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4.3 光的干涉
教学分析
本节课程属于人教版（2019）选择性必修一第四章第三节内容。光的双缝干涉现象在日常生活中比较少见，学生对双缝干涉现象的认识依赖于实验。因此，成功地做好用氦氖激光器演示光的双缝干涉的实验，是促使学生正确理解本节知识的关键。这个演示实验最好在暗室里进行。若在教室做此实验，应将四周的窗帘拉上，以确保看清干涉条纹。在对光源的介绍上，教师只需要向学生说明要看到干涉现象，除了频率相同外，还要满足振动情况相同等条件，不提及相位差等概念，避免加重学生理解上的负担。
教学课时
2课时
教学对象
高二年级学生
教学目标
(1)了解相干光源，知道光的干涉条件，知道杨氏干涉实验的设计原理。
(2)通过光的双缝干涉实验，认识双缝干涉图样的特征。
(3)知道光的路程差的概念，知道产生明暗条纹的条件和相邻两个亮(暗)条纹中心间距与波长的关系。
(4)知道薄膜干涉的原理并能解释一些现象。
教学重难点
教学重点
(1)使学生知道双缝干涉产生的条件，认识干涉图样的特征。
(2)理解双缝干涉实验中产生亮条纹和暗条纹的条件。
(3)薄膜干涉的原理
教学难点
薄膜干涉是教学的难点，学生要通过观察来认识薄膜干涉条纹的特点，能依据干涉原理解释单色光的干涉条纹，构建模型解释蜡烛火焰在肥皂薄膜中所成的干涉图样。要完成这一难点内容的学习，需要教师很好地进行教学设计。
教学方法
类比法、实验法、分组探究法
教学准备
PPT课件、激光光源、双缝、滤色片；激光干涉演示仪；酒精灯、食盐、火柴、铁丝圈、肥皂水
教学过程
新课引入
(多媒体辅助)教师展示多媒体课件上肥皂膜和油膜上的彩色条纹边引导学生讨论回答。最后教师提出问题“肥皂膜和油膜上的彩色条纹是如何形成？”
学生讨论。
教师引出新课实验演示光的双缝干涉。
新课教学
一 光的双缝干涉
教师课堂演示光的双缝干涉实验，并让学生观察实验现象，若没条件做实验的学校也可利用多媒体辅助直接展示实验现象。注意教师在做实验时要向学生说明要看到干涉现象，除了频率相同外，还要满足振动情况相同等条件。同时还可以在距离光源不同的位置用白纸作为接收屏，让学生观察到屏与光源的距离增大时条纹所发生的变化。
教师要求学生分组讨论：为什么有的地方出现亮条纹，有的地方出现暗条纹。教师可以提示学生与波的干涉做类比。
教师选择一两个小组代表发言后，借助多媒体课件带领学生共同分析并总结得出：当两列波的路程差为半波长的偶数倍(波长整数倍)光振动在该点加强，形成亮条纹；当两列波的路程差为半波长的奇数倍时，光振动在该点减弱，形成暗条纹。
分析过程：S1与S2发出的两列波到达P0点的路程一样，所以这两列波的波峰或波谷同时到达P0点。这两列波总是波峰与波峰叠加、波谷与波谷叠加，它们在P0点相互加强，因此在P0这里出现了一个亮条纹。
同样，两列波到达P1的路程差为λ，所以这两列波的波峰或波谷同时到达P1点，它们在P1点相互加强，因此在P1点出现了一个亮条纹。在P1点的上方还可以找到路程差为2λ的P2点，路程差为3λ的P3点，路程差为nλ的Pn点，它们对应产生第2、3、4…条明条纹，还有明条纹的地方吗？在P0下方，与P1、P2等关于P0对称的点也应是明条纹。
在Q1点两列波的波程差是λ/2，是波峰与波谷相遇，振动步调刚好相反，所以是暗条纹。
总结规律：凡光程差等于波长整数倍的位置，产生亮条纹；凡光程差等于半波长奇数倍的位置，产生暗条纹，即产生亮暗条纹条件表达式：
亮纹：光程差δ=kλ(k=0，1，2…)
暗纹：光程差
二 干涉条纹和光的波长之间的关系
教师：我们知道了明暗条纹出现的位置规律，那么条纹间距与波长之间有没有关系呢？下面我们就来推导一下。
由于 d l ，运用几何知识，得，解得。
而形成亮纹的条件：；
则亮纹到中心的距离：；
则相邻两个亮条纹间距为：
用肥皂膜做薄膜干涉实验
学生分组做教材演示实验，教师分别从以下几方面引导学生：
(1)在薄膜的哪侧观察像？
(2)像是怎样的？
(3)像上明暗相间的条纹，是哪两列波发生干涉产生的，是如何产生的？
(4)为什么条纹间距会越来越大？
(5)如果换用不同的色光代替加食盐的酒精灯做光源，条纹会有什么变化？
教师找1~2个小组代表对自己的实验现象进行阐述并作出相应的解释后，借助多媒体课件从步骤、现象及现象解释三个方面对薄膜干涉实验进行总结。
薄膜干涉在技术上的应用
(1)检查物体表面的平滑程度
(多媒体辅助)教师展示课件：介绍如何利用薄膜干涉检查物体表面的平滑程度。
光在空气层的上下表面发生反射，这两束反射光发生干涉。如果被检测表面的平整的，将看到与底线平行的干涉条纹；如果检测表面不平整时：干涉条纹向左那么被检测表面下凹，干涉条纹向右那么被检测表面上凸。
分析过程：①厚度相等的地方，光程差一样，干涉情况一样，即某一厚度光叠加加强，该厚度全部加强；为亮纹，若叠加减弱，则为暗纹。
②如图，假设厚度为h处为亮纹，由于该处下凹，厚度h向劈尖(左)平移，则条纹向劈尖(左)弯曲。同理，表面上凸，条纹向右平移。
(2)增透膜
(多媒体辅助)教师直接展示PPT课件，介绍增透膜即可。
典题剖析
例1 在如图所示是光的双缝干涉的示意图，下列说法中正确的是( )
①单缝S的作用是为了增加光的强度
②双缝 S1、S2 的作用是为了产生两个频率相同的线状光源
③当 S1、S2发出两列光波到 P 点的路程差为光的波长λ 的1.5倍时，产生第二条暗条纹
④当 S1、S2 发出的两列光波到 P 点的路程差为长λ时，产生中央亮条纹
A.① B.①② C.②④ D.②③
答案：D
解析：单缝的作用是形成线光源，所以①错误；双缝屏的作用是形成相干光源，所以②正确；当S1、S2发出两列光波到P点的路程差为光的波长 λ 的0.5倍时产生第一条暗条纹，当 S1、S2 发出两列光波到P点的路程差为光的波长 λ 的1.5倍时，产生第二条暗条纹，所以③正确；当S1、S2发出的两列光波到 P 点的路程差为0时，产生中央亮条纹，所以④错误。
例2 某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到题(甲)图所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如题(乙)图所示。他改变的实验条件可能是( )
A．减小光源到单缝的距离
B．减小双缝之间的距离
C．减小双缝到光屏之间的距离
D．换用频率更高的单色光源
答案：D
解析：乙图中条纹的间距比甲图大，根据双缝干涉的条纹间距公式知，乙图中可能是光的波长λ较长，即频率较低，也可能缝与屏间距 l增大，也可能双缝间距 d 减小。
例3 用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象。图(a)是点燃的酒精灯(在灯芯上洒些盐)，图(b)是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属丝圈。将金属丝圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是( )
A．当金属丝圈旋转30°时干涉条纹同方向旋转30°
B．当金属丝圈旋转45°时干涉条纹同方向旋转90°
C．当金属丝圈旋转60°时干涉条纹同方向旋转30°
D．干涉条纹保持原来状态不变
答案：D
解析：金属丝圈在竖直平面内缓慢旋转时，楔形薄膜形状各处厚度形状几乎不变。因此，形成的干涉条纹保持原状态不变，D正确，A、B、C错误。
例4 如图所示，是用干涉法检查玻璃板上表面是否平整的装置。用单色光做光源，检查中所观察到的干涉条纹是由下列哪两个表面反射的光线叠加而成的 ( )
A. a的上表面和b的下表面
B. a的上表面和b的上表面
C. a的下表面和b的上表面
D. a的下表面和b的下表面
答案：C
解析：这里的薄膜指的是样板与待测玻璃之间的空气层。空气层的上表面和下表面分别反射的光会发生干涉，观察干涉后形成的条纹是否为平行直线，可以断定厚玻璃板的上表面是否平整。
课堂小结
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