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2019-2020年高中物理 《光學光的衍射》教案 滬科版選修3-4 一、教學目標 1．認識光的衍射現(xiàn)象，使學生對光的波動性有進一步的了解． 2．了解光產(chǎn)生明顯衍射的條件，及衍射圖樣與波長、縫寬的定性關系． 3．通過觀察實驗培養(yǎng)學生觀察、表述物理現(xiàn)象，概括其規(guī)律特征的能力，學生親自做實驗培養(yǎng)學生動手的實踐能力． 4．通過對“泊松亮斑”的講述，使學生認識到任何理論都必須通過實踐檢驗，實驗是檢驗理論是否正確的標準． 二、重點、難點分析 1．通過眾多的光的衍射實驗事實和衍射圖片來認識光的波動性． 2．光的衍射現(xiàn)象與干涉現(xiàn)象根本上講都是光波的相干疊加． 3．正確認識光發(fā)生明顯衍射的條件． 4．培養(yǎng)學生動手實驗能力，教育學生重視實驗，重視實踐． 三、教具 1．演示水波衍射現(xiàn)象． 頻率可調的振源，發(fā)波水槽及相應配件，水波衍射圖樣示意掛圖． 2．演示光的單縫、圓孔衍射現(xiàn)象． 光的干涉、衍射演示儀，激光干涉、衍射演示儀(及相關的配件)，單絲白熾燈、紅燈、藍色燈，自制的單縫衍射片，光波圓孔衍射管，游標卡尺． 四、主要教學過程 (一)引入 光的干涉現(xiàn)象反映了光的波動性，而波動性的另一特征是波的衍射現(xiàn)象，光是否具有衍射現(xiàn)象呢？ 提出問題：什么是波的衍射現(xiàn)象？ 演示水波的衍射現(xiàn)象，讓學生回答并描述衍射現(xiàn)象的特征，喚起學生對機械波衍射的回憶，然后再舉聲波的衍射例子．指出一切波都能發(fā)生衍射，通過衍射把能量傳到陰影區(qū)域，能夠發(fā)生明顯衍射的條件是障礙物或孔的尺寸跟波長差不多． 水波、聲波都會發(fā)生衍射現(xiàn)象，那么光是否也會產(chǎn)生衍射現(xiàn)象？衍射圖樣可能是什么樣呢？ (二)光的單縫衍射 (1)單縫衍射實驗． 教師用光的干涉、衍射儀做單色光的單縫衍射，或用激光源來做單縫衍射實驗．實驗過程中展示縫較寬時：光沿著直線傳播，陰影區(qū)和亮區(qū)邊界清晰；減小縫寬，在縫較狹時：陰影區(qū)和亮區(qū)的邊界變得模糊；繼續(xù)減小縫寬光明顯地偏離直線傳播進入幾何陰影區(qū)，屏幕上出現(xiàn)明暗相間的衍射條紋． (2)簡單分析衍射的形成． 展示衍射現(xiàn)象實驗示意圖，當光傳播到狹縫時，可把狹縫S看成許許多多個點光源，這些點光源發(fā)出的光在空間傳播相遇疊加決定了屏幕上各點位置的明暗情況． (3)單縫衍射條紋的特征．(單色光的衍射圖樣) ①中央亮紋寬而亮． ②兩側條紋具有對稱性，亮紋較窄、較暗． (4)學生動手觀察單縫衍射． 教師分發(fā)單縫衍射觀察片，每片觀察片刻有二條寬度不同的單縫．讓學生通過單縫分別觀察設在教室前、后的紅色燈、藍色燈的衍射現(xiàn)象；讓學生仔細觀察：①同一縫紅色衍射條紋與藍色衍射條紋是否有區(qū)別？②同一種色光，單縫寬度不同衍射條紋是否有區(qū)別？ 然后讓學生通過單縫觀察白熾燈的衍射圖樣． 引導學生分析歸納最后總結規(guī)律： ①波長一定時，單縫窄的中央條紋寬，各條紋間距大． ②單縫不變時，光波波長的(紅光)中央亮紋越寬，條紋間隔越大． ③白熾燈的單縫衍射條紋為中央亮兩側為彩色條紋，且外側呈紅色，靠近光源的內側為紫色． (三)光的圓孔衍射 (1)圓孔衍射實驗． 教師用激光干涉衍射儀做圓孔衍射實驗，實驗過程中展示孔較大時，光沿直線傳播，陰影區(qū)和亮區(qū)邊界清晰，逐漸減小圓孔大小，當圓孔減小到一定程度時出現(xiàn)環(huán)狀明暗相間同心圓的衍射圖樣． (2)教師分發(fā)給學生手持“光波衍射”管，讓學生將小孔對準教室前、后的紅色燈光源、藍色燈光源，觀察圓孔衍射圖樣． (3)教師用激光干涉衍射儀裝上儀器配備的不同形狀小孔，演示光的衍射現(xiàn)象；讓學生觀察、記錄、描繪各式的衍射圖樣，讓學生認識到光的衍射是一個極普遍的物理現(xiàn)象． (四)演示：“泊松亮斑”． 教師向學生指出：不只是狹縫和圓孔，各種不同形狀的物體都能使光發(fā)生衍射，以至使影的輪廓模糊不清，其原因是光通過物體的邊緣而發(fā)生衍射的結果．歷史上曾有一個著名的衍射圖樣——泊松亮斑． (1)然后教師介紹這個一波三折的歷史故事． 繼而教師用激光干涉衍射儀中相應的配件演示“泊松亮斑”實驗，讓學生腦海中對“泊松亮斑”圖樣有深刻印象． 指出任何物理理論的正確與否都必須經(jīng)過實驗的檢驗，實驗是檢驗理論的標準． (2)讓學生用自制的光波衍射管前端換上小圓屏并對準光源觀察，在管內除看到光環(huán)外還可看到在不透明小圓屏背后陰影中心有一亮斑——泊松亮斑． (五)課堂小結 1．光的衍射現(xiàn)象進一步證明了光具有波動性． 2．光的衍射現(xiàn)象是光偏離了直線傳播方向繞到障礙物陰影區(qū)的現(xiàn)象，衍射光強按一定的規(guī)律分布，形成明暗相間的條紋，它的規(guī)律與縫寬、孔的大小及光的波長有關． 3．對于光產(chǎn)生明顯衍射的條件的認識，從上述的一系列衍射實驗雖然單縫、小孔和小圓屏的尺寸比光波大得多，仍能看到極好的衍射現(xiàn)象，只是縫或孔的尺寸越小，衍射現(xiàn)象越明顯，即障礙物尺寸是波長幾百倍時，對光波來說，仍可認為衍射條件中的“差不多”． 實驗證明，對波長為λ的光波來說，障礙物或孔的尺寸的數(shù)量級在103λ以上時，衍射現(xiàn)象不明顯，可按直線傳播處理；在102λ～10λ時，衍射現(xiàn)象顯著，出現(xiàn)明暗相間的花樣；在比波長λ還小時，衍射現(xiàn)象更為明顯． 4．光的衍射現(xiàn)象在日常生活中極普遍，鼓勵學生用普通的其它材料，例如感應圈兩極放電擊穿紙片，薄紗……來觀察衍射圖樣，加深對光波動性的認識．