§13-1光的干涉.docVIP

﹡第十三章 物理光学基础知识 一、引言 1．光学简史 光学是一门历史悠久的学科，它的发展反映了人类认识客观世界逐渐接近真理的过程。 最早的光学理论是我国战国时期的《墨经》中有关光的记载。17世纪上半叶，由斯涅耳（Snell）和笛卡儿（Descartes）c=3.0×108 m/s；光具有能量等。 §13-1 光的干涉 [教学目标] 一、知识目标 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。 二、能力目标 使学生掌握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。 三、素质目标 通过杨氏双缝干涉实验和薄膜干涉实验使学生对光的干涉现象加深认识。使学生学会以事实和实验为依据推出新的结论的思维过程，培养学生的逻辑推理能力。 [教学重点] 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。 [难点分析] 干涉条纹形成的分析。 [分析学生] 学生在初中学习过几何光学的初步知识，但是没有接触过波动光学和量子光学的知识。 [教学设计思路] 通过对光学发展史的回顾和介绍，再通过实验和逻辑推理，达到教学目标。 [教学资源] 演示实验（见教学参考书P186）等；光的干涉的CAI教学课件。 [课时安排] 1课时 [教学过程] 导入新课 我们学习了光的一些几何性质，但对于光的本性还没有深一步的探讨，要了解光的属性以及有效的利用光，我们还必须研究光的波动性和量子性，这部分光学称为物理光学。光的波动性表现在光的干涉、衍射和偏振等现象中，只有通过对这些现象的研究才能获得关于光的波动性的知识；光的量子行为表现在光电效应、光压现象及热辐射等现象中，只有通过对这些现象的研究才能获得关于光的量子性的知识，对光的波动性和量子性的研究构成了物理光学。 复习波的干涉： （1）什么是波的干涉现象？ （2）若使两列波产生干涉现象，它们要具备什么样的条件？ 以水波为例，复习机械波的叠加和水波干涉的形成原因。 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。 相干条件：频率相同、振动方向相同。 新课教学 一、杨氏双缝干涉 1．杨氏双孔实验装置（图1） （1）介绍实验装置，强调以下两点：用单色光源；双孔屏上的两个小孔离的很近，到前一小孔的距离相等，所以两小孔处光振动不但频率相等，而且振动的方向、步调总是同相的。 （2）实验结果：在屏上出现明暗相间的干涉条纹。若用白光做该实验则屏上出现彩色的干涉条纹。 2．双缝干涉实验： 与前面杨氏实验原理相同，只是将双孔改为平行的双缝，双缝距离很近，大约0.1mm左右。在单孔处是一线光源（可以通过光源照射滤光玻璃后经狭缝产生），使双缝与光源平行，即可在屏上得到比小孔实验更明亮的干涉条纹（图2）。 分析双缝干涉示意图 （1）以水波为例,从波峰、波谷叠加解释明、暗纹产生的原因。明纹处波峰与波峰叠加、波谷与波谷叠加，振动加强。暗纹处波峰与波谷叠加、振动减弱。 （2）说明干涉条纹的稳定性：两列波在空间某点相遇，若到达该点的两列波都是波峰，那么过半个周期，两列波就都变为波谷，它们在该点的叠加结果使得振动始终被加强；若到达该点的两列波一列是波峰另一列是波谷，那么过半个周期，第一列波就都变为波谷，而第二列波就都变为波峰，它们在该点的叠加结果使得振动始终被减弱。这样，在相遇的区域里就产生了稳定的加强和减弱，即形成了稳定的干涉条纹。 二、薄膜干涉 1．薄膜干涉演示实验。见图3（可以用 钠灯作光源） 引导学生观察到薄膜干涉条纹，肥皂薄 膜必须竖直立放，并把液膜当成镜面从前面 看火焰的反射后的虚像。引导学生注意观察 火焰反射虚像中近似水平的明暗相间的条纹， 并得出： （1）薄膜的干涉条纹产生在薄膜的表面（图4）。 （2）竖直肥皂膜的干涉条纹基本上是水平的。 （3）条纹是游动的、不稳定的。 2．薄膜干涉条纹产生的原因 引导学生分析明暗相间条纹的来源。 令：虚线代表前表面反射回来的光波，实线代表后表面反射回来的光波。 （1）分析干涉条件：薄膜在自身重力作用下形成楔形膜，当光垂直入射到楔形薄膜上，同一入射光波在膜层的前后表面的反射产生两束反射光，由于两束反射光是由一束光分得，因而满足相干条件。由于同一水平线上的薄膜厚度近似相同，所以干涉后能产生水平的明暗条纹。见图5。 （2）由于肥皂膜后表面 的光比前表面的光多走了二 倍膜层厚度的距离，因而膜层 厚度对两列光波的叠加情况有 影响。在膜上某些地方两列光 波的合振动加强，产生亮条纹； 在膜上某些地方两列光波的合振动减弱，产生暗条纹（这里可