人教版选修34 光的衍射 第1课时 教案 (1).docx

13.5光的衍射教学目标（一）物理观念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.（二）科学思维、科学探究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）科学态度与责任通过“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.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.教学难点衍射条纹成因的初步说明.课时安排：1课时一、光的衍射现象演示实验：观察单缝衍射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，如右图所示。调节单缝宽度演示，得出下列结果.实验现象记录：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1光的衍射：光在传播过程中遇到障碍物时，偏离了直线传播的方向绕到障碍物阴影区的现象，叫做光的衍射现象。衍射时产生的明暗条纹叫做衍射图样。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。2 光波发生明显衍射的条件：障碍物的尺寸与光波的波长相差不多或比光波的波长更小。 提出问题：衍射图样有什么特点呢？3衍射图样的特点：中间一条亮纹较宽较亮，两边是对称的明暗相间的条纹，亮条纹亮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。 提出问题：请大家猜想一下形成衍射的原因是什么？光波的叠加。 4形成衍射的原因：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。光的衍射现象说明了什么问题呢？二、光波衍射的物理意义（1）证明光具有波动性。（2）光沿直线传播，只是一种特殊情况。光在没有障碍物的均匀介质中是沿直线传播的，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，也可以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。提出问题：单缝衍射图样和双缝干涉图样都是亮暗相间的条纹，两者比较有什么不同呢？三、单缝衍射图样与双缝干涉图样的区别1.单色光的双缝干涉图样是等距的亮暗相间的条纹，亮条纹强度向两边逐渐减弱且较慢；2.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；3.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。下面我们再来观察一下圆孔、光栅以及圆屏的衍射现象。四、单孔衍射和圆屏衍射实验1：圆孔衍射。现象：屏上观察到清楚的明暗相间的圆环。圆环的宽度和亮度相同吗？实验2：光栅衍射。现象：屏上观察到清晰的明暗相间的条纹。条纹的宽度和亮度相同吗？提出问题：如果用白光做衍射实验，条纹会怎样呢？条纹应该是彩色的，中间是白色亮条纹，宽带最宽。观察3：通过视频观察“泊松亮斑”。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。图523例1：在一次观察光的衍射的实验中，观察到如图523所示的清晰的明暗相间的图样，那么障碍物应是(黑线为暗线)()a很小的不透明的圆板b很大的中间有大圆孔的不透明的圆板c很大的不透明的圆板d很大的中间有小圆孔的不透明的圆板【审题指导】解答本题时应把握以下两点：(1)知道圆孔衍射和圆板衍射的图样特点(2)能够分辨两种衍射图样【解析】图样为清晰的衍射图样，故b错；图样中心为亮斑，说明障碍物为d；若为a，则中央有一个小亮点，亮点外为大暗环；若为c，则图样为大暗斑，只是边缘稍模糊【答案】d迁移应用如图524所示，甲、乙两幅图是由单色光分别射到圆孔而形成的图象，其中图甲是光的_(填“干涉”或“衍射”)图象由此可以判断出图甲所对应的圆孔的孔径_(填“大于”或“小于”)图乙所对应的圆孔的孔径图524【解析】甲中出现明暗相间的条纹，是衍射现象；由于光波波长很短，约在107数量级上，只有障碍物或孔的尺寸与光波波长相差不多时，才能发生明显的衍射现象图乙的形成可以用光的直线传播解释所以图甲对应的圆孔的孔径比图乙所对应的圆孔的孔径小【答案】衍射小于例2：如图525所示是4幅明暗相间的条纹图样，分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮纹)则下面的四幅图从左到右排列，亮条纹的颜色依次是()图525a红黄蓝紫b红紫蓝黄c蓝紫红黄 d蓝黄红紫【审题指导】在分析干涉、衍射图像的区别时，主要注意图象条纹宽度的情况：若条纹宽度相等，则是干涉条纹，若中间条纹最宽，两边越来越窄，则是衍射条纹【规范解答】双缝干涉条纹是等间距的条纹，单缝衍射条件是中间最宽、两边越来越窄的条纹，因此1、3是干涉条纹，2、4是衍射条纹干涉条纹中，光的波长越长，条纹越宽，因此1是红光，3是蓝光同一单缝衍射中，波长越长，条纹越宽，因此2是紫光，4是黄光【答案】b单缝衍射与双缝干涉的比较项目名称单缝衍射双缝干涉不同点产生条件只要狭缝足够小，任何光都能发生频率相同，振动方向一致的两列光波相遇叠加条纹宽度条纹宽度不等，中央最宽条纹宽度相等条纹间距各相邻条纹间距不等各相邻条纹等间距亮度中央条纹最亮，两边逐渐变暗条纹清晰，亮度基本相等相同点成因都有明暗相间的条纹，条纹都是光波叠加时加强或削弱的结果意义都是波特有的现象，表明光是一种波课堂练习：1(多选)关于衍射，下列说法中正确的是()a衍射现象中条纹的出现是光叠加后产生的结果b双缝干涉中也存在衍射现象c一切波都很容易发生明显的衍射现象d影的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实【解析】本题考查了衍射和干涉的内在联系，以及对干涉和衍射的本质是否了解衍射图样是很复杂的光波的叠加现象，双缝干涉中光通过三个狭缝时均发生衍射现象，一般现象中既有干涉又有衍射一切波都能发生衍射，但要发生明显的衍射，需要满足障碍物的尺寸小于或相当于波长的条件【答案】ab2(多选)如图526甲、乙所示，是单色光通过窄缝后形成明暗相间的两种条纹图样，下列判断正确的是() 图526a甲为单缝衍射的图样b乙为双缝干涉的图样c甲为双缝干涉的图样d乙为单缝衍射的图样【解析】甲图中的条纹宽度不等，中央宽，两侧窄，应为单缝衍射图样乙图中的条纹等宽等距，应为双缝干涉图样，故a、b正确，c、d错误【答案】ab3(多选)在单缝衍射实验中，下列说法中正确的是()a将入射光由绿色换成黄色，衍射条纹间距变窄b使单缝宽度变小，衍射条纹间距变窄c换用波长较长的光照射，衍射条纹间距变宽d增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距变宽【解析】当光通过单缝发生衍射时，衍射现象明显与否、光屏上条纹宽度及亮度与入射光的波长、缝宽及缝到屏的距离有关当单缝宽度一定时，波长越长，衍射现象越明显，条纹间距也越大，即光偏离直线传播的路径越远；当光的波长一定时，单缝宽度越小，衍射现象越明显，条纹间距越大；光的波长一定、单缝宽度也一定时，增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距会变宽【答案】cd4(多选)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暗相间的直条纹b白光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹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【解析】单色光照到狭缝上产生的衍射图样是亮暗相间的直条纹白光的衍射图样是彩色条纹光照到不透明圆盘上，在其阴影处出现亮点，是衍射现象光的衍射现象只有明显与不明显之分，d项中屏上大光斑的边缘模糊，正是光的衍射造成的，不能认为不存在衍射现象【答案】ac作业：1(多选)对于光的衍射现象的定性分析，下列说法正确的是()a只有障碍物或孔的尺寸可以跟光波的波长相比甚至比波长还要小的时候，才能产生明显的衍射现象b光的衍射现象是光波相互叠加的结果c光的衍射现象否定了光的直线传播的结论d光的衍射现象说明了光具有波动性【解析】光的干涉现象和衍射现象无疑地说明了光具有波动性，而小孔成像说明光沿直线传播，而要出现小孔成像，孔不能太小，光的直线传播规律只是近似的，只有在光的波长比障碍物小的情况下，光才可以看做是直进的，所以光的衍射现象和直线传播是不矛盾的，它们是在不同条件下出现的两种现象，故上述选项中正确的是a、b、d.【答案】abd2障碍物或孔的尺寸不同，光的一些行为有所不同，光的波长不同，发生的一些光行为也不同，下列说法中正确的是()a波长越长的光，越容易发生衍射，因此要提高光学仪器的分辨率应尽量使用波长大的光或口径小的透镜b波长越短的光，衍射越不明显，越容易沿直线传播，因此遥感卫星应尽可能利用波长短的光c小孔成像的原理是光的直线传播，小孔衍射的原理也是光的直线传播d小孔衍射不遵守光的直线传播规律，也不遵守光路可逆原理【解析】提高光学仪器的分辨本领应减小衍射影响，所以要利用波长短的光或口径大的透镜，故a错；卫星遥感要克服大气层对光的遮挡作用，因此应使用波长长的红外线，故b错；小孔衍射是一种衍射现象，不遵守光的直线传播规律，也不遵守光路可逆原理，故c错，d对【答案】d3(多选)在城市交通中，用红灯表示禁止通行，其原理是()a红光容易产生干涉b红光照射的距离大c红光容易引起人们的视觉反应d红光容易产生衍射【解析】红光在可见光中的波长最长，容易发生衍射，在发生雾天、雨天、沙尘暴等恶劣天气时，使司机和行人都能看到红灯，避免交通事故的发生；同时红光也容易引起人们的视觉反应【答案】cd4在太阳光照射下肥皂膜呈现的彩色、瀑布在阳光下呈现的彩虹以及通过狭缝观察发光的日光灯时看到的彩色条纹，这些现象分别属于()a光的干涉、色散和衍射现象b光的干涉、衍射和色散现象c光的衍射、色散和干涉现象d光的衍射、干涉和色散现象【解析】在太阳光照射下肥皂膜呈现彩色，是薄膜干涉现象；瀑布溅起的小水滴相当于棱镜，在阳光下呈现的彩虹是光的色散现象；通过狭缝观察发光的日光灯时看到的彩色是光的衍射现象【答案】a5一束平行单色光，通过双缝后，在屏上得到明暗相间的条纹，则()a相邻的明条纹或暗条纹的间距不等b将双缝中某一缝挡住，则屏上一切条纹将消失，而出现一亮点c将双缝中某一缝挡住，屏上出现间距不等的明、暗条纹d将双缝中某一缝挡住，屏上的明、暗条纹位置不变，但亮度减半【解析】分清双缝干涉与单缝衍射图样的特点【答案】c6观察单缝衍射现象时，把缝宽由0.2 mm逐渐增大到0.8 mm，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，衍射现象越来越明显c衍射条纹的间距不变，只是亮度增强d以上现象都不会发生【解析】由单缝衍射实验的调整与观察可知，狭缝宽度越小，衍射现象越明显，衍射条纹越宽，条纹间距也越大将缝调宽，现象向相反方向变化故选项a正确【答案】a图5277某同学使用激光器作光源，在不透光的挡板上开一条缝宽为0.05 mm的窄缝，进行光的衍射实验，如图527所示，则他在光屏上看到的条纹是()【解析】单缝衍射条纹中间宽，两侧越来越窄，又由于单缝是水平的，衍射条纹也是水平的，故b对【答案】b8在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的亮暗相间的图样，如图528四幅图片中属于光的