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      高中物理 光的直線傳播 光速 教案

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      高中物理 光的直線傳播 光速 教案

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      • 教學目標
        (一)知識目標
          1、知道光的干涉現象,了解相干條件,知道光的雙縫干涉現象是如何產生的以及產生明暗條紋間距與波長的關系;
          2、知道薄膜干涉是如何產生的,了解薄膜干涉的現象及技術上的應用。


        (二)能力目標
          通過觀察實驗現象,與以前學過的機械波的干涉進行類比,培養學生的自主學習的能力以及對問題的分析、推理能力。

         

        教學建議

          光的干涉是本章的重點之一.講解前先引導學生回憶機械波的有關內容.
          在光的干涉的教學中,一個值得注意的問題是相干條件的講述(有關內容可以參見擴展資料).相對于機械波--比較容易的獲得連續振動的波源、滿足相干波的條件,兩個獨立光源發出的光,即使是頻率相同的單色光(實際上嚴格的單色光并不存在),也不能保持恒定的相差.考慮到學生的知識基礎和接受水平,講解中可以不提出相干光的概念,只強調利用單孔雙縫使得一束光成了兩個振動情況總是相同的波源,這同機械波中提到的振源的振動步調相同的要求是一致的.
          做好演示實驗.讓學生通過觀察白光的雙縫干涉和單色光的雙縫干涉加深知識的理解.
          雙縫干涉的教學雖不要求定量討論,但是在講條紋間距與波長的關系時,要讓學生知道公式中每一項的意義,配合彩圖讓學生將白光、單色光的干涉圖樣的特點記住.并要知道不同色光具有不同的頻率,光的頻率只由光源決定而與介質無關.在狹縫間的距離和狹縫與屏間的距離不變的條件下,單色光產生的干涉條紋間距跟光的波長成正比,這個關系是應該讓學生知道的.知道了這一點,學生才能理解不同色光具有不同的頻率和波長.
          薄膜干涉的教學,可以結合實驗、演示來進行,只要求學生初步認識這種現象,不必做進一步的分析.除了肥皂膜的干涉外,兩片玻璃之間的空氣膜的干涉、浮在水面上的油膜的干涉,都可以讓學生觀察.如果有牛頓環的實驗裝置,也可以讓學生觀察.
        關于光的干涉在技術上的應用,教材中舉了用干涉法檢查平面和增透膜的例子.對此只要求學生初步了解其原理,可不再補充.


        關于演示實驗的教學建議

          (1)演示實驗可以用激光光學演示儀、實驗時使激光束的行進方向正對學生的觀察方向,用毛玻璃屏接收干涉條紋.讓光屏到雙縫的距離保持一定(L不變),讓光束通過不同間距(d)的雙縫,可觀察到屏上的條紋間距不同,d大的條紋間距窄,保持d不變,使雙縫到屏的距離增大,則條紋間距變寬.

         (2)學生實驗用雙縫干涉儀測光的波長.實驗時可以用燈絲為線狀的燈泡作光源,在雙縫前加一濾光片(紅、綠均可),讓雙縫對準光源且雙縫平行于燈絲,這樣通過雙縫的為單色光.然后調節雙縫的卡腳,即可在筒內帶有刻波的光屏上得到單色光的干涉條紋,再從觀察到的條紋中選若干條清晰的條紋,從屏上的刻度讀出他們的間距之和,求出相鄰兩條紋的間距:

          由 

          可以求出 

          d在雙縫上已標出,L從儀器上可得到, 為測量到的值,即可求出 ,本實驗除了測波長,還可以讓學生用其觀察白光的干涉條紋(不加濾光片,直接觀察燈絲發出的光),在屏上可看到彩色條紋

          (3)薄膜干涉可采用隨堂實驗.用生物實驗用的蓋玻片、酒精燈、食鹽.將少許食鹽撒在酒精燈的燈芯上點燃,然后將蓋玻片置于火焰后方,用眼睛從前面著蓋玻片即可看到明、暗相間的條紋

          (4)用激光演示儀加牛頓圈配件可以在屏上得到牛頓環

         

        教學設計示例

        (-)引入新課
          通過機械波的干涉和衍射現象產生的條件和現象引入光的干涉和衍射


        (二)教學過程(需要重點強調的主要知識點)
          1、實現新舊知識遷移是掌握雙縫干涉的關鍵
          干涉和衍射是波的特有現象,確定某種物理過程是不是波動,就看它有沒有干涉現象和衍射現象產生,只有觀察到光的干涉現象和衍射現象,才能確認光具有波動性在學習雙縫干涉前,應回顧下列有關機械波的知識:
          A、兩列波彼此相遇后,仍像相遇以前一樣,各自保持原有的波形,繼續向前傳播;
          B、在兩列波重疊的區域里,任何一個質點的總位移都等于兩列波分別引起的位移矢量和;
          C、頻率相同的兩列波疊加,使某些區域的振動加強,某些區域的振動減弱,并且振動加強和振動減弱的區域互相間隔,這種現象叫波的干涉;
          D、要得到穩定的干涉圖樣,兩個波源必須是相干波源


          2、掌握了上述波的共同性后,再分析光的特殊性.
          由于物質發光的特殊性,任何兩個獨立的光源發出的光相疊加均不能產生干涉現象怎樣才能得到相干光源呢?雙縫干涉就是成功的一例.在雙縫干涉實驗中,光從單縫射到雙縫上,形成了兩個振動情況總是相同的相干光源,它們在光屏上疊加就出現干涉圖樣.
          上述思維過程,不僅能順利地掌握雙縫干涉,同時為研究薄膜干涉打好了基礎
          (1)雙縫干涉
          兩個獨立的光源發出的光不是相干光,雙縫干涉的裝置使一束光通過雙縫后變為兩束相干光,在光屏上相通形成穩定的干涉條紋.
        在雙縫干涉實驗中,光屏上某點到雙縫的路程差為半波長的偶數倍時,該點出現亮條紋;光屏上某點到雙縫的路程差為半波長的奇數倍時,該點出現暗條紋.
          A、對干涉圖樣的研究可知:相鄰兩條明條紋(暗條紋)中心距離 與屏到雙縫的距離L成正比;與雙縫間距離d成反比;與照射光的波長成正比.
          B、在實驗裝置不變的情況下化、d不變),由于紅光的波長大于紫光的波長,所以紅光產生的干涉條紋間距較大,紫光產生的干涉條紋間距較小;初步了解通過雙縫干涉測波長的原理.
          C、用白光進行干涉實驗,各種單色光在光屏中央均為明紋,中央亮紋是各色光復合而成,所以是白色的.各色光由于波長不同,在光屏上產生的其它各級亮紋的位置均不相同,所以其它各級亮紋是彩色的.
          (2)薄膜干涉
          讓一束光經薄膜的兩個表面反射后,形成的兩束反射光產生的干涉現象叫薄膜干涉.
          A、在薄膜干涉中,前、后表面反射光的路程差由膜的厚度決定,所以薄膜干涉中同一明條紋(暗條紋)應出現在膜的厚度相等的地方.由于光波波長極短,所以微薄膜干涉時,介質膜應足夠薄,才能觀察到干涉條紋.
          B、用手緊壓兩塊玻璃板看到彩色條紋,陽光下的肥皂泡和水面飄浮油膜出現彩色等都是薄膜干涉.
          C、薄膜于涉在技術上可以檢查鏡面和精密部件表面形狀;精密光學過鏡上的增透膜(當增透膜的厚度是入射光在膜中波長的1/4時,透鏡上透光損失的能量最小,增強了透鏡的透光能力.)


          3、光的衍射
          光離開直線路徑繞到障礙物幾何陰影里去的現象叫光的衍射.只有當小孔、單縫或小屏的尺寸小于波長或和波長差不多時,才能觀察到明顯的衍射現象.
          A、白光通過小孔或單縫時,屏上出現的衍射圖樣中央是白色亮紋,它各級亮紋是彩色的;用單色光進行單縫衍射時,屏上出現明暗相間的衍射條紋.
          B、光的衍射現象中出現明暗相間的條紋,實際上是干涉的結果,說明光的干涉和衍射現象有密切關系.
          C、干涉和衍射是波的基本特性,光的干涉和衍射現象征明了光是一種波.干涉和衍射現象產生的機理不同,產生的圖樣也有區別.干涉圖樣的中央亮紋和其它各級亮紋的寬度基本相等,而衍射圖樣各級亮紋的寬度各不相同,中央亮紋的寬度差不多是其它各級亮紋寬度的兩倍.
          D、白光干涉、衍射現象中出現的彩色條紋與白光色散的彩色條紋產生的機理不同,前者由光的疊加產生的,后者由光的折射產生的.

         

        探究活動

          1、查閱資料:有關光的干涉的內容

          2、實驗:觀察薄膜干涉和牛頓環

          3、了解等厚干涉和等傾干涉.




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