(教师采用激光作为光源演示双缝干涉实验)
教师操作:⑴打开激光器,直接把激光打到后背的墙(光屏)上(易观察).要求学生说出观察到的现象--激光沿直线传播,打到墙上是一个亮斑。
⑵在激光器前加一双缝,让学生再观察实验现象,并引导学生描述观察到的现象。
学生活动:①在加双缝前,请一学生来观察双缝,因为双缝间距太小,大约0.1mm左右,一般很难看出是双缝,可以让其他同学帮助想办法,如将双缝屏迎着光去看便可看出。
②仔细观察实验现象,并描述加双缝前、后在光屏上观察到的现象:光到达屏上的范围比不加双缝时大了;屏上出现了明(红)暗相间的条纹;条纹间距相等;还可以请刚才观察双缝的学生说出,明暗相间的条纹走向与双缝的方向平行。
教师设问:请同学们根据刚才的观察,归纳双缝干涉图样的特征。
学生讨论后回答:⑴亮暗相间的条纹;⑵ 条纹间距相等;⑶ 光到达的范围比"直线传播"的大。
教师设问:为什么会出现这样的图样?怎样用波动理论解释光的干涉现象。
三、比较推理、分析现象
我们可以仿照机械波的干涉,用波动理论来分析屏上明暗条纹的分布情况:
⑴中央明条纹 (课件投影右图)
S1、S2到P0点距离相同,所以这两列波的波峰或波谷同时到达P0点,在这一点,两列波的波峰与波峰叠加,波谷与波谷叠加,他们在P0点相互加强,因此这里出现明条纹。
⑵第一亮条纹
S1、S2到P1点距离不相同,S2到P1的距离比S2到P1的距离大一个波长。所以当S1的波峰(或波谷)到达P1点时,S2的波峰(或波谷)也到达P1点。在这一点,两列波的波峰与波峰叠加,波谷与波谷叠加,他们在P1点相互加强,因此这里也出现明条纹。
⑶第一暗条纹
S1、S2到Q1点距离不相同,S2到Q1的距离比S2到Q1的距离大半个波长。所以当S1的波峰(或波谷)到达Q1点时,S2的波谷 (或波峰)也到达Q1点。在这一点,两列波的波峰与波谷叠加,他们在Q1点相互减弱,因此这里出现暗条纹。
教师设问:同学们能否自己归纳一下屏上出现明条纹或者暗条纹的一般条件呢?
学生思考讨论后得出结论:凡光程差等于波长整数倍的位置,产生亮条纹;凡光程差等于半波奇数倍的位置,产生暗条纹。即产生亮暗条纹条件表达式:
亮纹:光程差
暗纹:光程差
为了巩固理解干涉的稳定性,教师课播放多媒体动画(右图为该动画的截图,本动画可以逐帧播放,动画每播放一帧,波向前传播一个周期,由动画可以清晰看出干涉加强的位置每一时刻都是加强的,而减弱的位置每一时刻都是减弱的。)
教师设问:在上面的分析中,屏上位于P(中央明纹位置)和Q1(第一暗纹位置)之间的某一点是明纹还是暗纹呢?