高二物理光的衍射教案
一、教材分析
《光的顏色 色散》是人教版高中物理選修3-4第13章第五節(jié)的教學(xué)內(nèi)容，主要認(rèn)識光的衍射以及衍射光柵的原理。
二、教學(xué)目標(biāo)
1、知識目標(biāo)
(1)通過實(shí)驗(yàn)觀察，讓學(xué)生認(rèn)識光的衍射現(xiàn)象，知道發(fā)生明顯的光的衍射現(xiàn)象的條件，從而對光的波動性有進(jìn)一步的認(rèn)識.
(2)通常學(xué)習(xí)知道幾何光學(xué)中所說的光沿直線傳播是一種近似規(guī)律.
2、能力目標(biāo)
(1)通過討論和對單縫衍射裝置的觀察，理解衍射條件的設(shè)計(jì)思想.
(2)在認(rèn)真觀察課堂演示實(shí)驗(yàn)和課外自己動手觀察衍射現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生比較推理能力和抽象思維能力.
3、情感、態(tài)度和價值觀目標(biāo)：
通過泊松亮斑等科學(xué)小故事的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生堅(jiān)定的自信心、踏實(shí)勤奮的工作態(tài)度和科學(xué)研究品德.
三、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)
1、教學(xué)重點(diǎn)
單縫衍射實(shí)驗(yàn)和圓孔衍射實(shí)驗(yàn)的觀察以及產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件.
2、教學(xué)難點(diǎn)
衍射條紋成因的初步說明.
四、學(xué)情分析(根據(jù)個人情況寫)
五、教學(xué)方法
1.通過機(jī)械波衍射現(xiàn)象類比推理，提出光的衍射實(shí)驗(yàn)觀察設(shè)想.
2.通過觀察分析實(shí)驗(yàn)，歸納出產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件以及衍射是光的波動性的表現(xiàn).
3.通過對比認(rèn)識衍射條紋的特點(diǎn)及變化，加深對衍射圖象的了解.
六、教學(xué)用具
JGQ型氦氖激光器25臺，衍射單縫(可調(diào)縫寬度)，光屏、光柵衍射小圓孔板，兩支鉛筆(學(xué)生自備)，日光燈(教室內(nèi)一般都有)，直徑5 mm的自行車軸承用小鋼珠，被磁化的鋼針(吸小鋼珠用)，投影儀(本節(jié)課在光學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行).
七、課時安排：1課時
八、教學(xué)過程
(一)預(yù)習(xí)檢查、總結(jié)疑惑
復(fù)習(xí)水波的衍射
[投影水波衍射圖片(試驗(yàn)修訂本第二冊P14圖1026，1027)]
[師]請大家看這幾幅圖片，回憶一下相關(guān)內(nèi)容，回答下面兩個問題：
1.什么是波的衍射?
2.圖1027中哪一幅衍射現(xiàn)象最明顯?說明原因.
[生1](議論后，一人發(fā)言)波能繞過障礙物的現(xiàn)象叫波的衍射.圖1027中丙圖衍射最明顯，因?yàn)檫@里的孔寬度最小.
[師]前一個問題回答得很好，后一個問題有沒有同學(xué)還有其他看法?
[生2]我認(rèn)為丙圖中孔的尺寸雖然是最小，但不一定就是發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的原因，我們應(yīng)該用它跟波長比.
[師]很好，大家一起來說說發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是什么?
[生總結(jié)]障礙物或孔的尺寸比波長小或者跟波長相差不多.
(二)情景導(dǎo)入、展示目標(biāo)
光的衍射實(shí)驗(yàn)
[師]通過上一節(jié)課光的干涉的學(xué)習(xí)，我們知道光是具有波動性的，光既然是一種波，那么在傳播過程中也應(yīng)該具有衍射的現(xiàn)象，大家有沒有見過光的衍射現(xiàn)象呢?能舉出例子嗎?
(學(xué)生討論后，一致認(rèn)為，光波也應(yīng)有衍射本領(lǐng)，但無法舉出例子)
[師]根據(jù)我們剛才復(fù)習(xí)的明顯衍射現(xiàn)象的條件，大家說說看，為什么平時我們不易觀察到光的衍射?
[生]可能是因?yàn)楣獠úㄩL很短，而平常我們遇到的障礙物或孔的尺寸比較大，所以不易觀察到光的衍射現(xiàn)象.
[師]很有道理，大家來想想辦法解決這一問題.
(三)合作探究、精講點(diǎn)撥
(學(xué)生討論，設(shè)計(jì)出多種實(shí)驗(yàn)觀察方案，絕大部分著眼于發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件，教師加以肯定鼓勵)
[實(shí)驗(yàn)觀察]
安排學(xué)生根據(jù)上面的設(shè)想，自制單縫和小孔.
1.用單縫觀察日光燈光源.
2.用小孔觀察單色點(diǎn)光源.
[師]請大家認(rèn)真觀察，然后告訴我你看到的現(xiàn)象.
(學(xué)生回答基本上有兩類現(xiàn)象，一是觀察到了單一的一條亮線或一個圓形亮點(diǎn)，二是觀察到比較模糊的明暗相間的線狀或環(huán)狀條紋)
[師]大家做得很認(rèn)真，有幾位同學(xué)已成功地觀察到了光的衍射現(xiàn)象，現(xiàn)在我們再用更好的裝置來一起觀察一下光的衍射現(xiàn)象.
[教師演示]
在不透明的屏上裝有一個寬度可以調(diào)節(jié)的單縫，用氦氖激光器照射單縫，在縫后適當(dāng)距離處放一光屏，如右圖2019所示.
調(diào)節(jié)單縫寬度演示，得出下列結(jié)果.
縫寬 較寬 較窄 很窄 極窄 關(guān)閉
屏上現(xiàn)象 一條較寬亮線 一條較窄亮線 亮線變寬、變暗并出現(xiàn)明暗相間條紋 明暗條紋清晰、細(xì)小 條紋消失
[師]請大家將我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與課本圖208的幾幅照片比較，總結(jié)一下光要發(fā)生明顯的衍射應(yīng)滿足什么條件.
[生]當(dāng)狹縫的寬度比波長小或跟波長差不多時，光偏離了直線傳播方向，發(fā)生了明顯的衍射.
光的衍射現(xiàn)象
[師]大家通過實(shí)驗(yàn)觀察看到，光在傳播過程中能離開直線繞過障礙物到達(dá)陰影里去，這一現(xiàn)象叫做光的衍射現(xiàn)象.衍射時產(chǎn)生的明暗條紋叫做衍射圖樣.其實(shí)，不僅單縫，還有圓孔，多條平行狹縫以及各種不同形狀的障礙物都能使光發(fā)生衍射.同機(jī)械波的衍射一樣，光發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是：障礙物或孔的尺寸可以跟光的波長相比，甚至比光的波長還小.
[師]下面我們再來觀察一下圓孔和光柵的衍射現(xiàn)象.
(教師演示，將單縫分別換成圓孔和光柵，可以在屏上觀察到清楚的明暗相間的圓環(huán)和清晰的明暗相間的條紋.)
[師]同學(xué)們已經(jīng)注意到，在衍射現(xiàn)象中，常有一些亮線和暗線，據(jù)此大家來猜猜原因.
[生]在干涉現(xiàn)象中我們也觀察到明暗相間的條紋，我想這里的道理應(yīng)該跟在干涉現(xiàn)象中差不多.
[師]猜想有道理.其實(shí)在光的衍射現(xiàn)象中，來自單縫或圓孔上不同位置的光，到光屏處的路程差滿足一定的.特點(diǎn)，疊加時加強(qiáng)或減弱，形成明暗相間的條紋，這確實(shí)跟光的干涉原理是相似的，大家再考慮一下，如果用白光做衍射實(shí)驗(yàn)，條紋會怎樣呢?
[生]條紋應(yīng)該是彩色的，因?yàn)椴煌獠ㄩL不同，在疊加時形成條紋位置也不一樣，疊合時形成彩色.
[師]回答得非常好，大家明白了嗎?
[生]明白.(教師指導(dǎo)學(xué)生用兩支鉛筆并攏觀察日光燈衍射條紋)
光的衍射現(xiàn)象證明光具有波動性
[師]在光的本性認(rèn)識的歷史上有過一個泊松亮斑的故事，請大家來讀一讀.(學(xué)生閱讀課文后的閱讀材料)
[師]大家想不想看看這個亮斑?
[生]想.
(教師演示，用被磁化的鋼針吸一粒鋼珠，懸起，使激光束與鋼珠球心在同一直線上，圖2020就能在屏上觀察到鋼珠暗影中心有一亮斑，即泊松亮斑.)
[師]著名物理家泊松根據(jù)物理學(xué)家菲涅耳提出的波動理論推算出圓板陰影的中心應(yīng)該是一個亮斑，想借此駁倒菲涅耳的波動理論，菲涅耳與阿拉果接受了泊松的挑戰(zhàn)，通過多次實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)圓板中心確有一個亮斑.這樣泊松亮斑實(shí)驗(yàn)就成了光的波動理論的精彩驗(yàn)證.大家從這個故事得到什么啟發(fā).
[生1]實(shí)驗(yàn)對物理研究有重要作用.
[生2]遇到別人的責(zé)疑，要冷靜面對，不要輕易放棄自己的立場或觀點(diǎn).
[生3]科學(xué)要堅(jiān)持真理，實(shí)事求是.
(學(xué)生的回答很全面，教師要及時肯定鼓勵)
光的衍射圖樣
[師]除了前面實(shí)驗(yàn)觀察到的衍射圖樣外，課本還為我們提供了一些，請大家認(rèn)真研究和比較，總結(jié)它們各自的特點(diǎn).
(指導(dǎo)學(xué)生閱讀課本圖2010以及首頁彩圖2，并討論干涉、衍射圖樣的異同)
[生]單色光的雙縫干涉圖樣是等距的明暗相間的條紋，亮條紋強(qiáng)度向兩邊逐漸減弱且較慢，單色光的衍射圖樣中間一條亮紋較寬較亮，兩邊是對稱的明暗相間的條紋，亮條紋強(qiáng)度向兩邊逐漸減弱且較快，白光單縫衍射條紋中間是白色的，兩邊是減弱很快的彩色條紋.
[師]總結(jié)得很好.
(四)反思總結(jié)，當(dāng)堂檢測。
(五)發(fā)導(dǎo)學(xué)案、布置預(yù)習(xí)。
1.課本練習(xí)二(1)(2)
2.課后用太陽光作光源，想出一些辦法觀察衍射現(xiàn)象，描述現(xiàn)象并分析.
九、板書設(shè)計(jì)
光的衍射
1、實(shí)驗(yàn) 自制障礙物觀察光能發(fā)生衍射現(xiàn)象
單縫衍射現(xiàn)象(投影)圓孔衍射
光發(fā)生明顯衍射的條件(投影)
2、光的衍射現(xiàn)象進(jìn)一步證明光具有波動性
3、光的衍射圖樣
雙縫干涉圖樣特點(diǎn)：等間距、明暗相間、強(qiáng)度向兩邊漸弱
單縫衍射圖象特點(diǎn)：中間較寬較亮，向兩邊對稱漸暗
十、教學(xué)反思(根據(jù)實(shí)際情況寫)
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