《13.5光的衍射》教學(xué)設(shè)計(jì)

石流

教學(xué)目標(biāo)：

1.知識與技能

（1）認(rèn)識光的衍射現(xiàn)象，使學(xué)生對光的波動性有進(jìn)一步的了解；

（2）了解光產(chǎn)生明顯衍射的條件，及衍射圖樣與波長、縫寬的定性關(guān)系。

2.過程與方法

（1）通過觀察實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生對物理現(xiàn)象的觀察、表述、概括能力；

（2）通過觀察實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生觀察、表述物理現(xiàn)象，概括規(guī)律特征的能力，學(xué)生親自做實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生動手的實(shí)踐能力。

3.態(tài)度、情感、價值觀

通過對“泊松亮斑”的講述，使學(xué)生認(rèn)識到任何理論都必須通過實(shí)踐檢驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)是檢驗(yàn)理論是否正確的標(biāo)準(zhǔn)。

教學(xué)重點(diǎn)：

通過眾多的光的衍射實(shí)驗(yàn)事實(shí)和衍射圖片來認(rèn)識光的波動性；光的衍射現(xiàn)象與干涉現(xiàn)象根本上講都是光波的相干疊加。

教學(xué)難點(diǎn)：

正確認(rèn)識光發(fā)生明顯衍射的條件；培養(yǎng)學(xué)生動手實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ逃龑W(xué)生重視實(shí)驗(yàn)，重視實(shí)踐。

教學(xué)過程：

一、復(fù)習(xí)引入

1.什么是波的衍射現(xiàn)象？

2.機(jī)械波發(fā)生衍射的現(xiàn)象及條件

3.干涉和衍射是波特有的現(xiàn)象，那么光能發(fā)生干涉，說明光是一種波。這就說明光應(yīng)該也能發(fā)生衍射，那么，光如果能發(fā)生衍射，那光的衍射現(xiàn)象又該是什么樣的呢？

4.為什么我們在日常生活中觀察不到光的衍射？

二、光的衍射現(xiàn)象

演示實(shí)驗(yàn)：觀察單縫衍射

在不透明的屏上裝有一個寬度可以調(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，如右圖所示。

調(diào)節(jié)單縫寬度演示，得出下列結(jié)果.

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄：

1.光的衍射

光在傳播過程中遇到障礙物時，偏離了直線傳播的方向繞到障礙物陰影區(qū)的現(xiàn)象，叫做光的衍射現(xiàn)象。衍射時產(chǎn)生的明暗條紋叫做衍射圖樣。

請大家將我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與課本圖20—8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。

2.光波發(fā)生明顯衍射的條件

障礙物的尺寸與光波的波長相差不多或比光波的波長更小。

提出問題：衍射圖樣有什么特點(diǎn)呢？

3.衍射圖樣的特點(diǎn)

中間一條亮紋較寬較亮，兩邊是對稱的明暗相間的條紋，亮條紋亮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。

提出問題：請大家猜想一下形成衍射的原因是什么？光波的疊加。

4.形成衍射的原因

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)，疊加時加強(qiáng)或減弱，形成明暗相間的條紋。[光的衍射現(xiàn)象說明了什么問題呢？

三、光波衍射的物理意義

（1）證明光具有波動性。

（2）光沿直線傳播，只是一種特殊情況。

光在沒有障礙物的均勻介質(zhì)中是沿直線傳播的，在障礙物的尺寸比光的波長大得多的情況下，衍射現(xiàn)象不明顯，也可以認(rèn)為光是沿直線傳播的。但是，在障礙物的尺寸可以跟光的波長相比，甚至比波長還小的時候，衍射現(xiàn)象十分明顯，這時就不能說光沿直線傳播了。

提出問題：單縫衍射圖樣和雙縫干涉圖樣都是亮暗相間的條紋，兩者比較有什么不同呢？

四、單縫衍射圖樣與雙縫干涉圖樣的區(qū)別

1.單色光的雙縫干涉圖樣是等距的亮暗相間的條紋，亮條紋強(qiáng)度向兩邊逐漸減弱且較慢；

2.單色光的衍射圖樣中間一條亮紋較寬較亮，兩邊是對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；

3.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。

下面我們再來觀察一下圓孔、光柵以及圓屏的衍射現(xiàn)象。

五、思考與討論

1.你能解釋光學(xué)顯微鏡的放大率為什么會受到限制嗎

（1）人眼最小分辨距離約為0.2mm

（2）由于人視網(wǎng)膜寬度有限，為增加放大率就應(yīng)物鏡及目鏡的孔徑。當(dāng)孔徑小到一定程度可見光將發(fā)生衍射，在這種情況下再增大放大率已不能提高清晰度。所示光學(xué)顯微鏡的放大率受到限制。只能達(dá)到上千倍。

（3）為避免上述現(xiàn)象就必須降低光的波長，人眼就無法識別且有害。必須進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。這就是光電顯微鏡。

2.你能解釋交通燈為什么用紅、黃兩色作為安全信號嗎

為避免云霧小水滴阻擋光的傳播（紅光波長長易發(fā)生衍射）

六、課后思考

分析以下現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。

1.通過盛水的玻璃杯，在適當(dāng)?shù)慕嵌龋煽吹讲噬?/p>

2.菜湯上的油花呈現(xiàn)彩色

3.隔著幔帳看較遠(yuǎn)處的燈，見到周圍輻射彩色的光芒；

4.光線照在花布上，可以看見花布上的圖樣

七、小結(jié)

1.光的衍射現(xiàn)象

2.產(chǎn)生明顯衍射的條件

3.衍射圖樣與波長、縫寬的定性關(guān)系

4.干涉、衍射圖樣的對比。圓孔和泊松亮斑的圖樣對比