高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册5 光的衍射教案

科    目

物理

教材版本册次

人教版2019

教学课题

4.5 光的衍射

课型

新授课

授课时间

课时数

1

教学目标

知识与技能

1、知道什么是光的衍射现象，及光通过狭缝和圆孔等衍射条纹的特点，知道光产生明显衍射的条件。

2、能用相关知识对生活中的有关现象进行解释和分析，能区别干涉条纹和衍射条纹

过程与方法

引导学生与以前学过的机械波的衍射进行类比，通过实验并结合幻灯片分析讲解，启发学生积极思考、培养学生观察能力、想象力、动手能力及分析和解决问题的能力。

情感态度与价值观

通过光的衍射现象的观察，使学生在学习中体会物理知识之美；另外通过学习泊松亮斑的故事让学生知道科学研究必须重视理论的指导和实践的检验作用

教学重难点

1.光的衍射条纹特点及发生明显的光的衍射现象的条件。

2.光的干涉条纹和衍射条纹的异同。

《学科指导意见（2017版）》的表述

通过对现象的观察、解释、培养学生观察生活，探索知识的能力。

                                      教学过程

【教学过程】

引入

在上一节中，我们通过杨氏干涉实验学习了光的干涉，证明了光是一种波，请大家回忆两个问题

1、若用红光来做干涉实验，观察到的干涉图样是怎样的？白光呢？

2、条纹间距的公式是怎样的？

既然光是一种波,为什么我们日常生活中观察不到光的衍射现象,而常常看到的是光沿着直线传播的呢?我们这节课就来解决这个问题。

新课教学

光的衍射现象

问题1：什么是波的衍射？

问题2：产生明显的波的衍射现象要具备什么样的条件？

（波产生明显衍射的条件是障碍物或小孔的尺寸跟波长相差不多或者比波长还小；）

教师：光的衍射和波的衍射类似，当光在传播过程中遇到障碍物或小孔是会偏离直线传播的路径到达障碍物后面这种现象就是光的衍射现象。

1.光的衍射：光在传播过程中遇到障碍物或小孔是会偏离直线传播的路径到达障碍物后面这种现象就是光的衍射现象。

问题3：为什么平时我们看到的都是光的直线传播现象，没看到过光的衍射现象呢？

（因为可见光的波长只有十分之几微米，一般的障碍物或孔都比光波的波长大得多，衍射现象不明显）

2.发生明显衍射现象的条件：障碍物或小孔的尺寸跟波长相差不多，或者比波长还小。

问题4：怎样才能观察到光的衍射现象呢？小孔或障碍物有什么要求呢?

（必须使光源发出的光通过非常小的孔或是非常窄的狭缝才行。）

教师：下面我们就来试一下看狭缝特别窄时，会不会有衍射现象发生。

常见的光的衍射现象

1.单缝衍射

演示实验：在不透光的挡板上安装有一个宽度可以调节的狭缝，缝后放一个光屏，用平行单色光照射狭缝，不断减小缝宽，学生观察会有怎样的现象。

学生：通过对视频和图片的观察归纳

（1）条纹特征：明暗相间的条纹。

①中央条纹最亮、最宽②两边的亮纹亮度渐暗，宽度渐窄③条纹关于中央明纹对称。

（2）条纹间距的变化规律：

①缝宽a=0.4mm和a=0.8mm的衍射图样对比

结论：缝越窄，中央亮纹越宽条纹间距越大

②缝宽均为a=0.4mm的红光和蓝光的衍射图样对比

结论：波长越长，中央亮纹越宽条纹间距越大

③问题：条纹间距除了和缝的宽度及光波的波长有关外，还可能和什么有关呢？

结论：还与缝屏间距有关，缝屏间距越大，中央亮纹越宽条纹间距越大

（3）白光的衍射图样的特点：

学生讨论：白光的单缝衍射图样应该是怎样的，请说出原因？

（白光是由七种色光组成的，每种颜色的光通过狭缝后会形成自己的衍射图样，由于七种色光的波长不同，形成的衍射条纹间距就不同，叠加后就会形成彩色条纹，而每种颜色的光的衍射图样中央都是亮纹，所以叠加后白光的干涉图样中央一定是白色的。）

教师：下面就请同学们检验一下你的推理是否正确。

学生实验：用两只笔平行日光灯放置观察日光灯，逐渐减小两只笔之间的缝的宽度，观察现象。

学生看图片总结白光的衍射图样的特点

问题：比较图中红光的衍射和干涉条纹有什么异同？

学生：归纳总结

（4）光的衍射条纹和干涉条纹的异同

同：都是明暗相间的条纹，中央都是明纹，条纹都关于中央明纹对称。

异：干涉图样是等距条纹，亮度减弱较慢

衍射图样中央条纹又宽又亮，两侧条纹窄且宽，亮度减弱较快

教师：下面我们再来研究光在传播的过程中遇到小孔的情况

2、小孔衍射

（1）圆孔衍射

演示实验：用平行单色光照射小圆孔，不断减小圆孔的大小。

学生：总结观察到的现象

①条纹特征：明暗相间的圆环，圆心处为一亮斑。

②条纹间距的变化规律

学生：观察孔逐渐缩小得到的三张图片，总结规律

孔越小中间亮圆越大，亮纹间距越大，亮度越暗

教师：亮度越来越来越暗是什么原因

孔越小通过孔的能量越小所以越暗

教师：衍射现象是否明显，我们应该关注亮度还是传播的范围

（2）其它形状的小孔衍射

学生观察图片

教师：这些是光通过其它形状的孔的衍射图样，看来衍射图样和孔的形状有关，为什么是这样的图样高中阶段没法计算，这些图样不要求大家记住，但他却给我们一个启发，就是我们可以根据图样来反推孔的形状，这方面应用我们一会儿会提到。

3、多孔衍射

学生实验：通过纱布观察蜡烛和日光灯的衍射现象

教师：前面我们研究了缝和孔的衍射，下面我们来看看光传播的过程中遇到障碍物又会发生什么现象呢？

4、圆盘衍射——泊松亮斑

学生:听泊松亮斑的故事录音

教师：这个故事告诉我们实验是理论的极其完美的论证。物理理论离不开实验的验证，物理实验也离不开物理理论的指导，科学研究必须重视理论的指导作用和实践的检验作用。

教师：同学们可能已经注意到，在泊松亮斑的周围还有一些明暗相间的圆环，而且在单缝衍射和圆孔衍射的图样中，都有一些亮线和暗线．这是由于当光传播到狭缝或圆孔上时，可把狭缝或小孔看成许许多多个点光源，这些点光源发出的光在空间传播相遇叠加，光振动加强的地方就是明条纹光振动削弱的地方就是暗条纹，这个道理和光干涉时的道理相似。

5、其它衍射：

（1）学生观察几幅影子的图片总结得出光的衍射现象会使影的边缘出现明暗相间的条纹模糊不清，这也是一种衍射现象。

（2）路灯照片中的衍射

（3）消失的横线

衍射现象的利与弊

1.应用

（1）衍射光栅用于光谱分析

①衍射光栅是由许多等宽的狭缝等距离的排列起来形成的光学仪器。可分为透射光栅和反射光栅.

②利用衍射光栅进行光谱分析

（2）利用衍射现象分析物质结构

2.防止:电子显微镜的发明

问题：通过前面的学习我们知道光确实能发生衍射现象那么光的衍射现象与我们前面所学的光沿直线传播相矛盾吗？

光的直线传播的条件：

①光在没有障碍物的均匀介质中是沿直线传播的

②在障碍物的尺寸比光的波长大得多的情况下，衍射现象不明显，也可认为光是沿直线传播的，但是，在障碍物的尺寸可以跟光的波长相比，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象十分明显，这时就不能说光沿直线传播了．

板书设计

光的衍射

（1）光在入射到两种介质的交界面处时，通常一部分光被反射回原来的介质，另一部分光进入第 Ⅱ种介质并改变了传播方向。

（2）当光由光密介质射向光疏介质时，当入射角等于或大于临界角时，光全部被反射回原介质中去，称做全反射现象。

（3）当折射角增大到90°时的入射角称为临界角C（参考图12）。

全反射棱镜，、光导纤维的原理及其应用

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