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2022高中物理光的衍射教案

b*** 22-06-10 高三物理

【教学目标】

(一)知识与技能

通过实验观察，让学生认识光的衍射现象，知道发生明显的光的衍射现象的条件，从而对光的波动性有进一步的认识。

通过学习知道“光沿直线传播”是一种近似规律。

(二)过程与方法

通过讨论和对单缝衍射装置的观察，理解衍射条件的设计思想。

在认真观察课堂演示实验和课外自己动手观察衍射现象的基础上，培养学生比较推理能力和抽象思维能力。

(三)情感、态度与价值观

通过“泊松亮斑”等科学小故事的学习，培养学生坚定的自信心、踏实勤奋的工作态度和科学研究品德。

【教学重点】

单缝衍射实验的观察以及产生明显衍射现象的条件。

【教学难点】

衍射条纹成因的初步说明。

【教学方法】

通过机械波衍射现象类比推理，提出光的衍射实验观察设想。

通过观察分析实验，归纳出产生明显衍射现象的条件以及衍射是光的波动性的表现。

通过对比认识衍射条纹的特点及变化，加深对衍射图象的了解。

【教学用具】

JGQ型氦氖激光器25台，衍射单缝(可调缝宽度)，光屏、光栅衍射小圆孔板，两支铅笔(学生自备)，日光灯(教室内一般都有)，直径5 mm的自行车轴承用小钢珠，被磁化的钢针(吸小钢珠用)，投影仪(本节课在光学实验室进行)

【教学过程】

(一)引入新课

复习水波的衍射

[投影水波衍射图片(如图1、图2所示)]

图1

图2

师：请大家看这几幅图片，回忆一下相关内容，回答下面两个问题：

什么是波的衍射?

图2中哪一幅衍射现象最明显?说明原因。

生1：(议论后，一人发言)波能绕过障碍物的现象叫波的衍射.图2中丙图衍射最明显，因为这里的孔宽度最小。

师：前一个问题回答得很好，后一个问题有没有同学还有其他看法?

生2：我认为丙图中孔的尺寸虽然是最小，但不一定就是发生明显衍射现象的原因，我们应该用它跟波长比。

师：很好，大家一起来说说发生明显衍射现象的条件是什么?

学生一起总结：障碍物或孔的尺寸比波长小或者跟波长相差不多。

师：光也是一种波，也能够发生衍射。这节课我们来认识光的衍射。

(二)进行新课

光的衍射

师：通过前面对光的干涉的学习，我们知道光是具有波动性的，光既然是一种波，那么在传播过程中也应该具有衍射的现象，大家有没有见过光的衍射现象呢?能举出例子吗?

(学生讨论后，一致认为，光波也应有衍射本领，但无法举出例子)

师：根据我们刚才复习的明显衍射现象的条件，大家说说看，为什么平时我们不易观察到光的衍射?

生：可能是因为光波波长很短，而平常我们遇到的障碍物或孔的尺寸比较大，所以不易观察到光的衍射现象.

师：很有道理，大家来想想办法解决这一问题.

(学生讨论，设计出多种实验观察方案，绝大部分着眼于发生明显衍射现象的条件，教师加以肯定鼓励)

[实验观察]

安排学生根据上面的设想，自制单缝和小孔.

用单缝观察日光灯光源.

用小孔观察单色点光源.

师：请大家认真观察，然后告诉我你看到的现象.

(学生回答基本上有两类现象，一是观察到了单一的一条亮线或一个圆形亮点，二是观察到比较模糊的明暗相间的线状或环状条纹)

师：大家做得很认真，有几位同学已成功地观察到了光的衍射现象，现在我们再用更好的装置来一起观察一下光的衍射现象.

[教师演示]

在不透明的屏上装有一个宽度可以调节的单缝，用氦氖激光器照射单缝，在缝后适当距离处放一光屏，如图所示.

EMBED

调节单缝宽度演示，得出下列结果.

缝宽较宽较窄很窄极窄关闭屏上现象一条较宽亮线一条较窄亮线亮线变宽、变暗并出现明暗相间条纹明暗条纹清晰、细小条纹消失师：请大家将我们的实验结果与课本插图的几幅照片比较，总结一下光要发生明显的衍射应满足什么条件.

生：当狭缝的宽度比波长小或跟波长差不多时，光偏离了直线传播方向，发生了明显的衍射.

(点评：通过实验探究，获取必要的感性认识。为以后从理论上认识光的衍射奠定基础。)

师：大家通过实验观察到，光在传播过程中能离开直线绕过障碍物到达阴影里去，这一现象叫做光的衍射现象.衍射时产生的明暗条纹叫做衍射图样.其实，不仅单缝，还有圆孔，多条平行狭缝以及各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射.同机械波的衍射一样，光发生明显衍射现象的条件是：障碍物或孔的尺寸可以跟光的波长相比，甚至比光的波长还小.

师：下面我们再来观察一下圆孔和光栅的衍射现象.

(教师演示，将单缝分别换成圆孔和光栅，可以在屏上观察到清楚的明暗相间的圆环和清晰的明暗相间的条纹.)

师：同学们已经注意到，在衍射现象中，常有一些亮线和暗线，据此大家来猜猜原因.

生：在干涉现象中我们也观察到明暗相间的条纹，我想这里的道理应该跟在干涉现象中差不多.

师：猜想有道理.其实在光的衍射现象中，来自单缝或圆孔上不同位置的光，到光屏处的路程差满足一定的特点，叠加时加强或减弱，形成明暗相间的条纹，这确实跟光的干涉原理是相似的，大家再考虑一下，如果用白光做衍射实验，条纹会怎样呢?

生：条纹应该是彩色的，因为不同色光波长不同，在叠加时形成条纹位置也不一样，叠合时形成彩色.

师：回答得非常好，大家明白了吗?

生：明白.(教师指导学生用两支铅笔并拢观察日光灯衍射条纹)

师：光的衍射现象表明，我们平时说的“光沿直线传播”只是一种特殊情况。在障碍物的尺寸比波长大得多的情况下，光的传播是沿直线，当障碍物的尺寸可以与光的波长相比拟时，光的衍射现象就十分显著，这时就不能说光沿直线传播了。

师：在光的衍射现象中，历史上有过一个“泊松亮斑”的故事，请大家来阅读课本66页“科学足迹”栏目中的短文――泊松亮斑.

师：大家想不想看看这个亮斑?

生：想.