资源简介

4.4《光的衍射和偏振》课时教案
学科 物理 年级册别 高二上册 共1课时
教材 沪科版选择性必修第一册 授课类型 新授课 第1课时
教材分析
教材分析
本节内容位于沪科版高中物理选择性必修第一册第四章第4节，是波动光学的重要组成部分。在学生已经学习了光的干涉现象的基础上，进一步探究光的衍射与偏振现象，深化对光具有波动性的理解。教材通过实验观察、理论解释和生活应用三个维度展开，强调从现象到本质的认知过程，体现“从生活走向物理，从物理走向社会”的课程理念。
学情分析
高二学生已具备一定的波动知识基础，掌握了机械波的衍射规律，并通过双缝干涉实验建立了光的波动性初步认知。但对“为何光的衍射不易观察”“偏振的本质是什么”等深层问题仍存在困惑。学生的抽象思维能力正在发展，对直观实验和真实情境兴趣浓厚。教学中需借助类比、可视化手段突破认知障碍，引导其从宏观现象深入微观机制，提升科学思维水平。
课时教学目标
物理观念
1. 理解光的衍射现象及其产生条件，能区分单缝衍射与双缝干涉图样的差异；
2. 掌握光的偏振现象的基本特征，认识自然光与偏振光的区别，了解偏振片的作用原理。
科学思维
1. 能通过对比分析归纳出衍射发生的条件，运用波动理论解释生活中相关现象；
2. 借助横波振动方向的概念推理偏振现象的成因，建立“光是横波”的理性判断。
科学探究
1. 经历“观察—猜想—验证—结论”的完整探究流程，动手操作激光笔与狭缝装置进行衍射实验；
2. 设计并实施利用偏振片观察光线变化的小型实验，记录现象并尝试解释。
科学态度与责任
1. 在小组合作中培养实事求是的科学态度，尊重实验数据，勇于质疑与表达；
2. 认识偏振技术在现代科技（如液晶显示、摄影滤镜）中的广泛应用，增强科技服务社会的责任意识。
教学重点、难点
重点
1. 光的衍射现象及其发生条件；
2. 光的偏振现象及偏振片的应用。
难点
1. 理解“障碍物或孔尺寸接近波长时易发生明显衍射”的物理内涵；
2. 从横波特性出发构建“只有横波才能发生偏振”的逻辑链条。
教学方法与准备
教学方法
情境探究法、实验探究法、讲授法、合作学习
教具准备
激光笔、单缝板、双缝板、偏振片（两片）、投影屏、PPT课件、手机摄像头、墨镜
教学环节 教师活动 学生活动
情境导入：光影奇观之谜
【5分钟】 一、创设真实情境，激发认知冲突 （一）、播放视频：城市夜景中的灯光衍射现象
教师播放一段提前拍摄的城市夜晚街灯视频，镜头聚焦于透过雨后车窗玻璃上的水珠所形成的彩色光环与模糊光晕。“同学们，请仔细观察这些灯光周围出现了哪些奇特的现象？为什么原本清晰的路灯会变成一圈圈彩色的光晕？”引导学生注意光线绕过水滴边缘扩散开来的情景，提出驱动性问题：“这是否说明光并不总是沿直线传播？”
随后展示另一组图片：摄影师使用偏振滤镜前后拍摄湖面反光的照片对比。“同一片湖面，为何一张照片能看到水下的石头，而另一张却只有刺眼的反光？这其中隐藏着怎样的光学秘密？”
（二）、引出课题，明确学习任务
“今天我们将一起揭开这两个谜题背后的物理原理——它们分别涉及‘光的衍射’与‘光的偏振’。”教师板书课题《4.4 光的衍射和偏振》，并强调：“我们的目标不仅是看懂现象，更要像科学家一样，提出假设、设计实验、寻找证据，最终用物理语言描述这个世界。”引用爱因斯坦的话过渡：“想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世界。”鼓励学生大胆猜想，开启探索之旅。 1. 观看视频，描述所见现象。
2. 思考并回答教师提问。
3. 提出自己的初步猜测。
4. 明确本节课的学习目标。
评价任务 现象描述准确：☆☆☆
问题意识强烈：☆☆☆
参与讨论积极：☆☆☆
设计意图 以贴近生活的高清影像创设沉浸式情境，引发学生强烈的好奇心与探究欲。通过对比鲜明的视觉冲击，制造认知冲突，促使学生主动思考“光是否真的只走直线”，为后续突破传统几何光学观念奠定心理基础。同时融入科学史元素，激励学生以科学家视角开展学习。
实验探究一：触摸“弯曲”的光——衍射现象探秘
【12分钟】 一、重现经典实验，感知衍射存在 （一）、演示激光单缝衍射实验
教师打开红色激光笔，将其对准预先准备的可调宽度单缝装置，后方放置白色投影屏。“现在我将让一束极细的激光穿过这个狭窄的缝隙，大家预测一下，屏幕上会出现什么图案？”邀请学生先做预测，再缓缓调节狭缝宽度至约0.1mm左右，此时屏幕上出现中央亮条纹宽大、两侧对称分布明暗相间条纹的典型单缝衍射图样。“你们看到了什么？和我们之前学过的双缝干涉有何不同？”引导学生观察中央亮纹最宽最亮、条纹间距不等的特点，并与双缝干涉的等间距条纹形成对比。
接着逐渐增大狭缝宽度，直至超过1mm，让学生观察条纹如何逐渐消失，变为一个清晰的光斑。“当缝变宽时，衍射效应减弱甚至看不见了，这说明什么？”启发学生总结：只有当障碍物尺寸与光波长相近时，衍射才显著。
（二）、组织学生分组实验，亲历探究过程
发放简易实验包（含小型激光笔、塑料单缝片、白纸屏），要求每组同学重复上述操作，记录不同缝宽下的现象变化，并绘制草图。“请你们尝试改变入射角度或用手轻微遮挡部分光线，看看能否看到光‘绕’过手指边缘的现象。”鼓励学生自由探索，发现更多细节。教师巡视指导，提醒安全使用激光，避免直射眼睛。
二、建构物理模型，揭示衍射本质 （三）、结合波动理论解释现象
回到讲台，教师用PPT动画模拟水波通过窄缝时的波前弯曲过程。“还记得机械波的衍射吗？当水波遇到小孔时，它会像涟漪一样向四周扩散。”随即切换至光波示意图，“光也是一种波，当它通过足够小的开口时，也会发生类似的‘绕行’行为。”强调惠更斯原理的核心思想：波面上每一点都可视为新的子波源。
进一步讲解：“红光波长约650nm，所以我们需要把缝做到微米级别才能看到明显效果。日常物体太大，因此我们通常认为光走直线。”帮助学生建立尺度概念，理解为何宏观世界中衍射不明显。 1. 观察教师演示实验现象。
2. 动手操作实验器材收集数据。
3. 记录并比较不同条件下的图样。
4. 小组讨论归纳衍射发生条件。
评价任务 实验操作规范：☆☆☆
现象记录完整：☆☆☆
结论归纳合理：☆☆☆
设计意图 通过“演示+实操”双轨推进，确保每位学生都能亲眼见证“光会拐弯”的神奇现象，打破固有认知。采用控制变量法引导学生系统观察缝宽影响，强化科学探究技能。借助类比机械波加深理解，实现知识迁移。整个过程遵循“现象—假设—验证—建模”的科学探究路径，培养学生严谨的思维方式。
思维跃迁：从“绕行”到“横波”——偏振的觉醒
【15分钟】 一、提出新问题：光的振动方向之谜 （一）、设疑启思：所有波都能偏振吗？
教师举起一根长绳，上下抖动形成横波，左右抖动也形成横波，然后穿过垂直栅栏，“只有上下振动的波才能通过，说明横波具有方向性。”再演示弹簧纵波，“无论怎么压缩，都能顺利通过栅栏，说明纵波无方向选择性。”由此引出关键问题：“如果光是一种波，它有没有特定的振动方向？能不能被‘筛选’？”
（二）、开展偏振片互动实验
教师分发两块偏振片给各小组。“请大家先单独透过一片偏振片看教室灯光，再将两片叠在一起旋转其中一片，观察亮度变化。”学生很快发现：当两片透振方向平行时最亮，垂直时几乎全黑。“这种现象叫做‘消光’，说明什么？”引导学生意识到光的振动被限制在某一平面内。
接着用手机闪光灯照射黑板，再用偏振片观察反射光，“你会发现反光区域亮度随旋转而变化，而直接光源不变。这说明反射改变了光的偏振状态！”补充讲解自然光是各个方向振动的集合体，偏振片就像一把‘光学梳子’，只允许特定方向的光通过。
二、构建核心概念：光是横波的确证 （三）、逻辑推理：偏振是横波独有的属性
教师板书：“纵波：振动方向∥传播方向；横波：振动方向⊥传播方向。”结合偏振实验结果指出：“既然我们可以用偏振片‘挡住’某些方向的光，那就意味着光的振动必须垂直于传播方向，否则无法被方向性过滤。”得出结论：“偏振现象为‘光是横波’提供了决定性证据。”
展示太阳光经大气散射后形成的天空蓝光具有部分偏振特性，解释为何戴偏振墨镜能减少眩光。“这就是物理走进生活的魅力所在。” 1. 参与绳波演示观察对比。
2. 操作偏振片观察透光变化。
3. 发现消光现象并尝试解释。
4. 理解偏振与横波的关系。
评价任务 实验现象敏锐：☆☆☆
逻辑推理清晰：☆☆☆
概念转化准确：☆☆☆
设计意图 通过机械波类比架起认知桥梁，使抽象的偏振概念具象化。设计层层递进的实验链：从单片观察到双片叠加再到反射光检测，逐步揭示偏振的本质。强调“偏振是横波特有现象”这一核心逻辑，不仅传授知识，更训练学生基于证据进行推理的能力。联系实际应用，凸显物理学的社会价值。
综合应用：破解初始谜题
【8分钟】 一、回归起点，解答导入疑问 （一）、解析雨夜灯光衍射成因
教师再次播放开头视频片段，引导学生运用所学知识解释：“雨滴附着在玻璃上形成微小液膜或凸起，相当于无数个微型障碍物或孔洞，当尺寸接近可见光波长时，就会发生明显的衍射，导致光线向外扩散形成光环。”配合示意图说明不同颜色光因波长不同衍射程度各异，从而产生彩色条纹。
（二）、阐明偏振滤镜工作原理
“湖面反光主要是水平方向振动的偏振光，偏振镜设置为垂直透振方向即可将其大部分过滤掉，从而看清水下景物。”教师拿出墨镜实物演示旋转效果，“这就是为什么钓鱼者喜欢戴偏振眼镜。”延伸介绍3D电影眼镜利用左右眼不同偏振态实现立体成像的技术原理。
二、拓展视野：现代科技中的偏振应用 （三）、介绍液晶显示器（LCD）中的偏振结构
PPT展示LCD屏幕内部结构图：两块正交偏振片夹着液晶层。“液晶分子在外加电压下改变排列，从而调控光的通过与否，实现像素点亮灭。”强调：“没有偏振技术，就没有今天的平板电视和智能手机。”激发学生对科技创新的兴趣。 1. 运用知识解释导入现象。
2. 理解偏振在生活中的应用。
3. 认识科技背后的物理原理。
4. 分享个人相关经验体会。
评价任务 知识迁移灵活：☆☆☆
解释逻辑严密：☆☆☆
联系实际紧密：☆☆☆
设计意图 首尾呼应，闭环教学。让学生体验“发现问题—探究原理—解决问题”的完整科学历程，增强成就感。通过解析真实案例，检验知识掌握情况，促进深度理解。引入前沿科技应用，拓宽学科视野，体现“物理即生活”的教育理念，培育学生的社会责任感与创新意识。
课堂总结：光的语言，世界的密码
【5分钟】 一、结构化回顾核心知识 （一）、梳理本课三大主线
教师带领学生共同回顾：“今天我们解锁了两种非凡的光学现象：一是光的衍射——当遇到微小障碍时，光会选择‘绕道而行’，这是波动性的又一力证；二是光的偏振——光并非杂乱无章地振动，而是有着明确的方向偏好，这一特性让我们确认了光是横波；三是这些原理如何悄然改变着我们的日常生活。”
板书关键词：衍射条件（d≈λ）、图样特征（中央最宽）、偏振定义（振动方向受限）、横波特有、应用实例（滤镜、LCD）。
二、升华情感，点燃科学理想 （二）、诗意结尾，寄托育人期望
“每一缕光都在诉说着宇宙的秘密。衍射告诉我们，即使是最微小的缝隙，也无法阻挡光的脚步；偏振启示我们，看似混沌的世界背后，往往蕴藏着有序的方向。正如法国作家罗曼·罗兰所说：‘世界上只有一种真正的英雄主义，那就是认清生活的真相后依然热爱它。’愿你们也能像光一样，在人生的道路上既保持前行的坚定，也不失转弯的智慧；既能穿透迷雾，也能识别方向。让物理的眼光，照亮你们探索未知的旅程。” 1. 跟随教师复述知识点。
2. 整理笔记完善知识结构。
3. 领悟物理蕴含的人生哲理。
4. 表达对未来学习的期待。
评价任务 知识框架清晰：☆☆☆
语言表达流畅：☆☆☆
情感共鸣强烈：☆☆☆
设计意图 采用“结构化+升华式”双重总结策略，既巩固知识体系，又提升精神境界。通过精炼的语言提炼核心要点，帮助学生形成清晰的知识网络。结尾引用名言并赋予物理现象人文意蕴，实现学科育人目标，激发学生对科学之美与生命之美的双重感悟。
作业设计
一、基础巩固：填空与选择
1. 光的衍射是指光在传播过程中遇到障碍物或小孔时，偏离__________传播的现象。
2. 发生明显衍射的条件是：障碍物或孔的尺寸与光的波长__________。
3. 单缝衍射图样中，中央亮条纹宽度最______，亮度最______。
4. 下列现象中属于光的衍射的是（ ）
　A. 雨后彩虹　　 B. 肥皂泡上的彩色条纹
　C. 透过羽毛看灯出现彩色条纹　　D. 水面上的油膜呈现彩色
5. 关于光的偏振，下列说法正确的是（ ）
　A. 自然光就是偏振光
　B. 偏振片只能透过某一方向振动的光
　C. 光的偏振现象说明光是纵波
　D. 湖面反光是自然光，无需偏振镜即可完全消除
二、实践探究：家庭小实验
请利用家中两张老式计算器的液晶显示屏（可拆下偏振膜）或购买简易偏振片，完成以下任务：
1. 观察日光灯、手机屏幕、电视机等光源的偏振特性，记录哪些光源发出的是偏振光；
2. 将两片偏振片叠放，旋转其中一片，画出透射光强随角度变化的示意图；
3. 拍摄一组照片：戴/不戴偏振墨镜观察水面、玻璃窗反射光，附简短说明。
（注：可提交图文报告，优秀作品将在班级展示）
【答案解析】
一、基础巩固
1. 直线
2. 相近或相当时
3. 宽、亮
4. C （解析：A为折射色散，B、D为薄膜干涉）
5. B （解析：A错，自然光非偏振；C错，说明是横波；D错，不能完全消除）
二、实践探究
1. 手机、电脑屏幕等LCD设备发出的光通常是偏振光；普通日光灯为自然光。
2. 图形应呈余弦平方关系，0°和180°最亮，90°和270°最暗。
3. 戴偏振镜后反射眩光明显减弱，可提高画面清晰度。
板书设计
《光的衍射和偏振》
───────────────────────
一、光的衍射
1. 现象：光绕过障碍物 → 屏上出现明暗条纹
2. 条件：d ≈ λ （微米级）
3. 图样特点：中央最宽最亮，非等间距
4. 本质：波动性表现（惠更斯原理）
───────────────────────
二、光的偏振
1. 自然光：各方向振动均匀
2. 偏振光：仅某一平面内振动
3. 偏振片作用：选择性透过
4. 意义：证明光是横波！
───────────────────────
三、应用举例
摄影滤镜减反光
LCD显示技术
3D电影成像
教学反思
成功之处
1. 以真实影像导入，极大提升了学生的兴趣与代入感，课堂气氛活跃，提问踊跃；
2. 实验设计层次分明，既有教师精准演示，又有学生自主探究，有效落实科学探究素养；
3. 结合生活实例与现代科技，实现了从知识到能力再到价值观的多维提升。
不足之处
1. 部分小组因激光笔功率较低，衍射图样不够清晰，影响观察效果；
2. 对“为什么只有横波能偏振”的逻辑推导部分节奏稍快，个别学生反映理解吃力；
3. 时间分配上略显紧张，最后拓展环节未能充分展开讨论。
改进方向：今后可提前测试实验器材亮度，必要时改用投影放大图像；对于抽象推理部分，增加动画慢放与师生问答互动，确保多数学生跟上思维节奏。

展开更多......

收起↑