光的衍射教案

光的衍射教案 www.3edu.net 教师助手 学生帮手 家长朋友www.3edu.net 13.5 光的衍射 【教学目标】 (一)知识与技能 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(通过学习知道“光沿直线传播”是一种近似规律。 (二)过程与方法 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。 (三)情感、态度与价值观 通过“泊松亮斑”等科学小的学习，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。 【教学重点】 单缝衍射实验的观察以及产生明显衍射现象的条件。 【教学难点】 衍射条纹成因的初步。 【教学方法】 www.3edu.net 教师助手 学生帮手 家长朋友www.3edu.net www.3edu.net 教师助手 学生帮手 家长朋友www.3edu.net 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。 【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) 【教学过程】 (一)引入新课 复习水波的衍射 ,投影水波衍射图片(如图1、图2所示), 图1 www.3edu.net 教师助手 学生帮手 家长朋友www.3edu.net www.3edu.net 教师助手 学生帮手 家长朋友www.3edu.net 图2 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.图2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.图2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, 学生一起总结:障碍物或孔的尺寸比波长小或者跟波长相差不多。 师:光也是一种波，也能够发生衍射。这节课我们来认识光的衍射。 www.3edu.net 教师助手 学生帮手 家长朋友www.3edu.net www.3edu.net 教师助手 学生帮手 家长朋友www.3edu.net (二)进行新课 1(光的衍射 师:通过前面对光的干涉的学习，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. (学生讨论，设计出多种实验观察，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. www.3edu.net 教师助手 学生帮手 家长朋友www.3edu.net www.3edu.net 教师助手 学生帮手 家长朋友www.3edu.net (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，如图所示. 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 亮线变 宽、变暗明暗条纹 屏上现一条较宽一条较窄条纹消 并出现明清晰、细 象 亮线 亮线 失 暗相间条小 纹 师:请大家将我们的实验结果与课本插图的几幅照片比较，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www.3edu.net 教师助手 学生帮手 家长朋友www.3edu.net www.3edu.net 教师助手 学生帮手 家长朋友www.3edu.net 播方向，发生了明显的衍射. (点评:通过实验探究，获取必要的感性认识。为以后从理论上认识光的衍射奠定基础。) 师:大家通过实验观察到，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, www.3edu.net 教师助手 学生帮手 家长朋友www.3edu.net www.3edu.net 教师助手 学生帮手 家长朋友www.3edu.net 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) 师:光的衍射现象表明，我们平时说的“光沿直线传播”只是一种特殊情况。在障碍物的尺寸比波长大得多的情况下，光的传播是沿直线，当障碍物的尺寸可以与光的波长相比拟时，光的衍射现象就十分显著，这时就不能说光沿直线传播了。 师:在光的衍射现象中，历史上有过一个“泊松亮斑”的故事，请大家来阅读课本66页“科学足迹”栏目中的短文――泊松亮斑. 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，如图所示，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www.3edu.net 教师助手 学生帮手 家长朋友www.3edu.net www.3edu.net 教师助手 学生帮手 家长朋友www.3edu.net 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:验对物理研究有重要作用。 生2:到别人的质疑，要冷静面对，不要轻易放弃自己的立场或观点。 生3: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) 2(衍射光栅 师:指导学生阅读教材有关内容。了解衍射光栅的制作原理。 (三)课堂总结、点评 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。我们还观察到了光波的衍射现象。进一步认识光的波动性，光的直线传播只是一种特殊情况。 下面我们通过课件，再来回顾一下光的衍射现象。 [课件演示]《光的衍射》。(再次回顾光的衍射现象，增强感性认识，达到巩固所学知识的目的。) www.3edu.net 教师助手 学生帮手 家长朋友www.3edu.net www.3edu.net 教师助手 学生帮手 家长朋友www.3edu.net (四)课余作业 完成P68“问题与练习”的题目。 课后阅读67页“科学漫步”――X射线衍射与双螺旋。 附:课后训练 1(点光源照射一个障碍物，在屏幕上所成的阴影的边缘是模糊的，这种现象是光的 ( ) A(反射现象 B(折射现象 C(干涉现象 D(衍射现象 答案:D 2(下列情况中能产生明显衍射现象的是 ( ) A(光的波长比孔或障碍物的尺寸大得多 B(光的波长与孔或障碍物的尺寸相仿 C(光的波长等于孔或障碍物的尺寸 D(光的波长比孔或障碍物的尺寸小得多 答案:ABC www.3edu.net 教师助手 学生帮手 家长朋友www.3edu.net www.3edu.net 教师助手 学生帮手 家长朋友www.3edu.net 3(下列关于单缝衍射图样的说法中正确的是 ( ) A(它和双缝干涉图样完全相同 B(亮条纹的亮度都相同，而宽度不同 C(中央亮条纹的亮度和宽度最大 D(亮条纹的宽度相同，而亮度不同 答案:C 4(在用单色平行光照射单缝观察衍射现象的实验中，下列说法正确的是 ( ) A(缝越窄，衍射现象越显著 B(缝越宽，衍射现象越显著 C(照射光的波长越长，衍射现象越显著 D(照射光的频率越高，衍射现象越显著 解析:要观察到明显的衍射现象，必须孔或障碍物的尺寸足够小，可以和光的波长相比.由于光的波长极短，所以要求孔或缝的尺寸要非常小，光的波长越长，相当于缝越窄，而频率越高，波长越小，故AC正确. 答案:AC 5(在做杨氏双缝干涉实验时，将其中的一条狭缝挡住，在屏上仍能观察到明暗相间的条纹，此条纹 ( ) www.3edu.net 教师助手 学生帮手 家长朋友www.3edu.net www.3edu.net 教师助手 学生帮手 家长朋友www.3edu.net A(仍是原来的干涉条纹，只是亮度减弱了 B(仍是干涉条纹，只是条纹宽度变窄了 C(是衍射条纹 D(无法确定是干涉条纹还是衍射条纹 答案:C 6(下列哪些现象是光的衍射产生的 ( ) A(泊松亮斑 B(阳光下茂密的树阴中地面上的圆形亮斑 C(阳光经凸透镜后形成的亮斑 D(平行光照在一个较大障碍物上后，影的轮廓模糊不清 答案:AD 7(在下图中，A、B两幅图是由单色光分别入射到圆孔而形成的图样.其中A是光的________(填“干涉”或“衍射”)图样.由此可以判断出图A所对应的圆孔的孔径________(填“大于”或“小于”)图B所对应的圆孔的孔径。 A B www.3edu.net 教师助手 学生帮手 家长朋友www.3edu.net www.3edu.net 教师助手 学生帮手 家长朋友www.3edu.net 解析:只有障碍物或孔的尺寸比光波波长小或跟光波波长相仿时，才能发生明显的衍射现象，图A是光的衍射图样.由于光波波长 ,7很短，约在10 m数量级以上，所以图A对应的圆孔的孔径比图B对应的圆孔的孔径小.图B的形成可以用光的直进解释. 答案:衍射 小于 8(在固定于光具座上的点燃的蜡烛和光屏之间，放置一个不透明的板，板上开一个直径可调的小孔，让圆孔直径从1 cm左右开始逐渐调小至封闭，在这一过程中在屏上将依次出现的图样正确的是 ( ) A(蜡烛倒立的像，明亮的圆斑，明暗相间的圆环 B(蜡烛倒立的像，明暗相间的圆环，明亮光斑 C(明亮圆斑，蜡烛倒立的像，明暗相间的圆环 D(明亮圆斑，明暗相间的圆环，蜡烛倒立的像 答案C www.3edu.net 教师助手 学生帮手 家长朋友www.3edu.net