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2019-2020年高中物理 《光學(xué)光的衍射》教案 滬科版選修3-4 一、教學(xué)目標(biāo) 1．認(rèn)識(shí)光的衍射現(xiàn)象，使學(xué)生對(duì)光的波動(dòng)性有進(jìn)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(zhǎng)、縫寬的定性關(guān)系． 3．通過觀察實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生觀察、表述物理現(xiàn)象，概括其規(guī)律特征的能力，學(xué)生親自做實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手的實(shí)踐能力． 4．通過對(duì)“泊松亮斑”的講述，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到任何理論都必須通過實(shí)踐檢驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)是檢驗(yàn)理論是否正確的標(biāo)準(zhǔn)． 二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析 1．通過眾多的光的衍射實(shí)驗(yàn)事實(shí)和衍射圖片來認(rèn)識(shí)光的波動(dòng)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(rèn)識(shí)光發(fā)生明顯衍射的條件． 4．培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ逃龑W(xué)生重視實(shí)驗(yàn)，重視實(shí)踐． 三、教具 1．演示水波衍射現(xiàn)象． 頻率可調(diào)的振源，發(fā)波水槽及相應(yīng)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(guān)的配件)，單絲白熾燈、紅燈、藍(lán)色燈，自制的單縫衍射片，光波圓孔衍射管，游標(biāo)卡尺． 四、主要教學(xué)過程 (一)引入 光的干涉現(xiàn)象反映了光的波動(dòng)性，而波動(dòng)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(xué)生回答并描述衍射現(xiàn)象的特征，喚起學(xué)生對(duì)機(jī)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(zhǎng)差不多． 水波、聲波都會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象，那么光是否也會(huì)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(shí)驗(yàn)． 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(shí)驗(yàn)．實(shí)驗(yàn)過程中展示縫較寬時(shí)：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(shí)：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(jìn)入幾何陰影區(qū)，屏幕上出現(xiàn)明暗相間的衍射條紋． (2)簡(jiǎn)單分析衍射的形成． 展示衍射現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)示意圖，當(dāng)光傳播到狹縫時(shí)，可把狹縫S看成許許多多個(gè)點(diǎn)光源，這些點(diǎn)光源發(fā)出的光在空間傳播相遇疊加決定了屏幕上各點(diǎn)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(cè)條紋具有對(duì)稱性，亮紋較窄、較暗． (4)學(xué)生動(dòng)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(xué)生通過單縫分別觀察設(shè)在教室前、后的紅色燈、藍(lán)色燈的衍射現(xiàn)象；讓學(xué)生仔細(xì)觀察：①同一縫紅色衍射條紋與藍(lán)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(xué)生通過單縫觀察白熾燈的衍射圖樣． 引導(dǎo)學(xué)生分析歸納最后總結(jié)規(guī)律： ①波長(zhǎng)一定時(shí)，單縫窄的中央條紋寬，各條紋間距大． ②單縫不變時(shí)，光波波長(zhǎng)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(cè)為彩色條紋，且外側(cè)呈紅色，靠近光源的內(nèi)側(cè)為紫色． (三)光的圓孔衍射 (1)圓孔衍射實(shí)驗(yàn)． 教師用激光干涉衍射儀做圓孔衍射實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程中展示孔較大時(shí)，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(dāng)圓孔減小到一定程度時(shí)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(xué)生手持“光波衍射”管，讓學(xué)生將小孔對(duì)準(zhǔn)教室前、后的紅色燈光源、藍(lán)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(xué)生觀察、記錄、描繪各式的衍射圖樣，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到光的衍射是一個(gè)極普遍的物理現(xiàn)象． (四)演示：“泊松亮斑”． 教師向?qū)W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(jié)果．歷史上曾有一個(gè)著名的衍射圖樣——泊松亮斑． (1)然后教師介紹這個(gè)一波三折的歷史故事． 繼而教師用激光干涉衍射儀中相應(yīng)的配件演示“泊松亮斑”實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生腦海中對(duì)“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(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)是檢驗(yàn)理論的標(biāo)準(zhǔn)． (2)讓學(xué)生用自制的光波衍射管前端換上小圓屏并對(duì)準(zhǔn)光源觀察，在管內(nèi)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(jié) 1．光的衍射現(xiàn)象進(jìn)一步證明了光具有波動(dòng)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(qiáng)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(zhǎng)有關(guān)． 3．對(duì)于光產(chǎn)生明顯衍射的條件的認(rèn)識(shí)，從上述的一系列衍射實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)幾百倍時(shí)，對(duì)光波來說，仍可認(rèn)為衍射條件中的“差不多”． 實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)波長(zhǎng)為λ的光波來說，障礙物或孔的尺寸的數(shù)量級(jí)在103λ以上時(shí)，衍射現(xiàn)象不明顯，可按直線傳播處理；在102λ～10λ時(shí)，衍射現(xiàn)象顯著，出現(xiàn)明暗相間的花樣；在比波長(zhǎng)λ還小時(shí)，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(lì)學(xué)生用普通的其它材料，例如感應(yīng)圈兩極放電擊穿紙片，薄紗……來觀察衍射圖樣，加深對(duì)光波動(dòng)性的認(rèn)識(shí)．