用hene激光器做光源的实验装置

1. 高中物理光的干涉教案大全

物理学是研究物质运动最一般规律和物质基本结构的学科。作为自然科学的带头学科，物理学研究大至宇宙，小至基本粒子等一切物质最基本的运动形式和规律，因此成为其他各自然科学学科的研究基础。接下来是我为大家整理的高中物理光的干涉教案大全，希望大家喜欢!

高中物理光的干涉教案大全一

【教学目标】

1、知识与技能：

(1)在学生已有几何光学知识的基础上引导学生回顾人类对光的本性的认识发展过程

(2)在复习机械波干涉的基础上使学生了解产生光的干涉的条件和杨氏实验的设计原理。

(3)使学生掌握在双缝干涉实验中产生亮条纹和暗条纹的原因及条件，并了解其有关计算，明确可以利用双缝干涉的关系测定光波的波长。

(4)通过干涉实验使学生对光的干涉现象加深认识。

2、过程与 方法

在教学的主要设置了两个探究的问题

(1)在机械波产生干涉现象的知识基础上，学生通过自主学习掌握光的干涉条件，在双缝干涉实验中产生亮条纹和暗条纹的原因及条件。

(2)小组合作学习探究相邻两条亮条纹(或暗条纹)的间距与什么因素有关。

3、情感态度价值观

培养学生合作的精神、团队的意识和集体的观念，培养学生循着科学家足迹自主探究科学知识的能力，从而真正实现使每个学生都得到发展的目标。

【教学重点】

(1)使学生知道双缝干涉产生的条件，掌握干涉图样的特征。

(2)理解双缝干涉实验中产生亮条纹和暗条纹的条件

(3)理解相邻的亮条纹(或暗条纹)的间距，并能应用这一规律解决实际问题

【教学难点】

(1)对双缝干涉图样中亮条纹和暗条纹产生原因的正确理解

(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

【 教学方法 】

类比、实验、分组探究

【教学工具】

PPT课件、玩具激光光源、光栅(双缝)

【教学过程】

课题引入：

问一：在日常生活中，我们见到许多光学的现象，这些自然现象是如何形成的?

图片展示：如光的直线传播、彩虹、“海市蜃楼”

引入：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?

新课教学：

一、两大学说之争：

在17世纪以牛顿为代表的一派认为：“光是一种物质微粒，在均匀的介质中以一定的速度传播”

以惠更斯为代表的一派认为：“光是在空间传播的某种波”

学生讨论：你赞同谁的观点?并说一说赞同的原因。

二、光的干涉：

(一)假设：光是一种波，则必然会观察到波的特有现象。

学生回顾：机械波的特有现象——干涉

引导：只要能看到光的干涉现象，就能说明光具有波性

(二)实验探究：

1、我们怎样才能使两列光相遇时发生干涉现象?

演示：两个单独的激光光源相遇

设问：为什么看不到干涉现象?产生干涉现象必须有什么条件?

学史介绍：实际上很难找到两个能相互干涉的光源，一直到1801年英国物理学家托马斯·杨在实验室里成功的观察到了光的干涉。

2、托马斯·杨双缝干涉实验介绍：

介绍实验装置，在挡板上开两条很窄的狭缝，当一束单色光投射到挡板时，两条狭缝相当于两个完全相同的光源——相干光源。

光的干涉条件：相干光源

3、演示实验：双缝干涉实验

思考：光通过双缝后墙上出现了什么现象?这又说明了什么?

师生小结：光具有波动性

引导学生参阅课本彩图中的双缝干涉图样

小组讨论：光的干涉图样有什么特征?

得出实验现象：中央亮条纹、明暗相间、间距相等的条纹

设问(现象解释)：你该如何解释光屏上出现的亮条纹(暗条纹)?

光屏上何处出现亮条纹，何处出现暗条纹?即产生的条件是什么?

小组讨论：形成共识，派代表阐述原因。

光屏上出现亮条纹(或暗条纹)的条件：

亮条纹： (n=0、1、2、3…)

暗条纹： (n=0、1、2、3…)

高中物理光的干涉教案大全二

【教学目标】

(一)知识与技能

1.通过实验观察认识光的干涉现象，知道从光的干涉现象说明光是一种波。

2.掌握光的双缝干涉现象是如何产生的，何处出现亮条纹，何处出现暗条纹。

(二)过程与方法

1.通过杨氏双缝干涉实验，体会把一个点光源发出的一束光分成两束，得到相干光源的设计思想。

2.通过根据波动理论分析单色光双缝干涉，培养学生比较推理，探究知识的能力。

(三)情感、态度与价值观

通过对光的本性的初步认识，建立辩证唯物主义的世界观。

【教学重点】双缝干涉图象的形成实验及分析。

【教学难点】亮纹(或暗纹)位置的确定。

【教学方法】复习提问，实验探究，计算机辅助教学

【教学用具】JGQ型氦氖激光器一台，双缝干涉仪，多媒体电脑及投影装置，多媒体课件(相关静态图片及Flash动画)

【教学过程】

(一)引入新课

复习机械波的干涉

[复习提问，诱导猜想]

[多媒体投影静态图片]

师：大家对这幅图还有印象吗?

生：有，波的干涉示意图。

师：[投影问题]请大家回忆思考下面的问题：

图中，S1、S2是两个振动情况总是相同的波源，实线表示波峰，虚线表示波谷，a、b、c、d、e中哪些点振动加强?哪些点振动减弱?

学生回答结果不出所料，大部分同学能答出a、c两点振动加强，d、e两点振动减弱，而对于b点则出现了争议。一种认为b点是振动加强点，另一种则认为b点是由加强到减弱的过渡状态。

师：b点振动加强和减弱由什么来决定呢?只有弄清这一点才能解决两派同学的争端。

(有学生低语，“路程差”)

师：好!刚才这位同学说到了关键，那么就请你来分析一下b点与S1、S2两点的路程差。

生：由图可以看出OO′是S1、S2连线的中垂线，所以b到S1、S2的路程差为零。

师：那么b点应为振动——(学生一起回答)：加强点。

(教师 总结 机械波干涉的规律，突出强调两列波的振动情况总是完全相同。)

师：光的波动理论认为，光具有波动性。那么如果两列振动情况总是相同的光叠加，也应该出现振动加强和振动减弱的区域，并且出现振动加强和振动减弱的区域互相间隔的现象。那么这种干涉是一个什么图样呢?大家猜猜。

生：应是明暗相间的图样。

师：猜想合理。那么有同学看到过这一现象吗?

(学生一片沉默，表示没有人看到过)

师：看来大家没有见过。是什么原因呢?

[生1]可能是日常生活中找不到两个振动情况总相同的光源。

[生2]可能是我们看见了但不知道是光的干涉现象。

师：两位同学分析得非常好，也许是没有干涉的条件，也许是相逢未必曾相识。大家看他们俩谁分析得对呢?

生：我觉得生1说的不成立，这样的光源很多，像我们教室里的日光灯，我觉得它们完全相同。

师：好。我们可以现场来试试。

(先打开一盏日光灯，再打开另一盏对称位置的日光灯)

师：请大家认真找一找，墙上、地上、天花板上，有没有出现明暗相间的干涉现象?

(大家积极寻找，没有发现，思维活跃，议论纷纷)

师：看来两个看似相同的日光灯或白炽灯光源并不是“振动情况总相同的光源”。

[投影图]

师：1801年，英国物理学家托马斯·杨想出了一个巧妙的办法，把一个点光源分成两束，从而找到了“两个振动情况总是相同的光源”，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，推动了人们对光的本性的认识。下面我们就来重做这一著名的双缝干涉实验。

(二)进行新课

1.杨氏干涉实验

[动手实验，观察描述]

介绍杨氏实验装置(如图)

师：用氦氖激光器演示双缝干涉实验。

用激光器发出的红色光(平行光)垂直照射双缝，将干涉图样投影到教室的墙上，引导学生注意观察现象。

现象：可以看到，墙壁上出现明暗相间的干涉条纹。

师：(介绍)狭缝S1和S2相距很近，双缝的作用是将同一束光波分成两束“振动情况总是相同的光束”。这样就得到了频率相同的两列光波，它们在屏上叠加，就会出现明暗相间的条纹”。

结论：杨氏实验证明，光的确是一种波。

2.亮(暗)条纹的位置

[比较推理，探究分析]

师：通过实验，我们现在知道，光具有波动性。现在我们是不是可以根据机械波的干涉理论来认真探究一下实验中的明暗条纹是如何形成的呢?

[投影图]

图中，P0点距S1、S2距离相等，路程差Δ=S1 P0-S2 P0=0应出现亮纹，(中央明纹)

[演示动画]图20—3中S1、S2发出的正弦波形在P点相遇叠加，P点振动加强(如图)

EMBED MSPhotoEd.3

鉴于上述动画的表述角度和效果，教师在此基础上再播放动画，如下图所示振动情况示意图，使学生进一步明确.不管波处于哪种初态，P0点的振动总是波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇，振幅A总为A1、A2之和，即P点总是振动加强点，应出现亮纹。

EMBED MSPhotoEd.3

师：那么其他点情况如何呢?

[投影图]

EMBED MSPhotoEd.3

P1点应出现什么样的条纹?

高中物理光的干涉教案大全三

教材选用

人教版普通高中课程标准实验教科书·物理选修3-4·第十三章第三节。

教学内容分析

(一)作用与地位

本节是在《机械波》的基础上展开的，上承几何光学，也是后面学习《光的衍射》等知识的基础，本节揭示了光的波动性，促使人类对光的本性有更进一步的认识。同时也与选修3-5《光电效应》共同构成光的波粒二象性，所以本节具有重要的研究意义。

(二)课程标准

1、观察光的干涉现象;2、知道产生干涉现象的条件。

(三)课程特点

课程标准是课程的宏观结构，教材是课程的微观结构。从教材特点看，本节通过提出猜想：如果光真的是一种波;随后进行杨氏双缝实验，通过得到干涉图样，进而证明光是一种波;最后讨论路程差与半波长的关系，得出明暗条纹出现的条件。

但教材中并没有突出“空间”干涉;双缝干涉实验的示意图并没有采用形象化的展示，从而影响了学生对光的干涉机理的理解;增加了学习的难度，所以我对教材做了以下的处理：

1.增加创新演示实验，利用丁达尔效应展示干涉通路，有助于学生对物理规律的深刻理解;

2. 通过演示光波直观图示，形象的展示光波的干涉机理，化抽象的光波为直观;

3.增强教学中的逻辑性，注重知识的构建过程;

学生情况分析

(一)思维特点

按皮亚杰的理论，高二学生正处在形式运算的思维阶段， 遵循从简单到复杂，从直观到抽象的认知规律，但是他们的 抽象思维 能力还不够强，常常会需要具体的表象或类比于相似的具体 经验 来支持思维过程。

(二)知识基础

学生已经学习了机械波的内容，对机械波的干涉和波的叠加原理有一定认识。

(三)认知困难

但学生知识的迁移能力相对薄弱，且光的干涉机理比较抽象，加之对光干涉无本质的认识。

教学目标分析

(一)知识与技能

(1)知道光产生干涉的条件，知道光是一种波;

(2)知道光的干涉现象和干涉条纹的分布特点;

(3)知道路程差与明暗条纹之间的关系。

(二)过程与方法

(1)通过光的干涉与机械波干涉的类比，培养学生比较分析的能力和知识迁移的能力。

(三)情感、态度、价值观

(1)通过观察实验，培养学生实事求是的科学态度。

(2)通过了解杨氏双缝干涉实验，培养学生的物理学史情怀，增加对物理学的热爱。

教学重难点

重点：光的干涉特点和产生条件

重点：明暗条纹产生的原因

教学策略分析

一、教学方法

主要采用实验法、讲授法、并辅以提问法等教法，把教学过程设计成以激发学生兴趣的吹肥皂泡实验为切入点，以观察实验和已有知识为基础，以“为什么肥皂泡表面的条纹始怎么形成的?”等问题为主线的师生对话活动，

实验法

通过探究杨氏双缝实验，观察光干涉的特点，得出光是一种波;通过创新演示实验，利用丁达尔效应显现干涉通路，展示光干涉的空间性，进一步理解光的波动性;通过演示直观图示模拟波在空间P点的三种叠加情况(峰峰、谷谷、峰谷)，理解光的干涉机理。

(2)讲授法

通过已熟悉的机械波干涉，迁移到光干涉问题的新情境中来，加强学生知识的迁移能力。

二、学法指导

在学法指导上，注重引导学生合作实验探究，观察思考，多自主讨论，重视分析归纳，使学生自主发现问题，解决问题，在获取新知识的同时提高合作意识，独立思考，易迁移，领会物理学的思想。

教学准备

教具：肥皂水、激光笔、双缝、支架、水槽、清水、牛奶、自制教具等。

多媒体：PPT、图片、图示模型、动画、视频等

实验创新

本节课除去导入新课使用的趣味实验和双缝实验外，设计了两个实验。

实验1 传统的双缝干涉实验不能明显的展示干涉具有空间性，但通过往清水中加入牛奶，利用丁达尔效应显示干涉通路，进一步加深学生对光波动性的认识。

实验2 课本中光干涉的插图并没有让学生清晰的认识到干涉的机理，通过利用演示实验，制作两列波在空间某点P的三种叠加情况(波峰与波峰叠加、波谷与波谷叠加、波峰与波谷叠加)，直观展示光波叠加的实际过程，让学生更好的理解明暗条纹产生的原因。

教学流程

教学过程设计

教学环节和教学内容 教师活动 学生活动 设计意图 一、创设情境，引入课题：

介绍器材：肥皂水、塑料圈

演示实验：吹泡泡

二、创新演示实验 展示空间干涉

1.学习物理学史，增强对物理学的热爱

介绍以牛顿为代表的物理学家认为光是粒子性的，以惠更斯为代表的物理家提出了波动性及托马斯杨实验。

2.进行实验探究，观察实验现象

实验器材：绿色激光、双缝片、光屏

介绍实验装置，进行双缝干涉实验。

观察实验，总结现象：中间是明条纹，并且出现明暗相间的条纹。

光干涉条件：频率、相位差、振动方向相同。

实验结论：光是一种波。

干涉图样特点：出现中央亮纹，亮度往两边变暗;明(暗)条纹的宽度相同。

3.演示创新实验，展示空间干涉

前后移动激光笔，引导学生观察干涉图样。

实验器材：单色激光、双缝、牛奶、水槽、水。

利用丁达尔现象演示光干涉通路。

更进一步地认识光的波动性。

得出结论：光在整个叠加空间区域内都发生干涉。

三、演示形象图示，理解干涉原理

通过演示直观的光波叠加图示：通过类比机械波的叠加图示，在空间某点P，恰好两列相干波波峰与波峰叠加，由于波峰的振幅最大，且振动方向相同，叠加时振幅更大，则相干加强，以此迁移到抽象的光波，在光屏该处则为明条纹，同理波谷与波谷在此处叠加也为明条纹，波峰与波谷则为暗条纹。

(同理谷谷叠加也为明条纹，没有展示叠加图示)

光波峰谷叠加相消为暗条纹

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2. 氦氖激光器工作原理

氦氖激光器工作原理是氖原子，不同能级的受激辐射跃迁将产生不同波长的激光，主要有632.8nm、1.15um和3.39um三个波长。氦原子有两个亚稳态能级21S0、23S1，它们的寿命分别为5×10-6s和10-4s，在气体放电管中，在电场中加速获得一定动能的电子与氦原子碰撞，并将氦原子激发到21S0、23S1，此两能级寿命长容易积累粒子。

原子能量的增加（或减少），不是爬坡式的渐变，而是阶梯式的跃变。即由一个能态跳到另一能态，稍事停留，再进一步跃迁。这些“阶梯”，在一定条件下，能量值是固定的，称为能级。原子在特定的两能级间跃迁，辐射的光子频率是固定的。

如氖原子从2S能级跃迁到2P能级时，会辐射波长1.15微米的光波（2S、2P为能级符号，不代表能量值）。

纯氖气的这种自发辐射效率极低。因为每个原子所受的碰撞不同，会跃迁到许多不同的能级，2S能级只是其中之一，只有少数原子处于这一状态。其它能级的原子向基态跃迁时，幅射的大都是红外光波。

(2)用hene激光器做光源的实验装置扩展阅读

氦氖（He-Ne）激光器的结构一般由放电管和光学谐振腔所组成。激光管的中心是一根毛细玻璃管，称作放电管（直径为1mm左右）；外套为储气部分（直径约45mm）；A是钨棒，作为阳极；K是钼或铝制成的圆筒，作为阴极。

壳的两端贴有两块与放电管垂直并相互平行的反射镜，构成平凹谐振腔。两个镜版都镀以多层介质膜，一个是全反射镜，通常镀17层膜。交替地真空蒸氟化镁（MgF2与硫化锌（ZnS）。另一镜作为输出镜，通常镀7层或9层膜（由最佳透过率决定）。

氦氖激光器已经被人们应用得非常普遍。但氦氖激光器又存在一定的缺点，激光器的效率较低，功率也不够大。

所以在激光外科手术、钻孔、切割、焊接等这些行业中，人们现在大多换成采用 CO2激光器、脉冲激光器或者是半导体激光器等大功率激光器。

因为氦氖激光器具有工作性质稳定、使用寿命比较长的特点，因而现在对于氦氖激光器在流速和流量测量方面得到了更加普遍的开发和利用，同时在精密计量方面的应用也非常广泛。

3. 谁能帮我设计一个大学物理创新实验啊!~

2 研究型实验及其开设要求
2.1 研究型实验的基本内涵
通常“研究型”物理实验是在综合性、设计性物理实验的基础上由学生自己选题、查阅文献、设计实验方案，在教师指导下完成实验。“研究型”实验通常是要求学生带着问题测取数据，摸索实验规律，然后带着问题查找资料、探寻答案，并试着对所观察到的现象进行理论分析，并做出合理的解释。这类实验的开设目的是全方位地锻炼学生实验研究的能力，充分调动学生的主动性和积极性，激发他们从事物理学研究的兴趣和热情，为以后从事科研工作打下良好的基础。
2.2 研究型实验的选题
研究型实验要精心选题、科学设计。实验内容要新颖、有趣味性，物理现象比较明显和具有可研究性。同时还要考虑实验室条件和学生的水平与能力，能让学生在比较熟悉的理论基础上作初步的分析与发展。既要与已知的现象、理论和方法有联系又要有一定的深度和广度。作为基础物理实验，研究型实验内容不能过于复杂，要求不宜过高，要能通过分析、讨论和查阅资料等方式让学生可以比较容易地设计和实施实验方案。
2.3 如何开展研究型实验的教学
与传统物理实验不同，研究型实验可以较充分地发挥学生的主观能动性去探索未知的领域。因此，开设此类实验项目的最好方式是利用实验室开放的形式，由学生自主选择和掌握实验时间。研究型实验项目可以有教师指定和学生自拟等形式，但无论那种形式，对实验指导教师都提出了更高的要求。指导教师要对学生所选的研究型实验项目在实施过程中可能出现的各种问题有充分的估计和认识，能够引导、启发和激励学生完成实验，并掌握能作进一步深入研究的空间。
研究型实验更注重实验结果的分析、讨论和总结。因此，学生完成研究型实验后要求写出的实验报告可以不同于普通实验的报告，可以写成研究总结报告形式或研究论文形式，甚至可以采用学术报告的形式口头报告研究结果。
3 利用迈克耳逊干涉仪进行研究型实验项目的设计
迈克耳逊干涉仪是一种典型的利用分振幅方法实现干涉的光学仪器，作为近代精密测量光学仪器之一，被广泛用于科学研究和检测技术等领域[4]。利用迈克耳逊干涉仪，能以极高的精度测量长度的微小变化及其与此相关的物理量。如果与CCD摄像、图象处理等现代监测技术结合，可以实时观测和分析各种干涉现象的变化，达到干涉检测和自动控制的目的[5,6]。因此，利用迈克耳逊干涉仪进行研究型实验设计具有变化多、内容丰富、研究性突出等特点。这里我们以“利用迈克耳逊干涉仪测量气体折射率” 为题，作为一个研究型实验的案例，简述其实验设计与实施过程。
3.1 设计原理与实验装置
实验时，可以向学生提供：迈克耳逊干涉仪、He-Ne激光器、带气压表的“气室”、CCD图象采集系统等实验器材，要求设计一个实验方案并测定空气等气体的折射率。这里简述实验基本原理：
在传统的迈克耳逊干涉仪的一个测量光路上放置一个可充气的“气室”，干涉图的观测采用CCD和计算机进行图象采集与处理。如图 1为利用迈克耳逊干涉仪测定气体折射率的实验光路图。

图 1 实验光路图
图中P为“气室”，它是由腔体、压力表和皮囊等组成。通过皮囊可以给气室中的气体增加压力，也可以通过皮囊的减压阀放气给气室减压，腔内气压可以通过压力表读出。图中接收屏W处放置一CCD摄像头，干涉图像可以通过计算机进行显示和处理。
当激光束通过图1中M1前面的气室时，干涉图样随气室里气体气压的变化而变化：当气压增加时，干涉圆环从中心涌出；反之，干涉圆环向中心陷入。通过研究气体压强变化与条纹移动的关系可以得到气体折射率。在恒定温度下，气体折射率n与气压成正比：
(1)
式中p为气体压强，k为比例系数。在绝对真空下 ，则 。对于常压 条件下，则 ，当气室内压强改变 时，由于折射率的变化引起光程差改变（ ），可以观测到条纹的移动个数N。各参数之间的关系为
(2)
式中L为气室的有效长度，由上述各式可以推得常压( )下空气折射率为
(3)
3.2 实验结果与分析
利用图1的光路经仔细调节可以获得等倾干涉图象，图2是经CCD和计算机系统采集到的干涉图象。当改变气室内的压强时可以看到干涉圆环从中心涌出或向中心陷入。实验中先向气室充气加压，然后缓慢放气并观测干涉圆环向中心陷入的条纹数。
实验中用He-Ne激光作为光源（ =632.8 nm），所用气室的有效长度L=75 mm，如果常压 取标准大气压强760 mmHg，则(3)式可以写成：
(4)
表1给出了气室内压强增加值 与条纹移动数N和计算得到的折射率 之间的关系。

图2 CCD和计算机系统采集到的干涉图象
表1：气室内压强增加值 、条纹移动数N和计算得到的折射率 值
/mmHg 230 210 190 170 150 130 110
N/个 20.8 19.0 16.6 15.0 13.5 11.8 9.8

1.0002903 1.002904 1.0002805 1.0002832 1.0002889 1.0002914 1.0002860
对测量数据求平均值并计算不确定度，得到

数据处理的方法还可以用作图软件，作出 ～N的关系曲线，通过求斜率计算得到折射率 。空气折射率的标准值是1.0002926（对 nm）[7]，测量误差主要来自条纹移动非整数部分的估读和气压表读数误差。另外，对气室的有效长度L和实验室的常压 的测量也对实验结果引入误差。
3.3 实验内容和难度的拓展
作为研究型实验，迈克耳逊干涉仪可以提供丰富的设计思想。例如，采用上述方法将气室与一充满不同气体的气囊（如氧气袋）相连，可以用于测量各种气体的折射率；如果对CCD采集图象进行计算机处理和编程可以实现条纹移动的自动记数；利用这一实验系统可以仔细观测、分析定域和非定域干涉现象[8]；如果采用面光源或扩束的平行光作为光源，在图1光路中气室P换成一个平板玻璃（或有机玻璃片、透明塑料片等），则可以检测玻璃表面平整度或介质内部的不均匀性；如果对有机玻璃片或透明塑料片等施加一定的应力，用上述方法可以分析透明介质的应力分布。等等这些内容经过精心设计均可作为研究型实验开设。值得一提的是根据综合性、设计性实验的不同要求，将上述研究型实验进行适当的教学设计，完全可以开设成综合性或设计性实验。