《光的衍射》教案1

光的衍射光的衍射 三维目标三维目标 一 知识与技能 1 知道几何光学中所说的光沿直线传播是一种近似 2 知道光通过狭缝和圆孔的衍射现象 3 知道观察到明显衍射的条件 二 过程与方法 了解单缝衍射 小孔衍射 并能用相关知识对生活中的有关现象进行解释和分析 三 情感态度价值观 1 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 2 必须有自信心和踏实勤奋的态度 3 在学习学习中也要有好品质 好作风 教学重点 难点 1 通过众多的光的衍射实验事实和衍射图片来认识光的波动性 2 光的衍射现象与干涉现象根本上讲都是光波的相干叠加 3 正确认识光发生明显衍射的条件 4 培养学生动手实验能力 教育学生重视实验 重视实践 教具 1 演示水波衍射现象 频率可调的振源 发波水槽及相应配件 水波衍射图样示意挂图 2 演示光的单缝 圆孔衍射现象 光的干涉 衍射演示仪 激光干涉 衍射演示仪 及相关的配件 单丝白炽灯 红灯 蓝 色灯 自制的单缝衍射片 光波圆孔衍射管 游标卡尺 3 演示泊松亮斑 激光发生器 小圆屏 教学方法 探究法 教学设计示例 引入新课 提出问题 什么是波的衍射现象 演示水波的衍射现象 让学生回答并描述衍射现象的特征 唤起学生对机械波衍射的回忆 然后再举声波的衍射例子 指出一切波都能发生衍射 通过衍射把能量传到阴影区域 能够发生明显衍射的条件是障碍物或孔的尺寸跟波长差不多 水波 声波都会发生衍射现象 那么光是否也会产生衍射现象 若会产生 那么衍射图样 可能是什么样呢 二 教学过程教学过程 一 所谓光的衍射现象 是当光在它传播的方向上遇到障碍物或孔 其大小可以 与光的波长相比或比光的波长小 时 光绕到障碍物阴影里去的现象 演示 下面我们用实验进行观察 取一个不透光的屏 在它的中间装上一个宽度可以调节的狭缝 用平行的单色光照射 在缝后适当距离处放一个像屏 如图 我们看到 当缝比较宽时 在像屏上是一条几乎与缝一样宽的亮线 除了这一条光线 外 像屏上出现了阴影 这时光可视为是沿直线传播的 接着逐渐缩小缝的宽度 当缝调 到很窄 缝宽与光波的波长相当时 在像屏的原阴影区内观察到了明暗相间的条纹 这实验表明光在其前进的途中遇上大小相当于光的波长的障碍物或孔时 偏离了直线 传播方向 即光产生了衍射现象 上述衍射现象是通过单缝形成的 我们称之为光的单缝 衍射 单色光的干涉与衍射都出现明暗相间的条纹 但图案不同 干涉条纹是等间隔的 衍射 条纹间隔不等 白光照射单缝时 可以在像屏上得到彩色条纹 它与双缝干涉的彩色条纹 也不同 中央一级是又亮又宽的白色条纹 两边是较窄较暗的彩色条纹 用点光源来照射有较大圆孔 AB 的屏 在像屏 MN 上出现一个光亮的圆 这说明光是沿直线传播的 逐渐缩小孔的直径 可以看到屏上的亮圆也逐渐减小 但 是 圆孔缩到很小时 在像屏 MN 上原阴影区就形成一些明暗相间的圆环 这些圆环达到的 范围远远超过了光按直线传播所能照到的范围 这就是光通过小孔产生的衍射现象 光的衍射现象进一步证明了光具有波动性 对确定光的波动说的正确性起了重要作用 关于这个问题 历史历史上曾有过一段趣事 1818 年 当法国物理物理学家菲汉耳提出光的波 动理论时 著名数学数学家泊松根据菲涅耳的理论推算出 把一个不透光的小的圆盘状物放在 光束中 在距这个圆盘一定距离的像屏上 圆盘的阴影中心应当出现一个亮斑 人们从未 看过和听说过这种现象 因而认为这是荒谬的 所以泊松兴高采烈地宣称他驳倒了菲涅耳 的波动理论 菲涅耳接受了这一挑战 精心研究 奇迹 终于出现了 实验证明圆盘阴 影中心确实有一个亮斑 这就是著名的泊松亮斑 光沿直线传播只是一个近似的规律 当光的波长比障碍物或孔的尺寸小得多时 可认 为光是沿直线传播的 当光的波长与障碍物或孔的尺寸可以相比拟时将产生明显的衍射现 象 提问 当光通过小孔或者狭缝时 在后面的光屏上会得到什么样的图案 学生回答的基础上老师总结 当缝很大时 直线传播 得到影 当缝减小时 逐渐会出现小孔成像的现象 继续减小缝的大小 会出现光的衍射现象 二 光的单缝衍射 1 单缝衍射实验 教师用光的干涉 衍射仪做单色光的单缝衍射 或用激光源来做单缝衍射实验 实验过程 中展示缝较宽时 光沿着直线传播 阴影区和亮区边界清晰 减小缝宽 在缝较狭时 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 2 简单分析衍射的形成 展示衍射现象实验示意图 当光传播到狭缝时 可把狭缝 S 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决定了屏幕上各点位置的明暗情况 3 单缝衍射条纹的特征 单色光的衍射图样 中央亮纹宽而亮 两侧条纹具有对称性 亮纹较窄 较暗 4 学生动手观察单缝衍射 教师分发单缝衍射观察片 每片观察片刻有二条宽度不同的单缝 让学生通过单缝分别观 察设在教室前 后的红色灯 蓝色灯的衍射现象 让学生仔细观察 同一缝红色衍射条 纹与蓝色衍射条纹是否有区别 同一种色光 单缝宽度不同衍射条纹是否有区别 然后让学生通过单缝观察白炽灯的衍射图样 引导学生分析归纳最后总结规律 波长一定时 单缝窄的中央条纹宽 各条纹间距大 单缝不变时 光波波长的 红光 中央亮纹越宽 条纹间隔越大 白炽灯的单缝衍射条纹为中央亮两侧为彩色条纹 且外侧呈红色 靠近光源的内侧为紫 色 三 光的圆孔衍射 1 圆孔衍射实验 教师用激光干涉衍射仪做圆孔衍射实验 实验过程中展示孔较大时 光沿直线传播 阴影 区和亮区边界清晰 逐渐减小圆孔大小 当圆孔减小到一定程度时出现环状明暗相间同心 圆的衍射图样 2 教师分发给学生手持 光波衍射 管 让学生将小孔对准教室前 后的红色灯光源 蓝色 灯光源 观察圆孔衍射图样 3 教师用激光干涉衍射仪装上仪器配备的不同形状小孔 演示光的衍射现象 让学生观察 记录 描绘各式的衍射图样 让学生认识到光的衍射是一个极普遍的物理现象 四 演示 泊松亮斑 教师向学生指出 不只是狭缝和圆孔 各种不同形状的物体都能使光发生衍射 以至使影 的轮廓模糊不清 其原因是光通过物体的边缘而发生衍射的结果 历史上曾有一个著名的 衍射图样 泊松亮斑 1 然后教师介绍这个一波三折的历史故事 继而教师用激光干涉衍射仪中相应的配件演示 泊松亮斑 实验 让学生脑海中对 泊松亮斑 图样有深刻印象 指出任何物理理论的正确与否都必须经过实验的检验 实验是检验理论的标准 2 让学生用自制的光波衍射管前端换上小圆屏并对准光源观察 在管内除看到光环外还可 看到在不透明小圆屏背后阴影中心有一亮斑 泊松亮斑 五 课堂小结 1 光的衍射现象进一步证明了光具有波动性 2 光的衍射现象是光偏离了直线传播方向绕到障碍物阴影区的现象 衍射光强按一定的 规律分布 形成明暗相间的条纹 它的规律与缝宽 孔的大小及光的波长有关 随堂练习 1 声波能绕过一般建筑物 而光波却不能 这 是因为 A 光波传播速度太大 偏离直线不明显 B 声波传播速度小 而光波传播速度大 C 建筑物对声波吸收少 而对光波吸收多 D 声波波长长 容易产生衍射 光波波长短 不易产生衍射 答 D 2 对于单缝衍射实验现象 以下正确的是 A 缝的宽度越小 中央亮条纹的宽度越窄 B 缝的宽度越小 中央亮条纹的宽度越宽 C 缝的宽度越大 衍射现象越明显 D 入射光的频率越大 衍射现象越明显 答 B 3 一个不透光的薄板上有两条平行的窄缝 有一频率单一的红光通过两窄缝在与薄板平行 的屏上呈现明暗相间的间隔均匀的红色条纹 若将其中一窄缝挡住让另一缝通过红光 则 在屏上可观察到 A 明暗与原来相同 间隔均匀的红色条纹 B 明暗与原来不相同 间隔不均匀的红色条纹 C 一条红色的条纹 D 既无条纹 也不是一片红光 而是光源的像 答 B 4 用单色光通过小圆盘和小圆孔做衍射实验时 在光屏上得到衍射图形 它们的特征是 A 用小圆盘时中央是暗的