2019-2020年高中物理 13.5光的衍射教案 新人教選修3-4教學(xué)目標(biāo)一、知識(shí)目標(biāo)1.通過實(shí)驗(yàn)觀察，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)光的衍射現(xiàn)象，知道發(fā)生明顯的光的衍射現(xiàn)象的條件，從而對(duì)光的波動(dòng)性有進(jìn)一步的認(rèn)識(shí).2.通常學(xué)習(xí)知道“幾何光學(xué)”中所說的光沿直線傳播是一種近似規(guī)律.二、能力目標(biāo)1.通過討論和對(duì)單縫衍射裝置的觀察，理解衍射條件的設(shè)計(jì)思想.2.在認(rèn)真觀察課堂演示實(shí)驗(yàn)和課外自己動(dòng)手觀察衍射現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生比較推理能力和抽象思維能力.三、德育目標(biāo)通過“泊松亮斑”等科學(xué)小故事的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生堅(jiān)定的自信心、踏實(shí)勤奮的工作態(tài)度和科學(xué)研究品德.教學(xué)重點(diǎn)單縫衍射實(shí)驗(yàn)和圓孔衍射實(shí)驗(yàn)的觀察以及產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件.教學(xué)難點(diǎn)衍射條紋成因的初步說明.教學(xué)方法1.通過機(jī)械波衍射現(xiàn)象類比推理，提出光的衍射實(shí)驗(yàn)觀察設(shè)想.2.通過觀察分析實(shí)驗(yàn)，歸納出產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件以及衍射是光的波動(dòng)性的表現(xiàn).3.通過對(duì)比認(rèn)識(shí)衍射條紋的特點(diǎn)及變化，加深對(duì)衍射圖象的了解.教學(xué)用具JGQ型氦氖激光器25臺(tái)，衍射單縫（可調(diào)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(nèi)一般都有），直徑5 mm的自行車軸承用小鋼珠，被磁化的鋼針（吸小鋼珠用），投影儀（本節(jié)課在光學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行）.課時(shí)安排1課時(shí)教學(xué)過程一、引入新課復(fù)習(xí)水波的衍射投影水波衍射圖片（試驗(yàn)修訂本第二冊(cè)P14圖1026，1027）師請(qǐng)大家看這幾幅圖片，回憶一下相關(guān)內(nèi)容，回答下面兩個(gè)問題：1.什么是波的衍射？2.圖1027中哪一幅衍射現(xiàn)象最明顯？說明原因.生1（議論后，一人發(fā)言）波能繞過障礙物的現(xiàn)象叫波的衍射.圖1027中丙圖衍射最明顯，因?yàn)檫@里的孔寬度最小.師前一個(gè)問題回答得很好，后一個(gè)問題有沒有同學(xué)還有其他看法？生2我認(rèn)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(xiàn)象的原因，我們應(yīng)該用它跟波長(zhǎng)比.師很好，大家一起來說說發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是什么？生總結(jié)障礙物或孔的尺寸比波長(zhǎng)小或者跟波長(zhǎng)相差不多.二、新課引入（一）光的衍射實(shí)驗(yàn)師通過上一節(jié)課光的干涉的學(xué)習(xí)，我們知道光是具有波動(dòng)性的，光既然是一種波，那么在傳播過程中也應(yīng)該具有衍射的現(xiàn)象，大家有沒有見過光的衍射現(xiàn)象呢？能舉出例子嗎？（學(xué)生討論后，一致認(rèn)為，光波也應(yīng)有衍射本領(lǐng)，但無法舉出例子）師根據(jù)我們剛才復(fù)習(xí)的明顯衍射現(xiàn)象的條件，大家說說看，為什么平時(shí)我們不易觀察到光的衍射？生可能是因?yàn)楣獠úㄩL(zhǎng)很短，而平常我們遇到的障礙物或孔的尺寸比較大，所以不易觀察到光的衍射現(xiàn)象.師很有道理，大家來想想辦法解決這一問題.（學(xué)生討論，設(shè)計(jì)出多種實(shí)驗(yàn)觀察方案，絕大部分著眼于發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件，教師加以肯定鼓勵(lì)）實(shí)驗(yàn)觀察安排學(xué)生根據(jù)上面的設(shè)想，自制單縫和小孔.1.用單縫觀察日光燈光源.2.用小孔觀察單色點(diǎn)光源.師請(qǐng)大家認(rèn)真觀察，然后告訴我你看到的現(xiàn)象.（學(xué)生回答基本上有兩類現(xiàn)象，一是觀察到了單一的一條亮線或一個(gè)圓形亮點(diǎn)，二是觀察到比較模糊的明暗相間的線狀或環(huán)狀條紋）師大家做得很認(rèn)真，有幾位同學(xué)已成功地觀察到了光的衍射現(xiàn)象，現(xiàn)在我們?cè)儆酶玫难b置來一起觀察一下光的衍射現(xiàn)象.教師演示在不透明的屏上裝有一個(gè)寬度可以調(diào)節(jié)的單縫，用氦氖激光器照射單縫，在縫后適當(dāng)距離處放一光屏，如右圖2019所示.圖2019調(diào)節(jié)單縫寬度演示，得出下列結(jié)果.縫寬較寬較窄很窄極窄關(guān)閉屏上現(xiàn)象一條較寬亮線一條較窄亮線亮線變寬、變暗并出現(xiàn)明暗相間條紋明暗條紋清晰、細(xì)小條紋消失師請(qǐng)大家將我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與課本圖208的幾幅照片比較，總結(jié)一下光要發(fā)生明顯的衍射應(yīng)滿足什么條件.生當(dāng)狹縫的寬度比波長(zhǎng)小或跟波長(zhǎng)差不多時(shí)，光偏離了直線傳播方向，發(fā)生了明顯的衍射.（二）光的衍射現(xiàn)象師大家通過實(shí)驗(yàn)觀察看到，光在傳播過程中能離開直線繞過障礙物到達(dá)陰影里去，這一現(xiàn)象叫做光的衍射現(xiàn)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(jī)械波的衍射一樣，光發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是：障礙物或孔的尺寸可以跟光的波長(zhǎng)相比，甚至比光的波長(zhǎng)還小.師下面我們?cè)賮碛^察一下圓孔和光柵的衍射現(xiàn)象.（教師演示，將單縫分別換成圓孔和光柵，可以在屏上觀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(xiàn)象中，常有一些亮線和暗線，據(jù)此大家來猜猜原因.生在干涉現(xiàn)象中我們也觀察到明暗相間的條紋，我想這里的道理應(yīng)該跟在干涉現(xiàn)象中差不多.師猜想有道理.其實(shí)在光的衍射現(xiàn)象中，來自單縫或圓孔上不同位置的光，到光屏處的路程差滿足一定的特點(diǎn)，疊加時(shí)加強(qiáng)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(yàn)，條紋會(huì)怎樣呢？生條紋應(yīng)該是彩色的，因?yàn)椴煌獠ㄩL(zhǎng)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(dǎo)學(xué)生用兩支鉛筆并攏觀察日光燈衍射條紋）（三）光的衍射現(xiàn)象證明光具有波動(dòng)性師在光的本性認(rèn)識(shí)的歷史上有過一個(gè)“泊松亮斑”的故事，請(qǐng)大家來讀一讀.(學(xué)生閱讀課文后的“閱讀材料”）師大家想不想看看這個(gè)亮斑？生想.（教師演示，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上，圖2020就能在屏上觀察到鋼珠暗影中心有一亮斑，即泊松亮斑.）圖2020師著名數(shù)學(xué)家泊松根據(jù)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(yīng)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(zhàn)，通過多次實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)圓板中心確有一個(gè)亮斑.這樣“泊松亮斑”實(shí)驗(yàn)就成了光的波動(dòng)理論的精彩驗(yàn)證.大家從這個(gè)故事得到什么啟發(fā).生1實(shí)驗(yàn)對(duì)物理研究有重要作用.生2遇到別人的責(zé)疑，要冷靜面對(duì)，不要輕易放棄自己的立場(chǎng)或觀點(diǎn).生3科學(xué)要堅(jiān)持真理，實(shí)事求是.（學(xué)生的回答很全面，教師要及時(shí)肯定鼓勵(lì)）（四）光的衍射圖樣師除了前面實(shí)驗(yàn)觀察到的衍射圖樣外，課本還為我們提供了一些，請(qǐng)大家認(rèn)真研究和比較，總結(jié)它們各自的特點(diǎn).（指導(dǎo)學(xué)生閱讀課本圖2010以及首頁彩圖2，并討論干涉、衍射圖樣的異同）生單色光的雙縫干涉圖樣是等距的明暗相間的條紋，亮條紋強(qiáng)度向兩邊逐漸減弱且較慢，單色光的衍射圖樣中間一條亮紋較寬較亮，兩邊是對(duì)稱的明暗相間的條紋，亮條紋強(qiáng)度向兩邊逐漸減弱且較快，白光單縫衍射條紋中間是白色的，兩邊是減弱很快的彩色條紋.師總結(jié)得很好.本節(jié)課我們通過復(fù)習(xí)，回顧了機(jī)械波的衍射及產(chǎn)生明顯衍射的條件自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，觀察到了光波的衍射現(xiàn)象老師演示實(shí)驗(yàn)，觀察總結(jié)出了光的衍射現(xiàn)象及規(guī)律歸納分析，得出光產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)了光的波動(dòng)性，光的直線傳播是近似規(guī)律三、小結(jié)（投影）四、布置作業(yè)1.課本練習(xí)二（1）（2）2.課后用太陽光作光源，想出一些辦法觀察衍射現(xiàn)象，描述現(xiàn)象并分析.五、板書設(shè)計(jì)光的衍射一、實(shí)驗(yàn) 自制障礙物觀察光能發(fā)生衍射現(xiàn)象單縫衍射現(xiàn)象（投影）圓孔衍射光發(fā)生明顯衍射的條件（投影）二、光的衍射現(xiàn)象進(jìn)一步證明光具有波動(dòng)性三、光的衍射圖樣雙縫干涉圖樣特點(diǎn)：等間距、明暗相間、強(qiáng)度向兩邊漸弱單縫衍射圖象特點(diǎn)：中間較寬較亮，向兩邊對(duì)稱漸暗