第十三章A 光的干涉和衍射教学建议

（一）学习目标

1．知道光的干涉现象和衍射现象。知道干涉和衍射图样的特点；理解光的干涉和衍射是证明光具有波动性的科学依据。学会观察光的干涉和衍射现象，知道光的干涉在技术上的一些应用。

2．通过学生自主实验，认识光的干涉和衍射的物理过程和影响图样变化的因素。

3．通过对杨氏双缝实验的成功对于光的波动说发展所起的重要作用的学习，感悟实验在科学发现中的作用和价值，通过实验提高认真细致、善于观察的科学素养，通过光的干涉在技术上的一些应用，增强科学创新的意识。

（二）重点和难点

本节重点是杨氏双缝实验和单缝衍射实验。

本节难点是理解干涉和衍射的物理过程和干涉、衍射图样的特点。

（三）教学建议

本节利用常见的光的波动现象（薄膜干涉现象）激发学生的探究兴趣，引入课题。通过光的干涉、衍射现象及规律的教学，使学生认识光具有波动性，是一种波。

本节的教学内容较多，建议分2课时进行，第一课时主要开展“光的干涉”内容的教学，第二课时进行“光的衍射”教学。

1．关于“光的干涉现象”的教学建议

干涉是波特有的现象。通过光的干涉现象及其规律的学习，认识光的波动性是本节教学的重点和难点。在教学中要注意以下两个关键：

关键之一：引导学生有目的地做好“观察光的干涉现象”的实验，例如，在进行“观察光的干涉”的学生实验时，让学生自制一些间距不同的双缝，指导学生观察和记录实验现象，归纳出双缝干涉图样与双缝间距、光屏到双缝距离的关系。在教学中要让学生通过实验，体会获得清晰、稳定的干涉图样的关键所在一一寻找“相干光源”，体验“杨氏双缝实验”所蕴涵的巧妙的科学思想方法。

关键之二：重视新旧知识的联系，与波的干涉加以对照。在教学中要充分利用对比、想象等方法，让学生理解光发生干涉的物理过程，从而让学生明确干涉现象是波的重要特征，光有干涉现象说明光具有波动性，在此，不要运用抽象的理论推导有关双缝干涉的结论。

2．关于课本第69页“大家谈”的教学建议

用两个不同的光源做干涉实验是不可能观察到干涉现象的，这是因为两个不同光源发出的光不可能符合相干光源的要求。此外，干涉图样中明暗条纹的间距与两个相干光源的间距成反比、与波长成正比，光的波长非常小，当两个相干光源的距离约为十分之几毫米时，才能较容易地观察到清晰的干涉条纹。

在教学中，可以利用“大家谈”这一问题，认识托马斯•杨设计的双缝实验的精妙之处。通过“大家谈”，为学生自主开展“观察光的干涉现象”实验做好准备。在实验中，要求学生制作不同间距的双缝，以此获得不同间距的相干光源，双缝的间距是实验成功的关键，通过自主实验，要让学生获得干涉条纹间距变化与相干光源间距的关系，实验后，可以提出这样的问题：如果换用两台激光器作为光源，是否能产生干涉现象呢？答案是否定的。

3．关于课本第70页“大家谈”的说明

在相同的条件（双缝间的距离，光屏到缝的距离都相同）下，不同波长的单色光在光屏上形成的干涉条纹间距不同，红光的最宽，紫先的最窄，但是中央均为亮条纹。用白光做实验，由于白光中含有不同波长的单色光，不同色光的干涉条纹间距不同，因此，除了中央亮条纹是白色的，两边出现彩色条纹，且紫光的亮条纹最靠近中央亮纹。

在教学中，可以先出示白光干涉的图样，请学生交流观察结果，然后提出问题。在解释时，可以分步进行，先获得不同色光对应不同的干涉条纹间距的认识，然后，根据干涉是波特有的性质，提出不同色光对应不同波长的模型假设，从波的模型分析得出结论：干涉条纹间距随光的波长而改变，以此建立光具有波动性的观念。这一过程，就是用波动模型解释光的干涉现象的过程。

4．关于课本第70页“自主活动”的参考答案

指导学生进行资料收集，获得不同色光对应的波长范围。

5．关于光的薄膜干涉的教学建议

学生平时都见过薄膜干涉现象，例如雨后路面上油膜形成的彩色条纹，色彩绚丽的肥皂泡等，没有引起注意，让学生动手做肥皂液薄膜的干涉实验，观察单色光的明暗条纹和白光的彩色条纹，给学生留下深刻的印象。实验时，要引导学生仔细观察干涉条纹，例如，可观察到干涉条纹产生在薄膜的表面上，肥皂液薄膜的干涉条纹基本上是水平的且上疏下密等等。

在分析薄膜干涉实验时，重点要放在如何得到相干的两列波，薄膜上是怎样出现明暗相间的干涉条纹或彩色条纹的。课本第71页图13－6（b）是肥皂液薄膜干涉的示意图，图中只给出了楔形薄膜的前后表面反射的两列波的相位关系和叠加的结果，该图表示的是光波几乎垂直地入射到楔形薄膜上后，又从薄膜的前后表面反射回来的情况，薄膜的两个表面是近乎平行的。图中薄膜的楔形被大大夸张了。分析时应指出，分别从前、后表面反射回来的两列波都来自于同一入射波，因而是相干的，由于从后表面反射回来的光波比前表面反射的光波通过的路程较长，在膜上某些厚度的地方，两列反射波相差波长的整数倍，形成相互加强的亮纹；在另一些厚度的地方两列反射波相差半波长的奇数倍，形成相互削弱的暗纹，教学中不要涉及光程差与薄膜厚度的关系，也不要涉及光从光疏媒质进入光密媒质时界面反射的半波损失以及在液膜内的光波波长小于空气中的波长等问题，教学中应注意掌握分析的深度，以免加重学生的负担。

薄膜干涉在科学技术上有重要的应用。教材只介绍了“用干涉法检验光学元件表面加工的质量”，教学中还可以增加一些应用示例，例如“增透膜”等，但都不要涉及理论分析。

6．关于光的衍射现象的教学建议

教材从“光有干涉现象，说明光是波，光就应该有衍射现象”这一点出发，引导学生通过实验观察光的衍射现象，进一步证明光具有波动性，在“光的衍射现象”的教学中，同样要重视过程与方法，通过学生的亲身经历，认识产生明显衍射现象的条件。

做好“观察光的衍射现象”实验，是学生认识光的衍射规律的基础。实验中要引导学生观察以下现象：

（1）光偏离直线传播，绕过障碍物进入阴影中，并且在屏上出现明暗相间的衍射条纹；

（2）只有狭缝（或孔）较小时，光的衍射现象才比较显著；

（3）为了认识光的直线传播和光的衍射的关系，观察屏上的光斑变化情况时应使狭缝的宽度（或孔径）逐渐变小。当缝宽（或孔径）较大时，屏上光斑的边缘清晰，显示出光沿直线传播；缝宽（或孔径）逐渐变小时，屏上光斑的边缘逐渐变得不清晰了，衍射现象逐渐变得显著起来，直至出现明暗相间的衍射条纹。通过上述实验使学生认识到，由于光是波动，遇到障碍物时发生衍射现象是不可避免的，只是由于在一般情况下障碍物的尺寸比光的波长大得多，因此衍射现象很不明显。当衍射现象可以忽略时，才可以认为光是沿直线传播的。

7．关于“泊松亮斑”的教学建议

光的衍射现象的发现，以及用波动说加以成功的解释，对发展光的波动理论起了重要的作用，“泊松亮斑”是一个生动的教学示例。教学中可以组织学生搜寻资料、讨论交流有关的问题，并通过实验认识著名的衍射现象——“泊松亮斑”，教学时可以用细金属丝代替“菲涅耳圆盘”进行衍射实验，在金属丝的阴影中间会产生一条亮线，让学生更加信服光的衍射现象。

（四）作业说明

本节共有15道练习题，可以将习题分成两部分，一部分仅涉及光的干涉现象，在第一节课后使用；另一部分在第二节课后使用。习题中的部分题目可以用作课内讨论。

参考答案

A组

1．振动情况完全相同波动

2．前表面后表面振动频率

3．获得线光源获得相干光源，明暗相间的干涉条纹

4．明暗相间的条纹，红光的条纹间距比紫光的条纹间距大，白色，彩色条纹

5．干涉色散衍射

6．衍射现象不明显障碍物或孔的尺寸与光波波长相差不多

7．BC

8．BD

B组

9．C

10．D

11．A

12．B

13．AC

14．D

15．BD

发布时间：2012/3/7 上午9:01:52  阅读次数：4437