“光的干涉”教學(xué)設(shè)計(jì)

鄧慶波

（黃石二中 湖北 黃石 435000）

1 教學(xué)背景

新一輪課程改革的基本理念之一是在課程實(shí)施中倡導(dǎo)以“主動(dòng)·探究·合作”為特征的探究性學(xué)習(xí)方式.在湖北省目前新課程改革全面實(shí)施之際，本文就人教版《物理·選修3-4》第十三章第三節(jié)“光的干涉”為題設(shè)計(jì)了一堂探究式教學(xué)案例.筆者在設(shè)計(jì)（包括教學(xué)）中力圖體現(xiàn)以下教學(xué)理念：一是以學(xué)生發(fā)展和體念為本；二是比知識(shí)更重要的是知識(shí)的探究過程；三是把思考還給學(xué)生.

2 教學(xué)過程設(shè)計(jì)

2.1 新課引入

師：在日常生活中，我們見到過許多的光學(xué)現(xiàn)象，這些現(xiàn)象是怎樣形成的呢？

圖片展示：場(chǎng)面上的油膜，多姿多彩的肥皂泡，照相機(jī)鏡頭的淡紫色，薄膜的彩色條紋.

圖1

師：自然界中的光現(xiàn)象如此豐富多彩，人們不禁要問光的本質(zhì)到底是什么？

設(shè)計(jì)思路：主要是讓學(xué)生感覺到教師講授的知識(shí)離他們很近，而生活中的物理問題勢(shì)必會(huì)使學(xué)生產(chǎn)生好奇心，從而引起學(xué)生積極探索知識(shí)的欲望，使接下來的探究活動(dòng)水到渠成.

2.2 新課教學(xué)

（1）PPT圖片介紹兩大學(xué)說之爭(zhēng)

在17世紀(jì)以牛頓為代表的一派認(rèn)為“光是一種物質(zhì)微粒，在均勻的介質(zhì)中以一定的速度傳播”.以惠更斯為代表的一派認(rèn)為“光是在空間傳播的某種波”.

師：在“光的折射”一課中，從實(shí)驗(yàn)中得出的折射定律與從惠更斯原理得出的結(jié)論形式一致，是否可以推測(cè)光可能是一種波？

學(xué)生思考與交流后得到：如果光是一種波，則要有波的特征現(xiàn)象作實(shí)驗(yàn)支持.干涉是波特有的現(xiàn)象，一切波都能發(fā)生干涉，因此可以用光是否具有干涉現(xiàn)象來判斷光是不是一種波.

（2）光的干涉

在物理學(xué)發(fā)展史上的很長一段時(shí)間內(nèi)，人們一直認(rèn)為光不是波，所以沒有波動(dòng)性，也不會(huì)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，直到19世紀(jì)，英國物理學(xué)家托馬斯·楊改進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，在歷史上第一次成功地觀察到了光的干涉現(xiàn)象.

今天就讓我們追尋托馬斯·楊的足跡，來經(jīng)歷科學(xué)家發(fā)現(xiàn)光的干涉現(xiàn)象的探究歷程.

為了更好地體現(xiàn)新課程的理念，讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)，自我探究.筆者設(shè)計(jì)了下面的問題.

1）托馬斯·楊是怎樣做光的干涉實(shí)驗(yàn)的？

2）實(shí)驗(yàn)的巧妙之處在哪里？

3）單縫的作用是什么？

4）雙縫的作用是什么？

5）光的干涉條件是什么？

設(shè)計(jì)思路：讓學(xué)生帶著問題去探究、去學(xué)習(xí)，以便更好地提高學(xué)習(xí)的效率.

學(xué)生經(jīng)過自學(xué)后，相互交流并在課堂上自我展示.同時(shí)教師強(qiáng)調(diào)托馬斯·楊的這種得到相干光實(shí)驗(yàn)是將一束光“一分為二”的思想，這也是楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)的巧妙之處，被稱為十大最美麗的實(shí)驗(yàn)之一.

2.3 探究活動(dòng)

雙縫干涉演示實(shí)驗(yàn)：教師采用激光作為光源演示雙縫干涉實(shí)驗(yàn).教師與學(xué)生共同進(jìn)行.

（1）打開激光器，直接把激光打到教室后面的墻上（拉上窗簾，室內(nèi)光線暗些更容易觀察）.要求學(xué)生觀察并描述看到的現(xiàn)象.

生：激光沿直線傳播，打到墻上是一個(gè)亮斑.

（2）在激光器前加一雙縫，再讓學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并引導(dǎo)學(xué)生描述觀察到的現(xiàn)象.

生：屏上出現(xiàn)了明暗相間的條紋，且間距相等.

師：為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的圖樣？怎樣用波的疊加原理探究何處是亮紋，何處是暗紋？

學(xué)生相互討論，相互交流，并介紹各自的觀點(diǎn).

教師總結(jié).

1）干涉條紋的特征：亮暗相間的條紋，且條紋間距相等，如圖2所示.

圖2 干涉條紋照片

2）出現(xiàn)亮紋和暗紋的條件：如圖3所示，當(dāng)兩個(gè)光源與屏上某點(diǎn)的距離之差等于半波長的的偶數(shù)倍時(shí)，兩列光在該點(diǎn)相互加強(qiáng)，該點(diǎn)出現(xiàn)亮條紋；當(dāng)兩個(gè)光源與屏上某點(diǎn)的距離之差等于半波長的奇數(shù)倍時(shí)，兩列光在該點(diǎn)相互削弱，該點(diǎn)出現(xiàn)暗條紋.

圖3 出現(xiàn)亮紋或暗紋光路圖

明暗條紋光程差表達(dá)式

通過以上分析可知，光的干涉實(shí)驗(yàn)充分證明光是一種波.在光的干涉圖樣中振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)與減弱區(qū)的分布相互間隔，而且穩(wěn)定；疊加加強(qiáng)區(qū)，光能量較強(qiáng)——亮；疊加減弱區(qū)，光能量較弱 —— 暗，于是得到亮暗相間的干涉圖樣.

（3）學(xué)生探究活動(dòng)

探究活動(dòng)1：學(xué)生自制雙縫觀察光的干涉現(xiàn)象.

把兩只剃須刀片并攏，以刀刃的前端沿直尺在事先涂黑的玻璃片上一次劃出兩道細(xì)縫，縫間距離要小于0.1mm，這樣就做成了雙縫.

探究活動(dòng)2：學(xué)生用自制的雙縫放到激光器前，讓其他同學(xué)用白紙?jiān)诩す馄髑敖邮崭缮鎴D樣.要求同學(xué)觀察不同的雙縫，且接收遠(yuǎn)近不同，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有何不同.

教師總結(jié)：干涉條紋的間距與雙縫的間距有關(guān)，還與雙縫到屏的距離有關(guān).

探究活動(dòng)3：用自制的雙縫觀察白熾燈.

描述觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并思考，為什么會(huì)出現(xiàn)彩色條紋？且條紋間距不相等？

設(shè)計(jì)思路：突出方法，重在感悟和體驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生去領(lǐng)會(huì)科學(xué)家們研究問題的物理方法，并內(nèi)化為自己的思維和行為方式，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛣?chuàng)新精神.

2.4 作業(yè)設(shè)計(jì)

（1）認(rèn)真閱讀課本，預(yù)習(xí)第3節(jié)“用雙縫干涉測(cè)量光的波長”.

（2）思考既然光是一種波，為什么同時(shí)打開兩盞燈時(shí)觀察不到干涉現(xiàn)象？

（3）課外探究：用自制的雙縫和激光筆探究決定相鄰條紋間距的因素.（要求同學(xué)之間相互協(xié)作，相互交流，相互學(xué)習(xí)）

3 教學(xué)反思

新課程要求教師要做課程的研究者和開發(fā)者；要做教學(xué)的引領(lǐng)者、組織者和賞識(shí)者，在教學(xué)中不斷實(shí)踐新課程理念，落實(shí)新課程理念.在此基礎(chǔ)上，筆者設(shè)計(jì)本節(jié)課以學(xué)生探究為主，教學(xué)中設(shè)置多個(gè)探究點(diǎn).學(xué)生在自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)的過程掌握知識(shí)和方法，獲得探究的體驗(yàn).在學(xué)習(xí)的過程中興趣盎然，積極主動(dòng)地做到了全程參與、全員參與，極大地培養(yǎng)了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣.