光的衍射教案
光的衍射教案
【目標】
�。ㄒ唬┲R與技能
1．通過(guò)實(shí)驗觀(guān)察，讓學(xué)生認識光的衍射現象，知道發(fā)生明顯的光的衍射現象的條件，從而對光的波動(dòng)性有進(jìn)一步的認識。
2．通過(guò)學(xué)習知道“光沿直線(xiàn)傳播”是一種近似規律。
�。ǘ┻^(guò)程與方法
1.通過(guò)討論和對單縫衍射裝置的觀(guān)察，理解衍射條件的設計思想。
2.在認真觀(guān)察課堂演示實(shí)驗和課外自己動(dòng)手觀(guān)察衍射現象的基礎上，培養學(xué)生比較推理能力和抽象思維能力。
�。ㄈ┣楦�、態(tài)度與價(jià)值觀(guān)
通過(guò)“泊松亮斑”等科學(xué)小故事的學(xué)習，培養學(xué)生堅定的自信心、踏實(shí)勤奮的工作態(tài)度和科學(xué)研究品德。
【重點(diǎn)】
單縫衍射實(shí)驗的觀(guān)察以及產(chǎn)生明顯衍射現象的條件。
【教學(xué)難點(diǎn)】
衍射條紋成因的初步說(shuō)明。
【教學(xué)方法】
1．通過(guò)機械波衍射現象類(lèi)比推理，提出光的衍射實(shí)驗觀(guān)察設想。
2．通過(guò)觀(guān)察分析實(shí)驗，歸納出產(chǎn)生明顯衍射現象的條件以及衍射是光的波動(dòng)性的表現。
3．通過(guò)對比認識衍射條紋的特點(diǎn)及變化，加深對衍射圖象的了解。
【教學(xué)用具】
JGQ型氦氖激光器25臺，衍射單縫（可調縫寬度），光屏、光柵衍射小圓孔板，兩支鉛筆（學(xué)生自備），日光燈（教室內一般都有），直徑5 mm的自行車(chē)軸承用小鋼珠，被磁化的鋼針（吸小鋼珠用），投影儀（本節課在光學(xué)實(shí)驗室進(jìn)行）
【教學(xué)過(guò)程】
�。ㄒ唬┮胄抡n
復習水波的衍射
�。弁队八ㄑ苌鋱D片（如圖1、圖2所示）］
圖1
圖2
師：請大家看這幾幅圖片，回憶一下相關(guān)內容，回答下面兩個(gè)問(wèn)題：
1.什么是波的衍射？
2.圖2中哪一幅衍射現象最明顯？說(shuō)明原因。
生1：（議論后，一人發(fā)言）波能繞過(guò)障礙物的現象叫波的衍射.圖2中丙圖衍射最明顯，因為這里的孔寬度最小。
師：前一個(gè)問(wèn)題回答得很好，后一個(gè)問(wèn)題有沒(méi)有同學(xué)還有其他看法？
生2：我認為丙圖中孔的尺寸雖然是最小，但不一定就是發(fā)生明顯衍射現象的原因，我們應該用它跟波長(cháng)比。
師：很好，大家一起來(lái)說(shuō)說(shuō)發(fā)生明顯衍射現象的條件是什么？
學(xué)生一起總結：障礙物或孔的尺寸比波長(cháng)小或者跟波長(cháng)相差不多。
師：光也是一種波，也能夠發(fā)生衍射。這節課我們來(lái)認識光的衍射。
�。ǘ┻M(jìn)行新課
1．光的衍射
師：通過(guò)前面對光的干涉的學(xué)習，我們知道光是具有波動(dòng)性的，光既然是一種波，那么在傳播過(guò)程中也應該具有衍射的現象，大家有沒(méi)有見(jiàn)過(guò)光的衍射現象呢？能舉出例子嗎？
�。▽W(xué)生討論后，一致認為，光波也應有衍射本領(lǐng)，但無(wú)法舉出例子）
師：根據我們剛才復習的明顯衍射現象的條件，大家說(shuō)說(shuō)看，為什么平時(shí)我們不易觀(guān)察到光的衍射？
生：可能是因為光波波長(cháng)很短，而平常我們遇到的障礙物或孔的尺寸比較大，所以不易觀(guān)察到光的衍射現象.
師：很有道理，大家來(lái)想想辦法解決這一問(wèn)題.
�。▽W(xué)生討論，設計出多種實(shí)驗觀(guān)察方案，絕大部分著(zhù)眼于發(fā)生明顯衍射現象的條件，教師加以肯定鼓勵）
�。蹖�(shí)驗觀(guān)察］
安排學(xué)生根據上面的設想，自制單縫和小孔.
1.用單縫觀(guān)察日光燈光源.
2.用小孔觀(guān)察單色點(diǎn)光源.
師：請大家認真觀(guān)察，然后告訴我你看到的現象.
�。▽W(xué)生回答基本上有兩類(lèi)現象，一是觀(guān)察到了單一的一條亮線(xiàn)或一個(gè)圓形亮點(diǎn)，二是觀(guān)察到比較模糊的明暗相間的線(xiàn)狀或環(huán)狀條紋）
師：大家做得很認真，有幾位同學(xué)已成功地觀(guān)察到了光的衍射現象，現在我們再用更好的裝置來(lái)一起觀(guān)察一下光的衍射現象.
�。劢處熝菔荆�
在不透明的屏上裝有一個(gè)寬度可以調節的單縫，用氦氖激光器照射單縫，在縫后適當距離處放一光屏，如圖所示.
調節單縫寬度演示，得出下列結果.
縫寬較寬較窄很窄極窄關(guān)閉
屏上現象一條較寬亮線(xiàn)一條較窄亮線(xiàn)亮線(xiàn)變寬、變暗并出現明暗相間條紋明暗條紋清晰、細小條紋消失
師：請大家將我們的實(shí)驗結果與課本插圖的幾幅照片比較，總結一下光要發(fā)生明顯的衍射應滿(mǎn)足什么條件.
生：當狹縫的寬度比波長(cháng)小或跟波長(cháng)差不多時(shí)，光偏離了直線(xiàn)傳播方向，發(fā)生了明顯的衍射.
�。c(diǎn)評：通過(guò)實(shí)驗探究，獲取必要的感性認識。為以后從理論上認識光的衍射奠定基礎。）
師：大家通過(guò)實(shí)驗觀(guān)察到，光在傳播過(guò)程中能離開(kāi)直線(xiàn)繞過(guò)障礙物到達陰影里去，這一現象叫做光的衍射現象.衍射時(shí)產(chǎn)生的明暗條紋叫做衍射圖樣.其實(shí)，不僅單縫，還有圓孔，多條平行狹縫以及各種不同形狀的障礙物都能使光發(fā)生衍射.同機械波的衍射一樣，光發(fā)生明顯衍射現象的條件是：障礙物或孔的尺寸可以跟光的波長(cháng)相比，甚至比光的波長(cháng)還小.
師：下面我們再來(lái)觀(guān)察一下圓孔和光柵的衍射現象.
�。ń處熝菔�，將單縫分別換成圓孔和光柵，可以在屏上觀(guān)察到清楚的明暗相間的圓環(huán)和清晰的明暗相間的條紋.)
師：同學(xué)們已經(jīng)注意到，在衍射現象中，常有一些亮線(xiàn)和暗線(xiàn)，據此大家來(lái)猜猜原因.
生：在干涉現象中我們也觀(guān)察到明暗相間的條紋，我想這里的道理應該跟在干涉現象中差不多.
師：猜想有道理.其實(shí)在光的衍射現象中，來(lái)自單縫或圓孔上不同位置的光，到光屏處的路程差滿(mǎn)足一定的特點(diǎn)，疊加時(shí)加強或減弱，形成明暗相間的條紋，這確實(shí)跟光的干涉原理是相似的，大家再考慮一下，如果用白光做衍射實(shí)驗，條紋會(huì )怎樣呢？
生：條紋應該是彩色的，因為不同色光波長(cháng)不同，在疊加時(shí)形成條紋位置也不一樣，疊合時(shí)形成彩色.
師：回答得非常好，大家明白了嗎？
生：明白.(教師指導學(xué)生用兩支鉛筆并攏觀(guān)察日光燈衍射條紋)
師：光的衍射現象表明，我們平時(shí)說(shuō)的“光沿直線(xiàn)傳播”只是一種特殊情況。在障礙物的尺寸比波長(cháng)大得多的情況下，光的傳播是沿直線(xiàn)，當障礙物的尺寸可以與光的波長(cháng)相比擬時(shí)，光的衍射現象就十分顯著(zhù)，這時(shí)就不能說(shuō)光沿直線(xiàn)傳播了。
師：在光的衍射現象中，歷史上有過(guò)一個(gè)“泊松亮斑”的故事，請大家來(lái)閱讀課本66頁(yè)“科學(xué)足跡”欄目中的短文??泊松亮斑.
師：大家想不想看看這個(gè)亮斑？
生：想.
�。ń處熝菔�，用被磁化的鋼針吸一粒鋼珠，懸起，使激光束與鋼珠球心在同一直線(xiàn)上，如圖所示，就能在屏上觀(guān)察到鋼珠暗影中心有一亮斑，即泊松亮斑.）
師：著(zhù)名數學(xué)家泊松根據物理學(xué)家菲涅耳提出的波動(dòng)理論推算出圓板陰影的中心應該是一個(gè)亮斑，想借此駁倒菲涅耳的波動(dòng)理論，菲涅耳與阿拉果接受了泊松的挑戰，通過(guò)多次實(shí)驗，發(fā)現圓板中心確有一個(gè)亮斑。這樣“泊松亮斑”實(shí)驗就成了光的波動(dòng)理論的精彩驗證。大家從這個(gè)故事得到什么啟發(fā)。
生1：驗對物理研究有重要作用。
生2：到別人的質(zhì)疑，要冷靜面對，不要輕易放棄自己的立場(chǎng)或觀(guān)點(diǎn)。
生3：學(xué)要堅持真理，實(shí)事求是。
�。▽W(xué)生的回答很全面，教師要及時(shí)肯定鼓勵）
2．衍射光柵
師：指導學(xué)生閱讀教材有關(guān)內容。了解衍射光柵的制作原理。
�。ㄈ┱n堂總結、點(diǎn)評
本節課我們通過(guò)復習，回顧了機械波的衍射及產(chǎn)生明顯衍射的條件。我們還觀(guān)察到了光波的衍射現象。進(jìn)一步認識光的波動(dòng)性，光的直線(xiàn)傳播只是一種特殊情況。
下面我們通過(guò)課件，再來(lái)回顧一下光的衍射現象。
[課件演示]《光的衍射》。（再次回顧光的衍射現象，增強感性認識，達到鞏固所學(xué)知識的目的。）
�。ㄋ模┱n余作業(yè)
完成P68“問(wèn)題與練習”的題目。
課后閱讀67頁(yè)“科學(xué)漫步”??X射線(xiàn)衍射與雙螺旋。
附：課后訓練
1．點(diǎn)光源照射一個(gè)障礙物，在屏幕上所成的陰影的邊緣是模糊的，這種現象是光的 （ ）
A．反射現象B．折射現象C．干涉現象D．衍射現象
答案：D
2．下列情況中能產(chǎn)生明顯衍射現象的是 （ ）
A．光的波長(cháng)比孔或障礙物的尺寸大得多
B．光的波長(cháng)與孔或障礙物的尺寸相仿
C．光的波長(cháng)等于孔或障礙物的尺寸
D．光的波長(cháng)比孔或障礙物的尺寸小得多
答案：ABC
3．下列關(guān)于單縫衍射圖樣的說(shuō)法中正確的是 （ ）
A．它和雙縫干涉圖樣完全相同
B．亮條紋的亮度都相同，而寬度不同
C．中央亮條紋的亮度和寬度最大
D．亮條紋的寬度相同，而亮度不同
答案：C
4．在用單色平行光照射單縫觀(guān)察衍射現象的實(shí)驗中，下列說(shuō)法正確的是 （ ）
A．縫越窄，衍射現象越顯著(zhù)
B．縫越寬，衍射現象越顯著(zhù)
C．照射光的波長(cháng)越長(cháng)，衍射現象越顯著(zhù)
D．照射光的頻率越高，衍射現象越顯著(zhù)
解析：要觀(guān)察到明顯的衍射現象，必須孔或障礙物的尺寸足夠小，可以和光的波長(cháng)相比.由于光的波長(cháng)極短，所以要求孔或縫的尺寸要非常小，光的波長(cháng)越長(cháng)，相當于縫越窄，而頻率越高，波長(cháng)越小，故AC正確.
答案：AC
5．在做楊氏雙縫干涉實(shí)驗時(shí)，將其中的一條狹縫擋住，在屏上仍能觀(guān)察到明暗相間的條紋，此條紋 （ ）
A．仍是原來(lái)的干涉條紋，只是亮度減弱了
B．仍是干涉條紋，只是條紋寬度變窄了
C．是衍射條紋
D．無(wú)法確定是干涉條紋還是衍射條紋
答案：C
6．下列哪些現象是光的衍射產(chǎn)生的 （ ）
A．泊松亮斑
B．陽(yáng)光下茂密的樹(shù)陰中地面上的圓形亮斑
C．陽(yáng)光經(jīng)凸透鏡后形成的亮斑
D．平行光照在一個(gè)較大障礙物上后，影的輪廓模糊不清
答案：AD
7．在下圖中，A、B兩幅圖是由單色光分別入射到圓孔而形成的圖樣.其中A是光的________（填“干涉”或“衍射”）圖樣.由此可以判斷出圖A所對應的圓孔的孔徑________（填“大于”或“小于”）圖B所對應的圓孔的孔徑。
A B
解析：只有障礙物或孔的尺寸比光波波長(cháng)小或跟光波波長(cháng)相仿時(shí)，才能發(fā)生明顯的衍射現象，圖A是光的衍射圖樣.由于光波波長(cháng)很短，約在10－7 m數量級以上，所以圖A對應的圓孔的孔徑比圖B對應的圓孔的孔徑小.圖B的形成可以用光的直進(jìn)解釋.
答案：衍射 小于
8．在固定于光具座上的點(diǎn)燃的蠟燭和光屏之間，放置一個(gè)不透明的板，板上開(kāi)一個(gè)直徑可調的小孔，讓圓孔直徑從1 cm左右開(kāi)始逐漸調小至封閉，在這一過(guò)程中在屏上將依次出現的圖樣正確的是 （ ）
A．蠟燭倒立的像，明亮的圓斑，明暗相間的圓環(huán)
B．蠟燭倒立的像，明暗相間的圓環(huán)，明亮光斑
C．明亮圓斑，蠟燭倒立的像，明暗相間的圓環(huán)
D．明亮圓斑，明暗相間的圓環(huán)，蠟燭倒立的像
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