高中物理选修3-4第5章课程纲要教案学案

1953年5月24日立体电影首次出现，戴着特殊眼镜的观众在观看《布瓦那魔鬼》及《蜡屋》这类惊险片时，会有身临其境的感觉，就像自己躲在逃跑的火车及魔鬼的后面．立体电影是用两个镜头从两个不同方向同时拍摄下景物的像，然后制成电影胶片．在放映时，通过两个放映机，把用两个摄影机拍下的两组胶片同步放映，使这略有差别的两幅图像重叠在银幕上，并且在每架电影机前装一块偏振片，它的作用相当于起偏器．在观看立体电影时，观众戴上一副特制的眼镜，就能产生立体感觉．请你思考：你看过立体电影吗？如果用眼睛直接观看又是什么样的情况呢？§5.1光的干涉1．认识光的干涉现象及产生光的干涉的条件．2．理解光的干涉条纹形成的原理，认识干涉条纹的特征．3．掌握条纹间距公式及测波长的原理．4．掌握薄膜干涉的原理和应用．1．重点难点教学重点：产生光的干涉的条件；理解光的干涉条纹形成的原理；条纹间距公式．教学难点：光的干涉条纹形成的原理；薄膜干涉的原理和应用．2．高考前瞻在高考中，对干涉现象、干涉条件、干涉条纹间距的计算、光的波长的测量等知识点考查较多，一般难度不大，多以选择题或填空题的形式呈现．3．教学建议学习本节时，要先复习关于波的相关知识，特别是波的干涉现象产生的条件，通过类比，了解光的干涉现象及产生条件．通过实验、观察，认识生活中光的干涉现象的存在．学习托马斯·杨的双缝干涉实验时，要注意获得相干光源的具体办法．我们要能用光的干涉知识解释日常生活、生产中的有关现象，体会物理与生活的紧密联系．认识物理及其相关技术对社会发展和人类生活的影响．1．双缝干涉(1)1801年英国物理学家________在实验室里成功观察到光的干涉，这说明光具有________性(填“波动”或“粒子”)．(2)红色激光束垂直射到两条狭缝时，在狭缝后的屏幕上看到红色的______________的条纹，这表明两束光在________区域内发生了干涉．(3)双缝干涉中双缝S1的S2相当于两个__________，屏幕上的点到狭缝S1的S2路程差为波长的整数倍则出现________，屏幕上的点到狭缝S1的S2路程差为半波长的奇数倍则出现________．(4)在双缝干涉实验中，如果能够测出光屏上明(暗)条纹的宽度，就可以利用公式λ＝dlΔx求出光波的波长．此公式中，d表示________，l表示________的距离，Δx表示________．2．薄膜干涉薄膜干涉的干涉光束是从薄膜的________和________反射的两束光．薄膜干涉可以用来检测平面的________．参考答案：1．(1)托马斯·杨波动(2)明暗相间等距离叠加(3)完全相同的光源明条纹暗条纹(4)两缝间的距离两缝到光屏相邻两条明条纹(或暗条纹)的间距2．前表面后表面平整程度主题1：光的干涉情景：在光学的发展史上，意大利科学家格里马第做了一个简单的实验：在房子的窗户板上打上两个紧挨着的小孔，太阳光经过这两个小孔射入室内形成两个锥形光柱．将一个屏放在两个光柱相互重叠的地方，此时发现，屏上一些地方的亮度反而比只用一个光柱照射时还要暗一些．格里马第从这一实验中得出结论：两根光柱相加并不总是使亮度增加．问题：阅读教材中“双缝干涉”的有关内容，试回答为什么会出现上述现象．解答：材料中提到的这个实验，实际上就是最早的光的干涉实验．光在一些地方互相加强，在另一些地方互相削弱，所以屏上会出现一些地方的亮度反而比只用一个光柱照射时还要暗一些的现象．主题2：产生明暗条纹的条件问题：类比机械波的干涉时得到的振动加强点和减弱点的规律，阅读教材中“产生明暗条纹的条件”的内容，回答双缝干涉中明暗条纹出现的条件是什么．解答：(1)出现亮条纹的条件用单色光做光源，当两个离得很近的狭缝(“相干光源”)到屏上P处的路程差d等于单色光波长λ的整数倍时，两列光波到达P时同相，光波互相加强，此处就出现亮条纹，所以出现亮条纹的条件是：d＝kλ，(k＝0，±1，±2，…)．(2)出现暗条纹的条件当两狭缝到屏上P处的路程差d等于半波长(λ2)的奇数倍时，两列光波到达P时反相，光波互相抵消或削弱，此处就出现暗条纹，所以出现暗条纹的条件是：d＝(2k－1)·λ2，(k＝±1，±2，±3，…)．主题3：计算波长的公式情景：教材中“观察思考”中提出在其他条件不变的情况下，用红光、紫光分别去照射双缝，观察它们产生的干涉条纹有什么区别．做一做或查阅相关资料，说说它们的区别和产生这一现象的原因．问题：根据条纹间距公式我们还可以有什么应用？解答：用红光做双缝干涉实验比用紫光做双缝干涉实验条纹间距大，因为是红光比紫光的波长长，根据Δx＝dlλ可知λ越大的Δx越大，因此用红光做双缝干涉实验比用紫光做双缝干涉实验条纹间距大．利用此式，测出条纹间距Δx，可以求出光的波长主题4：薄膜干涉情景：双缝干涉中激光照射的双缝相当于两个完全相同的光源，也叫相干光源，它们的频率是相同的，它是产生光的干涉的必要条件．问题：阅读教材中“增透膜与反射膜”的内容，根据薄膜干涉的有关知识回答下列问题．(1)在薄膜干涉中相干光源是怎样形成的？(2)为什么照相机的镜头常呈淡紫色或蓝紫色？解答：(1)薄膜干涉中相干光源是同一列波在肥皂液膜或空气薄层(干涉法检查平面中)前后两个表面反射回来的两列光，它们的频率是相同的，它们形成了相干光源，叠加时能产生干涉．(2)这是为了增加通光量，在镜头上镀上了增透膜的缘故．因为人的视觉最敏感的色光为绿光，所以增透膜的厚度为绿光的14.以增大绿光的透射强度．因为红光与紫光反射强度大，所以镜头的颜色常呈淡紫色或蓝紫色．一、双缝干涉的必要条件例1两盏普通白炽灯发出的光相遇时，我们观察不到干涉条纹，这是因为()A．两盏灯亮度不同B．灯光的波长太短C．两灯光的频率不同D．电灯发出的光不稳定【解析】双缝干涉的必要条件之一是频率相同，即使两盏一样的普通白炽灯发出的光的频率也是不一样的，选项C正确．【答案】C【点拨】①干涉的必要条件是两列波的频率相同，即两束光一定要为相干光，在解答这类问题时一定要牢牢地抓住这个条件．②一般情况下，两个不同的光源发出的光或同一个光源的不同部分发出的光的振动情况往往是不同的，不能满足干涉的条件，所以观察不到干涉条纹．由光源上同一点发出的光或同一列光分出的两列光其振动情况是相同的．③激光是相干性很强的光，所以做双缝干涉实验时我们用的是氦氖激光器发出的红色激光．二、出现明暗条纹的条件例2在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P点的距离之差为0.6μm，若分别用频率为f1＝5.0×1014Hz和f2＝7.5×1014Hz的单色光垂直照射双缝，则P点出现明、暗条纹的情况是()A．单色光f1和f2分别照射时，均出现明条纹B．单色光f1和f2分别照射时，均出现暗条纹C．单色光f1照射时出现明条纹，单色光f2照射时出现暗条纹D．单色光f1照射时出现暗条纹，单色光f2照射时出现明条纹【解析】单色光f1的波长λ1＝cf1＝3×1085.0×1014m＝0.6×10－6m＝0.6μm，双缝到光屏上P点的距离之差为0.6μm，即波长的一倍，P点出现明条纹．单色光f2的波长λ2＝cf1＝3×1087.5×1014m＝0.4×10－6m＝0.4μm，双缝到光屏上P点的距离之差为0.6μm，即半波长的3倍，P点出现暗条纹．【答案】C【点拨】在干涉现象中出现明暗条纹的条件取决于光程差和波长的倍数的关系，若为波长的整数倍，则出现明条纹；若为半波长的奇数倍，则出现暗条纹．三、双缝干涉中计算波长的公式例3在做双缝干涉实验时，得到两种光的条纹，如图所示，其中甲图为用绿光进行实验时屏上观察到的条纹情况，a为中央亮条纹；乙图为换用另一颜色的单色光实验时观察到的条纹情况，a′为中央亮条纹．则下列说法正确的是()A．乙图可能是用红光实验产生的条纹，表明红光波长较长B．乙图可能是用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较长C．乙图可能是用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较短D．乙图可能是用红光实验产生的条纹，表明红光波长较短【解析】根据干涉条纹的间距公式Δx＝ldλ可以得知，在l、d不变的条件下，乙的间距Δx乙大于Δx甲，故乙的波长应该大于甲的，红光波长大于绿光波长，故乙为红光．【答案】A【点拨】双缝干涉中屏幕上到双缝等间距的位置(路程差为零)一定出现亮条纹(中央亮条纹)．在可见光中红光的波长最长，紫光的波长最短，由公式Δx＝ldλ可知，不同色光由于波长不同，条纹间距也不同．四、薄膜干涉的原理和应用例4劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图甲所示，将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜，当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图乙所示．干涉条纹有如下特点：①任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；②任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定．若现从图甲装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹()A．变疏B．变密C．不变D．消失【解析】薄膜干涉中，干涉条纹是由空气薄膜的上下两个表面反射的光线叠加而成的，当抽去一张纸片后，劈形空气薄膜倾角减小，相邻明条纹(或暗条纹)必须变疏才能使所在位置下面对应的薄膜厚度跟原先一样，故A正确．【答案】A【点拨】干涉条纹是a板下表面的反射光和b板上表面的反射光叠加而成的，由于空气厚度自左向右逐渐增大，因而会产生明暗相间的条纹．一、光的干涉光的干涉：在两列光波的叠加区域，某些区域相互加强，出现亮条纹，某些区域相互减弱，出现暗条纹，且加强和减弱的区域相间，即亮条纹和暗条纹相间的现象．1．光的干涉必须具备的条件：相干光源．如果两个光源发出的光能够产生干涉，这样的两个光源叫做相干光源．相干光源可用同一束光分成两束而获得．要求是频率相同，振动情况相同且相位差恒定．2．相邻两亮条纹间的间距公式：Δx＝ldλ，其中λ为光波波长，l为缝到屏的距离，d为双缝间距．二、薄膜干涉以及应用薄膜干涉：光照射在薄膜上，在前表面和后表面两个界面上均会发生反射，由于薄膜的厚度不均匀，不同位置的反射光传播的路程差不同，形成明暗相间的条纹，根据条纹的情况可以判断薄膜的厚度．应用：检查精密零件的表面是否平整和增透膜的应用．1．用单色光做双缝干涉实验时()A．屏上到双缝的路(光)程差等于波长整数倍处出现明条纹B．屏上到双缝的路(光)程差等于半波长整数倍处，可能是明条纹，也可能是暗条纹C．屏上的明条纹一定是两列光波的波峰与波峰相遇的地方D．屏上的明条纹是两列光波的波峰与波谷相遇的地方【解析】在双缝干涉实验中，屏上到双缝的路(光)程差等于波长整数倍处出现明条纹，则可能是两列光波的波峰与波峰或波谷与波谷相遇的地方，A选项正确，C选项错误；屏上到双缝的路(光)程差等于半波长整数倍处，可能是半波长的奇数倍(暗条纹)，也可能是半波长的偶数倍(明条纹)，B选项正确；两列光波的波峰与波谷相遇的地方，应是暗条纹，D选项错误．【答案】AB2．用包括有红光、绿光、紫光三种色光的复合光做光的干涉实验，所产生的干涉条纹中，离中央亮纹最近的干涉条纹是()A．紫色条纹B．绿色条纹C．红色条纹D．都一样近【解析】本题考查干涉条纹与入射光波长之间的关系，由相邻两亮条纹间的间距Δx＝ldλ可知，条纹间的间距与波长成正比，故A选项正确．【答案】A3．如图所示，用频率为f的单色光(激光)垂直照射双缝，在屏上的P点出现第3条暗条纹．已知光速为c，则P点到双缝的距离之差r2－r1应为()A.c2fB.3c2fC.3cfD.5c2f【解析】当P点出现第3条暗条纹时，r2－r1＝52λ，又λ＝cf，故r2－r1＝52×cf＝5c2f.【答案】D4．市场上有一种灯具俗称“冷光灯”，用它照射物体时能使被照物体产生的热效应大大降低，从而广泛地应用于博物馆、商店等处．这种灯降低热效应的原因之一是在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面上镀一层薄膜(例如氟化镁)，这种膜能消除玻璃表面反射回来的热效应最显著的红外线，以λ表示此红外线在薄膜中的波长，则所镀薄膜的厚度最小应为()A.λ8B.λ4C.λ2D．