第十三章第5节《光的衍射》教案.doc

13.5光的衍射【教学目标】(一)知识与技能1、知道光的衍射现象，及光通过狭缝和圆孔的衍射条纹特点，知道光产生明显衍射的条件。2、能用相关知识对生活中的有关现象进行解释和分析，能区别干涉条纹和衍射条纹(二)过程与方法引导学生与以前学过的机械波的衍射进行类比，进行自主学习，再通过演示实验结合投影片分析讲解，启发学生积极思考思考、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。(三)情感态度与价值观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；另外通过学习让学生知道科学研究必须重视理论的指导和实践的勤奋作用；【教学重点与难点】光的衍射条纹特点及发生明显的光的衍射现象的条件。光的干涉条纹和衍射条纹的异同。【教学过程】（一）引入1、在上一节中，我们通过杨氏干涉实验学习了光的干涉，证明了光是一种波，托马斯杨是怎样解决相干光源的问题的？2、若用红光来做干涉实验，观察到的干涉图样是怎样的？3、相邻两条明（暗）条纹中线的间距与哪些因素有关？师：既然光是一种波,为什么我们日常生活中观察不到光的衍射现象,而常常看到的是光沿着直线传播的呢?我们这节课就来解决这个问题。（二）新课教学一、光的衍射现象提问1：什么是波的衍射？提问2：产生明显的波的衍射要具备什么样的条件？可见光的波长约是多少？（波产生明显衍射的条件是障碍物或小孔的尺寸跟波长相差不多；可见光的波长只有十分之几微米）引导学生根据以上知识，思考：怎样才能观察光的衍射现象？设置实验装置。（必须使点光源（或线光源）发出的光通过非常小的孔（或是非常窄的狭缝）师（小结）：从前面讲的光的干涉实验知道，光的波长很短，只有十分之几微米，通常的物体都比它大得多，因此很难看到光的衍射现象但是只有当光射向一个针孔、一条狭缝、一根细丝时，才可以清楚地看到光的明显衍射现象做一做：用两只笔平行放置观察日光灯，逐渐减小两只笔之前的缝的宽度，有什么现象发生？为什么会观察到彩色条纹呢？光的单缝衍射演示：我们用实验进行观察在不透光的挡板上安装有一个宽度可以调节的狭缝，缝后放一个光屏(图1913)用平行单色光照射狭缝，我们看到，当缝比较宽时，光沿着直线方向通过狭缝，在屏上产生一条跟缝宽相当的亮线但是，当缝调到很窄时，尽管亮线的亮度有所降低，阴影区和亮区的边界变得模糊；继续减小缝宽光明显地偏离直线传播进入几何阴影区，屏幕上出现明暗相间的衍射条纹这表明，光没有沿直线传播，它绕过了缝的边缘，传播到了相当宽的地方这就是光的衍射现象对比单缝衍射图样，总结单缝衍射条纹的特征（引导学生归纳）1、光的单缝衍射（1）条纹特征：明暗相间的条纹。中央条纹最亮、最宽，两边的亮纹亮度渐暗，宽度渐窄。引导学生讨论：光发生明显衍射条件生：缝足够窄。观察：课本P60图13.52（如右图所示）提问：用红光做衍射实验时，缝变窄的过程中，衍射条纹中，中央亮纹的宽度与亮度如何变化？生：缝变窄了，衍射现象更明显了，因此中央亮纹的宽度变宽。师补充：但通过的光能少了，亮度会降低观察：缝宽a=0.4mm时蓝光的衍射图样。提问：红光和蓝光的衍射图样有什么区别？红光和蓝光又有什么区别？可以有什么样的结论？生：红光衍射图样的中央亮条纹比蓝光衍射图样的中央亮条纹要亮？ 红光的波长比蓝光的波长要长。结论：光的波长越长，中央亮条纹越宽，衍射现象越明显。提问：为什么前面我们透过两只笔间狭缝看日光灯能看到彩色条纹？学生：白光是由七种色光组成的，七种色光的波长不同，形成的衍射条纹中央亮条纹的宽度不同，就会引起光的色散。（色散的知识我们第七节再来着重研究）（2）如图所示，比较下图中红光和蓝光的衍射和干涉条纹，思考：光的衍射条纹和干涉条纹有什么异同？引导学生归纳：衍射条纹：中央亮纹宽而亮，两侧条纹具有对称性，亮纹较窄、较暗，且波长越长，中央亮纹越宽干涉条纹：条纹等间距，亮度几乎相同，两边有衰减，且同样波长越长，亮纹间距越宽。2、小孔衍射（1） 圆孔衍射 演示小孔衍射：孔由大到小调节，当光照射具有较大圆孔的挡板AB，在后面的屏上就得到一个圆形亮斑，它的直径可以按照光的直线传播的规律作图得到(图1914甲、乙)但是，如果圆孔缩小到一定程度，可以在屏上看到，光所达到的范围会远远超过它沿直线传播所应照明的区域(图1914丙)这就是圆孔的衍射现象条纹特征：明暗相间的圆环，圆心处为一亮斑。（引导学生讨论发生明显衍射现象的条件是孔很小）教师简单分析衍射的形成原因：同学们可能已经注意到，在单缝衍射和圆孔衍射的照片中，都有一些亮线和暗线这是由于当光传播到狭缝或圆孔上时，可把狭缝或小孔看成许许多多个点光源，这些点光源发出的光在空间传播相遇叠加，在光屏处叠加后光波加强或者削弱的结果，决定了屏幕上各点位置的明暗情况。这个道理和两列光干涉时的道理相似如果用白光做衍射实验，得到的亮线是彩色的，这也是由于不同波长的光在不同位置得到了加强3、圆屏衍射泊松亮斑阅读课本P61科学足迹图中是一个不透光的圆板的影，要特别注意中心的亮斑，它是光绕过盘的边缘在这里叠加后形成的关于这个亮斑还有一段有趣的故事后人为了纪念这个有意义的事件，把这个亮斑称为泊松亮斑说明实验是理论的极其精彩的论证。物理理论离不开实验的验证，物理实验也离不开物理理论的指导，科学研究必须重视理论的指导作用和实践的检验作用。（1） 衍射图样：明暗相间的不等距的同心圆环，中心有一个亮斑（泊松亮斑） （2） 衍射条件：屏的尺寸接近波长或比波长还要小4、白光做衍射实验，得到的单缝衍射条纹是中央为白色亮纹，最宽最亮。两侧的亮纹是彩色的。小孔衍射条纹是彩色的圆环。这都是由于不同波长的光在不同位置得到了加强根据单缝和小孔衍射两个实验，组织学生思考、讨论两个问题：一是什么叫光的衍射？二是发生明显衍射现象的条件是什么？二、光的衍射1、概念：光离开直线路径绕到障碍物的阴影里去的现象2、发生明显衍射现象的条件是：障碍物或小孔的尺寸跟波长相差不多或比光的波长小。各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射，致使影的轮廓模糊不清，出现亮暗相间的条纹观察课本P60图13.5大头针的影，可以在它的边缘看到由于衍射产生的条纹设疑：光发生了衍射现象与我们前面所学的光沿直线传播二者相矛盾吗？引导学生仔细阅读教材P60，尝试回答这个问题。3、“光沿直线传播”只是一种特殊情况。光在没有障碍物的均匀介质中是沿直线传播的在障碍物的尺寸比光的波长大得多的情况下，衍射现象不明显，也可认为光是沿直线传播的，但是，在障碍物的尺寸可以跟光的波长相比，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象十分明显，这时就不能说光沿直线传播了三、衍射光栅引导学生自学课本第62页，了解什么是衍射光栅衍射光栅是由许多等宽的狭缝等距离的排列起来形成的光学仪器。可分为透射光栅和反射光栅.衍射光栅是一种非常重要的光学元件。衍射光栅通过有规律的结构，使入射光的振幅或相位（或两者同时）受到周期性空间调制。衍射光栅在光学上的最重要应用是作为分光器件，常被用于单色仪和光谱仪上。(三)课堂小结1、什么是光的衍射现象？单色光的衍射图样有什么特征？(说出它与双缝干涉图样的区别)2、光能够发生衍射，是不是意味着“光沿直线传播”的结论是完全错误的？(“光沿直线传播”只是一种特殊情况)例1、下面四种现象中，哪些不是光的衍射现象造成的：A通过游标卡尺观测两卡脚间狭缝中发光的日光灯管，会看到平行的彩色条纹；B不透光圆片后面的阴影中心出现一个亮斑；C太阳光照射下，架在空中的电线在地面上不会留下影子；D用点光源照射小圆孔，后面屏上会出现明暗相间的圆环练习1、（2000上海）单色光源发出的光经一狭缝，照射到光屏上，可观察到的图象是（ ）练习2、如图所示是用游标卡尺两测脚间的狭缝观察日光灯光源时所看到的四个现象.当游标卡尺两测脚间的狭缝宽度从0.8mm逐渐变小时,所看到的四个图像的顺序是 .练习3、如图所示是做双缝干涉实验的示意图。先做操作1：用两块红色、蓝色的滤色片分别挡住双缝屏上、下两半I和。接着再做操作2：用不透明的挡板挡住b缝。先后用两块滤色片一块是红色，一块是蓝色挡住a，则甲、乙、丙、丁分别是哪次操作中的什么光？【强化训练】1、用一只灯泡照亮一个带有孔径可调的圆孔的遮光板，如果圆孔的直径由几厘米逐渐减小到零，则遮光板后面光屏上：先出现（ ），接着出现（ ），再出现（ ），最后是（ ）2、用红光进行双缝干涉实验时，如果用不透光的纸遮住其中的一条缝，则屏上出现（ ）A、无条纹，只是一片红光； B、既无条纹，也不是一片红光，而是光源的像C、原干涉条纹形状不变，只是亮度减弱 D、仍然有明暗相间的条纹，但与原来的不一样3、用游标卡尺观察单缝衍射现象时，把缝宽由0.2mm逐渐增大到0.8mm，看到的现象是：（ ）A、衍射条纹的间距逐渐变小，衍射现象逐渐不明显；B、衍射条纹的间距逐渐变大，衍射现象越来越明财C、衍射条纹的间距不变，只是亮度增强 D、以上现象都不会发生4、关于光的衍射现象，下面说法正确的是（ ）A、红光的单缝衍射图样是红黑相间的直条纹B、白光的单缝衍射图样是白黑相间的直条纹C、光照到不透明小圆盘上出现泊松亮斑，说明发生了衍射D、光照到较大圆孔上出现大光斑，说明光沿直线传播，不存在光的衍射【作业】1、 完成课本后面的练习；2、完成学海导航相关练习