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2017-2018学年高中物理人教版选修3-4教学案：第十三章+第3节+光的干涉

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第3节光_的_干_涉一、杨氏干涉实验1．物理史实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，开始让人们认识到光的波动性。

2．双缝干涉实验(1)实验过程：让一束平行的完全相同的单色光投射到一个有两条狭缝的挡板上，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相同的，两个光源发出的光在挡板后面的空间互相叠加发生干涉。

(2)实验现象：在屏上得到明暗相间的条纹。

(3)实验结论：证明光是一种波。

二、光发生干涉的条件1．干涉条件1.英国物理学家托马斯·杨于1801年成功地观察到了光的干涉现象。

2．双缝干涉图样：单色光——明暗相间的条纹。

3．干涉条件：两列光的频率相同，振动方向相同，相位差恒两列光的频率相同、振动方向相同、相位差恒定。

2．相干光源发出的光能够产生干涉的两个光源。

3．一般情况下很难观察到光的干涉现象的原因由于不同光源发出的光的频率一般不同，即使是同一光源，它的不同部位发出的光也不一定有相同的频率和恒定的相位差，故一般情况下不易观察到光的干涉现象。

1．自主思考——判一判(1)直接用强光照射双缝，发生干涉。

(×)(2)若用白光作光源，干涉条纹是明暗相间的条纹。

(×)(3)若用单色光作光源，干涉条纹是明暗相间的条纹。

(√)(4)在双缝干涉实验中单缝屏的作用是为了获得一个线光源。

(√)(5)双缝干涉实验证明光是一种波。

(√)2．合作探究——议一议(1)两只手电筒射出的光束在空间相遇，能否观察到光的干涉现象？提示：不能。

两只手电筒射出的光束在空间相遇，不满足光发生干涉的条件，不能观察到光的干涉现象。

(2)在双缝干涉实验中，如果入射光用白光，在两条狭缝上，一个用红色滤光片(只允许通过红光)遮挡，一个用绿色滤光片(只允许通过绿光)遮挡。

试想：屏上还有干涉条纹吗？提示：屏上不会出现干涉条纹，因为双缝用红、绿滤光片遮挡后，透过的两束光频率不相等，就不是相干光源了，不会再发生干涉。

1．双缝干涉的装置示意图实验装置如图13-3-1所示，有光源、单缝、双缝和光屏。

图13-3-12．单缝屏的作用获得一个线光源，使光源有唯一的频率和振动情况。

3．双缝屏的作用平行光照射到单缝S上，又照到双缝S1、S2上，这样一束光被分成两束频率相同和振动情况完全一致的相干光。

4．屏上某处出现亮、暗条纹的条件频率相同的两列波在同一点引起的振动的叠加，如亮条纹处某点同时参与的两个振动步调总是一致，即振动方向总是相同；暗条纹处振动步调总相反。

具体产生亮、暗条纹的条件为：(1)亮条纹的条件：屏上某点P到两条缝S1和S2的路程差正好是波长的整数倍或半波长的偶数倍。

即：|PS1－PS2|＝kλ＝2k λ2(k＝0,1,2,3……)k＝0时，PS1＝PS2，此时P点位于屏上的O处，为亮条纹，此处的条纹叫中央亮条纹或零级亮条纹。

k为亮条纹的级次。

(2)暗条纹的条件：屏上某点P到两条缝S1和S2的路程差正好是半波长的奇数倍。

即：|PS1－PS2|＝(2k－1)λ2(k＝1,2,3……)k为暗条纹的级次，从第1级暗条纹开始向两侧展开。

[典例]在双缝干涉实验中，光屏上某点P到双缝S1和S2的路程差为7.5×10－7 m，如果用频率为6.0×1014 Hz的黄光照射双缝，试问：(1)该黄光的波长是多少；(2)试通过计算分析P点出现亮条纹还是暗条纹。

[解析](1)λ＝cf＝3×1086×1014m＝5×10－7 m；(2)Δx＝7.5×10－7 m＝32λ，所以是暗条纹。

[答案](1)5×10－7 m(2)暗条纹双缝干涉中明暗条纹的判断方法(1)判断屏上某点为亮条纹还是暗条纹，要看该点到两个光源(双缝)的路程差(光程差)与波长的比值。

(2)要记住：路程差等于波长整数倍处出现亮条纹等于半波长奇数倍处为暗条纹。

(3)上述结论成立的条件是：两个光源情况完全相同。

1．下列关于双缝干涉实验的说法中正确的是()A．单缝的作用是获得频率保持不变的相干光源B．双缝的作用是获得两个振动情况相同的相干光源C．光屏上距两缝的路程差等于半波长的整数倍处出现暗条纹D．在光屏上能看到光的干涉图样，但在双缝与光屏之间的空间却没有干涉发生解析：选B在双缝干涉实验中，单缝的作用是获得一个线光源，双缝的作用是获得两个振动情况完全相同的相干光源，故选项A错误，B正确；光屏上距两缝的路程差为半波长的奇数倍处出现暗条纹，选项C错误；两列光波只要相遇就会叠加，满足相干条件就能发生干涉，所以在双缝与光屏之间的空间也会发生光的干涉，用光屏接收只是为了肉眼观察的方便，故选项D错误。

2．如图13-3-2所示是单色光双缝干涉实验某一时刻的波形图，实线表示波峰，虚线表示波谷。

在此时刻，介质中A点为波峰相叠加点，B点为波谷相叠加点，A、B连线上的C 点为某中间状态相叠加点，如果把屏分别放在A、B、C三个位置，那么()图13-3-2A．A、B、C三个位置都出现亮条纹B．B位置出现暗条纹C．C位置出现亮条纹或暗条纹要由其他条件决定D．以上结论都不对解析：选A本题中，A、B、C三点总是振动加强的点屏上对应出现的都是亮条纹。

另外，要特别注意波谷与波谷相遇的点(图中B点)振动也是加强的，不要以为B点是暗的。

3.如图13-3-3所示为双缝干涉实验装置，当使用波长为6×10－7 m的橙色光做实验时，光屏P点及上方的P1点形成相邻的亮条纹。

若使用波长为4×10－7 m的紫光重复上述实验，在P和P1点形成的亮、暗条纹的情况是()图13-3-3A ．P 和P 1都是亮条纹B ．P 是亮条纹，P 1是暗条纹C ．P 是暗条纹，P 1是亮条纹D ．P 和P 1都是暗条纹解析：选B λ橙λ紫＝6×10－74×10－7＝1.5＝32 P 1点对橙光：Δr ＝n ·λ橙，对紫光：Δr ＝nλ橙＝n ·32λ紫＝3n ·λ紫2因为P 1与P 相邻，所以n ＝1，P 1点是暗条纹。

对P 点，因为Δr ＝0，所以仍是亮条纹，B 正确。

1．单色光的干涉图样若用单色光作光源，则干涉条纹是明暗相间的条纹，且条纹间距相等。

中央为亮条纹，两相邻亮条纹(或暗条纹)间距离与光的波长有关，波长越大，条纹间距越大。

2．白光的干涉图样若用白光作光源，则干涉条纹是彩色条纹，且中央条纹是白色的。

这是因为：(1)从双缝射出的两列光波中，各种色光都能形成明暗相间的条纹，各种色光都在中央条纹处形成亮条纹，从而复合成白色条纹。

(2)两侧条纹间距与各色光的波长成正比，即红光的亮条纹间距宽度最大，紫光的亮条纹间距宽度最小，即除中央条纹以外的其他条纹不能完全重合，这样便形成了彩色干涉条纹。

1．关于光的干涉，下列说法中正确的是()A．在双缝干涉现象里，相邻两亮条纹和相邻两暗条纹的间距是不等的B．在双缝干涉现象里，入射光波长变短，相邻两个亮条纹间距将变宽C．只有频率相同的两列光波才能产生干涉D．频率不同的两列光波也能产生干涉现象，只是不稳定解析：选C在双缝干涉现象中，相邻两亮条纹和相邻两暗条纹间距是相等的。

入射光的波长越长，相邻两个亮条纹间距越大。

两列波产生干涉时，频率必须相同。

2．在光的双缝干涉现象里，下列描述正确的是()A．用白光做光的干涉实验时，偏离中央亮条纹较远的是波长较长的红光B．用白光做光的干涉实验时，偏离中央亮条纹较远的是波长较短的紫光C．相邻两亮条纹和相邻两暗条纹的间距是不等的D．在双缝干涉现象里，把入射光由红光换成紫光，相邻两个亮条纹间距将变宽解析：选A条纹间距与光的波长成正比，在可见光中，红光波长最长，紫光波长最短，故偏离中央亮条纹最远的是红光，A正确、B错误。

双缝干涉现象中，相邻两亮条纹或两暗条纹是等宽间距的，故C错误。

红光的波长比紫光的波长大，所以换成紫光后，相邻两亮条纹间距将变窄，故D错误。

3．(多选)a光经过某干涉仪形成的光的干涉图样如图13-3-4甲所示，若只将a光换成b 光照射同一干涉仪，形成的光的干涉图样如图乙所示。

则下述说法正确的是()图13-3-4A．a光的频率较大B．b光的频率较大C．a光的波长较大D．b光的波长较大解析：选BC同样的双缝干涉装置，干涉条纹间距只与入射光的波长有关，波长越长，条纹间距越大，对于题图可知，a光的波长大于b光的波长，由c＝λν可知，b光的频率大于a光的频率，故B、C正确，A、D错误。

1．(多选)对两列光波在空中叠加，以下说法中正确的是()A．不同的色光有可能发生干涉现象B．不同的色光不可能发生干涉现象C．光的强度不同有可能发生干涉现象D．光的强度不同不可能发生干涉现象解析：选BC两列光波叠加是否发生干涉现象关键看两列光波是否是相干光，即是否满足频率相同、相位差恒定的条件，不同的色光频率不同，所以不可能发生干涉现象，故B 项正确；光的强度不同，但仍有可能满足相干条件，也就是有可能发生干涉现象，故选项C 正确，D错误。

2.某同学利用如图1所示实验观察光的干涉现象，其中A为单缝屏，B为双缝屏，C为光屏。

当他让一束阳光照射A屏时，C屏上并没有出现干涉条纹，他移走B后，C上出现一窄亮斑。

分析实验失败的原因可能是()图1A ．单缝S 太窄B ．单缝S 太宽C ．S 到S 1和S 2距离不相等D ．阳光不能作光源解析：选B 双缝干涉中单缝的作用是获得线光源，而线光源可以看做是由许多个点光源沿一条线排列组成的，这里观察不到光的干涉现象是由于单缝太宽，得不到线光源。

故选项B 正确。

3．(多选)杨氏双缝干涉实验中，下列说法正确的是(n 为自然数，λ为光波波长)( )A ．在距双缝的光程差相等的点形成暗条纹B ．在距双缝的光程差为nλ的点形成明条纹C ．在距双缝的光程差为n λ2的点形成明条纹 D ．在距双缝的光程差为⎝⎛⎭⎫n ＋12λ的点形成暗条纹 解析：选BD 在双缝干涉实验中，当某处距双缝距离之差Δδ为波长的整数倍时，即Δδ＝nλ，n ＝0、1、2、3…这点为加强点，该处出现明条纹；当距离之差Δδ为半波长的奇数倍时，即Δδ＝(2n ＋1)λ2，n ＝0、1、2、3…这点为减弱点，该处出现暗条纹。

B 、D 正确。

4．在双缝干涉实验中，光屏上P 点到双缝S 1、S 2的距离之差ΔS 1＝0.75 μm ，光屏上Q 点到双缝S 1、S 2的距离之差ΔS 2＝1.5 μm 。

若用频率ν＝6.0×1014 Hz 的黄光照射双缝，则( )A ．P 点出现亮条纹，Q 点出现暗条纹B ．P 点出现暗条纹，Q 点出现亮条纹C ．两点均出现亮条纹D ．两点均出现暗条纹解析：选B 由光的频率ν＝6.0×1014 Hz ，知光的波长λ＝c ν＝5×10－7 m 。

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人教版高中物理选修(3-4)-13.3《光的干涉》参考教案2

人教版高中物理选修(3-4)-13.3《光的干涉》参考教案2

高中物理新课标教材·选修3-4第十三章第3节《光的干涉》教学设计一、教材分析1．国内以往教材对光的教学都是按光学的两大分支——利用几何学的概念和方法研究光的传播规律的几何光学和研究光的本性以及光与物质相互作用的规律的物理光学而分两章进行，两部分教学内容的处理相对独立．新课标下的光学教材，突出“光的本性”这条主线，将两部分内容整合为一，全章教材内容编排灵动活跃，贴近光学研究高新理念与成果，具有时代气息．2．教材将《光的干涉》安排在学生可感知的光折射现象研究（第1 节）之后，意在建立有层次的光本性认知平台．在光折射现象研究中得到折射定律后，教材及时引导学生作深层思考：从实验中得出的折射定律1212sin sin n θθ=与从惠更斯原理得出的结论形式一致，是否可以推测光可能是一种波？“光线”是否应该是光波的波线？为将对光的认知同化至波的图式中去作了自然的铺垫，这样的编排与高中学生的认知水平相适应的，也顺乎人类对光本性认识的进程．3．本节围绕波的特征现象之一 ——光的干涉的研究展开，以完成“光是一种波”的推理与同化．教材着力于展示典型的光干涉实验及光干涉现象，分析光干涉图样的规律及发生光干涉的条件．教材贯穿了如下的科学方法： 不完整的事实（折射定律1212sin sin n θθ=与从惠更斯原理得出的结论形式一致）↓假说（光是一种波）↓可检验的依据（是波就会干涉）↓新事实的检验（双缝干涉图样）二、学情分析1．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．2．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．三、设计思想基于上述对教材意图与受体分析，本节教学着重向学生介绍作为光的波动说的重要实验支持——光的干涉现象．教学安排拟从回眸机械波的干涉导入，以课堂演示实验及学生随堂实验为依托，让学生“想”——体验逻辑推理的思维过程、“说”——外显思维活动过程、“看”——理性观察、“做”——体验科学探究活动、应用探究方法、“听”——接受前人总结知识，完成教材规定的教学要求．四、教学目标本课教学目标在以下三个领域具体为1．知识与技能◆会观察与描述光的双缝干涉现象，认识单色光双缝干涉条纹的特征．◆知道单色光双缝干涉亮、暗条纹形成的原理．◆知道产生光的干涉现象的条件．◆尝试获取相干光源．2．过程与方法※通过对实验观察分析，认识干涉条纹的特征，获得探究活动的体验．※尝试运用波动理论解释光的干涉现象．※体验观察到光的双缝干涉以支持光的波动说的假说上升为理论的方法．※通过机械波的干涉向光的干涉迁移，经历知识同化、抽象建模的物理思维过程．3．情感态度与价值观●体验探究自然规律的艰辛与喜悦．●欣赏光现象的奇妙和谐．●了解光干涉现象的发现对推动光学发展的意义．五、重点难点重点：1．观察与描述光的双缝干涉现象．2．知道产生光的干涉现象的条件，认识干涉条纹的特征．难点：用波动理论解释亮暗相间的干涉条纹．。

高中物理 第十三章 3光的干涉教案 新人教版选修3-4

高中物理 第十三章 3光的干涉教案 新人教版选修3-4

光的干涉一、教学目标1、知识与技能（1）认识光的干涉现象及产生光干涉的条件．（2）理解光的干涉条纹形成原理，认识干涉条纹的特征．2、过程与方法（1）通过观察实验，培养学生对物理现象的观察、表述、概括能力．（2）通过观察实验培养学生观察、表述物理现象，概括其规律特征的能力，学生亲自做实验培养学生动手的实践能力．二、教学重点与难点分析：（1）波的干涉条件，相干光源．（2）如何用波动说来说明明暗相间的干涉条纹，怎么会出现时间上是稳定的，空间上存在着（3）加强区和减弱区并且互相间隔，如何理解“加强”和“减弱”．三、教学过程：1、从红光到紫光频率是如何变化的？频率由谁决定？（1）从红光到紫光的频率关系为：υ紫>………> υ红（2）频率由光源决定与传播介质无关。

2、在真空中，从红光到紫光波长是如何变化的？3、任一单色光从真空进入某一介质时，波长、光速、频率各如何变化？（1）当光从真空进入介质或从一种介质进入另一种介质时，频率不发生变化。

即光的的颜色不发生改变。

（2）当光从真空进入介质后，传播速度将变小（当光从一种介质进入另一种介质后，又如何判断传播速度的变化？）（当光从一种介质进入另一种介质后，又如何判断波长的变化？）例1、已知介质对某单色光的临界角为θ，则( )A.该介质对此单色光的折射率等于1/sinθB.此单色光在该介质中的传播速度等于csinθ倍(c是真空中的光速)C.此单色光在该介质中的波长是在真空中的波长的sinθ倍D.此单色光在该介质中的频率是在真空中频率的1/sinθ倍4、在同一介质中，从红光到紫光波长、速度大小间的关系如何？（1）在同一种介质中，频率小的传播速度大（2）在同一种介质中，频率小的波长大（这一点与真空中的规律一样）5、产生稳定干涉现象的条件是什么？频率相同、振动方向相同、相差保持恒定。

6、日常生活中为何不易看到光的干涉现象？对机械波来说容易满足相干条件，对光来讲就困难的多。

高中物理选修3-4教学设计6：13.3 光的干涉教案

高中物理选修3-4教学设计6：13.3 光的干涉教案

3 光的干涉【教学目的】1、认识光的干涉现象及光产生干涉的条件2、理解（杨氏）双缝干涉形成的原理，以及条纹的特征3、知道实现光的干涉的途径并不是唯一的，了解薄膜干涉形成的原理，以及它在工程物理领域的应用【教学重点】光产生干涉的条件，干涉条纹的特征【教学难点】（杨氏）双缝干涉形成的原理，以及条纹的特征分析【教具】（杨氏）双缝干涉仪，酒精灯，食盐，铁丝圈，肥皂水【课时安排】2课时【教学过程】○、复习&引入复习提问1：波动只所以有别于粒子运动，其重要特征是什么？☆学生：能够发生干涉、衍射。

复习提问2：什么是机械波的干涉？发生波的干涉的条件是什么？☆学生：两列波在叠加后，在空间形成稳定的振动加强和减弱的区域（而且它们彼此间隔）；两列波的频率相等。

我们要确认光具有波动性，就必须拿出光能够干涉或衍射的事实。

而根据刚才的物理学史介绍，在波动说已经提出的前提下，整个十八世纪都没有得到发展。

是不是观察光的干涉、衍射现象很不容易呢？[答案]是肯定的。

为什么不容易，这得从两个角度去认识：一是干涉的条件是否容易达成，二是干涉现象形成后，其强弱的分布状况是否方便人们去观察。

在第一个方面，就是一个难题。

原来的一般的光源都含有多种颜色（即多种频率）的成分，即便是找到了“完全相同”的光源，但从发光的微观角度看，由于发出的光波具有不连续性（就不能保证相位差恒定），要保证它们能够发生干涉，也是很难的。

光学上，把能够发生干涉的光源叫做——频率相等、相位差恒定的光源称为相干光源。

为了确保这两个条件满足，人们想过很多办法，英国物理学家托马斯·杨是这样做的：将同一光源发出的光用一个只留两个孔（或两个缝）的挡板挡住，那么从这两个空（或两个缝）中射出的光就是相干光源了。

干涉现象形成后，如何方便观察？这个问题复杂一些，让我们将实验完成之后，再做定量分析。

演示：（杨氏）双缝干涉实验a、学生观察双缝；b机械波干涉分析——类比）；c、学生观察干涉条纹…过渡：为了解决干涉现象形成后是否方便观察．．．．．．．．．．．．．的问题，下面进入双缝干涉的定量分析——（请同学们注意，我们这里并不仅仅是解释为什么形成干涉条纹——这一点，我们已经能够利用已有的知识去预测了——而是要研究怎样形成方便观察．．．．的条纹，这就涉及到一个条纹宽度的计算问题。

人教版高二物理选修3-4 第13章光(全章教案)

人教版高二物理选修3-4 第13章光(全章教案)

人教版高二物理选修3-4 第十三章光第一节光的干涉教学目的：1、在学生已有几何光学知识的基础上引导学生回顾人类对光的本性的认识发展过程2、在了解机械波干涉的基础上使学生了解产生光的干涉的条件和杨氏实验的设计原理。

3、使学生掌握在双缝干涉实验中产生亮条纹和暗条纹的条件，并了解其有关计算，明确可以利用双缝干涉的关系测定光波的波长。

4、通过干涉实验使学生对光的干涉现象加深认识。

重点内容：1、波的干涉条件及相干光源的获得。

2、双缝干涉中明暗条纹的产生及有关计算。

教学过程：一、引言：前面一章已学过几何光学，对光的一些性质有了初步了解。

如：1、光在均匀介质中是沿直线传播的；2、光照射到两种介质的界面处会发生反射和折射；3、光的传播速度很大，在真空中为最大c=3.0×108m/s；4、光具有能量但是对于光的本性还没有深一步的探讨，这一章要讲这个问题-----（光的本性）二、讲授新课1、引导学生阅读第一节光的微粒说和波动说阅读后小结：（1）17世纪同时出现了两种学说---牛顿的微粒说和惠更斯的波动说；（2）两种学说对光的现象的解释各有成功和不足之处；（3）19世纪从实验中观察到了光的干涉、衍射现象，证明了光具有波动性；（4）19世纪末发现了光电效应，证明了光具有粒子性。

所以光既具有波动性又具有粒子性。

本章就从这两方面来认识光的本性。

2、复习波的知识提问：什么是波的干涉现象？若使两列波产生干涉现象，它们要具备什么样的条件？A、两列波彼此相遇后，仍像相遇以前一样，各自保持原有的波形，继续向前传播；B、在两列波重叠的区域里，任何一个质点的总位移都等于两列波分别引起的位移矢量和；C、频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，并且振动加强和振动减弱的区域互相间隔，这种现象叫波的干涉；D、要得到稳定的干涉图样，两个波源必须是相干波源小结：干涉是波的特有现象；只有相干波源才能产生稳定的干涉现象；光若具有波动性则必能观察到它的干涉现象，但必须要有产生干涉现象的相干光源。