资源简介

4.5光的衍射 导学案
【学习目标】
1.了解光的衍射概念及产生明显衍射现象的条件。
2.知道衍射、衍射光栅在生产生活以及科学技术中的应用，了解科学、技术和社会的关系。
3.通过光的衍射的学习，对光的直线传播现象提出质疑，会从不同角度思考物理问题。
【学习重难点】
【教学重点】认识光的明显衍射的条件，知道衍射条纹与缝宽的关系，能够区分单缝衍射、小孔衍射、圆盘衍射图样，并能区分单缝衍射与双缝干涉条纹。
【教学难点】通过众多光的衍射实验事实来认识光的波动性；
【知识回顾】
波的衍射
1．定义
波可以绕过__障碍物__继续传播的现象。
2．实验及现象
(1)实验装置：在水槽里放两块挡板，中间留一个__狭缝__。
(2)现象：①狭缝宽度比波长大得多时：波的传播如同光沿__直线__传播一样，挡板后面产生“__阴影区__”。②狭缝宽度与波长相差不多或狭缝宽度比波长更小时：水波__绕到__挡板后面继续传播。
3．发生明显衍射现象的条件
只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长__相差不多__，或者比波长__更小__时，才能观察到明显的衍射现象。
【自主预习】
1．光的衍射现象：光通过很小的狭缝(或圆孔)时，光没有沿直线传播，它绕过了狭缝(或圆孔)的边缘，传播到相当宽的地方的现象。
2．明显衍射的条件：障碍物或狭缝的尺寸足够小。
3．衍射图样：衍射时产生的明暗相间条纹。
4．单缝衍射：单色光通过狭缝时，在屏幕上出现明暗相间的条纹，中央为亮条纹，中央条纹最宽、最亮，其余条纹变窄、变暗；白光通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹，中央为白条纹。
5．圆孔衍射：光通过小孔时(孔很小)在屏幕上会出现明暗相间的圆环。
6．衍射光栅
(1)定义：由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件。
(2)分类
①透射光栅；②反射光栅。
【课堂探究】
【新课导入】
我们知道，波能够绕过障碍物发生衍射。例如，声音能够绕过障碍物传播。既然光也是一种波，为什么在日常生活中我们观察不到光的衍射，而且常常说“光沿直线传播”呢？观看视频，你能从中得到什么启发？
学生写出自己的答案
什么是波的衍射现象？
波在它传播的方向上遇到障碍物或孔时，波绕到障碍物阴影里去继续传播的现象叫波的衍射.
发生明显衍射的条件是什么？
障碍物或孔的尺寸跟波长差不多或比波长小。
既然光也是一种波，为什么在日常生活中我们观察不到光的衍射，而且常常说“光沿直线传播”呢？
学生写出自己的答案
【新课教学】
任务一、光的衍射
（一）光的衍射
在挡板上安装一个宽度可调的狭缝，缝后放一个光屏。用单色平行光照射狭缝，我们看到，当缝比较宽时，光沿着直线通过狭缝，在屏上产生一条与缝宽相当的亮条纹。但是，当缝调到很窄时，尽管亮条纹的亮度有所降低，但是宽度反而增大了，而且还出现了明暗相间的条纹。
光离开直线传播路径绕到障碍物阴影里去的现象叫光的衍射现象。
衍射时产生的明暗条纹叫衍射图样。
光的衍射实验
如何让衍射现象更明显呢？
光的明显衍射条件：障碍物或孔的尺寸小于波长或者和波长差不多。
（三）单缝衍射
光通过单缝衍射时，其图样有什么规律？
单色光单缝衍射图样的特点
实验现象：
①条纹不等间距；
②中央条纹亮而宽；
③两侧条纹较暗较窄，对称分布。
④波长一定时，单缝越窄，现象越明显，中央亮纹越宽越暗
各种颜色的光波衍射图象一样吗？
不同色光或不同宽度单缝衍射条纹的特征
①波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，各条纹间距大．
②单缝不变时，光波波长的（红光）中央亮纹越宽，条纹间隔越大．
③白光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．
（四）衍射的应用
双缝干涉与单缝衍射图样有啥不同？
干涉：等距的明暗相间的条纹，亮条纹的亮度向两边减弱较慢。
衍射：中央有一条较宽亮条纹，两边是对称明暗相间的条纹，亮条纹的亮度向两边减弱得很快。
　　名称 项目　　 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
如何解释引入实验中“光不沿直线传播”的现象？
光经过圆盘发生衍射现象，绕过圆盘，在不透明圆盘的阴影后面，出现了一个亮斑。
如何解释以下视频中的实验现象？
孔较小时——屏上出现衍射花样（亮暗相间的不等间距的圆环，这些圆环的范围远远超过了光沿直线传播所能照明的范围）
圆盘和小圆孔的衍射图样有何不同？
相同点：均是明暗相间的光环,中心均有亮斑
不同点：①圆孔衍射中心亮斑较大,而泊松亮斑较小；
②圆孔衍射亮环或暗环间距随半径增大而增大,圆盘衍射亮环或暗环间距随半径增大而减小；
③圆孔衍射的背景是黑暗的,而圆盘衍射图样中的背景是明亮的。
任务二、衍射光栅
（一）衍射光栅
阅读课本第99页回答如下问题：
什么是衍射光栅？
由许多等宽的狭缝等距离排列起来形成的光学仪器。
(2)光栅衍射图样特点与单缝衍射相比有怎样的变化？
衍射图样特点与单缝衍射相比，衍射条纹的宽度变窄，亮度增加。
【自我测评】
1．下列现象中体现了光的干涉的是(　　)
A．用手按压两片无色透明的玻璃片，阳光下也能看到彩色花纹
B．透过游标卡尺两测量爪间的狭缝，观看与狭缝平行的线光源时，看到彩色条纹
C．白光透过双缝，在光屏上出现黑白条纹
D．清晨洒水车洒的水珠成彩色的
【答案】A
【详解】　用手按压相当于调整厚度，光发生了薄膜干涉；透过游标卡尺两测量爪间的狭缝，观看与狭缝平行的线光源时，看到彩色条纹是光的单缝衍射；白光透过双缝，在光屏上出现彩色条纹是双缝干涉；清晨洒水车洒的水珠成彩色的是光的色散，属于折射现象。故选A。
2．我们经常看到，凡路边施工处总挂有红色的灯，除了红色光容易引起人们的视觉反应外，这样做的另一个重要的原因是(　　)
A．红光比其他可见光更容易发生衍射
B．红光比其他可见光更容易发生干涉
C．红光比其他可见光频率更大
D．红光比其他可见光在玻璃中的折射率小
【答案】A　
【详解】红色光的波长较长，而频率较小，所以比其他可见光更容易发生衍射，故A正确，C错误；只要频率相同，均能发生干涉现象，故B错误；频率越大，折射率越大，可见光中红光频率最小，折射率最小，但挂红灯的原因不是因为折射率小，故D错误。
3．若甲、乙两束单色光，经过同一单缝后的衍射图样如甲、乙所示。则下列说法正确的是(　　)
A．若单缝宽度变窄，则两种衍射条纹宽度均变窄，条纹亮度也变暗
B．若单缝宽度变窄，则两种衍射条纹宽度都变宽，条纹亮度也变亮
C．在同一介质中传播，甲光比乙光的传播速度小
D．甲光和乙光以相同的入射角从水中射入空气，在空气中只能看到一种光时，一定是甲光
【答案】C　
【详解】若单缝宽度变窄，则两种衍射条纹宽度都变宽，因为通过的光变少，所以亮度变暗，A、B错误；甲、乙两束单色光，经过同一单缝后乙光的中央亮条纹较宽，说明乙光波长较长，则在同一介质中乙光的折射率较小，根据v＝，可知，甲光比乙光的传播速度小，C正确；乙光的折射率较小，根据sin C＝，所以乙光的临界角较大，则甲光和乙光以相同的入射角从水中射入空气，在空气中只能看到一种光时，一定是乙光，D错误。
【学后反思】本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？4.5光的衍射 导学案
【学习目标】
1.了解光的衍射概念及产生明显衍射现象的条件。
2.知道衍射、衍射光栅在生产生活以及科学技术中的应用，了解科学、技术和社会的关系。
3.通过光的衍射的学习，对光的直线传播现象提出质疑，会从不同角度思考物理问题。
【学习重难点】
【教学重点】认识光的明显衍射的条件，知道衍射条纹与缝宽的关系，能够区分单缝衍射、小孔衍射、圆盘衍射图样，并能区分单缝衍射与双缝干涉条纹。
【教学难点】通过众多光的衍射实验事实来认识光的波动性；
【知识回顾】
波的衍射
1．定义
波可以绕过_________________继续传播的现象。
2．实验及现象
(1)实验装置：在水槽里放两块挡板，中间留一个_________________。
(2)现象：①狭缝宽度比波长大得多时：波的传播如同光沿________________传播一样，挡板后面产生“_________________”。②狭缝宽度与波长相差不多或狭缝宽度比波长更小时：水波________________挡板后面继续传播。
3．发生明显衍射现象的条件
只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长________________，或者比波长_________________时，才能观察到明显的衍射现象。
【自主预习】
1．光的衍射现象：光通过很小的狭缝(或圆孔)时，光没有沿_____________传播，它绕过了狭缝(或圆孔)的边缘，传播到相_____________的地方的现象。
2．明显衍射的条件：障碍物或狭缝的尺寸足够_____________。
3．衍射图样：衍射时产生的明_____________。
4．单缝衍射：单色光通过狭缝时，在屏幕上出现明暗相间的条纹，中央为亮条纹，中央条纹最宽、最亮，其余条纹变窄、变暗；白光通过狭缝时，在屏上出现_____________条纹，中央为白条纹。
5．圆孔衍射：光通过小孔时(孔很小)在屏幕上会出现_____________相间的圆环。
6．衍射光栅
(1)定义：由许多_____________的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件。
(2)分类
①透射光栅；②反射光栅。
【课堂探究】
【新课导入】
我们知道，波能够绕过障碍物发生衍射。例如，声音能够绕过障碍物传播。既然光也是一种波，为什么在日常生活中我们观察不到光的衍射，而且常常说“光沿直线传播”呢？观看视频，你能从中得到什么启发？
什么是波的衍射现象？
_发生明显衍射的条件是什么？
既然光也是一种波，为什么在日常生活中我们观察不到光的衍射，而且常常说“光沿直线传播”呢？
【新课教学】
任务一、光的衍射
（一）光的衍射
在挡板上安装一个宽度可调的狭缝，缝后放一个光屏。用单色平行光照射狭缝，我们看到，当缝比较宽时，光沿着直线通过狭缝，在屏上产生一条与缝宽相当的亮条纹。但是，当缝调到很窄时，尽管亮条纹的亮度有所降低，但是宽度反而增大了，而且还出现了明暗相间的条纹。
光的衍射实验
如何让衍射现象更明显呢？
光的明显衍射条件：
（三）单缝衍射
光通过单缝衍射时，其图样有什么规律？
单色光单缝衍射图样的特点
各种颜色的光波衍射图象一样吗？
不同色光或不同宽度单缝衍射条纹的特征
（四）衍射的应用
双缝干涉与单缝衍射图样有啥不同？
干涉：
衍射：
　　名称 项目　　 单缝衍射 双缝干涉
不同 点 产生条件
条纹宽度
条纹间距
亮度
相同 点 成因
意义
如何解释引入实验中“光不沿直线传播”的现象？
如何解释以下视频中的实验现象？
圆盘和小圆孔的衍射图样有何不同？
任务二、衍射光栅
（一）衍射光栅
阅读课本第99页回答如下问题：
什么是衍射光栅？
(2)光栅衍射图样特点与单缝衍射相比有怎样的变化？
【自我测评】
1．下列现象中体现了光的干涉的是(　　)
A．用手按压两片无色透明的玻璃片，阳光下也能看到彩色花纹
B．透过游标卡尺两测量爪间的狭缝，观看与狭缝平行的线光源时，看到彩色条纹
C．白光透过双缝，在光屏上出现黑白条纹
D．清晨洒水车洒的水珠成彩色的
2．我们经常看到，凡路边施工处总挂有红色的灯，除了红色光容易引起人们的视觉反应外，这样做的另一个重要的原因是(　　)
A．红光比其他可见光更容易发生衍射
B．红光比其他可见光更容易发生干涉
C．红光比其他可见光频率更大
D．红光比其他可见光在玻璃中的折射率小
3．若甲、乙两束单色光，经过同一单缝后的衍射图样如甲、乙所示。则下列说法正确的是(　　)
A．若单缝宽度变窄，则两种衍射条纹宽度均变窄，条纹亮度也变暗
B．若单缝宽度变窄，则两种衍射条纹宽度都变宽，条纹亮度也变亮
C．在同一介质中传播，甲光比乙光的传播速度小
D．甲光和乙光以相同的入射角从水中射入空气，在空气中只能看到一种光时，一定是甲光
【学后反思】本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？

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