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物理学:探索物质运动规律与光的干涉现象

2024-06-24 14:46:08综合与其它18

物理学是研究物质运动最普遍规律和物质基本结构的学科。物理学作为自然科学的先导学科,研究从宇宙到基本粒子的一切物质最基本的运动形式和运动规律,并因此成为其他自然科学学科的研究基础。下面是我为大家整理的一套高中物理光的干涉完整教案,希望大家喜欢!zr3物理好资源网(原物理ok网)

高中物理光干涉课程计划 1zr3物理好资源网(原物理ok网)

【教学目标】zr3物理好资源网(原物理ok网)

1.知识和技能:zr3物理好资源网(原物理ok网)

(1)结合学生现有的几何光学知识,引导学生回顾人类对光的本质认识的发展历程。zr3物理好资源网(原物理ok网)

(2)通过对机械波干涉的学习,了解产生光干涉的条件及杨氏实验的设计原理。zr3物理好资源网(原物理ok网)

(3)学生了解双缝干涉实验中明、暗条纹产生的原因、条件和有关的计算,了解利用双缝干涉关系可以确定光波的波长。zr3物理好资源网(原物理ok网)

(4)通过干涉实验,学生可以更深入地理解光的干涉现象。zr3物理好资源网(原物理ok网)

2. 流程与方法zr3物理好资源网(原物理ok网)

教学中主要有两个探究问题。zr3物理好资源网(原物理ok网)

(1)学生基于机械波产生的干涉现象知识,通过自主学习,掌握光的干涉条件,双缝干涉实验中亮、暗条纹产生的原因和条件。zr3物理好资源网(原物理ok网)

(2)分组探索哪些因素与两个相邻亮条纹(或暗条纹)之间的距离有关。zr3物理好资源网(原物理ok网)

3.情感态度和价值观zr3物理好资源网(原物理ok网)

培养学生的合作精神、团队意识和集体观念,培养学生踏着科学家的脚步自主探索科学知识的能力,真正达到让每一位学生都得到发展的目的。zr3物理好资源网(原物理ok网)

【教学重点】zr3物理好资源网(原物理ok网)

(1)让学生了解双缝干涉发生的条件,掌握干涉图样的特点。zr3物理好资源网(原物理ok网)

(2)了解双缝干涉实验中产生亮条纹和暗条纹的条件zr3物理好资源网(原物理ok网)

(3)了解相邻亮条纹(或暗条纹)之间的间距,并能应用此规律解决实际问题zr3物理好资源网(原物理ok网)

【教学难点】zr3物理好资源网(原物理ok网)

(1)正确认识双缝干涉条纹中亮、暗条纹产生的原因zr3物理好资源网(原物理ok网)

(2)理解影响双缝干涉图样中相邻亮条纹(或暗条纹)间距的因素zr3物理好资源网(原物理ok网)

【教学方式】zr3物理好资源网(原物理ok网)

类比、实验、小组探索zr3物理好资源网(原物理ok网)

【教育工具】zr3物理好资源网(原物理ok网)

PPT课件、玩具激光光源、光栅(双缝)zr3物理好资源网(原物理ok网)

【教学流程】zr3物理好资源网(原物理ok网)

题目介绍:zr3物理好资源网(原物理ok网)

问题一:我们在日常生活中看到很多光学现象,这些自然现象是如何形成的?zr3物理好资源网(原物理ok网)

图像展示:光的直线传播、彩虹、“海市蜃楼”zr3物理好资源网(原物理ok网)

引言:自然界中的光现象如此丰富多彩,人们不禁要问,光的本质到底是什么?zr3物理好资源网(原物理ok网)

新课程教学:zr3物理好资源网(原物理ok网)

一、两大理论之争:zr3物理好资源网(原物理ok网)

17世纪,以牛顿为代表的一批人认为:“光是在均匀介质中以一定的速度传播的物质粒子”。zr3物理好资源网(原物理ok网)

以惠更斯为代表的一派认为:“光是一种在空间中传播的波”zr3物理好资源网(原物理ok网)

学生讨论:你同意谁的观点?并解释你同意的原因。zr3物理好资源网(原物理ok网)

2.光的干涉:zr3物理好资源网(原物理ok网)

(1)假设:如果光是一种波,那么必然会观察到波所特有的现象。zr3物理好资源网(原物理ok网)

学生评论:机械波的独特现象——干涉zr3物理好资源网(原物理ok网)

指导意见:只要能看到光的干涉现象,就能证明光具有波动性。zr3物理好资源网(原物理ok网)

(二)实验探索:zr3物理好资源网(原物理ok网)

1. 怎样才能使两束光相遇时发生干涉?zr3物理好资源网(原物理ok网)

演示:两个独立的激光源相遇zr3物理好资源网(原物理ok网)

问题:为什么我们看不到干扰?干扰发生需要什么条件?zr3物理好资源网(原物理ok网)

学术历史:其实要找到两个可以互相干扰的光源是非常困难的,直到1801年,英国物理学家托马斯·杨在实验室里成功地观察到了光的干涉。zr3物理好资源网(原物理ok网)

2.杨氏双缝干涉实验简介:zr3物理好资源网(原物理ok网)

介绍一下实验装置:在挡板上面开两个很窄的狭缝,当一束单色光投射到挡板上时,这两个狭缝相当于两个完全相同的光源——相干光源。zr3物理好资源网(原物理ok网)

光的干涉条件:相干光源zr3物理好资源网(原物理ok网)

3.演示实验:双缝干涉实验zr3物理好资源网(原物理ok网)

想一想:光穿过双缝后,墙上会发生什么?这说明了什么?zr3物理好资源网(原物理ok网)

师生总结:光具有波动性zr3物理好资源网(原物理ok网)

引导学生参考课本彩色插图中的双缝干涉图样zr3物理好资源网(原物理ok网)

小组讨论:光的干涉条纹有何特点?zr3物理好资源网(原物理ok网)

实验现象为:中央亮条纹,明暗条纹间距相等zr3物理好资源网(原物理ok网)

问题(现象解释):如何解释光幕上出现的亮条纹(暗条纹)?zr3物理好资源网(原物理ok网)

屏幕上哪里会出现亮条纹,哪里会出现暗条纹?换句话说,它们出现的条件是什么?zr3物理好资源网(原物理ok网)

小组讨论:达成共识,派代表阐述理由。zr3物理好资源网(原物理ok网)

光幕上出现亮条纹(或暗条纹)的条件:zr3物理好资源网(原物理ok网)

明亮条纹:(n=0、1、2、3……)zr3物理好资源网(原物理ok网)

深色条纹:(n=0、1、2、3…)zr3物理好资源网(原物理ok网)

高中物理光干涉教案(二)zr3物理好资源网(原物理ok网)

【教学目标】zr3物理好资源网(原物理ok网)

1. 知识和技能zr3物理好资源网(原物理ok网)

1、通过实验观察,了解光的干涉现象,知道光的干涉现象表明光是一种波。zr3物理好资源网(原物理ok网)

2.了解光的双缝干涉现象是如何发生的,哪里出现亮条纹,哪里出现暗条纹。zr3物理好资源网(原物理ok网)

2. 流程与方法zr3物理好资源网(原物理ok网)

1、通过杨氏双缝干涉实验,了解将点光源发出的一束光分裂为两束,得到相干光源的设计思想。zr3物理好资源网(原物理ok网)

2、通过波动理论分析单色光的双缝干涉,培养学生的比较推理能力和探索知识的能力。zr3物理好资源网(原物理ok网)

3. 情感、态度和价值观zr3物理好资源网(原物理ok网)

通过对光的本质的初步认识,树立辩证唯物主义的世界观。zr3物理好资源网(原物理ok网)

【教学重点】双缝干涉条纹形成的实验与分析。zr3物理好资源网(原物理ok网)

[教学难点] 亮线(或暗线)位置的确定。zr3物理好资源网(原物理ok网)

【教学方式】问答式、实验探索式、计算机辅助教学zr3物理好资源网(原物理ok网)

【教学器材】JGQ氦氖激光器一台,双缝干涉仪高中物理3-2实验,多媒体计算机及投影设备,多媒体课件(相关静态图片及Flash动画)zr3物理好资源网(原物理ok网)

【教学流程】zr3物理好资源网(原物理ok网)

(一)开设新课程zr3物理好资源网(原物理ok网)

机械波干涉综述zr3物理好资源网(原物理ok网)

【回顾问题,引发猜想】zr3物理好资源网(原物理ok网)

[多媒体投影静态图像]zr3物理好资源网(原物理ok网)

老师:你们还记得这幅图吗?zr3物理好资源网(原物理ok网)

学生:是的,有波干涉的图。zr3物理好资源网(原物理ok网)

师:【投影问题】请回忆并思考以下问题:zr3物理好资源网(原物理ok网)

图中S1、S2为两个波源,其振动情况始终相同,实线代表波峰,虚线代表波谷。请问a、b、c、d、e中哪些点的振动较强?哪些点的振动较弱?zr3物理好资源网(原物理ok网)

不出所料,大部分学生都能回答出a、c点振动加强,d、e点振动减弱,但对于b点却存在争议,一种观点认为b点就是振动加强点,而另一种观点则认为b点是从加强到减弱的过渡状态。zr3物理好资源网(原物理ok网)

师:是什么决定了b点振动是增大还是减小呢?只有搞清楚了这一点,才能解决两组学生的争论。zr3物理好资源网(原物理ok网)

(有同学小声说“距离太长了”)zr3物理好资源网(原物理ok网)

老师:好!同学们刚才提到了重点,请分析一下b点与S1点、S2点的距离差。zr3物理好资源网(原物理ok网)

学生:从图中我们可以看出OO′是连接S1和S2的直线的垂直平分线,所以b到S1和S2的距离差为零。zr3物理好资源网(原物理ok网)

师:那么b点应为震动点——(学生齐答):加强点。zr3物理好资源网(原物理ok网)

(老师总结机械波干涉规律,强调两个波的振动条件始终完全相同。)zr3物理好资源网(原物理ok网)

老师:光的波动说认为光具有波动性。那么如果两束振动相同的光叠加在一起,应该有振动加强的地方和振动减弱的地方,也应该有振动加强的地方和振动减弱的地方,而且这些地方是相互间隔开的。那么这种干涉会出现什么图案呢?大家猜猜看。zr3物理好资源网(原物理ok网)

生:应该是明暗交替的图案。zr3物理好资源网(原物理ok网)

师:这个猜想很有道理,有同学见过这种现象吗?zr3物理好资源网(原物理ok网)

(学生沉默,表示没人看见)zr3物理好资源网(原物理ok网)

老师:好像没人看见,这是什么原因呢?zr3物理好资源网(原物理ok网)

[学生1] 也许在日常生活中,我们找不到两个振动条件相同的光源。zr3物理好资源网(原物理ok网)

[学生2] 可能我们看到了,但不知道这是光的干涉现象。zr3物理好资源网(原物理ok网)

师:两位同学分析得都很好,可能是因为没有干扰条件,也可能是见过面却不认识,你觉得谁的分析是正确的?zr3物理好资源网(原物理ok网)

学生:我认为学生 1 所说的不对。有很多这样的光源,比如我们教室里的荧光灯。我认为它们完全一样。zr3物理好资源网(原物理ok网)

老师:好的,我们可以现场尝试一下。zr3物理好资源网(原物理ok网)

(先打开一盏日光灯,再打开对称位置的另一盏日光灯)zr3物理好资源网(原物理ok网)

老师:请你仔细观察一下墙面、地板、天花板上,是否有明暗干扰?zr3物理好资源网(原物理ok网)

(大家都积极寻找,但一无所获。大家积极思考,广泛讨论。)zr3物理好资源网(原物理ok网)

老师:看来两个看似相同的荧光灯或白炽灯光源并不是“总是以相同方式振动的光源”。zr3物理好资源网(原物理ok网)

[投影图像]zr3物理好资源网(原物理ok网)

老师:1801年,英国物理学家托马斯·杨巧妙地把点光源分裂成两束光,从而找到了“两个始终以相同方式振动的光源”,并成功地观察到了干涉条纹,为光的波动说提供了有力的证据,促进了人们对光的本质的认识。现在我们再来重温一下这个著名的双缝干涉实验。zr3物理好资源网(原物理ok网)

(二)开展新课zr3物理好资源网(原物理ok网)

1.杨氏干涉实验zr3物理好资源网(原物理ok网)

[动手实验、观察和描述]zr3物理好资源网(原物理ok网)

介绍杨氏实验装置(如图)zr3物理好资源网(原物理ok网)

老师:演示用氦氖激光进行双缝干涉实验。zr3物理好资源网(原物理ok网)

用激光器发出的红光(平行光)垂直照射双缝,将干涉条纹投射到教室墙壁上,引导学生注意观察现象。zr3物理好资源网(原物理ok网)

现象:可以看到墙面上出现了明暗干涉条纹。zr3物理好资源网(原物理ok网)

老师:(引言)缝S1和S2彼此距离很近,双缝的作用就是把同一束光波分裂成两束“振动条件始终相同的光束”,这样就得到了两束频率相同的光波,当它们叠加在屏幕上时,就会出现明暗条纹。zr3物理好资源网(原物理ok网)

结论:杨氏实验证明光确实是一种波。zr3物理好资源网(原物理ok网)

2. 亮(暗)条纹的位置zr3物理好资源网(原物理ok网)

【比较推理、探索性分析】zr3物理好资源网(原物理ok网)

老师:通过实验,我们知道了光具有波动性,现在我们能否根据机械波的干涉理论,仔细探究实验中的明暗条纹是如何形成的呢?zr3物理好资源网(原物理ok网)

[投影图像]zr3物理好资源网(原物理ok网)

图中点P0与S1、S2距离相等,距离差Δ=S1 P0-S2 P0=0应有亮条纹(中心亮条纹)zr3物理好资源网(原物理ok网)

【演示动画】图20-3中S1、S2发出的正弦波形在P点相遇重叠,P点的振动得到加强(如图)zr3物理好资源网(原物理ok网)

嵌入 .3zr3物理好资源网(原物理ok网)

针对以上动画的表达角度和效果,教师在此基础上再次播放动画,如下方振动示意图,使学生进一步理解。无论波的初始状态如何,P0点的振动总会遇到波峰或波谷,振幅A永远是A1与A2之和,即P点永远是振动加强点,应该出现亮线。zr3物理好资源网(原物理ok网)

嵌入 .3zr3物理好资源网(原物理ok网)

老师:那么其他的要点呢?zr3物理好资源网(原物理ok网)

[投影图像]zr3物理好资源网(原物理ok网)

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点 P1 处应该出现什么样的条纹?zr3物理好资源网(原物理ok网)

高中物理光干涉课程计划 3zr3物理好资源网(原物理ok网)

教材选择zr3物理好资源网(原物理ok网)

人教版普通高中实验教材·物理选修3-4·第13章第3节。zr3物理好资源网(原物理ok网)

教学内容分析zr3物理好资源网(原物理ok网)

1. 角色与地位zr3物理好资源网(原物理ok网)

此部分内容以《机械波》为基础,以几何光学为基础,也是后面学习《光的衍射》等知识的基础。此部分内容揭示了光的波动性,促进了人类对光的本质有更深的认识。同时,它还与选修课3-5《光电效应》一起构成了光的波粒二象性,因此此部分内容具有重要的研究意义。zr3物理好资源网(原物理ok网)

2. 课程标准zr3物理好资源网(原物理ok网)

1.观察光的干涉现象;2.了解产生干涉现象的条件。zr3物理好资源网(原物理ok网)

(三)课程特色zr3物理好资源网(原物理ok网)

课程标准是课程的宏观结构,教材是课程的微观结构。从教材特点来看,本部分提出假设:光是否真的是波;然后进行杨氏双缝实验,得到干涉条纹,证明光是波;最后讨论光程差与半波长的关系,推导出亮暗条纹出现的条件。zr3物理好资源网(原物理ok网)

但教材中没有突出“空间”干涉,双缝干涉实验示意图没有以直观的方式呈现,影响了学生对光的干涉机制的理解,增加了学习难度。因此,我对教材做了以下修改:zr3物理好资源网(原物理ok网)

1.增加创新演示实验,利用丁达尔效应演示干涉路径,帮助学生更深入地理解物理规律;zr3物理好资源网(原物理ok网)

2、通过演示光波的直观图解,形象地展示光波的干涉机理,将抽象的光波变为直观的光波;zr3物理好资源网(原物理ok网)

3.增强教学逻辑性,注重知识建构的过程;zr3物理好资源网(原物理ok网)

学生情况分析zr3物理好资源网(原物理ok网)

高中物理3-2实验zr3物理好资源网(原物理ok网)

1.思维特点zr3物理好资源网(原物理ok网)

按照皮亚杰的理论,高中学生处于形式运算思维阶段,遵循由简单到复杂、由直观到抽象的认知规律,但抽象思维能力不够强,往往需要具体的表象或类似具体经验的类比来支撑思维过程。zr3物理好资源网(原物理ok网)

2. 知识库zr3物理好资源网(原物理ok网)

学生已经学习了机械波的相关知识,对机械波的干涉、波的叠加原理有了一定的了解。zr3物理好资源网(原物理ok网)

3. 认知困难zr3物理好资源网(原物理ok网)

但学生的知识迁移能力比较弱,对光的干涉机理了解比较抽象,对光干涉没有本质的认识。zr3物理好资源网(原物理ok网)

教学目标分析zr3物理好资源网(原物理ok网)

1. 知识和技能zr3物理好资源网(原物理ok网)

(1)知道光干涉的条件,知道光是一种波;zr3物理好资源网(原物理ok网)

(2)了解光的干涉现象和干涉条纹的分布特点;zr3物理好资源网(原物理ok网)

(3)认识光程差与明暗条纹的关系。zr3物理好资源网(原物理ok网)

2. 流程与方法zr3物理好资源网(原物理ok网)

(1)通过光的干涉与机械波干涉的类比,培养学生的比较分析和知识迁移的能力。zr3物理好资源网(原物理ok网)

3. 情感、态度和价值观zr3物理好资源网(原物理ok网)

(1)通过观察、实验,培养学生实事求是的科学态度。zr3物理好资源网(原物理ok网)

(2)通过了解杨氏双缝干涉实验,让学生了解物理学的历史,增加对物理的热爱。zr3物理好资源网(原物理ok网)

教学困难zr3物理好资源网(原物理ok网)

重点:光的干涉特性及条件zr3物理好资源网(原物理ok网)

重点:明暗条纹的成因zr3物理好资源网(原物理ok网)

教学策略分析zr3物理好资源网(原物理ok网)

1.教学方法zr3物理好资源网(原物理ok网)

教学方式主要包括实验、讲授、提问,教学过程以吹肥皂泡实验为切入点,激发学生兴趣,以观察实验和已有知识为基础,以“肥皂泡表面为什么会形成条纹?”等问题为主线,将教学过程设计为师生对话式的教学。zr3物理好资源网(原物理ok网)

实验方法zr3物理好资源网(原物理ok网)

通过探究杨氏双缝实验,观察光的干涉特性,得出光是一种波;通过创新性的演示实验,利用丁达尔效应直观展示干涉路径,展示光干涉的空间性,进一步认识光的波动性;通过直观的示意图模拟波在空间P点的三种叠加情形(峰到峰、谷到谷、峰到谷),了解光的干涉机制。zr3物理好资源网(原物理ok网)

(2)讲授方式zr3物理好资源网(原物理ok网)

通过将熟悉的机械波干涉转移到光干涉问题的新情境中,可以增强学生迁移知识的能力。zr3物理好资源网(原物理ok网)

2. 学习法律zr3物理好资源网(原物理ok网)

在学习指导方面,注重引导学生合作进行实验探索,多观察、多思考,多自主讨论,重视分析归纳,使学生能够独立发现问题、解决问题,在获取新知识的同时提高合作意识,独立思考,轻松迁移知识,理解物理思想。zr3物理好资源网(原物理ok网)

教学准备zr3物理好资源网(原物理ok网)

教具:肥皂水、激光笔、双缝、支架、水槽、清水、牛奶、自制教具等。zr3物理好资源网(原物理ok网)

多媒体:PPT、图片、图形模型、动画、视频等。zr3物理好资源网(原物理ok网)

实验创新zr3物理好资源网(原物理ok网)

除了用于介绍新课程的趣味实验和双缝实验外,本课还设计了两个实验。zr3物理好资源网(原物理ok网)

实验一 传统的双缝干涉实验不能清楚地说明干涉是空间性的,但通过在清水中加入牛奶,利用丁达尔效应展示干涉路径,可以让学生进一步加深对光的波动性的理解。zr3物理好资源网(原物理ok网)

实验二 课本上对光的干涉的图示并不能让学生清楚地理解干涉的机理。通过演示实验,产生两束波在空间某点P处的三种叠加情形(波峰与波峰的叠加、波谷与波谷的叠加、波峰与波谷的叠加),直观地展示光波叠加的实际过程,让学生更好地理解明暗条纹产生的原因。zr3物理好资源网(原物理ok网)

教学过程zr3物理好资源网(原物理ok网)

教学流程设计zr3物理好资源网(原物理ok网)

教学环节与教学内容 教师活动 学生活动 设计意图 1.创设情境,引入主题:zr3物理好资源网(原物理ok网)

器材介绍:肥皂水、塑料圈zr3物理好资源网(原物理ok网)

演示实验:吹泡泡zr3物理好资源网(原物理ok网)

2. 创新演示实验展示空间干涉zr3物理好资源网(原物理ok网)

1. 学习物理学史,增强对物理的热爱zr3物理好资源网(原物理ok网)

以牛顿为代表的物理学家认为光是粒子状的高中物理3-2实验,以惠更斯为代表的物理学家提出了波动说和杨氏实验。zr3物理好资源网(原物理ok网)

2.进行实验研究,观察实验现象zr3物理好资源网(原物理ok网)

实验设备:绿光激光器、双缝、光屏zr3物理好资源网(原物理ok网)

介绍实验装置并进行双缝干涉实验。zr3物理好资源网(原物理ok网)

观察实验,总结现象:中间出现一条明亮的条纹,并出现明暗交替的条纹。zr3物理好资源网(原物理ok网)

光干涉的条件:同频率、相位差、振动方向。zr3物理好资源网(原物理ok网)

实验结论:光是一种波。zr3物理好资源网(原物理ok网)

干涉图样的特点:出现中央明亮条纹,两边亮度变暗;亮(暗)条纹的宽度相同。zr3物理好资源网(原物理ok网)

3. 展示创新实验,展示空间干涉zr3物理好资源网(原物理ok网)

来回移动激光指示器,引导学生观察干涉图案。zr3物理好资源网(原物理ok网)

实验器材:单色激光、双缝、牛奶、水槽、水。zr3物理好资源网(原物理ok网)

利用丁达尔现象演示光的干涉路径。zr3物理好资源网(原物理ok网)

进一步认识光的波动性。zr3物理好资源网(原物理ok网)

结论是光在整个叠加空间区域发生干涉。zr3物理好资源网(原物理ok网)

3. 展示图表,了解干涉原理zr3物理好资源网(原物理ok网)

通过演示光波叠加的直观图解:类比机械波的叠加图,在空间某点P,两个相干的波峰叠加在一起,由于波峰的振幅最大,振动方向相同,叠加后振幅更大,相干性增强。这就可以转化为抽象的光波,光屏上该处就会出现亮条纹。同理,这里的波谷叠加也会是亮条纹,波峰和波谷叠加则是暗条纹。zr3物理好资源网(原物理ok网)

(同样,谷到谷叠加也是亮条纹,叠加图就不画了)zr3物理好资源网(原物理ok网)

光波的波峰和波谷相互叠加和抵消,形成暗条纹zr3物理好资源网(原物理ok网)

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