资源简介

1教学目标
(一)知识与技能
1、通过实验观察，让学生了解光的衍射现象，知道光产生明显衍射现象的条件。
2、了解光的单缝衍射图样与波长、缝宽的定性关系
3、通过分组实验,演示实验等方法,掌握光的单缝衍射现象、圆孔衍射现象、障碍物衍射现象,及光通过狭缝和圆孔的衍射条纹特点，能区别干涉条纹和衍射条纹。
4、初步了解光的衍射现象在现代技术上的应用,从而对光的波动性有进一步的认识。能用相关知识对生活中的有关现象进行解释和分析,通过学习知道“光沿直线传播”是一种近似规律。
(二)过程与方法
1、引导学生与以前学过的机械波的衍射进行类比,进行分组讨论归纳,再通过演示实验结合投影片分析讲解,启发学生积极思考、合作学习、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。
2、在认真观察课堂演示实验和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。
3、通过对光的衍射的研究,进一步掌握物理研究的一般方法。
(三)情感、态度与价值观
1、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。通过联系生活,让学生能将学习的知识应用到生活现象的解释,培养学生热爱生活,热爱物理的情操
通过“泊松亮斑”的故事讲述和实验观察，使学生认识到任何理论都必须通过实践检验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。
2学情分析
本班学生为高二年级物理化学生物班学生;学生已经学习过波的衍射,对波发生明显衍射的条件有着清楚的认识;通过前面《光的干涉》的学习,学生已经认识到光是一种波，对光的衍射有很好的铺垫作用。但是在平时生活中学生们由于条件限制并没有看到明显的光的衍射。该班学生对科学兴趣很浓,尤其是观察一些特殊的物理现象有浓厚的兴趣,在此基础上通过实验能激发学生兴趣,是学生获得新知识。
3重点难点
教学重点
单缝衍射实验的观察以及光的单缝衍射图样与波长、缝宽的定性关系。
教学难点
通过光的衍射实验事实和衍射图片来认识光的波动性，并正确认识光发生明显衍射的条件
教学用具
JGQ型氦氖激光器1台，铅笔80支，游标卡尺（可调缝宽度），光屏、光栅，小圆孔板，直丝灯泡，自制小圆盘，激光笔20支。
4教学过程
4.1 第一学时
4.1.1教学目标
4.1.2学时重点
4.1.3学时难点
4.1.4教学活动
活动1【导入】一、引入新课
师：上节课我们在实验室做了杨氏双缝干涉实验，观察到了光的干涉现象，干涉是波所特有的现象，从而也证明光的确是一种波。那么除了干涉现象，还有什么现象是波所特有的呢？
生：衍射。
师：对，既然光是一种波，那应该也会发生衍射现象。现在老师用一张白纸挡在前面，同学们能听到我的声音吗？
生：能。
师：这说明......。
生：这说明声波能发生明显的衍射现象。
师：能看到我的嘴巴吗？
生：不能。
师：为什么？
生：因为光的波长比较小，白纸的尺寸比较大，所以不容易观察到光的衍射现象。
师：很好，大家一起来说说发生明显衍射现象的条件是什么？
学生一起总结：障碍物或孔的尺寸比波长小或者跟波长相差不多。
师：对，但这里老师要再强调一下，学习机械波时强调过发生衍射现象是不需要条件的，发生明显的衍射现象才需要条件。
师：光也是一种波，也能够发生衍射。这节课我们来认识光的衍射。（师板书课题）
活动2（二）进行新课
1．光的衍射
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？
生（回忆并回答）：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.
点评：很有道理，大家来想想办法解决这一问题.
（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）
［实验观察］
安排学生根据上面的设想，自制单缝.
1.用单缝观察直丝灯泡光源.（教师注意观察学生的铅笔缝有没与直丝灯泡平行，垂直放能看到，但不明显，请加以指导更正。）
（学生回答基本上是观察到比较模糊的明暗相间的线状条纹）
师：大家通过实验观察到，光在传播过程中能离开直线绕到缝的边缘传播到相当宽的地方，这一现象叫做光的衍射现象.我们把绕过缝而形成的衍射称为单缝衍射，衍射时产生的明暗条纹叫做衍射图样.
师：大家做得很认真，大多数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.
［教师演示］
教师用红色及绿色激光笔演示单缝衍射。
师：请大家认真观察，然后告诉我你看到的现象.
在不透明的屏上装有一个宽度可以调节的单缝，用激光笔照射单缝，在缝后适当距离处放一光屏，如图所示.
师：我们发现这些衍射图样有所不同。条纹间距越大，说明衍射现象越明显。请同学们猜猜条纹间距跟哪些因素有关？
生：缝宽
师：如何改变缝宽呢？
生1：游标卡尺。
师：很好，那还跟什么因素有关呢？
生：波长。
生2：缝到屏的间距。
师：假如这么多因素都与条纹间距有关，那该用什么方法去研究呢？
生：控制变量法。
师：那接下来同学们分组实验，认真观察，总结衍射的规律，并用物理语言来描述衍射图样的特点。
活动3学生小组实验，交流讨论。
师：下面请各组来汇报一下结果。你们组看到的现象？你们组的结论？
生：总的特点：明暗相间，不等间距；中央宽，两侧窄。缝越窄，中央条纹越宽，各条纹间距越大；波长越长，中央条纹越宽，各条纹间距越大。
师：各条纹间距越大，也就意味着衍射现象越明显。
师：很好，还有什么要补充的吗？
（点评：通过实验探究，获取必要的感性认识。）
生：白光：中央为白色亮条纹，两侧为彩色条纹；外到内分别为红橙黄绿青蓝紫。
师：为什么？
生：波长大，条纹间距大。
师：看来大家都已经找到单缝衍射的规律了。（PPT展示，四张图是照片，中间比较亮。）
师：还有吗？
生：（思考）中央亮，两侧暗。
师：对，各条纹的亮暗程度不同，但具体的光强分布用肉眼不容易观察到。今天老师带来了一个光强分布传感器，我们可以借助它来观察光强分布。请同学们先把书本翻到58页。（教师介绍并演示实验。）
师：我们发现光的衍射条纹图样和干涉图样有点相似，同学们能说出它们的异同点吗？
生：相同点：明暗相间。不同点：干涉条纹亮度宽度基本相同，衍射条纹则中央条纹最宽最亮,两侧条纹宽度、亮度逐渐减小。
师：光在传播的过程中，如果遇到一个小孔会不会发生衍射呢？
生：会。
师：那同学们猜猜可能会出现怎样的衍射图样呢？
师：下面我们自己动手来观察一下圆孔的衍射现象。（活动3)
（请同学描述图样特点。）
生：明暗相间的同心圆环，中央亮圆亮度大。
师：除了孔和缝，光也像声波一样能够绕过障碍物而发生衍射现象。在光束中放一个不透明圆盘，会在圆盘影的中心形成一个亮斑——泊松亮斑。
师：大家想不想看看这个亮斑？
生：想.
（教师演示）
师：在光的衍射现象中，历史上有过一个“泊松亮斑”的故事，请大家来阅读课本66页“科学足迹”栏目中的短文――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。
生1：实验对物理研究有重要作用。
生2：到别人的质疑，要冷静面对，不要轻易放弃自己的立场或观点。
生3：要坚持真理，实事求是。
（学生的回答很全面，教师要及时肯定鼓励。）
师：不管是单缝衍射、圆孔衍射还是泊松亮斑都充分说明了光能发生明显的衍射现象，再次证明光是一种波。
师：各种不同形状的障碍物或孔都能发生衍现象射，通过比较其衍射图样和障碍物或孔的形状，同学们有什么启发吗？
生：衍射图样和障碍物或孔的形状有关。不同形状的障碍物或孔发生衍射时其衍射图样不同。
师：这一结论有什么实际应用价值吗？
生：（思考）
师：在现代应用光学技术中，科学家们就是用X射线穿过晶体而使之发生晶格衍射，从而推出晶体原子排列的结构。历史上最有名的事件就是DNA双螺旋结构的发现过程。DNA双螺旋结构的发现是生物史上划时代的事件，宣告了分子生物学的诞生。
生：为什么用X射线呢？
师：这个问题提的很好，一方面X射线的穿透能力强，另一方面？哪位同学有想法？
生2：X射线的波长与晶体的原子间隙差不多。
师：学到这老师也有一个问题，光的衍射现象说明光可绕过障碍物传播，这与光的直线传播矛盾吗？结合下面的例题，同学们一起归纳一下。
例：使太阳光垂直照射到一块遮光板上，板上有可以自由收缩的三角形孔，孔的后面放置一个光屏，在三角形孔逐渐变小直至闭合的过程中，光屏上依次可以看到几种不同的现象，试把下列现象依次排列：
A．圆形光斑 B．明暗相间的彩色三角环
C．变暗消失 D．三角形光斑
E．三角形光斑由大变小
生：D、E、A、B、C
生：光的衍射现象表明，我们平时说的“光沿直线传播”只是一种特殊情况。在障碍物的尺寸比波长大得多的情况下，光的传播是沿直线的，当障碍物的尺寸可以与光的波长相比拟时，光的衍射现象就十分显著，这时就不能说光沿直线传播了。
活动4衍射光栅
师：下面给同学们介绍一种光学仪器——衍射光栅。
教师演示反射光栅和透射光栅。
师：下面同学们自己用羽毛作光栅，欣赏一下其衍射图样。
活动5学生自己观察。
活动6【作业】
通过网络寻找一下衍射光栅在科学技术、生产、生活中的应用；并体会物理研究的过程和乐趣。
课堂总结、点评
本节课我们通过复习，回顾了波产生明显衍射的条件。我们还观察到了光波的衍射现象。进一步认识光的波动性，光的直线传播只是一种特殊情况。
教学体会
思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花，水中月。
板书设计
发生明显衍射现象的条件
光的直线传播 光的衍射 光是一种波
单 缝 衍 射 圆 孔 衍 射 障 碍 物 衍 射
（泊松亮斑）
衍 射 图 样
实 际 应 用

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