人教版高中物理选修3-4 光的衍射教案

人教版高中物理选修3-4 光的衍射教案

【教学目标】

(一)知识与技能

1、知道光的衍射现象，及光通过狭缝和圆孔的衍射条纹特点，知道光产生明显衍射的条

件。

2、能用相关知识对生活中的有关现象进行解释和分析，能区别干涉条纹和衍射条纹

(二)过程与方法

引导学生与以前学过的机械波的衍射进行类比，进行自主学习，再通过演示实验结合投影片分析讲解，启发学生积极思考思考、培养学生观察能力、想象力、动手能力及分析和解决问题的能力。

(三)情感态度与价值观

通过光的衍射现象的观察，再次提高学生在学习中体会物理知识之美；另外通过学习让学生知道科学研究必须重视理论的指导和实践的勤奋作用；

【教学重点与难点】

光的衍射条纹特点及发生明显的光的衍射现象的条件即是重点，也是难点。

【教学过程】

（一）引入

1、在历史上第一次得到了相干光源，成功做出了光的干涉实验的科学家是谁？光的干涉现象的发现说明光具有什么性质？(托马斯·扬，波动性)

2、单色光的双缝干涉图样有哪些特征？(特征是在中央明纹两侧对称地分布着明暗相间的各级干涉条纹，且相邻明纹和相邻暗条纹的间隔相等)

师：衍射现象也是波动特有的特征，既然已证实光具有波动性，那么也会有光的衍射现象。光的衍射现象是怎么样的呢？为什么在日常生活中不易观察到光的衍射现象？我们这节课就来解决这个问题。

（二）新课教学

一、光的衍射现象

提问1：什么是波的衍射？

提问2：产生明显的波的衍射要具备什么样的条件？可见光的波长约是多少？

（波产生明显衍射的条件是障碍物或小孔的尺寸跟波长相差不多；可见光的波长只有十分之几微米）———引导学生根据以上知识，思考：怎样才能观察光的衍射现象？设置实验装置。

（必须使点光源（或线光源）发出的光通过非常小的孔（或是非常窄的狭缝））

师（小结）：从前面讲的光的干涉实验知道，光的波长很短，只有十分之几微米，通常的物体都比它大得多，因此很难看到光的衍射现象．但是只有当光射向一个针孔、一条狭缝、一根细丝时，才可以清楚地看到光的明显衍射现象．

光的单缝衍射演示：我们用实验进行观察．

在不透光的挡板上安装有一个宽度可以调节的狭缝，缝后放一个光屏(图

19－13)．用平行单色光照射狭缝，我们看到，当缝比较宽时，光沿着直线方

向通过狭缝，在屏上产生一条跟缝宽相当的亮线．但是，当缝调到很窄时，

尽管亮线的亮度有所降低，阴影区和亮区的边界变得模糊；继续减小缝宽光

明显地偏离直线传播进入几何阴影区，屏幕上出现明暗相间的衍射条纹．这

表明，光没有沿直线传播，它绕过了缝的边缘，传播到了相当宽的地方．这就是光的衍射现象．让学生对比单缝衍射图样，总结单缝衍射条纹的特征

1、光的单缝衍射

条纹特征：明暗相间的条纹。中央条纹最亮、最宽，两边的

亮纹亮度渐暗，宽度渐窄。（见插图）

引导学生讨论：

光发生明显衍射条件

生：缝足够窄。

提问：缝变窄的过程中，衍射条纹中，中央亮纹的宽度与亮

度如何变化？

生：缝变窄了，衍射现象更明显了，因此中央亮纹的宽度变宽。但通过的光能少了，亮度会降低．

2、光的圆孔衍射

演示小孔衍射：孔由大到小调节，当光照射具有较大圆孔的挡板AB，在后面的屏上就得到一个圆形亮斑，它的直径可以按照光的直线传播的规律作图得到(图19－14甲、乙)．但是，如果圆孔缩小到一定程度，可以在屏上看到，光所达到的范围会远远超过它沿直线传播所应照明的区域(图19－14丙)．这就是圆孔的衍射现象．

条纹特征：明暗相间的圆环，圆心处为一亮斑。

引导学生讨论发生明显衍射现象的条件是孔很小

教师简单分析衍射的形成原因：同学们可能已经注

意到，在单缝衍射和圆孔衍射的照片中，都有一些亮线和

暗线．这是由于当光传播到狭缝或圆孔上时，可把狭缝或

小孔看成许许多多个点光源，这些点光源发出的光在空间

传播相遇叠加，在光屏处叠加后光波加强或者削弱的结

果，决定了屏幕上各点位置的明暗情况。这个道理和两列

光干涉时的道理相似．

如果用白光做衍射实验，得到的亮线是彩色的，这也是由于不同波长的光在不同位置得到了加强．

3、白光做衍射实验，得到的单缝衍射条纹是中央为白色亮纹，最宽最亮。两侧的亮纹是彩色的。小孔衍射条纹是彩色的圆环。这都是由于不同波长的光在不同位

置得到了加强．

根据单缝和小孔衍射两个实验，组织学生思考、讨论两个问题：一

是什么叫光的衍射？二是发生明显衍射现象的条件是什么？

二、光的衍射

1、概念：光离开直线路径绕到障碍物的阴影里去的现象

2、发生明显衍射现象的条件是：障碍物或小孔的尺寸跟波长相差不多

或比光的波长小。

各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射，致使影的轮廓模糊不清，出现亮暗相间的条纹．图19－15是刮胡须刀片的影，可以在它的边缘看到由于衍射产生的条纹．

设疑：光发生了衍射现象与我们前面所学的光沿直线传播二者相矛盾吗？引导学生仔细阅读教材P61第一段，尝试回答这个问题。经讨论，小结

3、“光沿直线传播”只是一种特殊情况。

①光在没有障碍物的均匀介质中是沿直线传播的

②在障碍物的尺寸比光的波长大得多的情况下，衍射现象不明显，也可认为光是沿直线传播的，

但是，在障碍物的尺寸可以跟光的波长相比，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象十分明显，这时就不能说光沿直线传播了．

【做一做】用铅笔观察衍射现象

把两支铅笔并在一起，中间留一条狭缝，放在眼前，通过这条缝去看远处的日光灯，使狭缝的方向跟灯管平行，就会看到平行的彩色条纹．为什么会出现这些条纹？

【阅读材料P61科学足迹】泊松亮斑

图19－16是一个不透光的圆板的影，要特别注意中心的亮斑，

它是光绕过盘的边缘在这里叠加后形成的．关于这个亮斑还有一段有

趣的故事．后人为了纪念这个有意义的事件，把这个亮斑称为泊松亮

斑．

说明实验是理论的极其精彩的论证。物理理论离不开实验的验

证，物理实验也离不开物理理论的指导，科学研究必须重视理论的指

导作用和实践的检验作用。

三、衍射光栅

引导学生自学课本第62页，了解什么是衍射光栅

(三)课堂小结

1、什么是光的衍射现象？单色光的衍射图样有什么特征？(说出它与双缝干涉图样的区别)

2、光能够发生衍射，是不是意味着“光沿直线传播”的结论是完全错误的？(“光沿直线传播”只是一种特殊情况)

例1、下面四种现象中，哪些不是光的衍射现象造成的：

A．通过游标卡尺观测两卡脚间狭缝中发光的日光灯管，会看到平行的彩色条纹；

B．不透光圆片后面的阴影中心出现一个亮斑；

C．太阳光照射下，架在空中的电线在地面上不会留下影子；

D．用点光源照射小圆孔，后面屏上会出现明暗相间的圆环．

【强化训练】

1、用一只灯泡照亮一个带有孔径可调的圆孔的遮光板，如果圆孔的直径由几厘米逐渐减小到

零，则遮光板后面光屏上：先出现（），接着出现（），再出现（），最后是（）．

2、用红光进行双缝干涉实验时，如果用不透光的纸遮住其中的一条缝，则屏上出现（）

A、无条纹，只是一片红光；

B、既无条纹，也不是一片红光，而是光源的像

C、原干涉条纹形状不变，只是亮度减弱

D、仍然有明暗相间的条纹，但与原来的不一样

3、用游标卡尺观察单缝衍射现象时，把缝宽由0.2mm逐渐增大到0.8mm，看到的现象是：（）

A、衍射条纹的间距逐渐变小，衍射现象逐渐不明显；

B、衍射条纹的间距逐渐变大，衍射现象越来越明财

C、衍射条纹的间距不变，只是亮度增强Z

D、以上现象都不会发生

4、关于光的衍射现象，下面说法正确的是（）

A、红光的单缝衍射图样是红黑相间的直条纹

B、白光的单缝衍射图样是白黑相间的直条纹

C、光照到不透明小圆盘上出现泊松亮斑，说明发生了衍射

D、光照到较大圆孔上出现大光斑，说明光沿直线传播，不存在光的衍射

( 1、圆形亮斑；灯丝倒像；圆环形的衍射图样；屏上一片黑暗2、D 3、A 4、AC) 【作业】

【教学反思】

1、要求学生初步了解光的衍射现象，不做理论讨论，因此与机械波类比和观察实验现象是十分重要的．首先，要结合机械波的衍射，使学生明确光产生衍射的条件．讲光的衍射要配合演示实验、要让学生能区分干涉图样与衍射图样的区别．单色光干涉图样条纹等间距，衍射图样中间宽两边窄．．

2、应该让学生了解，光的直进，是几何光学的基础，光的衍射现象并没有完全否定光的直进，而是指出了光的直进的适用范围或者说它的局限性．。