2024-2025学年高中物理 第十三章 光 5 光的衍射教学实录 新人教版选修3-4

2024-2025学年高中物理第十三章光5光的衍射教学实录新人教版选修3-4课题：科目：班级：课时：计划1课时教师：单位：一、教学内容教材章节：第十三章光

内容：光的衍射现象，包括衍射现象的基本概念、衍射的条件、衍射图样的特点，以及单缝衍射和圆孔衍射的计算方法。二、核心素养目标1.培养学生的科学思维，通过光的衍射现象，使学生学会运用物理模型分析和解释自然现象。

2.提升学生的科学探究能力，通过实验探究光的衍射规律，培养学生的实验操作和数据分析能力。

3.增强学生的科学态度与责任，理解科学知识的应用和科学精神的重要性。三、教学难点与重点1.教学重点

-重点理解光的衍射现象的基本概念，包括波的衍射和光的衍射的区别。

-理解单缝衍射和圆孔衍射的原理，能够运用公式计算衍射条纹的位置。

-掌握如何根据衍射图样判断衍射孔径的大小。

2.教学难点

-难点在于理解光的衍射现象的物理本质，特别是波的衍射和光的衍射的区别。

-难以掌握单缝衍射公式中的各个物理量的关系，如波长、衍射角、屏幕距离等。

-在实际操作中，如何准确测量衍射条纹的位置，以及如何处理实验数据。四、教学资源准备1.教材：确保每位学生都有《人教版选修3-4》教材。

2.辅助材料：准备光的衍射现象相关图片、动画视频、衍射图样图表。

3.实验器材：准备单缝衍射实验装置，包括激光笔、狭缝板、屏幕、光具座等。

4.教室布置：设置实验操作台，并划分小组讨论区域，便于学生合作学习。五、教学过程设计**用时：45分钟**

**一、导入环节（5分钟**）

1.**创设情境**：展示自然界中光衍射现象的图片，如水面的波纹、日食的边缘等，引发学生思考。

2.**提出问题**：引导学生思考什么是光的衍射，为什么会出现这种现象？

3.**讨论交流**：学生分组讨论，分享自己对光的衍射现象的理解和猜想。

4.**用时**：5分钟

**二、讲授新课（20分钟**）

1.**光的衍射基本概念**：

-解释波的衍射和光的衍射的区别。

-介绍衍射现象的基本特征和条件。

-**用时**：5分钟

2.**单缝衍射**：

-讲解单缝衍射的原理，包括衍射条纹的形成和特点。

-使用动画演示单缝衍射的实验过程。

-公式推导：讲解单缝衍射条纹的位置公式，并解释各个物理量的含义。

-**用时**：10分钟

3.**圆孔衍射**：

-介绍圆孔衍射的基本原理和现象。

-对比单缝衍射和圆孔衍射的不同之处。

-**用时**：5分钟

**三、巩固练习（10分钟**）

1.**课堂练习**：发放单缝衍射计算题，学生独立完成，教师巡视指导。

2.**小组讨论**：学生分组讨论，分析不同条件下衍射条纹的变化。

3.**学生展示**：每组选派代表展示讨论结果，全班进行点评和总结。

4.**用时**：10分钟

**四、课堂提问（5分钟**）

1.提问学生光的衍射现象在日常生活中的应用。

2.引导学生思考如何设计实验验证光的衍射规律。

3.学生回答问题，教师点评和补充。

4.**用时**：5分钟

**五、师生互动环节（5分钟**）

1.**提问环节**：教师针对本节课的重点和难点提问学生，检验学生对知识的掌握程度。

2.**实验演示**：教师演示单缝衍射实验，引导学生观察和思考。

3.**讨论引导**：教师引导学生讨论衍射现象的物理意义和科学价值。

4.**用时**：5分钟

**六、核心素养拓展（5分钟**）

1.**问题探究**：提出与光的衍射相关的探究性问题，如“如何减小衍射条纹的间距？”

2.**知识迁移**：引导学生将光的衍射知识应用于其他领域，如光学仪器的设计。

3.**思维训练**：通过问题解决和讨论，培养学生的科学思维和创新能力。

4.**用时**：5分钟

**七、总结与作业布置（5分钟**）

1.**总结回顾**：教师对本节课的重点内容进行总结，强调光的衍射现象的重要性和应用。

2.**作业布置**：布置相关练习题，巩固学生对单缝衍射和圆孔衍射的理解。

3.**用时**：5分钟

**八、教学反思（课后进行**）

1.教学过程中学生的参与度和学习效果。

2.教学方法的有效性和改进空间。

3.学生核心素养的培养情况。六、知识点梳理1.光的衍射基本概念

-衍射现象：波遇到障碍物或通过狭缝时，偏离直线传播方向而扩散的现象。

-衍射条件：障碍物或狭缝的尺寸与波长相近或更小。

2.单缝衍射

-衍射条纹：单缝衍射产生的明暗相间的条纹。

-条纹间距：相邻亮条纹或暗条纹之间的距离。

-条纹位置公式：\(y=\frac{\lambdaL}{a}\sin\theta\)，其中\(y\)为条纹位置，\(\lambda\)为波长，\(L\)为屏幕距离，\(a\)为狭缝宽度，\(\theta\)为衍射角。

3.圆孔衍射

-圆孔衍射：光通过圆形孔时产生的衍射现象。

-圆孔衍射图样：明暗相间的同心圆环。

-圆孔衍射条纹间距：相邻亮环或暗环之间的距离。

4.衍射现象的应用

-光学仪器：如望远镜、显微镜、光谱仪等。

-光学设计：如光纤通信、激光技术等。

5.衍射与干涉的关系

-衍射和干涉都是波的特性，两者密切相关。

-衍射条纹的形成可以看作是干涉现象。

6.衍射现象的物理意义

-衍射现象揭示了光的波动性。

-衍射现象在光学仪器的设计和制造中具有重要意义。

7.衍射实验

-单缝衍射实验：通过观察单缝衍射条纹，验证衍射现象。

-圆孔衍射实验：通过观察圆孔衍射图样，验证衍射现象。

8.衍射现象的局限性

-衍射现象在宏观尺度上不明显。

-衍射现象在高速运动或强磁场中会受到限制。

9.衍射现象的数学描述

-使用波动方程描述衍射现象。

-使用傅里叶变换分析衍射图样。

10.衍射现象的物理原理

-衍射现象与光的波动性有关。

-衍射现象与光的频率和波长有关。七、课后作业1.**计算题**：已知单缝衍射实验中，狭缝宽度为0.5mm，屏幕距离为1m，激光波长为632.8nm，求中央亮条纹两侧第一暗条纹的位置。

-解答：\(y=\frac{\lambdaL}{a}\sin\theta\)

-\(y=\frac{632.8\times10^{-9}\times1}{0.5\times10^{-3}}\sin90^\circ\)

-\(y=0.6328\)m

2.**应用题**：一束波长为500nm的激光通过直径为2mm的圆孔，求圆孔衍射图样中第一暗环的半径。

-解答：圆孔衍射的暗环半径公式为\(r=\frac{1.22\lambdaD}{a}\)

-\(r=\frac{1.22\times500\times10^{-9}\times2}{2\times10^{-3}}\)

-\(r=1.22\times10^{-3}\)m

3.**实验题**：在单缝衍射实验中，如果将狭缝宽度减小一半，其他条件不变，求中央亮条纹的宽度变化。

-解答：中央亮条纹的宽度与狭缝宽度成反比，因此宽度将变为原来的两倍。

4.**比较题**：比较单缝衍射和圆孔衍射的主要区别。

-解答：单缝衍射产生的是明暗相间的条纹，圆孔衍射产生的是明暗相间的同心圆环；单缝衍射的条纹间距与狭缝宽度成反比，圆孔衍射的暗环半径与狭缝直径成正比。

5.**思考题**：为什么光的衍射现象在日常生活中不如干涉现象明显？

-解答：光的衍射现象在宏观尺度上不明显，因为日常生活中的障碍物或狭缝的尺寸通常远大于光的波长。而在干涉现象中，两个相干光波的叠加可以产生明显的干涉条纹，即使波长较长，也能观察到明显的干涉现象。八、课堂1.课堂评价

-**提问评价**：通过课堂提问，检验学生对光的衍射概念、单缝衍射和圆孔衍射原理的理解程度。教师可以设计一系列问题，从基础概念到应用问题，逐步提高问题的难度，以评估学生的知识掌握情况。

-问题示例：

-什么是光的衍射现象？

-单缝衍射条纹的形成原理是什么？

-如何计算单缝衍射条纹的位置？

-圆孔衍射与单缝衍射有什么区别？

-**观察评价**：教师通过观察学生在课堂上的参与度、实验操作能力、小组讨论的互动情况等，评估学生的实践能力和团队合作精神。

-**测试评价**：在课程结束后，教师可以设计一份小测验，包括选择题、填空题和简答题，以全面评估学生对本节课知识点的掌握情况。

-测试示例：

-选择题：下列哪个现象不属于光的衍射？（A.水面波纹B.日食边缘C.彩虹D.镜子成像）

-填空题：单缝衍射条纹的位置公式为______。

-简答题：简述单缝衍射实验中，如何通过调整狭缝宽度来观察衍射条纹的变化。

2.作业评价

-**作业批改**：教师对学生的课后作业进行认真批改，确保作业的准确性和完整性。

-**反馈与鼓励**：在批改作业时，教师不仅要指出错误，还要给予学生具体的反馈和建议，鼓励学生在下一次作业中改进。

-**作业类型**：

-**计算题**：如计算单缝衍射条纹的位置，圆孔衍射暗环的半径等。

-**应用题**：如分析实际光学仪器中的衍射现象，设计实验验证衍射规律等。

-**实验报告**：如记录单缝衍射实验的数据，分析实验结果等。

-**评价标准**：

-**准确性**：学生是否正确理解并应用了衍射公式和原理。

-**完整性**：作业是否包含了所有必要的步骤和计算。

-**创新性**：学生是否在作业中提出了新的观点或解决方案。

-**表达清晰**：学生的解答是否清晰、有条理。板书设计1.光的衍射基本概念

①衍射现象

②衍射条件

③衍射图样

2.单缝衍射

①衍射条纹

②条纹间距公式：\(y=\frac{\lambdaL}{a}\sin\theta\)

③条纹位置计算

3.圆孔衍射

①圆孔衍射图样

②暗环半径公式：\(r=\frac{1.22\lambdaD}{a}\)

③圆孔衍射条纹间距

4.衍射现象的应用

①光学仪器

②光学设计

5.衍射与干涉的关系

①波的特性

②干涉与衍射的联系

6.衍射现象的物理意义

①波动性

②光学仪器设计

7.衍射实验

①单缝衍射实验

②圆孔衍射实验

8.衍射现象的局限性

①宏观尺度

②高速运动或强磁场

9.衍射现象的数学描述

①波动方程

②傅里叶变换

10.衍射现象的物理原理

①波动性

②波长与频率教学反思今天上了光的衍射这一课，感觉挺有收获的。首先，我觉得导入环节挺关键的，我用了自然界中的光衍射现象的图片来吸引学生的注意力，效果还不错。看到他们眼中那种好奇和探究的眼神，我觉得这个环节挺成功的。

然后，在巩固练习环节，我安排了一些计算题和应用题，目的是让学生通过练习来巩固所学知识。不过，我发现有的学生对于公式的运用还是不太熟练，有的地方甚至出现了一些错误。我意识到，可能是在讲解公式时，我没有足够的时间去解释每一个细节。所以，我决定在今后的教学中，对于重要公式，我要多花点时间，让学生彻底弄懂。

课堂提问环节，我提问了一些与实际生活相关的问题，比如“为什么彩虹会出现在雨后的天空？”这样的问题，不仅能够激发学生的兴趣，还能让他们意识到物理知识在日常生活中的应用。不过，我发现有些学生回答问题时，还是不够自信，回答得也比较简单。这说明我在培养学