高中物理 光衍射教案 新人教版选修3-4
时间：2020-10-24 08:34:01 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
高中物理 光的衍射教案 新人教版选修3-4
【教学目的】
1．了解光的衍射概念及衍射现象与波长、缝宽的关系；
2．培养学生的动手能力，并使学生明白利用日常普通材料也能做出高层次、高水平的好实验；
3．使每位学生都获得一次难以忘怀的“物理美”的享受。
【教学重点】
了解光的衍射概念及衍射条件，培养学生的动手能力与观察能力。
【教具准备】
水波衍射挂图，感应圈及电源，单丝白炽灯、红灯、蓝灯各一盏，单面刀片，纸片，玻璃片，自制光的衍射观察片（包括铝箔单缝，纸小孔，薄纱巾片，丝袜片，透明纸等）。
【教学过程】
一、导入课题
1．出示水波衍射教学挂图，唤起学生对机械波衍射的回忆：“一切波都能发生衍射，通过衍射，把能量传到阴影区域。”
板书上述结论。
2．请学生解释“隔墙有耳”这句话的物理含义。
学生答：这是声波绕过了墙，使墙另一边的人听到了谈话声，是声波的衍射现象。
水波、声波都会发现衍射现象。那么，光也会产生衍射现象吗？
二、单缝衍射
1．教师直接讲述光通过可调狭缝所发生的物理现象，并画出下列量变质变示意图：［见图1中（l）（2）（3）三图］
（l）缝较宽时，光沿着直线传播，阴影区和亮区的边界清晰；
（2）缝较狭时，阴影区和亮区的边界变得模糊；
（3）缝很狭时，光明显地偏离直线传播，进入几何阴影区，说明光通过很狭的缝也会产生衍射。
2．“耳听为虚，眼见为实”，现在请大家自己来观察光的衍射现象。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。并在讲台左右各放一盏红灯与蓝灯。
（l）先点亮红灯，请大家用二种宽度不同的单缝观察红灯，记录衍射图样；然后再点亮蓝灯，请大家用同一单缝分别观察红灯与蓝灯，同样记下衍射图样。
（2）邀请二位学生板画衍射图样，甲同学用红粉笔画出二种不同缝宽的衍射图样；乙同学分别用红、蓝二色粉笔画出同一缝宽时红灯与蓝灯的衍射图样。
经集体补充、修正得如下衍射图样：
同一光源（红光）的衍射图样：[见图2（a）]
同一单缝的衍射图样：见[图2（b）]
（3）教师问：通过狭缝观察白炽灯会看到什么现象？
部分学生根据对红灯、蓝灯的观察，结合板画会很快得出色散现象，明暗条纹将变成彩色条纹。细心的学生还会推出彩条的外侧呈红色，靠近光源的内例呈紫色。
点亮白炽灯，检验分析结果，正确。
小结并板书：
（l）什么叫光的衍射？
光离开直线路径绕到障碍物阴影区里去的现象。
衍射光强按一定规律分布，形成明暗相间的条纹叫做衍射图样。
（2）衍射条件与规律：
障碍物的尺寸接近波长甚至比波长还要小时，就可以看到明显的衍射现象。
波长一定时，单缝越狭，中央条纹越宽，各条纹的间隔也越大；
单缝不变时，光波波长越大，中央条纹也越宽，各条纹间隔也越大（结合前面的板画及课本的插图归纳，学生理解这个结论）。
3．学生自制纸单缝观察白炽灯。请小组长协助分发刀片、纸片、玻璃片。教师先作示范，把纸片放到玻璃片上，用刀片划4~6刀，用力以刻透为度，用此纸单缝，学生一定能在一条或几条缝上，一处或多处立即看到色彩鲜艳的衍射图像。观看时指导学生适当牵拉纸边以改变缝的宽度，注意衍射图样的变化，并与板书小结相对照。
三、图孔衍射
设问：狭缝会产生衍射，则圆孔会怎样呢？
1．把单缝衍射迁移到圆孔衍射，通过狭缝到小圆孔的几何演变，推测圆孔衍射图样。
光通过狭缝绕向左右两侧，通过小孔将绕向四周。学生会猜测出圆孔衍射图样呈明暗环状分布。
2．当即分发圆孔衍射观察片，请学生观察，结果果然如此，和猜想一致。
这些孔径大小合适的观察片是怎样获得的？说明小孔的制作方法，并现场制作，活跃课堂气氛。给感应圈通电，两放电极相距5~6厘米左右，插入纸片，放电数秒钟后纸片上会留下孔径大小不同的一些火花孔。
把现场制作的观察片分给学生，观察衍射现象。
3．教师：我们为什么不用钢针直接刺小孔，而用电火花打孔？
启发学生答出：针刺孔较大，衍射不明显，火花孔小衍射明显。教师补充：针刺孔边缘有纤维毛、会影响效果。
教师进一步指出：虽然孔或缝越小衍射越显著，条纹间距大，但事物总是辩证的，增大衍射条纹间距是以降低亮度为代价的。通常我们是用眼睛观察衍射现象，因而孔或缝也不能太小，否则图像太暗不利于眼睛观察。通过用不同孔径火花小孔的衍射观察，学生易理解这点。
四、利用常见材料观察光的衍射现象
除了单缝和小孔衍射外还有别的常见衍射吗？
从单缝、小孔启发学生寻找具有缝隙、小孔之类的物品。学生会提到窗纱、筛网一类的物品，教师指出其缝太宽孔太大，从而引导到薄纱巾及丝袜，指出这些织物更精细，缝较窄孔较小。纱巾孔、丝袜孔与单缝、圆孔有着一定的联系。
它们可能产生光的衍射吗？
教师先提供薄纱巾片、丝袜片再提供透明纸片，请学生观察，并请学生记录描画出它们的各式衍射图样：
多数学生感到新奇，这么普通的材料，竟能变出那么漂亮的图样，课堂气氛达到了高潮。
教师：光的衍射确实是一个很普遍的物理现象。然而，却有许多应用，如电影电视中常见的十字光芒，它给画面增加了不少的生气。不了解底细的人以为摄影师有什么特技，其实只需在镜头上蒙上一片或几片纱巾，利用了光的衍射。大家不妨用这种简易方法拍摄街头夜影、舞台照片，很容易得到一幅光芒四射、色彩亮丽、别具风味的照片（出示照片）。另外有一种CD唱机，把激光二极管产生的红外激光束经单缝衍射，利用中央光束拾取数据信号，二侧衍射光束进行循迹跟踪，设计简单巧妙，可谓一举二得。
五、泊松亮斑
教师：前面我们看到的衍射还算不上是最奇特的，光的衍射还有一个更不可思疑的奇异现象——泊松亮斑。
简要说明泊松亮斑的产生及衍射图样，指出光绕到了阴影区的中心，使得阴影中心出现亮斑。然后请学生阅读课文233页及插页泊松亮斑照片。
教师：油松亮斑不但使我们欣赏到了一种奇异美，而且这个一波三折的历史故事还告诉了我们这样一个事实：任何物理理论都必须经过实验检验，实验是检验理论的标准。这个道理是有普遍意义的，希望同学们重视实验，重视实践。
六、结束语
光的衍射在物理学中虽然是属于较高层次的知识，其成像原理我们高中阶段还无法分析，但是今天我们自己动手，却用简单的方法观察到了复杂的物理现象；用普通的材料获得了千姿百态、色彩缤纷的衍射图像，深深感受到了物理之美。给我们留下了一份难忘的记忆。今后，无论走到哪里，当你见到美丽的衍射图像时，自然会令你想起在高中时期，曾经有过一次难得的：“物理美”的享受。
同学们，物理并不遥远，它就在我们身边，我们利用身边的材料可以做出许多好的实验。请大家去想一想、找一找，还有哪些常见材料也会产生漂亮、新奇的衍射图像。
