《光的颜色 色散》教学设计，本文主要内容关键词为：色散论文,教学设计论文,颜色论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、设计思路
本节内容是在学生学习了“光的折射”和“光的干涉”的普遍规律后的一个综合应用，教材把薄膜干涉时发生的色散和棱镜折射时发生的色散放在同一节内容中，是因为两者都有色散现象，而形成原理不同，所以，教师在教学中要引导学生重视现象的本质探究。同时由于生活中的色散现象比比皆是，教师可以训练学生利用已学的知识和科学研究方法去探索新的物理规律，培养学生的创新精神和实践能力。由于折射发生的色散比较容易掌握，因此可将教材中的知识顺序在教学过程中做重大调整，即先研究棱镜的色散再研究薄膜干涉中的色散。本节课以问题为主线，通过动手实验、观察分析，辅助以多媒体课件对棱镜对光的偏折作用、光的色散现象及薄膜干涉形成原因等内容进行教学，同时介绍一些相关的科普知识开阔学生的视野，尽量增加学生的观察机会以达到身临其境、兴趣盎然的效果。
二、教学目标
1.知识与技能
（1）知道光的颜色由频率决定，知道白光是由多种色光组成。
（2）了解折射、薄膜干涉及双缝干涉时的色散现象及原因，了解薄膜干涉的原理及应用。
（3）知道不同色光在同一介质中的传播速度、折射率都不同，理解色散形成的原因。
2.过程与方法
使学生经历薄膜干涉、色散现象及原因的探究过程，获得科学探究的体验，并加强学生的动手能力，培养学生的观察能力，增强学生学习物理的兴趣，加深了对色散形成的理解。
3.情感、态度与价值观
通过自然界及生活中的色散（虹霓、肥皂泡）现象的教学，激发学生对大自然的热爱以及对自然之谜的求知欲望；并且通过实验，使学生学会用科学知识来解释自然现象并培养学生探究科学的严谨态度和追求真理的不懈精神。
三、教学重难点
重点：薄膜干涉的规律与应用、棱镜色散及成因
难点：薄膜干涉色散的分析
四、器材准备
光学演示仪、三棱镜若干、多媒体PPT课件、牛顿环、肥皂水、酒精灯等
五、教学过程
1.预习引导
（师）提出问题 （1）光的色散是如何形成的？（2）“彩虹”是如何形成的？（3）肥皂泡的彩色怎样形成的？
设计意图 由于学生对光的颜色早已有初步认识，而对生活中色彩的形成却不了解，设置这些问题引导学生有效地进行课前预习，为新课学习热身，激发学生学习的兴趣。
2.新课教学
（1）通过棱镜产生的色散
（师）问题1 棱镜的作用有哪些？通过棱镜的光线向哪里偏折？如果隔着棱镜看一个物体，就可以看到物体的像，那么像的位置与物体的位置相比向哪个方向偏？
演示实验1 展示几种不同形状的棱镜，利用光学演示仪演示棱镜的折射，再让学生观察成像特点。
（师）问题2 什么叫全反射棱镜？全反射棱镜在生活中有哪些应用？
演示实验2 通过三种特殊光路即垂直直角边入射、光线垂直斜边入射、光线平行斜面入射，观察全反射棱镜的全反射现象。
通过PPT课件，展示全反射棱镜在生活中的应用，让学生体验到棱镜和平面镜在改变光路方面，效果是相同的。同时说明，与平面镜相比全反射棱镜成像更清晰，光能损失更少。
设计意图 让学生了解棱镜，知道棱镜对光的作用与简单应用，也为色散的学习作铺垫。
（师）问题3 什么叫色散？各色光在真空中的波长和频率有何特点？
演示实验3 学生参与光的色散实验，使用棱镜将白光分成七种单色光。
（师）问题4 什么是光谱？产生色散的原因是什么？
教师进行理论分析并引导学生观察光谱，分析不同色光的折射率差别，可看出色散是由于折射现象引起的。
（师）问题5 试解释白光在双缝干涉实验中，形成的彩色条纹都有哪些特点？
（生）分析 通过介绍干涉条纹间距的计算公式
可知，由于白光是复色光，各种色光的波长不同，因此，各色光所得到的干涉图样中，相邻两条亮纹（或暗纹）间的距离也不同，因此，在中央出现白色亮纹两边出现彩色条纹，而红光的波长最大，所以红色在外侧。
（师）问题6 玻璃砖能否形成色散光谱？
（生）作图分析 如图1所示，我们可以利用介质对不同色光有不同的折射率的特点，使不同的色光产生不同的折射角而产生色散。
设计意图 教师可利用PPT课件清晰地展示白光经过色散形成的光谱，白光双缝干涉条纹图片以及光通过玻璃砖发生色散的作图过程，理解并体验红色光的特性。
（师）问题7 彩虹是怎样形成的？
联系生活 教师用电脑展示彩虹图片如图2所示，并展示霓的形成光路图如图3所示，可知彩虹的是由于太阳光沿着一定角度射入空气中的水滴光线经两次折射和一次全反射后，所形成的一种色散现象。而霓的形成经过了二次折射和二次全反射，但其颜色分布与虹恰好相反，即外紫内红。也可利用PPT介绍我国著名的风景区峨眉山的一大奇景——“峨眉佛光”，并告诉学生其成因与虹霓相似。
设计意图 教师只有带领学生去发现某个知识的现实价值，才能使学生真正体验到学习的意义与乐趣，并且在应用中使学生的情感态度、认识价值得以升华。
（2）由薄膜干涉发生的色散
（师）问题8 大家观看过肥皂泡魔术表演吗？同学们小时候都吹过肥皂泡泡吧，其色彩是怎样形成的呢？
演示实验4 用肥皂膜做薄膜干涉实验，在酒精灯上加入少量的盐发出的黄光。注意在做实验时，使肥皂膜向前倾，这有利于全班同学观察。
（师）问题9 发生薄膜干涉的相干光源是什么？我们能在薄膜的哪一侧观察到干涉条纹？用单色光与白光做此实验时现象有何不同？
演示实验5 用肥皂膜做薄膜干涉实验，用正常光源照射，观察其彩色条纹的特点。
做一做 课本63页的动手实验，教师让学生全员参与实验，取两块平板玻璃，拿到明亮的地方观察干涉条纹，再加力压两块玻璃，试观察条纹移动的规律。
（师）问题10 薄膜干涉的形成原因？.
（生）分析 肥皂薄膜由于受到重力的作用导致其下端厚、上端薄，因此在薄膜上不同的地方，从膜的前、后表面反射的两列光波产生叠加。薄膜干涉又称为等厚干涉，即同一颜色条纹处的厚度相等。如图4所示，肥皂泡上的等厚线，也可让学生参与制作大肥皂泡；如图5所示用网球空拍拉出漂亮泡泡。
设计意图 让学生动手实验，观察条纹、参与互动，真正理解不同颜色的光波长不同，条纹位置会因不同而错开形成彩色条纹，体验真实生活中的奇妙现象，学生学习热情高涨。
（师）问题11 阅读课本第62页的“科学漫步”，请您简要地分析干涉法检查平面的原理？如果某处凸起来，条纹将会有向哪侧弯曲，为什么？
（生）分析 如果被测表面是平的，那么空气层厚度相同的各点分布在同一条直线上，干涉条纹就是等间距的平行线；如果被测表面有些地方有凸起或凹陷，那么空气层厚度相同的各点分布不再位于一条直线上，该处产生的干涉条纹就会发生弯曲，这种测量的精度可达
m。如果某处凸起来，条纹将会向劈尖外侧弯曲；如果某处凹下去，条纹将会向劈尖内侧弯曲；这是因为同一条纹是等厚线，对应的光程差相同。
（师）问题12 阅读课本第64页“问题与练习3”：如图6所示，它是两块玻璃表面之间的空气膜引起的薄膜干涉造成的。条纹是否是等间距的？如果换一个表面曲率半径更大的凸透镜，观察到圆环半径是变大还是变小？如果改用波长更长的单色光照射，观察到的圆环半径是变大还是变小？
演示实验6 让学生观察牛顿环条纹规律，学生可发现条纹是内疏外密。
（生）分析 牛顿环仍然是等厚线，因为空间对称而形成环，而且由于光程差受透镜曲面影响不再等距，而通过光程差分析可知曲率半径变大或者波长更长的单色光照射时环的半径均会变大。
（师）问题13 在透镜、棱镜等光学元件表面涂的一层氟化镁薄膜，是为了增强透射光的强度，称为增透膜，增透膜的厚度应该多厚，为什么？
实物展示 增透膜只对人眼或感光胶片上最敏感的绿光起增透作用。当白光照到（垂直）增透膜上，绿光产生相消干涉，反射光中绿光的强度几乎是零。这时其他波长的光（如红光和紫光）并没有被完全抵消。因此，增透膜呈绿光的互补色——淡紫色，如图7所示，增透膜的厚度应该绿光波长的1/4。
设计意图通过薄膜干涉的原理分析及应用，使学生理解其本质仍然是光的干涉，明暗条纹形成仍然是由于相干光的光程差决定的，在新授课的过程中教师可回避半波损失问题，只要初步让学生理解条纹形成原因，而不需要明确到在什么位置应该出现什么条纹，注意控制教学难度。
3.课堂反馈练习（略）
4.课堂小结
（1）光发生色散有两种方法即干涉和折射，而干涉除有双缝干涉外还有薄膜干涉。
（2）光经过棱镜发生色散的原因是因为在同一媒质中不同的色光折射率不同，红光折射率最小而速度最大。
（3）光发生干涉时产生色散现象原因是因为不同色光的波长不同而错开，红光的波长最大，最终在同一装置中红光的条纹间距最宽。
5.板书设计（略）
6.布置作业
（1）计算红光和紫光在冕牌玻璃中的传播速度。（折射率参照课本）
（2）回家后，试制作不同形状的肥皂泡、肥皂膜，并观察条纹的变化规律。
（3）登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射，要佩戴一种涂“增反膜”的眼镜，如图8所示，某运动员选用的薄膜材料的折射率为n，所要消除紫外线的频率为f，试问其“增反膜”厚度至少是多少？
设计意图 拓展知识的应用空间、增加学生的学习空间，增强探究体验。
六、课后反思
1.本节中薄膜干涉现象的分析是难点，需要让学生全员参与，动手进行实验，如在教室外做肥皂泡实验，虽有趣但会影响教学时间，可在教室内做，泡泡可小点，但可让多人进行尝试。并且让学生仔细观察泡泡上彩色的流动才能激起学生对干涉条纹的深刻理解。
2.在预习的基础上可给学习小组布置不同的课前准备任务，有准备拉大肥皂泡器材的，有带军事望远镜、蝴蝶标本的。课中也可安排学生利用计算器或电子时钟上的液晶屏观察薄膜干涉现象，真切地理解物理就在我们身边。
3.本课教学内容较多，实验也较多，因此课堂要紧凑，以学生展示为主，教师点拨为辅，理论上讲的太多也很抽象，应让学生多体验，也可试着使用特殊值法分析条纹及薄膜厚度的关系。