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2020-2021学年高中物理 第十三章 光 5 光的衍射教案2 新人教版选修3-4

2020-2021学年高中物理 第十三章 光 5 光的衍射教案2 新人教版选修3-4

年级：
姓名：

- 5 -

光的衍射
一、教学目标
 1、知识目标：  
 ⑴、认识光的衍射现象，使学生对光的波动性有进一步的了解。  
 ⑵、理解光产生明显衍射的条件及衍射图样与波长、缝宽的定性关系。
 2、能力目标： 
通过本节学习，进一步认识光的直线传播的局限性，培养学生的发散思维能力，通过演示实验及学生实验，培养学生观察能力、动手能力及分析和解决问题的能力。
 3、情感目标：  
通过简要介绍史料，使学生体会到在科学研究中必须重视理论的指导作用和实践的检验作用，对学生进行科学态度、科学精神的教育。
 二、教学过程设计
 1、提出问题 
问：光的干涉现象反映了光的波动性，而波动性的另一特征是波的衍射现象，光是否具有衍射现象呢？
 回忆旧知：什么是波的衍射现象？
演示水波的衍射现象
 让学生回答并描述衍射现象的特征，唤起学生对机械波衍射的回忆，然后再举声波的衍射例子．指出一切波都能发生衍射，通过衍射把能量传到阴影区域，能够发生明显衍射的条件是障碍物或孔的尺寸跟波长差不多．

问：衍射是波所特有的现象，因此水波、声波都会发生衍射现象，而光既然也是一种波，为什么在日常生活中没有观察到光的衍射现象？

2、分析问题 
波要发生明显衍射，必须满足一定的条件，只有障碍物或缝的尺寸跟波长差不多，或者比光的波长更小时，才能观察到明显的衍射现象。但是光的波长很短，而可见光的波长实际上只有十分之几微米，一般物体的尺寸都比它大得多，因此，很难看到光的衍射现象。但是若障碍物或缝的尺寸很小，与光波波长差不多时，就应该观察到明显的衍射现象。

3、实验验证

演示：单缝衍射实验 
用光的衍射仪做单色光的单缝衍射，或用激光源来做单缝衍射实验．实验过程中展示缝较宽时：光沿着直线传播，阴影区和亮区边界清晰；减小缝宽，在缝较狭时：
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． 
现象及分析：
展示衍射现象实验示意图，当光传播到狭缝时，可把狭缝S看成许许多多个点光源，这些点源发出的光在空间传播相遇叠加决定了屏幕上各点位置的明暗情况；单缝衍射条纹的特征：

①中央亮纹宽而亮．
 ②两侧条纹具有对称性，亮纹较窄、较暗．
 ③波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，各条纹间距大．
 ④单缝不变时，光波越长的（红光）中央亮纹越宽，条纹间隔越大．
 演示：圆孔衍射实验

用干涉衍射仪做圆孔衍射实验，实验过程中展示孔较大时，光沿直线传播，阴影区和亮区边界清晰，逐渐减小圆孔大小，当圆孔减小到一定程度时出现环状明暗相间同心圆的衍射图样．

演示：“泊松亮斑”

不只是狭缝和圆孔，各种不同形状的物体都能使光发生衍射，以至使影的轮廓模糊不清，其原因是光通过物体的边缘而发生衍射的结果．
历史上曾有一个著名的衍射图样——泊松亮斑；然后教师介绍这个一波三折的历史故事．

用激光干涉衍射仪中相应的配件演示“泊松亮斑”实验，让学生脑海中对“泊松亮斑”图样有深刻印象．

4、 知识延伸 
问：
请同学们比较单缝衍射和圆孔衍射图样，有哪些相同点，又有哪些不同点？

相同点都是明暗相间的条纹，波长越长，条纹越宽，都是由衍射引起的。

不同点是圆孔衍射条纹为圆孔形状，而单缝衍射条纹是直线形状。

通过比较，说明衍射图样的形状与障碍物的形状有关。

问：
那得出这一结论有什么作用呢？能不能通过衍射图样，反过来推知小孔形状或障碍物的结构？

由实验可知，衍射图样和孔的形状是一一对应的，因此，由衍射图样可以推知小孔的形状。

5、实际应用
 在现代应用光学分析技术中，科学家根据衍射图样与障碍物的结构间的一一对应关系，
利用X射线穿过晶体后发生晶格衍射时，不同的晶体产生不同的衍射图样。
仔细分析得到的衍射图样，从而推理出组成晶体的原子是如何排列的。

问：为什么要利用X射线呢？

因为X射线穿透能力强，还有就是其波长与晶体分子大小差不多，所以X射线通
过晶体时能够发生明显的衍射现象，从而得到清晰的衍射图样。其实，X射线衍
射在纳米技术的研究中也起着非常重要的作用，大家有兴趣的话也可以去查查资
料。

问：用光学显微镜观察微小物体时，发出显微镜放在倍数要受到限制的，这是为
什么呢？

当被观察的微小物体尺寸与可见光的波长差不多时，就会发生明显的衍射现象，
这样就得不到清晰的像。因此，光学显微镜放大倍数就受到了限制。

三、习题巩固

四、课后作业