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光 的 衍 射
来源: 点击数:10007次 更新时间:2015-6-19 8:40:45

于路兵

一、教材分析

《光的颜色色散》是人教版高中物理选修3-4第13章第五节的教学内容,主要认识光的衍射以及衍射光栅的原理。

二、教学目标

1、知识目标

1)通过实验观察,让学生认识光的衍射现象,知道发生明显的光的衍射现象的条件,从而对光的波动性有进一步的认识.

2)通常学习知道“几何光学”中所说的光沿直线传播是一种近似规律.

2、能力目标

1)通过讨论和对单缝衍射装置的观察,理解衍射条件的设计思想.

2)在认真观察课堂演示实验和课外自己动手观察衍射现象的基础上,培养学生比较推理能力和抽象思维能力.

3、情感、态度和价值观目标:

通过“泊松亮斑”等科学小故事的学习,培养学生坚定的自信心、踏实勤奋的工作态度和科学研究品德.

三、教学重点难点

1、教学重点

单缝衍射实验和圆孔衍射实验的观察以及产生明显衍射现象的条件.

2、教学难点

衍射条纹成因的初步说明.

四、学情分析(根据个人情况写)

五、教学方法

1.通过机械波衍射现象类比推理,提出光的衍射实验观察设想.

2.通过观察分析实验,归纳出产生明显衍射现象的条件以及衍射是光的波动性的表现.

3.通过对比认识衍射条纹的特点及变化,加深对衍射图象的了解.

六、教学用具

JGQ型氦氖激光器25台,衍射单缝(可调缝宽度),光屏、光栅衍射小圆孔板,两支铅笔(学生自备),日光灯(教室内一般都有),直径5 mm的自行车轴承用小钢珠,被磁化的钢针(吸小钢珠用),投影仪(本节课在光学实验室进行).

七、课时安排:1课时

八、教学过程

(一)预习检查、总结疑惑

复习水波的衍射

[投影水波衍射图片(试验修订本第二册P1410261027)]

[师]请大家看这几幅图片,回忆一下相关内容,回答下面两个问题:

1.什么是波的衍射?

2.1027中哪一幅衍射现象最明显?说明原因.

[生1](议论后,一人发言)波能绕过障碍物的现象叫波的衍射.1027中丙图衍射最明显,因为这里的孔宽度最小.

[师]前一个问题回答得很好,后一个问题有没有同学还有其他看法?

[生2]我认为丙图中孔的尺寸虽然是最小,但不一定就是发生明显衍射现象的原因,我们应该用它跟波长比.

[师]很好,大家一起来说说发生明显衍射现象的条件是什么?

[生总结]障碍物或孔的尺寸比波长小或者跟波长相差不多.

(二)情景导入、展示目标

光的衍射实验

[师]通过上一节课光的干涉的学习,我们知道光是具有波动性的,光既然是一种波,那么在传播过程中也应该具有衍射的现象,大家有没有见过光的衍射现象呢?能举出例子吗?

(学生讨论后,一致认为,光波也应有衍射本领,但无法举出例子)

[师]根据我们刚才复习的明显衍射现象的条件,大家说说看,为什么平时我们不易观察到光的衍射?

[生]可能是因为光波波长很短,而平常我们遇到的障碍物或孔的尺寸比较大,所以不易观察到光的衍射现象.

[师]很有道理,大家来想想办法解决这一问题.

(三)合作探究、精讲点拨

(学生讨论,设计出多种实验观察方案,绝大部分着眼于发生明显衍射现象的条件,教师加以肯定鼓励)

[实验观察]

安排学生根据上面的设想,自制单缝和小孔.

1.用单缝观察日光灯光源.

2.用小孔观察单色点光源.

[师]请大家认真观察,然后告诉我你看到的现象.

(学生回答基本上有两类现象,一是观察到了单一的一条亮线或一个圆形亮点,二是观察到比较模糊的明暗相间的线状或环状条纹)

[师]大家做得很认真,有几位同学已成功地观察到了光的衍射现象,现在我们再用更好的装置来一起观察一下光的衍射现象.

[教师演示]

在不透明的屏上装有一个宽度可以调节的单缝,用氦氖激光器照射单缝,在缝后适当距离处放一光屏,如右图2019所示.

 

 

图1

 

调节单缝宽度演示,得出下列结果.

 

缝宽

较宽

较窄

很窄

极窄

关闭

屏上现象

一条较宽亮线

一条较窄亮线

亮线变宽、变暗并出现明暗相间条纹

明暗条纹清晰、细小

条纹消失

[师]请大家将我们的实验结果与课本图208的几幅照片比较,总结一下光要发生明显的衍射应满足什么条件.

[生]当狭缝的宽度比波长小或跟波长差不多时,光偏离了直线传播方向,发生了明显的衍射.

光的衍射现象

[师]大家通过实验观察看到,光在传播过程中能离开直线绕过障碍物到达阴影里去,这一现象叫做光的衍射现象.衍射时产生的明暗条纹叫做衍射图样.其实,不仅单缝,还有圆孔,多条平行狭缝以及各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射.同机械波的衍射一样,光发生明显衍射现象的条件是:障碍物或孔的尺寸可以跟光的波长相比,甚至比光的波长还小.

[师]下面我们再来观察一下圆孔和光栅的衍射现象.

(教师演示,将单缝分别换成圆孔和光栅,可以在屏上观察到清楚的明暗相间的圆环和清晰的明暗相间的条纹.)

[师]同学们已经注意到,在衍射现象中,常有一些亮线和暗线,据此大家来猜猜原因.

[生]在干涉现象中我们也观察到明暗相间的条纹,我想这里的道理应该跟在干涉现象中差不多.

[师]猜想有道理.其实在光的衍射现象中,来自单缝或圆孔上不同位置的光,到光屏处的路程差满足一定的特点,叠加时加强或减弱,形成明暗相间的条纹,这确实跟光的干涉原理是相似的,大家再考虑一下,如果用白光做衍射实验,条纹会怎样呢?

[生]条纹应该是彩色的,因为不同色光波长不同,在叠加时形成条纹位置也不一样,叠合时形成彩色.

[师]回答得非常好,大家明白了吗?

[生]明白.(教师指导学生用两支铅笔并拢观察日光灯衍射条纹)

光的衍射现象证明光具有波动性

[师]在光的本性认识的历史上有过一个“泊松亮斑”的故事,请大家来读一读.(学生阅读课文后的“阅读材料”)

[师]大家想不想看看这个亮斑?

[生]想.

(教师演示,用被磁化的钢针吸一粒钢珠,悬起,使激光束与钢珠球心在同一直线上,图2020就能在屏上观察到钢珠暗影中心有一亮斑,即泊松亮斑.

 

[师]著名数学家泊松根据物理学家菲涅耳提出的波动理论推算出圆板阴影的中心应该是一个亮斑,想借此驳倒菲涅耳的波动理论,菲涅耳与阿拉果接受了泊松的挑战,通过多次实验,发现圆板中心确有一个亮斑.这样“泊松亮斑”实验就成了光的波动理论的精彩验证.大家从这个故事得到什么启发.

[生1]实验对物理研究有重要作用.

[生2]遇到别人的责疑,要冷静面对,不要轻易放弃自己的立场或观点.

[生3]科学要坚持真理,实事求是.

(学生的回答很全面,教师要及时肯定鼓励)

光的衍射图样

[师]除了前面实验观察到的衍射图样外,课本还为我们提供了一些,请大家认真研究和比较,总结它们各自的特点.

(指导学生阅读课本图2010以及首页彩图2,并讨论干涉、衍射图样的异同)

[生]单色光的双缝干涉图样是等距的明暗相间的条纹,亮条纹强度向两边逐渐减弱且较慢,单色光的衍射图样中间一条亮纹较宽较亮,两边是对称的明暗相间的条纹,亮条纹强度向两边逐渐减弱且较快,白光单缝衍射条纹中间是白色的,两边是减弱很快的彩色条纹.

[师]总结得很好.

(四)反思总结,当堂检测

 

本节课我们通过

复习,回顾了机械波的衍射及产生明显衍射的条件

自己设计实验,观察到了光波的衍射现象

老师演示实验,观察总结出了光的衍射现象及规律

归纳分析,得出光产生明显衍射现象的条件,进一步认识了光的波动性,光的直线

传播是近似规律

(五)发导学案、布置预习。

1.课本练习二(1)(2

2.课后用太阳光作光源,想出一些办法观察衍射现象,描述现象并分析.

九、板书设计

光的衍射

1、实验  自制障碍物观察光能发生衍射现象

单缝衍射现象(投影)圆孔衍射

光发生明显衍射的条件(投影)

2、光的衍射现象进一步证明光具有波动性

3、光的衍射图样

双缝干涉图样特点:等间距、明暗相间、强度向两边渐弱

单缝衍射图象特点:中间较宽较亮,向两边对称渐暗

 

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