涉實(shí)驗(yàn)最重要的控制是獲得兩個完全相同的光源！教室里的兩盞白熾燈不是完全相同的兩個光源，所以發(fā)出的光不會發(fā)生干涉；我們剛才的實(shí)驗(yàn)中，通過雙縫獲得了可以產(chǎn)生干涉圖樣的光源（板書）四、相干光源如果兩個光源發(fā)出的光能夠產(chǎn)生干涉，這樣的兩個光源叫做相干光源（全課總結(jié)、提升） 1托馬斯楊在歷史上第一次解決了相干光源問題，成功做出了光的干涉實(shí)驗(yàn)光的干涉現(xiàn)象是微粒說無法解釋的，使人們認(rèn)識到光具有波動性2兩個相干光源發(fā)出的光在屏上某處疊加時，如果同相光就加強(qiáng)，如果反相光就減弱，于是產(chǎn)生亮暗條紋，其特征是在中央亮紋兩側(cè)對稱地分布著亮暗相間的各級干涉條紋，且相鄰亮紋和相鄰暗紋的間距相等3亮暗相間條紋反映光的能量在空間分布情況暗條紋處光能量幾乎是零，表明兩列光波疊加彼此相互抵消，這并不是光能量損耗了或變成其它形式能量，而是按波的傳播規(guī)律，沒有能量傳到該處；亮條紋處的光能量比較強(qiáng)，光能量增加，也不是光的干涉可以產(chǎn)生能量，而是按波的傳播規(guī)律，到達(dá)該處的能量比較集中 九、作業(yè)設(shè)計(jì)1認(rèn)真閱讀課本，預(yù)習(xí)第3節(jié)：用雙縫干涉測量光的波長2例舉生活中見過的光的干涉現(xiàn)象3探討：在用自制的雙縫觀看白熾燈絲時，為什么會看到燈絲兩側(cè)細(xì)密地分布著彩色的干涉條紋？以下是兩個關(guān)于光的干涉的實(shí)驗(yàn)，試分析在這些實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，是如何獲得相干光源的，并作圖求出干涉區(qū)域：S1S2OOEOMO圖3洛埃鏡實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)示意如圖3所示，S1為狹縫光源，其一部分光直射到光屏，另一部分幾乎與鏡面平行地射向鏡面，然后反射光到達(dá)屏上SM1M2C圖4菲涅耳雙面鏡實(shí)驗(yàn) 菲涅爾雙鏡是兩個交角很小的平面鏡，如圖4所示，從狹縫S發(fā)出的光，經(jīng)平面鏡M1和M2發(fā)生反射