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选修3-4第十三章第2节光的干涉教案

选修 3-4 第十三章第 2 节《 光的干涉》 一、教材分析 本节是对干涉现象的初步认识,但是为下节双缝干涉实验做了重要的理论铺垫。 二、教学目标 1、知识目标 .通过实验观察认识光的干涉现象,知道从光的干涉现象说明光是一种波. .掌握光的双缝干涉现象是如何产生的,何处出现亮条纹,何处出现暗条纹. 掌握明条纹(或暗条纹)间距的计算公式及推导过程. .知道不同色光的频率不同,掌握波长、波速、频率的关系. .通过实验初步认识薄膜干涉现象,了解其应用. 2、能力目标 .通过了解杨氏把一个点光源发出的一束光分成两束,理解相干光源的设计思想. .通过根据波动理论分析单色光双缝干涉,培养学生比较推理,探究知识的能力. .在认真观察实验事实的基础上,加强抽象思维能力的培养. 3、德育目标 通过对光的本性的初步认识,建立辩证唯物主义的世界观. 三、教学重点难点 教学重点:干涉图象的形成实验及分析 教学难点:1.亮纹(或暗纹)位置的确定.2.亮纹(或暗纹)间距公式的推导 四、学情分析(根据个人情况写) 五、教学方法 实验观察、理论分析、学案导学 六、课前准备 杨氏实验装置 七、课时安排:1 课时 八、教学过程 (一)预习检查、总结疑惑 检查落实了学生的预习情况并了解了学生的疑惑,使教学具有了针对性。 (二)情景导入、展示目标。 (三)合作探究、精讲点拨。 (1)双缝干涉实验 [动手实验,观察描述] 介绍图 20—2 杨氏实验装置 (出于时间和观察效果考虑,不在课堂上做这一实验) 介绍侧重于单孔的作用,是获得来自同一光源的一束光波,双孔的作用是将同一束光 波分成两束“振动情况总是相同的光束”.因为两孔相距 0.08 mm 左右,很近,且与单孔屏 上的孔距离相等,所以单孔的光会同时到达这两个孔,这两个孔将同一列光一分为二,因 而两个小孔成了“两个振动情况完全相同的新波源,它们在屏上叠加,就会出现明暗相间 的条纹”. (2)干涉条纹的成因 [比较推理,探究分析] [师]通过实验,我们现在知道,光具有波动性.现在我们是不是可以根据机械波的干 涉理论来认真探究一下实验中的明暗条纹是如何形成的呢? 实验并总结:Δ r=2n· ? n=0、1、2?时,出现明纹. 2 ? Δ r=(2n+1) ,n=0、1、2?时,出现暗纹. 2 图 20—10 [师]综合前面分析,我们可以画出右面图示的双缝干涉结果. 同时介绍一下相干光源,强调干涉条件. [师]看来大家掌握得不错,下面我们可以讨论一些更复杂的问题. (3)条纹间距与波长的关系[深入观察 量化分析] 指导学生分别用红色、紫色滤色片遮住双缝,观察线状白炽灯的干涉条纹(课本 P101 图实—2) ,比较两种色光干涉条纹宽度,与课本第 1 页彩图 2 对照,得出结论:红光干涉 条纹间距大于紫光干涉条纹间距.(注意其他条件相同,进行实验) [师]我们知道,不同色光的波长是不同的,那么干涉条纹间距的关系也就反映了不同色 光的波长关系,干涉条纹间距和波长之间又有怎样的关系呢?同学们发挥数学方面的聪明 才智,我们一起来寻找它们之间量的关系.(板书) [投影图 20—11 及下列说明] 图 20—11 设两缝 S1、S2 间距离为 d,它们所在平面到屏 面的距离为 l,且 l ? d,O 是 S1S2 的中垂线与 屏的交点,O 到 S1、S2 距离相等. 推导: (教师板演,学生表达) 由图可知 S1P=r1 [师]r1 与 x 间关系如何? [生]r12=l2+(x[师]r2 呢? [生]r22=l2+(x+ d 2 ) 2 d 2 ) 2 [师]路程差|r1-r2|呢?(大部分学生沉默,因为两根式之差不能进行深入运算) [师]我们可不可以试试平方差? r22-r12=(r2-r1)(r2+r1)=2dx 由于 l?d,且 l?x,所以 r1+r2≈2l,这样就好办了,r2-r1=Δ r= d x l [师]请大家别忘了我们的任务是寻找Δ x 与λ 的关系.Δ r 与波长有联系吗? [生]有. [师]好,当Δ r=2n· ? n=0、1、2?时,出现亮纹. 2 即 d ? n?l ·x=2n· 时出现亮纹,或写成 x= l 2 d 第 n 条和第(n-1)条亮纹间距离Δ x 为多少呢? [生]Δ x=xn-xn-1 =[n-(n-1)] ?l d l ·λ d [师]也就是Δ x= 我们成功了!大家能用语言表述一下条纹间距与波长的关系吗? [生]成正比. [师]对,不过大家别忘了这里 l、d 要一定.暗纹间距大家说怎么算? [生]一样. [师]结果如何? [生]一样. [师]根据前面的实验结果及推导大家能判断红光和紫光哪一个波长长吗? [生]能.红光. [师]大家能猜一猜用白光干涉会出现什么现象吗? [生] (默然) [师]好,不清楚,我们不妨实验一下. 引导学生观察白光干涉(抽去滤色片,直接观察) [师]哪位同学能为大家归纳一下观察到的现象. [生] (1)彩色条纹(师提示明暗相间) (2)中央为白条纹 (3)中央条纹两侧彩色条纹对称排列 (4)每条彩纹中红光总在外边缘,紫光在内缘. [师]归纳得很全面,大家能解释吗? (学生积极讨论,气氛热烈,从讨论中基本能掌握了原因) [生]不同色光波长不同,条纹宽度不同,红光条纹最宽;紫光条纹最窄,所以出现 上面现象. [师]解释得好.大家还记得机械波波长、波速、频率三者之间的关系吗? [生]记得.v=λ f. [师]对,光波也有这样的关系,不过各种色光在真空中的波速是相同的,我们用 c 表示,那么有: [板书]c=λ f [师]请大家比较一下七种色光的频率关系. [生]红光频率最小,紫光频率最大. [师]对,大家看 P27 的表. (教师介绍波长,频率范围,强调单位,引导学生阅读讨论表右侧的红字) (四)薄膜干涉[拓展应用提高能力] [师]大家通过前面的学习,现在我们来探究另一个问题,是不是只有两个双缝射出 的

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