“光的干涉”教學設計

鄧慶波

（黃石二中 湖北 黃石 435000）

1 教學背景

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

2 教學過程設計

2.1 新課引入

師：在日常生活中，我們見到過許多的光學現象，這些現象是怎樣形成的呢？

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

圖1

師：自然界中的光現象如此豐富多彩，人們不禁要問光的本質到底是什么？

設計思路：主要是讓學生感覺到教師講授的知識離他們很近，而生活中的物理問題勢必會使學生產生好奇心，從而引起學生積極探索知識的欲望，使接下來的探究活動水到渠成.

2.2 新課教學

（1）PPT圖片介紹兩大學說之爭

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

師：在“光的折射”一課中，從實驗中得出的折射定律與從惠更斯原理得出的結論形式一致，是否可以推測光可能是一種波？

學生思考與交流后得到：如果光是一種波，則要有波的特征現象作實驗支持.干涉是波特有的現象，一切波都能發生干涉，因此可以用光是否具有干涉現象來判斷光是不是一種波.

（2）光的干涉

在物理學發展史上的很長一段時間內，人們一直認為光不是波，所以沒有波動性，也不會產生干涉現象，直到19世紀，英國物理學家托馬斯·楊改進實驗設計，在歷史上第一次成功地觀察到了光的干涉現象.

今天就讓我們追尋托馬斯·楊的足跡，來經歷科學家發現光的干涉現象的探究歷程.

為了更好地體現新課程的理念，讓學生自主學習，自我探究.筆者設計了下面的問題.

1）托馬斯·楊是怎樣做光的干涉實驗的？

2）實驗的巧妙之處在哪里？

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？

設計思路：讓學生帶著問題去探究、去學習，以便更好地提高學習的效率.

學生經過自學后，相互交流并在課堂上自我展示.同時教師強調托馬斯·楊的這種得到相干光實驗是將一束光“一分為二”的思想，這也是楊氏雙縫實驗的巧妙之處，被稱為十大最美麗的實驗之一.

2.3 探究活動

雙縫干涉演示實驗：教師采用激光作為光源演示雙縫干涉實驗.教師與學生共同進行.

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

生：激光沿直線傳播，打到墻上是一個亮斑.

（2）在激光器前加一雙縫，再讓學生觀察實驗現象，并引導學生描述觀察到的現象.

生：屏上出現了明暗相間的條紋，且間距相等.

師：為什么會出現這樣的圖樣？怎樣用波的疊加原理探究何處是亮紋，何處是暗紋？

學生相互討論，相互交流，并介紹各自的觀點.

教師總結.

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）出現亮紋和暗紋的條件：如圖3所示，當兩個光源與屏上某點的距離之差等于半波長的的偶數倍時，兩列光在該點相互加強，該點出現亮條紋；當兩個光源與屏上某點的距離之差等于半波長的奇數倍時，兩列光在該點相互削弱，該點出現暗條紋.

圖3 出現亮紋或暗紋光路圖

明暗條紋光程差表達式

通過以上分析可知，光的干涉實驗充分證明光是一種波.在光的干涉圖樣中振動加強區與減弱區的分布相互間隔，而且穩定；疊加加強區，光能量較強——亮；疊加減弱區，光能量較弱 —— 暗，于是得到亮暗相間的干涉圖樣.

（3）學生探究活動

探究活動1：學生自制雙縫觀察光的干涉現象.

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縫，縫間距離要小于0.1mm，這樣就做成了雙縫.

探究活動2：學生用自制的雙縫放到激光器前，讓其他同學用白紙在激光器前接收干涉圖樣.要求同學觀察不同的雙縫，且接收遠近不同，實驗現象有何不同.

教師總結：干涉條紋的間距與雙縫的間距有關，還與雙縫到屏的距離有關.

探究活動3：用自制的雙縫觀察白熾燈.

描述觀察到的實驗現象并思考，為什么會出現彩色條紋？且條紋間距不相等？

設計思路：突出方法，重在感悟和體驗，引導學生去領會科學家們研究問題的物理方法，并內化為自己的思維和行為方式，培養學生實驗能力和創新精神.

2.4 作業設計

（1）認真閱讀課本，預習第3節“用雙縫干涉測量光的波長”.

（2）思考既然光是一種波，為什么同時打開兩盞燈時觀察不到干涉現象？

（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.（要求同學之間相互協作，相互交流，相互學習）

3 教學反思

新課程要求教師要做課程的研究者和開發者；要做教學的引領者、組織者和賞識者，在教學中不斷實踐新課程理念，落實新課程理念.在此基礎上，筆者設計本節課以學生探究為主，教學中設置多個探究點.學生在自主學習、合作學習、探究學習的過程掌握知識和方法，獲得探究的體驗.在學習的過程中興趣盎然，積極主動地做到了全程參與、全員參與，極大地培養了學生學習物理的興趣.