La física es una disciplina que estudia las leyes más generales del movimiento material y la estructura básica de la materia. Como disciplina líder de las ciencias naturales, la física estudia las formas y leyes de movimiento más básicas de toda la materia, desde el universo hasta las partículas elementales, y por lo tanto se convierte en la base de investigación para otras disciplinas de las ciencias naturales. La siguiente es una colección de planes de lecciones sobre la interferencia de la luz en la física de la escuela secundaria que compilé para ti. Espero que te guste.
¡Una colección de planes de lecciones sobre la interferencia de la luz en la física de la escuela secundaria 1!
Objetivos de enseñanza
1. Conocimientos y habilidades:
(1) Guiar a los estudiantes a revisar el proceso de desarrollo de la comprensión humana de la naturaleza de la luz sobre la base de su conocimiento existente de óptica geométrica
(2) En base a la revisión de la interferencia de ondas mecánicas, los estudiantes pueden comprender las condiciones que producen la interferencia de la luz y los principios de diseño del experimento de Young.
(3) Permita que los estudiantes dominen las razones y condiciones para producir franjas brillantes y oscuras en el experimento de interferencia de doble rendija, comprendan los cálculos relevantes y dejen en claro que la relación entre la interferencia de doble rendija puede Se utiliza para determinar la longitud de onda de las ondas luminosas.
(4) A través de experimentos de interferencia, los estudiantes pueden profundizar su comprensión del fenómeno de interferencia de la luz.
2. Proceso y métodos
Dos preguntas de indagación se plantean principalmente en la enseñanza
(1) Basado en el conocimiento del fenómeno de interferencia de ondas mecánicas, Los estudiantes dominan las condiciones de interferencia de la luz a través del aprendizaje independiente y las razones y condiciones para producir franjas brillantes y oscuras en el experimento de interferencia de doble rendija.
(2) Aprendizaje cooperativo en grupo para explorar qué factores están relacionados con la distancia entre dos franjas brillantes (o franjas oscuras) adyacentes.
3. Actitudes y valores emocionales
Cultivar el espíritu de cooperación, la conciencia de equipo y el concepto colectivo de los estudiantes, y cultivar la capacidad de los estudiantes para explorar de forma independiente el conocimiento científico siguiendo los pasos de los científicos. para realizar verdaderamente la aplicación del conocimiento científico. A cada estudiante se le asignan objetivos de desarrollo.
Enfoque didáctico
(1) Que los estudiantes conozcan las condiciones de la interferencia de doble rendija y dominen las características de los patrones de interferencia.
(2) Comprender las condiciones para producir franjas brillantes y oscuras en el experimento de interferencia de doble rendija.
(3) Comprender el espacio entre franjas brillantes (o franjas oscuras) adyacentes, y ser capaz de aplicar esta regla para resolver problemas prácticos
Dificultades de enseñanza
(1) Comprensión correcta de las causas de las franjas brillantes y oscuras en patrones de interferencia de doble rendija
( 2) Comprender los factores que afectan la distancia entre franjas brillantes adyacentes (o franjas oscuras) en el patrón de interferencia de doble rendija
Métodos de enseñanza
Analogía, experimento, exploración grupal
Herramientas de enseñanza
Material didáctico PPT, fuente de luz láser de juguete, rejilla (doble rendija)
Proceso de enseñanza
Introducción al tema:
Pregunta 1: En nuestra vida diaria, vemos muchos fenómenos ópticos. ¿Cómo se forman estos fenómenos naturales?
Visualización de imágenes: como la propagación lineal de la luz, el arco iris y los "espejismos".
Introducción: Los fenómenos de luz en la naturaleza son tan ricos y coloridos que la gente no puede evitar preguntar cuál es la esencia de la luz.
Nuevo curso de enseñanza:
1. La disputa entre las dos escuelas de pensamiento:
En el siglo XVII, un grupo representado por Newton creía: "La luz es una especie de partícula material que se propaga a una determinada velocidad en un medio uniforme ."
Un grupo representado por Huygens creía que: "La luz es un cierto tipo de onda que se propaga en el espacio"
Discusión de estudiantes: ¿Con qué opinión estás de acuerdo? Y cuéntanos por qué estás de acuerdo.
2. Interferencia de la luz:
(1) Supuesto: La luz es una onda, entonces inevitablemente se observará el fenómeno único de las ondas.
Revisión del estudiante: El fenómeno único de las ondas mecánicas: la interferencia
Orientación: siempre que se pueda ver el fenómeno de interferencia de la luz, se puede decir que la luz tiene propiedades ondulatorias
( 2) Investigación experimental:
1. ¿Cómo podemos causar interferencia cuando se encuentran dos columnas de luz?
Demostración: dos fuentes de luz láser separadas
Pregunta: ¿Por qué no podemos ver el fenómeno de interferencia? ¿Cuáles son las condiciones necesarias para que ocurra el fenómeno de interferencia?
Introducción a la historia académica: De hecho, fue difícil de encontrar. dos fuentes de luz que podían interferir entre sí hasta que en 1801 un físico británico Thomas Young observó con éxito la interferencia de la luz en el laboratorio.
2. Introducción al experimento de interferencia de doble rendija de Thomas Young:
Introducción al dispositivo experimental. Se abren dos rendijas muy estrechas en el deflector cuando se proyecta un haz de luz monocromática. on Cuando se utiliza el deflector, las dos rendijas equivalen a dos fuentes de luz idénticas: fuentes de luz coherentes.
Condiciones de interferencia de la luz: fuente de luz coherente
3. Experimento de demostración: experimento de interferencia de doble rendija
Pensamiento: ¿Qué fenómenos aparecen en la pared después de que la luz pasa por la doble rendijas? ¿Qué significa esto?
Resumen profesor-estudiante: la luz tiene forma de onda
Guíe a los estudiantes para que consulten el patrón de interferencia de doble rendija en la imagen en color del libro de texto
Discusión en grupo: ¿Cuáles son las características del patrón de interferencia de la luz?
Obtener el fenómeno experimental: franjas brillantes en el centro, alternando franjas claras y oscuras con el mismo espacio
Pregunta (explicación del fenómeno): ¿Cómo debería explicarlo? Aparecen rayas brillantes (rayas oscuras) en la pantalla clara.
¿Dónde aparecen las rayas brillantes y dónde aparecen las rayas oscuras en la pantalla clara? por su ocurrencia?
Discusión en grupo: Formar conciencia política y enviar representantes para explicar las razones.
Condiciones para que aparezcan rayas brillantes (o rayas oscuras) en la pantalla clara:
Rayas brillantes: (n=0, 1, 2, 3...)
Rayas oscuras: (n=0, 1, 2, 3...)
Plan 2 de la lección de interferencia de luz de física de secundaria
Objetivos de enseñanza
(1) Conocimientos y habilidades
1. Comprender el fenómeno de interferencia de la luz a través de la observación experimental y saber que el fenómeno de interferencia de la luz muestra que la luz es una onda.
2.Comprender cómo se produce el fenómeno de interferencia de la luz por doble rendija, dónde aparecen franjas brillantes y dónde aparecen franjas oscuras.
(2) Proceso y Método
1. Mediante el experimento de interferencia de doble rendija de Young, se entiende que un haz de luz emitido por una fuente de luz puntual se divide en dos haces, y se obtiene la idea de diseño de una fuente de luz coherente.
2. Al analizar la interferencia de doble rendija de la luz monocromática basada en la teoría ondulatoria, los estudiantes pueden desarrollar su capacidad para realizar razonamientos comparativos y explorar conocimientos.
(3) Emociones, actitudes y valores
A través de la comprensión preliminar de la naturaleza de la luz, se puede establecer una cosmovisión materialista dialéctica.
La docencia se centra en la experimentación y análisis de la formación de imágenes de interferencia de doble rendija.
Es difícil determinar la ubicación de los patrones de luz (o de los patrones de oscuridad) en la enseñanza.
Preguntas de repaso del método de enseñanza, exploración experimental, enseñanza asistida por computadora
Equipo de enseñanza: láser de helio-neón tipo JGQ, interferómetro de doble rendija, computadora multimedia y dispositivo de proyección, material didáctico multimedia (Imágenes fijas y animaciones Flash relacionadas)
Proceso de enseñanza
(1) Introducción de nuevas lecciones
Revisión de la interferencia de ondas mecánicas
[Preguntas de repaso, Conjetura inductora]
[Imagen estática de proyección multimedia]
Profesor: ¿Aún tienes una impresión de esta imagen?
Estudiante: Sí? , diagrama de interferencia de ondas.
Profesor: [Problema de proyección] Recuerde y piense en las siguientes preguntas:
En la figura, S1 y S2 son dos fuentes de onda con siempre las mismas condiciones de vibración, y el sólido La línea punteada representa el pico. ¿Qué puntos en a, b, c, d y e vibran con más fuerza?
Los resultados de las respuestas de los estudiantes fueron los esperados. , y la mayoría de los estudiantes pudieron responder que las vibraciones en a y c se fortalecieron, las vibraciones de los puntos d y e se debilitaron y hubo controversia sobre el punto b. Uno piensa que el punto b es el punto de fortalecimiento de la vibración y el otro piensa que el punto b es el estado de transición del fortalecimiento al debilitamiento.
Maestro: ¿Qué determina el fortalecimiento y debilitamiento de la vibración del punto b? Sólo aclarando este punto se podrá resolver la disputa entre los dos grupos de estudiantes.
(Algunos estudiantes susurraron: "La distancia es pobre")
Profesor: ¡Está bien! Este estudiante acaba de mencionar el punto clave, así que déjame pedirte que analices el punto b y S1 y. S2.La distancia al punto es pobre.
Estudiante: Se puede ver en la figura que OO′ es la línea perpendicular media que conecta S1 y S2, por lo que la diferencia de distancia de b a S1 y S2 es cero.
Profesor: Entonces el punto b debería ser la vibración - (los estudiantes responden juntos): Fortalezcan el punto.
(El maestro resume la ley de la interferencia mecánica de las ondas, enfatizando que las vibraciones de las dos ondas son siempre exactamente iguales.)
Maestro: La teoría ondulatoria de la luz sostiene que la luz tiene propiedades de las ondas. Entonces, si las dos columnas de luz siempre están superpuestas con las mismas condiciones de vibración, también debería haber áreas de vibración intensificada y vibración debilitada, y las áreas de vibración intensificada y vibración debilitada deberían estar espaciadas entre sí. Entonces, ¿cuál es el patrón de esta interferencia?
Salud: Debe ser un patrón de alternancia de luz y oscuridad.
Profesor: La suposición es razonable. Entonces, ¿algún estudiante ha visto este fenómeno?
(Los estudiantes guardaron silencio, indicando que nadie lo ha visto)
Profesor: Parece que nadie lo ha visto. ¿Cuál es la razón?
[生1] Puede ser que no se puedan encontrar dos fuentes de luz con las mismas condiciones de vibración en la vida diaria.
[生2]Quizás lo vimos pero no sabíamos que era la interferencia de la luz.
Profe: Los dos estudiantes lo analizaron muy bien. Tal vez fue porque no hubo interferencia, o tal vez se conocieron pero no se conocían antes. Veamos, ¿cuál de ellas tiene el análisis correcto?
Estudiante: No creo que lo que dijo el Estudiante 1 sea cierto. Hay muchas fuentes de luz de este tipo, como las lámparas fluorescentes en nuestro salón de clases. Creo que son exactamente iguales.
Profesor: Está bien. Podemos probarlo en el sitio.
(Enciende primero una lámpara fluorescente y luego enciende otra lámpara fluorescente colocada simétricamente)
Maestro: Por favor, mira con atención para ver si hay algo en la pared, el piso o techo. ¿Existe un fenómeno de interferencia de luz y oscuridad?
(Todos lo buscan activamente, pero no encuentran nada, su pensamiento está activo y hablan mucho)
Profesor: Parece que hay dos lámparas fluorescentes o fuentes de luz incandescentes aparentemente idénticas. No es una "fuente de luz que siempre vibra igual".
[Proyección]
Profesor: En 1801, el físico británico Thomas Young ideó una manera ingeniosa de dividir una fuente de luz puntual en dos haces, encontrando así "Dos condiciones de vibración son siempre la misma fuente de luz." La exitosa observación de las franjas de interferencia proporcionó pruebas sólidas para la teoría ondulatoria de la luz y promovió la comprensión de la naturaleza de la luz. A continuación reharemos este famoso experimento de interferencia de doble rendija.
(2) Realización de nuevas lecciones
1. Experimento de interferencia de Young
[Experimento práctico, observación y descripción]
Introducción al dispositivo experimental de Yang (en la foto)
Profesor: utilice un láser de helio-neón para demostrar el experimento de interferencia de doble rendija.
Utiliza la luz roja (luz paralela) emitida por el láser para iluminar verticalmente las dobles rendijas, proyectar el patrón de interferencia en la pared del aula y guiar a los estudiantes para que presten atención al fenómeno.
Fenómeno: Se puede observar que en la pared aparecen franjas de interferencia claras y oscuras alternadas.
Profesor: (Introducción) Las rendijas S1 y S2 están muy cerca una de la otra. La función de las dobles rendijas es dividir la misma onda de luz en dos haces "las condiciones de vibración son siempre las mismas". De esta forma se obtienen dos columnas de ondas de luz con la misma frecuencia. Cuando se superponen en la pantalla, aparecerán franjas claras y oscuras."
Conclusión: El experimento de Young demostró que la luz es efectivamente una onda.
2. La posición de las franjas brillantes (oscuras)
[Razonamiento comparativo, exploración y análisis]
Profesor: A través de experimentos, ahora sabemos eso. la luz es ondulatoria. ¿Es posible explorar cuidadosamente cómo se forman las franjas claras y oscuras en el experimento basándose en la teoría de interferencia de ondas mecánicas
[Proyección]
En la figura? , la distancia del punto P0 es de S1 y S2 La distancia es igual, la diferencia de distancia Δ=S1 P0-S2 P0=0 debe aparecer líneas brillantes (líneas brillantes centrales)
[Animación de demostración] El seno Las formas de onda emitidas por S1 y S2 en la Figura 20-3 están en el punto P. Cuando se encuentran y se superponen, la vibración del punto P se fortalece (como se muestra en la imagen)
EMBED MSPhotoEd.3
En vista del ángulo de expresión y el efecto de la animación anterior, el profesor reproducirá la animación sobre esta base, como se muestra en la figura siguiente. Muestre el diagrama esquemático de la situación de vibración para que los estudiantes queden más claros. En el estado inicial en el que se encuentra la onda, la vibración en el punto P0 siempre encuentra la cresta y la cresta o el valle y el valle. La amplitud A es siempre la suma de A1 y A2, es decir, el punto P siempre vibra. y deberían aparecer líneas brillantes
EMBED MSPhotoEd.3
Profesor: ¿Qué pasa con los otros puntos?
[Proyección]
EMBED. MSPhotoEd.3
¿Qué tipo de franjas deberían aparecer en el punto P1?
Plan de lección 3 sobre interferencia de luz de física de secundaria
Selección de libros de texto
People's Education Press Plan de estudios general de la escuela secundaria Libro de texto experimental estándar·Física optativa 3-4·Capítulo 13 Sección 3
Análisis del contenido de la enseñanza
(1) Estado y.
Esta sección se desarrolla sobre la base de "Ondas mecánicas". Se hereda de la óptica geométrica y también es la base para aprender la "Difracción de la luz" y otros conocimientos posteriores. Esta sección revela la naturaleza ondulatoria de la luz y promueve la naturaleza humana. Seres. Tener una mayor comprensión de la naturaleza de la luz. Al mismo tiempo, también constituye la dualidad onda-partícula de la luz junto con el "Efecto fotoeléctrico" electivo 3-5, por lo que esta sección tiene una importante importancia para la investigación. >
(2) Estándares Curriculares
1. Observar el fenómeno de interferencia de la luz; 2. Conocer las condiciones que producen los fenómenos de interferencia. (3) Características del Currículo.
Estándares Curriculares. es la macroestructura del curso y el material didáctico es la microestructura del curso. A partir de las características del material didáctico, esta sección propone una conjetura: si la luz es realmente una onda, entonces realiza el experimento de la doble rendija de Young y obtiene el patrón de interferencia; para demostrar que la luz es un tipo de onda; finalmente, se discute la relación entre la diferencia de trayectoria y la media longitud de onda, y se obtienen las condiciones para la aparición de franjas claras y oscuras.
Sin embargo, "el espacio". "La interferencia no está resaltada en el libro de texto; el diagrama esquemático del experimento de interferencia de doble rendija no utiliza imágenes. La visualización de la luz ha afectado la comprensión de los estudiantes sobre el mecanismo de interferencia de la luz; ha aumentado la dificultad de aprendizaje, por lo que han realizado los siguientes cambios en los materiales didácticos:
1. Agregar experimentos de demostración innovadores y utilizar el efecto Tyndall. Demostrar vías de interferencia puede ayudar a los estudiantes a obtener una comprensión profunda de las leyes físicas.
2; Al demostrar ilustraciones intuitivas de ondas de luz, se puede mostrar vívidamente el mecanismo de interferencia de las ondas de luz, convirtiendo las ondas de luz abstractas en intuición;
3.
Análisis de la situación de los estudiantes
(1) Características del pensamiento
Según la teoría de Pia Jie, los estudiantes de segundo año de secundaria se encuentran en la etapa de pensamiento de operaciones formales y Siguen reglas cognitivas de simples a complejas, de intuitivas a abstractas. Sin embargo, su capacidad de pensamiento abstracto no es lo suficientemente fuerte y, a menudo, necesitan representaciones concretas o analogías con experiencias concretas para respaldar el proceso de pensamiento.
(2) Base de conocimientos
Los estudiantes han aprendido el contenido de las ondas mecánicas y tienen cierta comprensión de los principios de la interferencia de ondas mecánicas y la superposición de ondas.
(3) Dificultades cognitivas
Sin embargo, la capacidad de los estudiantes para transferir conocimientos es relativamente débil, el mecanismo de la interferencia de la luz es relativamente abstracto y no existe una comprensión esencial de la interferencia de la luz. .
Análisis de objetivos docentes
(1) Conocimientos y habilidades
(1) Conocer las condiciones de interferencia de la luz y saber que la luz es una onda
; p >
(2) Conocer el fenómeno de interferencia de la luz y las características de distribución de las franjas de interferencia.
(3) Conocer la relación entre la diferencia de trayectoria y las franjas claras y oscuras.
(2) Proceso y método
(1) A través de la analogía entre la interferencia de la luz y la interferencia de ondas mecánicas, se cultivará la capacidad de análisis comparativo y la capacidad de transferencia de conocimientos de los estudiantes.
(3) Emociones, actitudes y valores
(1) A través de la observación y experimentos, cultivar la actitud científica de los estudiantes de buscar la verdad a partir de los hechos.
(2) Al comprender el experimento de interferencia de la doble rendija de Young, los estudiantes pueden cultivar sus sentimientos sobre la historia de la física y aumentar su amor por la física.
Puntos importantes y difíciles en la enseñanza
Foco: Características de interferencia y condiciones de la luz
Foco: Causas de las franjas claras y oscuras
Análisis de estrategias de enseñanza
1. Métodos de enseñanza
Adoptar principalmente métodos experimentales, métodos de conferencia, complementados con métodos de preguntas y otros métodos de enseñanza, y diseñar el proceso de enseñanza que se basará en el jabón. Experimento de soplado de burbujas para estimular el interés de los estudiantes. El punto de partida es una actividad de diálogo profesor-alumno basada en experimentos de observación y conocimientos existentes, centrándose en preguntas como "¿Por qué se forman las rayas en la superficie de las pompas de jabón?".
Método experimental
Al explorar el experimento de la doble rendija de Young y observar las características de la interferencia de la luz, llegamos a la conclusión de que la luz es una onda a través de experimentos de demostración innovadores, utilizamos el efecto Tyndall para revelar la ruta de interferencia; demostrar la espacialidad de la interferencia de la luz y comprender mejor la naturaleza ondulatoria de la luz; comprender el mecanismo de interferencia de la luz demostrando diagramas intuitivos para simular las tres situaciones de superposición de ondas en el punto P en el espacio (pico, pico, valle, pico y valle). ).
(2) Método de enseñanza
Al transferir la familiar interferencia de ondas mecánicas a la nueva situación del problema de interferencia óptica, los estudiantes pueden fortalecer su capacidad para transferir conocimientos.
2. Orientación para el estudio del método
En términos de orientación para el estudio del método, céntrese en guiar a los estudiantes para que cooperen en la exploración, la observación y el pensamiento experimentales, discusiones más independientes y énfasis en el análisis. e inducción, para que los estudiantes puedan descubrir y resolver problemas de forma independiente, mientras adquieren nuevos conocimientos, mejoran la conciencia de la cooperación, el pensamiento independiente, la fácil transferencia y la comprensión de las ideas de la física.
Preparación didáctica
Materiales didácticos: agua con jabón, puntero láser, doble rendija, soporte, fregadero, agua, leche, material didáctico casero, etc.
Multimedia: PPT, imágenes, modelos de diagramas, animaciones, vídeos, etc.
Innovación experimental
Esta lección excluye experimentos interesantes y experimentos de doble uso utilizados en introduciendo nuevas lecciones Además del experimento de costura, se diseñaron dos experimentos.
Experimento 1 El experimento tradicional de interferencia de doble rendija no puede demostrar claramente la naturaleza espacial de la interferencia. Sin embargo, al agregar leche al agua limpia y usar el efecto Tyndall para mostrar la ruta de interferencia, los estudiantes pueden profundizar aún más su comprensión. de la naturaleza ondulatoria de la luz.
Experimento 2 Las ilustraciones de la interferencia de la luz en el libro de texto no permitieron a los estudiantes comprender claramente el mecanismo de la interferencia. Mediante experimentos de demostración, creamos tres situaciones de superposición de dos ondas en un cierto punto P en el espacio (. cresta de onda y cresta de onda), superposición de valles y valles, superposición de crestas y valles), muestra visualmente el proceso real de superposición de ondas de luz, lo que permite a los estudiantes comprender mejor las razones de la generación de franjas claras y oscuras.
Proceso de enseñanza
Diseño del proceso de enseñanza
Vínculos de enseñanza y contenidos de enseñanza Actividades del profesor Actividades del estudiante Intención de diseño 1. Crear situaciones e introducir temas:
Introducción al equipo: agua con jabón, anillos de plástico
Experimento de demostración: hacer burbujas
2. Experimentos de demostración innovadores que muestran interferencia espacial
1.Aprende la historia de la física , mejora tu amor por la física
Introducción Los físicos representados por Newton creían que la luz es una partícula, y los físicos representados por Huygens propusieron las propiedades de las ondas y el experimento de Thomas Young.
2. Realizar investigaciones experimentales y observar fenómenos experimentales
Equipo experimental: láser verde, película de doble rendija, pantalla de luz
Introduzca el dispositivo experimental y realice doble -Experimento de interferencia de rendija.
Observa el experimento y resume el fenómeno: hay franjas brillantes en el medio y se alternan franjas claras y oscuras.
Condiciones de interferencia lumínica: la frecuencia, diferencia de fase y dirección de vibración son las mismas.
Conclusión experimental: La luz es una onda.
Características del patrón de interferencia: aparece una franja brillante en el centro y el brillo se vuelve más oscuro en ambos lados; el ancho de las franjas brillantes (oscuras) es el mismo.
3. Demuestre experimentos innovadores y demuestre la interferencia espacial.
Mueva el puntero láser hacia adelante y hacia atrás para guiar a los estudiantes a observar el patrón de interferencia.
Equipo experimental: láser monocromático, doble rendija, leche, fregadero, agua.
Utiliza el fenómeno Tyndall para demostrar la vía de interferencia óptica.
Comprender mejor la naturaleza ondulatoria de la luz.
Conclusión: La luz interfiere en toda el área del espacio de superposición.
3. Demostrar diagramas de imágenes y comprender el principio de interferencia
Demostrar diagramas de superposición de ondas de luz intuitivos: por analogía con el diagrama de superposición de ondas mecánicas, en un cierto punto P en el espacio, hay exactamente dos columnas Los picos de ondas coherentes se superponen. Dado que la amplitud de los picos de onda es la más grande y la dirección de vibración es la misma, la amplitud es mayor cuando se superponen y la coherencia se fortalece, pasando así a una luz abstracta. onda Hay franjas brillantes en la pantalla de luz. De la misma manera, los valles de las ondas y la superposición de los valles de las ondas aquí también son una franja brillante, mientras que los picos y los valles de las ondas son franjas oscuras.
(De manera similar, la superposición de valles y valles también da como resultado franjas brillantes, y no se muestra ninguna ilustración de superposición)
La superposición de picos y valles de ondas de luz da como resultado destructivamente franjas oscuras
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