《薄膜干涉》講義

《薄膜干涉》講義一、教學目標1、知識與技能目標理解薄膜干涉的原理，知道薄膜干涉是由膜的前、后表面反射的兩列光形成相干光。能夠解釋劈形薄膜干涉條紋的特點，如條紋是與劈棱平行的明暗相間的直條紋且相鄰條紋間距相等。掌握根據(jù)薄膜干涉條紋判斷薄膜厚度變化情況的方法，包括基本方法和旋轉法。了解薄膜干涉在增透膜、檢查平面平整度等方面的應用。2、過程與方法目標通過對薄膜干涉現(xiàn)象的分析，培養(yǎng)學生的邏輯思維和科學推理能力。讓學生經歷觀察薄膜干涉實驗或現(xiàn)象的過程，提高學生的觀察能力和實驗分析能力。3、情感態(tài)度與價值觀目標感受光學現(xiàn)象的奇妙，激發(fā)學生對物理學科的興趣和探索精神。體會物理知識在實際生活和科技中的廣泛應用，增強學生將物理知識應用于實際的意識。二、教學重難點1、教學重點薄膜干涉的原理，特別是兩列反射光形成相干光的條件。劈形薄膜干涉條紋的特點及應用，如根據(jù)條紋判斷薄膜厚度的變化。2、教學難點對薄膜干涉中光程差的理解，尤其是不同情況下光程差的計算。如何運用薄膜干涉原理解決實際問題，如檢查平面平整度時凸起和凹陷情況的判定。三、教學方法1、講授法用于講解薄膜干涉的基本概念、原理等理論知識，如相干光的形成、光程差等概念。2、實驗演示法通過演示薄膜干涉實驗，讓學生直觀地觀察干涉條紋的特點，如用肥皂膜演示薄膜干涉現(xiàn)象，展示條紋的形狀、顏色等特征。3、討論法在講解薄膜干涉的應用時，組織學生討論相關問題，如在檢查平面平整度時，如何根據(jù)條紋變化判斷平面的凹凸情況。四、教學過程（一）導入新課1、教師提問同學們，我們之前學習過光的干涉現(xiàn)象，大家還記得光的干涉需要滿足哪些條件嗎？（引導學生回顧相干光的條件：頻率相同、振動情況相同且相差恒定）那大家有沒有想過，在日常生活中，像肥皂泡或者油膜表面上出現(xiàn)的彩色條紋是怎么形成的呢？（引起學生的好奇心）2、引入課題今天我們就來學習一種特殊的光的干涉現(xiàn)象——薄膜干涉。（二）新課講授1、薄膜干涉的原理教師講解：當光照射到薄膜上時，會被膜的前、后表面反射，這兩列反射光就形成了相干光。（可以簡單畫一個薄膜的示意圖，標明前、后表面反射光的光路）對于光程差的問題，教師要詳細解釋。當光線垂直入射時，兩反射光相遇時的路程差為該處薄膜厚度的2倍。這里可以結合簡單的幾何圖形來幫助學生理解，比如畫一個薄膜的剖面圖，標明光線的傳播路徑和薄膜厚度與光程差的關系。教師舉例：假設薄膜的厚度為d，那么光程差\（＼Delta＝2d\）。當光程差滿足一定條件時，就會出現(xiàn)干涉現(xiàn)象，即\（＼Delta＝k\lambda\）（加強，亮紋）或者\（＼Delta=（2k＋1)＼frac{＼lambda}｛2}＼）（減弱，暗紋），其中\(zhòng)（k＝0,1,2,＼cdots\），＼（＼lambda\）為光的波長。2、劈形薄膜干涉條紋的特點教師演示劈形薄膜干涉實驗（可以用兩塊平板玻璃一端夾一個薄片形成劈形空氣膜來演示），讓學生觀察干涉條紋。學生觀察后，教師引導學生總結條紋特點：干涉條紋是與劈棱平行的明暗相間的直條紋，并且相鄰條紋間距相等。教師解釋原因：因為劈形薄膜的厚度是均勻變化的，根據(jù)光程差與薄膜厚度的關系，就會形成這樣規(guī)律的條紋。3、薄膜干涉的應用增透膜教師講解：在光學儀器中，為了減少反射光，提高透射光的強度，會利用薄膜干涉原理制作增透膜。例如在玻璃表面鍍上一層合適的薄膜，使兩列反射光疊加形成暗紋，相互抵消，從而使反射光的強度減弱，透射光強度加強。教師舉例：在玻璃表面鍍上一層折射率為\（n\）的薄膜，對于波長為\（＼lambda\）的光，當膜的最小厚度\（d=＼frac{＼lambda}｛4n}＼）時，就能起到增透的作用。檢查平面平整度教師演示干涉法檢查平整度的實驗（用兩塊平面玻璃，其中一塊是標準平面，另一塊是待測平面，中間形成空氣膜）。教師講解基本方法：如果被檢查平面是光滑的，得到的干涉圖樣必是等間距的。如果某處凹下去，則對應亮紋（或暗紋）提前出現(xiàn)；如果某處凸起來，則對應條紋延后出現(xiàn)。（可以結合示意圖詳細解釋“提前”和“延后”的含義，強調是指由左向右的位置順序上）教師再講解旋轉法：將干涉圖樣及裝置一起在紙面內旋轉90°（使裝置的劈形空氣膜劈尖向下），此時干涉條紋成水平狀態(tài)，其上條紋彎曲處的凸起與凹下情況與被檢查平面凸、凹情況一致。（三）課堂練習1、關于薄膜干涉，以下說法正確的是（）A.薄膜干涉是薄膜的前、后表面反射光疊加形成的B.只有厚度均勻的薄膜才能發(fā)生干涉C.薄膜干涉條紋一定是等間距的彩色條紋D.利用薄膜干涉可以檢查平面的平整度答案：AD。解析：薄膜干涉是由膜的前、后表面反射光疊加形成的，A正確；厚度不均勻的薄膜也能發(fā)生干涉，B錯誤；薄膜干涉條紋不一定是彩色條紋，單色光照射時是明暗相間的條紋，C錯誤；利用薄膜干涉可以檢查平面的平整度，D正確。2、一光學儀器鏡頭表面鍍了一層增透膜，若此膜對波長為\（＼lambda＝550nm\）的綠光起增透作用，已知膜的折射率\（n＝1.38\），求膜的最小厚度。答案：＼（d=＼frac{＼lambda}｛4n}＝＼frac{550\times10^｛9}｝｛4\times1.38}＼approx99.64\times10^｛－9}m＝99.64nm\）。解析：根據(jù)增透膜的原理，當膜的最小厚度\（d=＼frac{＼lambda}｛4n}＼）時能起到增透作用，將\（＼lambda＝550nm\），＼（n＝1.38\）代入公式即可求出。（四）課堂小結1、教師引導學生回顧本節(jié)課的主要內容薄膜干涉的原理，是膜的前、后表面反射光形成相干光，光程差與薄膜厚度的關系。劈形薄膜干涉條紋的特點，包括條紋形狀、間距等。薄膜干涉的兩個重要應用：增透膜和檢查平面平整度。2、教師強調重點和難點重點是薄膜干涉的原理和應用，尤其是根據(jù)條紋判斷薄膜厚度變化等實際應用。難點是對光程差的理解和薄膜干涉應用中的一些判斷方法。（五）課后作業(yè)1、書面作