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1、学校：临清实验高中学校：临清实验高中 学科：物理学科：物理 编写人：王凤君编写人：王凤君 审稿人审稿人 ：孔庆生：孔庆生 选修选修 3-4 第十三章第第十三章第 5 节光的衍射节光的衍射 一、教材分析一、教材分析 光的颜色光的颜色 色散色散是人教版高中物理选修是人教版高中物理选修 3-4 第第 13 章第五节的教学内容，主要认识光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。的衍射以及衍射光栅的原理。 二、教学目标二、教学目标 1、知识目标、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）通过实验观察，让学生认识光的衍射现象，知道发生明显
2、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而对光的波动性有进一步的认识. （2）通常学习知道）通常学习知道“几何光学几何光学”中所说的光沿直线传播是一种近似规律中所说的光沿直线传播是一种近似规律. 2、能力目标、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）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）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能力和抽象思维能力. 3、情感、态度和价值观目标：、情感、态度和价值观
3、目标： 通过通过“泊松亮斑泊松亮斑”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 学研究品德学研究品德. 三、教学重点难点三、教学重点难点 1、教学重点、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、教学难点 衍射条纹成因的初步说明衍射条纹成因的初步说明. 四、学情分析（根据个人情况写）四、学情分析（根据个人情况写） 五、教学方法五、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通过机械波衍射现
4、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、教学用具六、教学用具 JGQ 型氦氖激光器型氦氖激光器 25 台，衍射单缝（可调缝宽度）台，衍射单缝（可调缝宽度） ，光屏、光栅衍射小圆孔板，两支铅笔，光屏、光栅衍射小圆孔板，两支铅笔 （学生自备）（学生自备） ，日光灯（教室内一般都有），日光灯（教室内一般都有） ，直径，直径 5 mm
5、 的自行车轴承用小钢珠，被磁化的钢的自行车轴承用小钢珠，被磁化的钢 针（吸小钢珠用）针（吸小钢珠用） ，投影仪（本节课在光学实验室进行），投影仪（本节课在光学实验室进行）. 七、课时安排：七、课时安排：1 课时课时 八、教学过程八、教学过程 (一一)预习检查、总结疑惑预习检查、总结疑惑 复习水波的衍射复习水波的衍射 投影水波衍射图片（试验修订本第二册投影水波衍射图片（试验修订本第二册 P14 图图 1026，1027） 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：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？什么是波的衍射？ 2.图图 1027
6、中哪一幅衍射现象最明显？说明原因中哪一幅衍射现象最明显？说明原因. 生生 1 （议论后，一人发言）波能绕过障碍物的现象叫波的衍射（议论后，一人发言）波能绕过障碍物的现象叫波的衍射.图图 1027 中丙图衍射最明中丙图衍射最明 显，因为这里的孔宽度最小显，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？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 应该用它跟波长比应该用它跟波长比. 师很好，大家一
7、起来说说发生明显衍射现象的条件是什么？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（二）情景导入、展示目标 光的衍射实验光的衍射实验 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？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
8、为，光波也应有衍射本领，但无法举出例子）（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？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（三）合作探究、精讲点拨 （
9、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（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）以肯定鼓励） 实验观察实验观察 安排学生根据上面的设想，自制单缝和小孔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用单缝观察日光灯光源. 2.用小孔观察单色点光源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（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
10、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）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装置来一起观察一下光的衍射现象. 教师演示教师演示 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，如右图放一光屏，如右图 2019 所示所示. 调节单缝宽度演示，得出下列结果调节单缝宽度演示
11、，得出下列结果. 缝宽缝宽较宽较宽较窄较窄很窄很窄极窄极窄关闭关闭 屏上现象屏上现象一条较宽亮一条较宽亮 线线 一条较窄亮一条较窄亮 线线 亮线变宽、亮线变宽、 变暗并出现变暗并出现 明暗相间条明暗相间条 纹纹 明暗条纹清明暗条纹清 晰、细小晰、细小 条纹消失条纹消失 图 2019 师请大家将我们的实验结果与课本图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，发生了明显的衍生当狭缝的宽度比波长小或跟波长差不多时，光偏离了
12、直线传播方向，发生了明显的衍 射射. 光的衍射现象光的衍射现象 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，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，
13、甚至比光的波长还小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（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
14、现象中差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 不多不多. 师猜想有道理师猜想有道理.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？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
15、也不一样，叠合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 时形成彩色时形成彩色. 师回答得非常好，大家明白了吗？师回答得非常好，大家明白了吗？ 生明白生明白.(教师指导学生用两支铅笔并拢观察日光灯衍射条纹）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师在光的本性认识的历史上有过一个“泊松亮斑泊松亮斑”的故事，请大家来读一读的故事，请大家来读一读.(学生阅读学生阅读 课文后的课文后的“阅读材料阅读材料” ） 师大家想不想看看这个亮斑？师大家想不想看看这个亮斑？ 生想生想
16、. （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（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，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发现圆板中心确有一个亮斑.这样这样“泊松亮斑泊松亮斑”实验就成了光的波
