（2）树立正确的学习观和方法论2.树立正确的通过本节课光的波动学说的建立过程、杨氏双缝干涉实验的决定性作用，学习观和方法结合习近平总书记强调的“学史力行是党史学习教育的落脚点，要把学史明理、论学史增信、学史崇德的成果转化为改造主观世界和客观世界的实际行动。”这一重要论述，培养学生树立正确的学习观和方法论：实践是检验真理的的唯标准，实验研究与理论研究同样重要，要学以致用、用以促学、学用相长。2.干涉现象波的干涉条件：频率相同、相差恒定、振动方向相同的两列波播放PPT干涉现象：干涉条纹、干涉圆环产生的介质范畴：光波、微波、水波、声波提问：光的干提问与思考：杨氏双缝干涉实验中，（1）如果两列波不是同时到达干涉区涉的三个条域，是否会产生干涉现象？（2）如果两小孔S1和S2距离很大，在接收屏处件、干涉现象没有交叠区域，是否会产生干涉现象？并举例，提出如何进行时间和空间的量化尺度描述呢？思考问题，进二、新课讲解：而引出新课内1.光的时间相干性（约25分钟）容光源的时间相干性：描述的是某一个空间点在不同的时刻光波场之间的相干性。相干时间t定量描述：光传播方向上某点处，两个不同时刻光波场之间有相干性的最大时间间隔。波列讲授法PPT中应用fAt图示进行比图1.1光源时间相干性示意图较，分t=t,光传播方向上任一点的光场振动随时间变化的规律为：t>t. A t<t 三种情况进行[Ee/20<t.(1.1.1)E(t) =0,其他式中，V为光振动的频率。对上式进行付里叶变换，求模平方的光强随频率变化的函数关系，即光源频谱为：i2mde-12md1(v)=|F[E(t)]-(1.1.2)忽略常数比例因子后，可以算出：I(v)=sinc[元(v-vo)1](1.1.3)
（2）树立正确的学习观和方法论 通过本节课光的波动学说的建立过程、杨氏双缝干涉实验的决定性作用， 结合习近平总书记强调的“学史力行是党史学习教育的落脚点，要把学史明理、 学史增信、学史崇德的成果转化为改造主观世界和客观世界的实际行动。”这 一重要论述，培养学生树立正确的学习观和方法论：实践是检验真理的的唯一 标准，实验研究与理论研究同样重要，要学以致用、用以促学、学用相长。 2. 干涉现象 波的干涉条件：频率相同、相差恒定、振动方向相同的两列波 干涉现象：干涉条纹、干涉圆环 产生的介质范畴：光波、微波、水波、声波 提问与思考：杨氏双缝干涉实验中，（1）如果两列波不是同时到达干涉区 域，是否会产生干涉现象？（2）如果两小孔 S1 和 S2 距离很大，在接收屏处 没有交叠区域，是否会产生干涉现象？ 如何进行时间和空间的量化尺度描述呢？ 二、新课讲解： 1. 光的时间相干性 （约 25 分钟） 光源的时间相干性：描述的是某一个空间点在不同的时刻光波场之间的相 干性。 相干时间 tc定量描述：光传播方向上某点处，两个不同时刻光波场之间有 相干性的最大时间间隔。 图 1.1 光源时间相干性示意图 光传播方向上任一点的光场振动随时间变化的规律为： （1.1.1） 式中， 为光振动的频率。 对上式进行付里叶变换，求模平方的光强随频率变化的函数关系，即光源 频谱为： （1.1.2） 忽略常数比例因子后，可以算出： （1.1.3） 2.树立正确的 学习观和方法 论 播放 PPT 提问：光的干 涉的三个条 件、干涉现象 并举例，提出 思考问题，进 而引出新课内 容 讲授法 PPT 中应用 图 示 进 行 比 较，分Δt=t,Δ t>t.Δ t<t 三种 情况进行 0 0 2 2 2 2 0 0 ( ) [ ( )] c t i t i t I F E t E e e dt 2 0 ( ) sin [ ( ) ] c I c t
Sincx称为辛格函数，定义为sinc（x）=sinx/x。由式（1.1.3）画出的频谱曲线如下图1.2所示。1 (v)个0.5Vo图1.2光谱线宽示意图频谱线宽：光强下降到最大值一半的两个频率间隔。由sinc(x)函数的定义，求出：Av!(1.1.4)te该式说明，光源的时间相于性实际上描述了光源的单色性能。单色性能越好，即频谱线宽越窄，光源的时间相干性就越好，相干时间越长。提问与讨论：提问与讨论：太阳光与实验室中的He-Ne激光的单色性比较分析。太阳光与实验2.光的空间相干性（约35分钟）室中的He-Ne光源的空间相干性：某一时刻不同空间点处的光波场之间的相干性。激光，频谱线宽哪一个更分类：纵向空间相干、横向空间相干性。窄，相干时间(1）纵向空间相干性哪一个更长？定义：光传播方向上两个不同点处的光波场具有相干性的最大空间间隔。物理量描述：相于长度L，实际上就是光源所发出的光波列长度。相干长度与相干时间的关系：(1.1.5)L,=t,-c式中：c为光速。将（1.1.4）式代入上式，有L.=C(1.1.6)Av该式说明，光源的相于时间1与相于长度L的实质都反映了光源的单色性能的好坏。光源的单色性由光谱线的相对线宽又称光源单色性参数R来描述，即：R=Av(1.1.7)Vo将式（1.1.4）代入式（1.1.7）中，可以得到光源单色性参数R与光源相干
Sincx 称为辛格函数，定义为 sinc（x）=sinx/x。由式（1.1.3）画出的频谱 曲线如下图 1.2 所示。 图 1.2 光谱线宽示意图 频谱线宽：光强下降到最大值一半的两个频率间隔。 由 sinc(x)函数的定义，求出： （1.1.4） 该式说明，光源的时间相干性实际上描述了光源的单色性能。单色性能越 好，即频谱线宽越窄，光源的时间相干性就越好，相干时间越长。 提问与讨论：太阳光与实验室中的 He-Ne 激光的单色性比较分析。 2. 光的空间相干性（约 35 分钟） 光源的空间相干性：某一时刻不同空间点处的光波场之间的相干性。 分类：纵向空间相干、横向空间相干性。 (1) 纵向空间相干性 定义：光传播方向上两个不同点处的光波场具有相干性的最大空间间隔。 物理量描述：相干长度 ，实际上就是光源所发出的光波列长度。 相干长度与相干时间的关系： （1.1.5） 式中：c 为光速。将（1.1.4）式代入上式，有 （1.1.6） 该式说明，光源的相干时间 与相干长度 的实质都反映了光源的单色性 能的好坏。 光源的单色性由光谱线的相对线宽又称光源单色性参数 R 来描述，即： （1.1.7） 将式（1.1.4）代入式（1.1.7）中，可以得到光源单色性参数 R 与光源相干 提问与讨论： 太阳光与实验 室中的 He-Ne 激光，频谱线 宽哪一个更 窄，相干时间 哪一个更长？ Lc Lc c t c c c L 1 ct c Lc t 0 R ν I（ν） ν0 1 0.5
时间t。的关系为R=_(1.1.8)t.vo再利用相干时间与相干长度的关系式，以及光频率与光波之间的关系，可以得到光源单色性参数R与光源相干长度L，的关系为：R=2(1.1.9)L.思考与提问：通过线上预习与学习，横向空间相干性是否是与纵向空间相干方向垂直的相干性描述呢？(2)横向空间相干性定义：在垂直于光传播方向的平面上任两个不同地点处光波场具有相干性分组讨论：通的最大面积。过预习、先前物理量描述：相干面积A.来描述超星平台线上从杨氏双缝实验推导相干面积的计算公式，如图1.3中所示。学习，横向空P1间相干性是否是与纵向空间St相干方向是垂2bO2a直呢？根据小组讨论S2结果，教师进P2行重点问题分D析与讲解图1.3杨氏双缝实验示意图观察屏中心O点处能看到干涉条纹，要求宽度为2a的光源上下端点S，与S,分别通过P和P二缝与到达O点的光程差之差不得大于光波长：用式子表示即为：(1.1.10)(S,P -S,P)-(S,P -S,P)≤ a设光源到双缝的距离D，二缝间距为2b,若D>>a+b可以证明：SP =S,P=[D*+(b+a)=D+ (b+a)(1.1.11)2D+(b-a)?S,P = S,P =[D’ +(b-a)"j = D+(1.1.12)2D
时间 的关系为: （1.1.8） 再利用相干时间与相干长度的关系式，以及光频率与光波之间的关系，可 以得到光源单色性参数 R 与光源相干长度 的关系为： （1.1.9） 思考与提问：通过线上预习与学习，横向空间相干性是否是与纵向空间相 干方向垂直的相干性描述呢？ (2) 横向空间相干性 定义：在垂直于光传播方向的平面上任两个不同地点处光波场具有相干性 的最大面积。 物理量描述：相干面积 来描述 从杨氏双缝实验推导相干面积的计算公式，如图 1.3 中所示。 图 1.3 杨氏双缝实验示意图 观察屏中心 O 点处能看到干涉条纹，要求宽度为 2a 的光源上下端点 与 分别通过 和 二缝与到达 O 点的光程差之差不得大于光波长 : 用式子表示即为： （1.1.10） 设光源到双缝的距离 D，二缝间距为 2b,若 D>>a+b 可以证明： 分组讨论：通 过预习、先前 超星平台线上 学习，横向空 间相干性是否 是与纵向空间 相干方向是垂 直呢？ 根据小组讨论 结果，教师进 行重点问题分 析与讲解 0 1 c R t Lc 0 c R L Ac P1 P2 1 S 2 S ct （1.1.11） 1 2 1 1 2 2 2 1 (S P S P) (S P S P) 1 2 2 2 2 1 1 2 2 ( ) [ ( ) ] 2 b a S P S P D b a D D 1 2 2 2 2 1 2 2 1 ( ) [ ( ) ] 2 b a S P S P D b a D D （1.1.12）
将式（1.1.11）与式（1.1.12）代入（1.1.10），并根据相干面积的定义可以得到其计算公式为：A=2'D?(1.1.13)A式中，A.=(2b)2为相干面积：A,=(2a)为光源面积；D为光源到相干学习通线上抢答题：相干体面积的距离。积的空间位3.综合空间相干性（约10分钟）置，是否在干涉屏处？为了综合描述纵向空间相干性及横向的空间相干性，定义相干体积为：为什么？(1.1.14)V,=AL将式（1.1.6）和式（1.1.13）代入上式，得到相干体积的计算公式为：(1.1.15)2D'℃-D'ct.V.=(2a)(2a)2其中t。为粒子在上能级的寿命，后续课程会讲解。另外，再定义相干长度与光源面积的乘积为光源的相干体积，即：V, = A,L。=(2a)2(1.1.16)AV）才为相干光源,A为PI、P2两孔其中，要求光源面积A要小于A与光源中心连线的夹角。提问与讨论：在杨氏双缝干涉实验中，相干体积的位置。教师讲解习例题：（约10分钟）题，学生巩固1.光源的相干时间t。与相干长度Lc的实质都反映了光源的（）性能的练习，例题1在超星好坏。平台发布，结答案：单色性合学生回答情2.已知He-Ne激光器的中心波长为632.8nm，相干长度为1km，在杨氏干况进行讲解：例题2应用涉实验中，两小孔的中心距离为1cm，到光源的水平距离为0.5m。求：光源的PPT讲解相于面积范围及其相于体积。解：根据光源相干面积定义式：A, =(2a)’≤(二)40tan(40/2)=(/2)x10-2=0.010.5
将式（1.1.11）与式（1.1.12）代入（1.1.10），并根据相干面积的定义， 可以得到其计算公式为： （1.1.13） 式中， 为相干面积； 为光源面积；D 为光源到相干 面积的距离。 3. 综合空间相干性（约 10 分钟） 为了综合描述纵向空间相干性及横向的空间相干性，定义相干体积为： （1.1.14） 将式（1.1.6）和式（1.1.13）代入上式，得到相干体积的计算公式为： （1.1.15） 其中 为粒子在上能级的寿命，后续课程会讲解。 另外，再定义相干长度与光源面积的乘积为光源的相干体积，即： （1.1.16） 其中，要求光源面积 As要小于 才为相干光源， 为 P1、P2 两孔 与光源中心连线的夹角。 提问与讨论：在杨氏双缝干涉实验中，相干体积的位置。 例题：（约 10 分钟） 1. 光源的相干时间 tc 与相干长度 Lc 的实质都反映了光源的（ ）性能的 好坏。 答案：单色性 2. 已知 He-Ne 激光器的中心波长为 632.8nm，相干长度为 1km，在杨氏干 涉实验中，两小孔的中心距离为 1cm，到光源的水平距离为 0.5m。求：光源的 相干面积范围及其相干体积。 解：根据光源相干面积定义式： 学习通线上抢 答题：相干体 积 的 空 间 位 置，是否在干 涉屏处？ 为什么？ 教 师 讲 解 习 题，学生巩固 练习， 例题 1 在超星 平台发布，结 合学生回答情 况进行讲解； 例 题 2 应 用 PPT 讲解 2 2 D c s A A 2 A (2a) s 2 (2b) Ac Vc AcLc 2 2 2 2 2 2 (2 ) (2 ) V a D c a D c c c c c A a s c 2 s V L (2 ) （ ）2 2 2 s A （2 ） （ ） a 0.01 0.5 (1/ 2) 10 tan( / 2) 2
解得：A,≤1001μm2V,=A,L。=1001x1x10°=1.001×1012um三、内容总结（约4分钟）总结光源的时间相干性与空间相干性，为后续激光理论打下基础。17世纪中叶，惠更斯提出光奥有波动性光的波动性发展史19世纪初，托马斯杨双缝干涉实验证实了光的波动性定义：两个不同时刻光波场之间有相千性的最大时间间隔PPT展示本节光源时间相干性描述物理量：相干时间1课主要内容的物理合义：光源的单色性思维导图定义：光传播方向上两个不同点处的光波场具有相干性的恶大空间间隔光源相干性纵向空间相干性描述物理量：相干长度Le物理含义：光源的单色性光源空间相干性垂直于光传播方向的平面上任两个不同地点处光波场具有相干性的最大面积描述物理量：相干面积AC横向空间相干性空间相干体积AG含义·相干性的空间范围光源相干体积AS已知激光器的中心波长为589nm，相干长度为3km在杨氏干涉实验中，两小孔1元的中心距离为2.5cm，到光源的水平距离为0.5m。求：光源的相干面积范围以及该能力测试装置的相干体积。2．只要频率相同、相差恒定的两列光波就会产生相干现象，对不对？1.完成超星网络教学平台上填空、选择、简答、判断等题型的作业。课程资料题库作业库试卷库添加目录新建作业导出全部导入作业序号作业标题创建者操作创建时间t返回作业陈秀焙2022-09-05-14:19包么面发布D372.2光波模式与光子态与思考白之日面发布V382.1光源相干性陈秀艳2022-09-0110.02陈秀艳2022-08-3110-36日口面发布0391绪论2.2思考时间相干性与空间相干性的区别与联系。预习下节课的内容，完成超星网络教学平台中相关的任务点和自测题，并将学习3.中遇到的问题和已经掌握的知识点在问题讨论区进行留言
解得： 三、内容总结（约 4 分钟） 总结光源的时间相干性与空间相干性，为后续激光理论打下基础。 PPT 展示本节 课主要内容的 思维导图 能力测试 1. 已知激光器的中心波长为 589nm，相干长度为 3km,在杨氏干涉实验中，两小孔 的中心距离为 2.5cm，到光源的水平距离为 0.5m。求：光源的相干面积范围以及该 装置的相干体积。 2. 只要频率相同、相差恒定的两列光波就会产生相干现象，对不对？ 作业 与思考 1. 完成超星网络教学平台上填空、选择、简答、判断等题型的作业。 2. 思考时间相干性与空间相干性的区别与联系。 3. 预习下节课的内容，完成超星网络教学平台中相关的任务点和自测题，并将学习 中遇到的问题和已经掌握的知识点在问题讨论区进行留言。 2 As 1001m 9 12 3 Vs AsLc 1001110 1.00110 m √