“双缝干涉”实验的教学过程

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１情境导入

首先由学生观察教师的演示实验，激发学生探究的兴趣，进入问题情境阶段。由于双缝干涉形成的条纹图象较小，亮度也不够，教室后排学生往往看不清楚，可以轮流上前排来观察。如果能够制作一个课件用大屏幕演示，效果会更好。

在学生观察演示实验后，教师提问：双缝干涉形成的条纹有什么特点?相邻的亮条纹或者相邻的暗条纹之间的距离是不是等间距的?那么双缝干涉条纹间距可能与哪些因素有关?你有办法验证你的猜测或疑问吗?

学生自由交流、发言，讲述自己的猜测或疑问，教师相机引导和评价。由教师或者指定一位同学整理同学们提出的问题并板书如下：

影响双缝干涉条纹间距的因素有：①杨氏双缝到接收屏的距离；②杨氏双缝之间的距离；③杨氏双缝的缝宽；④光的波长。

学生也可能会提出更多的问题，在问题产生的过程中，教师的引导起着关键的作用，例如：学生常常会提出一些或者偏离“主题”范围、或者过于空泛、或者超出学生的基础知识和能力范围太多以及超出实验条件而无法探究的问题，教师可以根据实际情况把其中许多问题改造为适合学生探究的问题，以使探究的问题更为集中和深入、更加接近学生的实际，从而把学生导向科学探究，使学生能够体验到探究的乐趣。

2任务驱动（教师提问）

我们提出了四个影响双缝干涉条纹间距的因素，看来我们不能同时探究这四个因素对双缝干涉条纹间距的影响。物理学的探究方法通常总是只改变多个因素中的一个，其余因素相对固定不变，看看所改变的这一个因素对于探究对象的影响情况。

关于以上影响双缝干涉条纹间距的第一个因素。怎样设计这个实验才能方便地改变杨氏双缝到接收屏的距离?(显然，如果你用一面墙壁来做接收屏的话，那么你只能移动杨氏双缝，这样对实验效果有什么影响?)杨氏双缝到接收屏的距离增大的时候，干涉条纹间距如何变化?杨氏双缝到接收屏的距离减少的时候，干涉条纹间距如何变化?二者之间是正比关系，还是反比关系?

关于以上影响双缝干涉条纹间距的第二个因素。杨氏双缝之间的距离增大的时候，干涉条纹间距如何变化?杨氏双缝之间的距离减少的时候，干涉条纹间距如何变化?二者之间是正比关系，还是反比关系?

关于以上影响双缝干涉条纹间距的第三个因素。杨氏双缝的缝宽增大的时候，干涉条纹间距如何变化?杨氏双缝的缝宽减小的时候，干涉条纹间距如何变化?二者之间是正比关系，还是反比关系?

关于以上影响双缝干涉条纹间距的第四个因素。如何得到不同波长的光?光的波长增大的时候，干涉条纹间距如何变化?光的波长变短的时候，干涉条纹间距如何变化?二者之间是正比关系，还是反比关系?

3实验探究

下面让我们分成小组(每个小组的人数视实验条件而定，最好2到3人一组)，可以只探究一个因素对双缝干涉条纹间距的影响，也可以探究四个因素对双缝干涉条纹间距的影响。学生根据所要探究的问题和自己提出的猜想，独立地或者在教师的指导下制订探究性实验方案，包括所依据的物理原理，工具、仪器的选择，实验的步骤，数据的处理方法等，然后各小组根据自己的探究问题和制订的探究方案，按要求分工协作，边做边讨论，通过实验和测量来收集数据，最后综合整理、归纳实验数据，进行判断，然后自己设计探究报告的格式，填写探究报告。得出相应结论，完成有关影响双缝干涉条纹间距的因素的探究报告。

4形成结论（学生总结）

通过实验探究，你认为双缝干涉条纹间距与杨氏双缝到接收屏的距离有什么关系？与杨氏双缝之间的距离有什么关系?与杨氏双缝的缝宽有什么关系?与光的波长有什么关系?请尽可能完整、简洁、严谨地表述你的结论。

5交流评议

各小组合作完成探究报告后，可以派小组代表上台介绍自己的探究成果。同学们互相评议，提出补充意见。这样学生在合作讨论、自由表达、相互评价、分析归纳、抽象概括、创造想象等探索性活动中，掌握了有关双缝干涉的知识。

6迁移应用

我们对双缝干涉进行了探究，那么，你可以利用双缝干涉的知识做哪些应用?比方说测量某种光的波长，你打算怎样测量(人类历史上第一次测量光的波长，就是通过测量干涉条纹间距得到的)?

《双缝干涉的探究》设计说明：①双缝干涉的探究有助于加深学生对于光的波动性的理解。本来双缝干涉条纹间距与哪些因素有关，可以从理论上推导出来，但是推导过程还是比较复杂、抽象的，一般安排在大学的普通物理课程里。对于高中或者中专物理教学来说，在理论上只做一些简单的、定性的讨论，但通过对双缝干涉的探究可以在直观的感性认识上加深学生对双缝干涉的理解。②研究表明，探究性学习中学生的自主程度与意义建构的效果密切相关，所以在问题产生的过程中，应当尽可能让学生自己发现问题或者深化探究问题。③由于学生之间存在个别差异。自主学习探究的能力也有差别，所以我们提倡小组合作学习。组员之间分工协作，使每一个学生都有所得与有所悟，取得尝试实践的成功。④学生可以只探究一个因素对双缝干涉条纹间距的影响，也可以探究四个因素对双缝干涉条纹间距的影响，这样可以照顾到学生的能力有差异这一实际情况，有利于全体学生参与探究活动。⑤鼓励学生的发散性思维和各种尝试，例如：有的学生会盖住一条缝，这时得到的不再是干涉条纹而是衍射条纹；有的学生会在其中一条缝的后面盖上一块玻璃，这时干涉条纹会发生移动；有的学生会尝试怎样才能更清晰地观察到干涉条纹等。⑥对于两束单色光的干涉条纹有如下特点：a相邻亮条纹或者相邻暗条纹都是等间距的；b双缝干涉的条纹间距与入射光的波长成正比，与双缝到接收屏的距离成正比，与双缝间距成反比；c由于条纹间距与入射光的波长成正比，所以用白光做双缝干涉实验时，得到的干涉条纹除中央亮条纹外，其余各级亮条纹都带有各种颜色。离中央亮条纹较远的各色条纹因相互重叠而得到均匀的强度，这样可以观察到的条纹数目较少，所以一般都用单色光做实验。