人教版選修34 光的衍射 第1課時(shí) 教案 (1).docx

13.5光的衍射教學(xué)目標(biāo)（一）物理觀念1.通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)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(duì)光的波動(dòng)性有進(jìn)一步的認(rèn)識(shí).2.通常學(xué)習(xí)知道“幾何光學(xué)”中所說(shuō)的光沿直線傳播是一種近似規(guī)律.（二）科學(xué)思維、科學(xué)探究1.通過(guò)討論和對(duì)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(dòng)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.（三）科學(xué)態(tài)度與責(zé)任通過(guò)“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.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.教學(xué)難點(diǎn)衍射條紋成因的初步說(shuō)明.課時(shí)安排：1課時(shí)一、光的衍射現(xiàn)象演示實(shí)驗(yàn)：觀察單縫衍射在不透明的屏上裝有一個(gè)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，如右圖所示。調(diào)節(jié)單縫寬度演示，得出下列結(jié)果.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄：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1光的衍射：光在傳播過(guò)程中遇到障礙物時(shí)，偏離了直線傳播的方向繞到障礙物陰影區(qū)的現(xiàn)象，叫做光的衍射現(xiàn)象。衍射時(shí)產(chǎn)生的明暗條紋叫做衍射圖樣。請(qǐng)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。2 光波發(fā)生明顯衍射的條件：障礙物的尺寸與光波的波長(zhǎng)相差不多或比光波的波長(zhǎng)更小。 提出問(wèn)題：衍射圖樣有什么特點(diǎn)呢？3衍射圖樣的特點(diǎn)：中間一條亮紋較寬較亮，兩邊是對(duì)稱(chēng)的明暗相間的條紋，亮條紋亮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。 提出問(wèn)題：請(qǐng)大家猜想一下形成衍射的原因是什么？光波的疊加。 4形成衍射的原因：來(lái)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(shí)加強(qiáng)或減弱，形成明暗相間的條紋。光的衍射現(xiàn)象說(shuō)明了什么問(wèn)題呢？二、光波衍射的物理意義（1）證明光具有波動(dòng)性。（2）光沿直線傳播，只是一種特殊情況。光在沒(méi)有障礙物的均勻介質(zhì)中是沿直線傳播的，在障礙物的尺寸比光的波長(zhǎng)大得多的情況下，衍射現(xiàn)象不明顯，也可以認(rèn)為光是沿直線傳播的。但是，在障礙物的尺寸可以跟光的波長(zhǎng)相比，甚至比波長(zhǎng)還小的時(shí)候，衍射現(xiàn)象十分明顯，這時(shí)就不能說(shuō)光沿直線傳播了。提出問(wèn)題：?jiǎn)慰p衍射圖樣和雙縫干涉圖樣都是亮暗相間的條紋，兩者比較有什么不同呢？三、單縫衍射圖樣與雙縫干涉圖樣的區(qū)別1.單色光的雙縫干涉圖樣是等距的亮暗相間的條紋，亮條紋強(qiáng)度向兩邊逐漸減弱且較慢；2.單色光的衍射圖樣中間一條亮紋較寬較亮，兩邊是對(duì)稱(chēng)的明暗相間的條紋，亮條紋強(qiáng)度向兩邊逐漸減弱且較快；3.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。下面我們?cè)賮?lái)觀察一下圓孔、光柵以及圓屏的衍射現(xiàn)象。四、單孔衍射和圓屏衍射實(shí)驗(yàn)1：圓孔衍射?，F(xiàn)象：屏上觀察到清楚的明暗相間的圓環(huán)。圓環(huán)的寬度和亮度相同嗎？實(shí)驗(yàn)2：光柵衍射?，F(xiàn)象：屏上觀察到清晰的明暗相間的條紋。條紋的寬度和亮度相同嗎？提出問(wèn)題：如果用白光做衍射實(shí)驗(yàn)，條紋會(huì)怎樣呢？條紋應(yīng)該是彩色的，中間是白色亮條紋，寬帶最寬。觀察3：通過(guò)視頻觀察“泊松亮斑”。著名數(shù)學(xué)家泊松根據(jù)物理學(xué)家菲涅耳提出的波動(dòng)理論推算出圓板陰影的中心應(yīng)該是一個(gè)亮斑，想借此駁倒菲涅耳的波動(dòng)理論，菲涅耳與阿拉果接受了泊松的挑戰(zhàn)，通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)圓板中心確有一個(gè)亮斑。這樣“泊松亮斑”實(shí)驗(yàn)就成了光的波動(dòng)理論的精彩驗(yàn)證，大家從這個(gè)故事得到什么啟發(fā)。圖523例1：在一次觀察光的衍射的實(shí)驗(yàn)中，觀察到如圖523所示的清晰的明暗相間的圖樣，那么障礙物應(yīng)是(黑線為暗線)()a很小的不透明的圓板b很大的中間有大圓孔的不透明的圓板c很大的不透明的圓板d很大的中間有小圓孔的不透明的圓板【審題指導(dǎo)】解答本題時(shí)應(yīng)把握以下兩點(diǎn)：(1)知道圓孔衍射和圓板衍射的圖樣特點(diǎn)(2)能夠分辨兩種衍射圖樣【解析】圖樣為清晰的衍射圖樣，故b錯(cuò)；圖樣中心為亮斑，說(shuō)明障礙物為d；若為a，則中央有一個(gè)小亮點(diǎn)，亮點(diǎn)外為大暗環(huán)；若為c，則圖樣為大暗斑，只是邊緣稍模糊【答案】d遷移應(yīng)用如圖524所示，甲、乙兩幅圖是由單色光分別射到圓孔而形成的圖象，其中圖甲是光的_(填“干涉”或“衍射”)圖象由此可以判斷出圖甲所對(duì)應(yīng)的圓孔的孔徑_(填“大于”或“小于”)圖乙所對(duì)應(yīng)的圓孔的孔徑圖524【解析】甲中出現(xiàn)明暗相間的條紋，是衍射現(xiàn)象；由于光波波長(zhǎng)很短，約在107數(shù)量級(jí)上，只有障礙物或孔的尺寸與光波波長(zhǎng)相差不多時(shí)，才能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象圖乙的形成可以用光的直線傳播解釋所以圖甲對(duì)應(yīng)的圓孔的孔徑比圖乙所對(duì)應(yīng)的圓孔的孔徑小【答案】衍射小于例2：如圖525所示是4幅明暗相間的條紋圖樣，分別是紅光、藍(lán)光各自通過(guò)同一個(gè)雙縫干涉儀器形成的干涉圖樣以及黃光、紫光各自通過(guò)同一個(gè)單縫形成的衍射圖樣(黑色部分表示亮紋)則下面的四幅圖從左到右排列，亮條紋的顏色依次是()圖525a紅黃藍(lán)紫b紅紫藍(lán)黃c藍(lán)紫紅黃 d藍(lán)黃紅紫【審題指導(dǎo)】在分析干涉、衍射圖像的區(qū)別時(shí)，主要注意圖象條紋寬度的情況：若條紋寬度相等，則是干涉條紋，若中間條紋最寬，兩邊越來(lái)越窄，則是衍射條紋【規(guī)范解答】雙縫干涉條紋是等間距的條紋，單縫衍射條件是中間最寬、兩邊越來(lái)越窄的條紋，因此1、3是干涉條紋，2、4是衍射條紋干涉條紋中，光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，條紋越寬，因此1是紅光，3是藍(lán)光同一單縫衍射中，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，條紋越寬，因此2是紫光，4是黃光【答案】b單縫衍射與雙縫干涉的比較項(xiàng)目名稱(chēng)單縫衍射雙縫干涉不同點(diǎn)產(chǎn)生條件只要狹縫足夠小，任何光都能發(fā)生頻率相同，振動(dòng)方向一致的兩列光波相遇疊加條紋寬度條紋寬度不等，中央最寬條紋寬度相等條紋間距各相鄰條紋間距不等各相鄰條紋等間距亮度中央條紋最亮，兩邊逐漸變暗條紋清晰，亮度基本相等相同點(diǎn)成因都有明暗相間的條紋，條紋都是光波疊加時(shí)加強(qiáng)或削弱的結(jié)果意義都是波特有的現(xiàn)象，表明光是一種波課堂練習(xí)：1(多選)關(guān)于衍射，下列說(shuō)法中正確的是()a衍射現(xiàn)象中條紋的出現(xiàn)是光疊加后產(chǎn)生的結(jié)果b雙縫干涉中也存在衍射現(xiàn)象c一切波都很容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象d影的存在是一個(gè)與衍射現(xiàn)象相矛盾的客觀事實(shí)【解析】本題考查了衍射和干涉的內(nèi)在聯(lián)系，以及對(duì)干涉和衍射的本質(zhì)是否了解衍射圖樣是很復(fù)雜的光波的疊加現(xiàn)象，雙縫干涉中光通過(guò)三個(gè)狹縫時(shí)均發(fā)生衍射現(xiàn)象，一般現(xiàn)象中既有干涉又有衍射一切波都能發(fā)生衍射，但要發(fā)生明顯的衍射，需要滿足障礙物的尺寸小于或相當(dāng)于波長(zhǎng)的條件【答案】ab2(多選)如圖526甲、乙所示，是單色光通過(guò)窄縫后形成明暗相間的兩種條紋圖樣，下列判斷正確的是() 圖526a甲為單縫衍射的圖樣b乙為雙縫干涉的圖樣c甲為雙縫干涉的圖樣d乙為單縫衍射的圖樣【解析】甲圖中的條紋寬度不等，中央寬，兩側(cè)窄，應(yīng)為單縫衍射圖樣乙圖中的條紋等寬等距，應(yīng)為雙縫干涉圖樣，故a、b正確，c、d錯(cuò)誤【答案】ab3(多選)在單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，下列說(shuō)法中正確的是()a將入射光由綠色換成黃色，衍射條紋間距變窄b使單縫寬度變小，衍射條紋間距變窄c換用波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光照射，衍射條紋間距變寬d增大單縫到屏的距離，衍射條紋間距變寬【解析】當(dāng)光通過(guò)單縫發(fā)生衍射時(shí)，衍射現(xiàn)象明顯與否、光屏上條紋寬度及亮度與入射光的波長(zhǎng)、縫寬及縫到屏的距離有關(guān)當(dāng)單縫寬度一定時(shí)，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，衍射現(xiàn)象越明顯，條紋間距也越大，即光偏離直線傳播的路徑越遠(yuǎn)；當(dāng)光的波長(zhǎng)一定時(shí)，單縫寬度越小，衍射現(xiàn)象越明顯，條紋間距越大；光的波長(zhǎng)一定、單縫寬度也一定時(shí)，增大單縫到屏的距離，衍射條紋間距會(huì)變寬【答案】cd4(多選)光的衍射現(xiàn)象，下面說(shuō)法正確的是()a紅光的單縫衍射圖樣是紅暗相間的直條紋b白光的單縫衍射圖樣是紅暗相間的直條紋c光照到不透明小圓盤(pán)上出現(xiàn)泊松亮斑，說(shuō)明發(fā)生了衍射d光照到較大圓孔上出現(xiàn)大光斑，說(shuō)明光沿直線傳播，不存在光的衍射【解析】單色光照到狹縫上產(chǎn)生的衍射圖樣是亮暗相間的直條紋白光的衍射圖樣是彩色條紋光照到不透明圓盤(pán)上，在其陰影處出現(xiàn)亮點(diǎn)，是衍射現(xiàn)象光的衍射現(xiàn)象只有明顯與不明顯之分，d項(xiàng)中屏上大光斑的邊緣模糊，正是光的衍射造成的，不能認(rèn)為不存在衍射現(xiàn)象【答案】ac作業(yè)：1(多選)對(duì)于光的衍射現(xiàn)象的定性分析，下列說(shuō)法正確的是()a只有障礙物或孔的尺寸可以跟光波的波長(zhǎng)相比甚至比波長(zhǎng)還要小的時(shí)候，才能產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象b光的衍射現(xiàn)象是光波相互疊加的結(jié)果c光的衍射現(xiàn)象否定了光的直線傳播的結(jié)論d光的衍射現(xiàn)象說(shuō)明了光具有波動(dòng)性【解析】光的干涉現(xiàn)象和衍射現(xiàn)象無(wú)疑地說(shuō)明了光具有波動(dòng)性，而小孔成像說(shuō)明光沿直線傳播，而要出現(xiàn)小孔成像，孔不能太小，光的直線傳播規(guī)律只是近似的，只有在光的波長(zhǎng)比障礙物小的情況下，光才可以看做是直進(jìn)的，所以光的衍射現(xiàn)象和直線傳播是不矛盾的，它們是在不同條件下出現(xiàn)的兩種現(xiàn)象，故上述選項(xiàng)中正確的是a、b、d.【答案】abd2障礙物或孔的尺寸不同，光的一些行為有所不同，光的波長(zhǎng)不同，發(fā)生的一些光行為也不同，下列說(shuō)法中正確的是()a波長(zhǎng)越長(zhǎng)的光，越容易發(fā)生衍射，因此要提高光學(xué)儀器的分辨率應(yīng)盡量使用波長(zhǎng)大的光或口徑小的透鏡b波長(zhǎng)越短的光，衍射越不明顯，越容易沿直線傳播，因此遙感衛(wèi)星應(yīng)盡可能利用波長(zhǎng)短的光c小孔成像的原理是光的直線傳播，小孔衍射的原理也是光的直線傳播d小孔衍射不遵守光的直線傳播規(guī)律，也不遵守光路可逆原理【解析】提高光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)應(yīng)減小衍射影響，所以要利用波長(zhǎng)短的光或口徑大的透鏡，故a錯(cuò)；衛(wèi)星遙感要克服大氣層對(duì)光的遮擋作用，因此應(yīng)使用波長(zhǎng)長(zhǎng)的紅外線，故b錯(cuò)；小孔衍射是一種衍射現(xiàn)象，不遵守光的直線傳播規(guī)律，也不遵守光路可逆原理，故c錯(cuò)，d對(duì)【答案】d3(多選)在城市交通中，用紅燈表示禁止通行，其原理是()a紅光容易產(chǎn)生干涉b紅光照射的距離大c紅光容易引起人們的視覺(jué)反應(yīng)d紅光容易產(chǎn)生衍射【解析】紅光在可見(jiàn)光中的波長(zhǎng)最長(zhǎng)，容易發(fā)生衍射，在發(fā)生霧天、雨天、沙塵暴等惡劣天氣時(shí)，使司機(jī)和行人都能看到紅燈，避免交通事故的發(fā)生；同時(shí)紅光也容易引起人們的視覺(jué)反應(yīng)【答案】cd4在太陽(yáng)光照射下肥皂膜呈現(xiàn)的彩色、瀑布在陽(yáng)光下呈現(xiàn)的彩虹以及通過(guò)狹縫觀察發(fā)光的日光燈時(shí)看到的彩色條紋，這些現(xiàn)象分別屬于()a光的干涉、色散和衍射現(xiàn)象b光的干涉、衍射和色散現(xiàn)象c光的衍射、色散和干涉現(xiàn)象d光的衍射、干涉和色散現(xiàn)象【解析】在太陽(yáng)光照射下肥皂膜呈現(xiàn)彩色，是薄膜干涉現(xiàn)象；瀑布濺起的小水滴相當(dāng)于棱鏡，在陽(yáng)光下呈現(xiàn)的彩虹是光的色散現(xiàn)象；通過(guò)狹縫觀察發(fā)光的日光燈時(shí)看到的彩色是光的衍射現(xiàn)象【答案】a5一束平行單色光，通過(guò)雙縫后，在屏上得到明暗相間的條紋，則()a相鄰的明條紋或暗條紋的間距不等b將雙縫中某一縫擋住，則屏上一切條紋將消失，而出現(xiàn)一亮點(diǎn)c將雙縫中某一縫擋住，屏上出現(xiàn)間距不等的明、暗條紋d將雙縫中某一縫擋住，屏上的明、暗條紋位置不變，但亮度減半【解析】分清雙縫干涉與單縫衍射圖樣的特點(diǎn)【答案】c6觀察單縫衍射現(xiàn)象時(shí)，把縫寬由0.2 mm逐漸增大到0.8 mm，看到的現(xiàn)象是()a衍射條紋的間距逐漸變小，衍射現(xiàn)象逐漸不明顯b衍射條紋的間距逐漸變大，衍射現(xiàn)象越來(lái)越明顯c衍射條紋的間距不變，只是亮度增強(qiáng)d以上現(xiàn)象都不會(huì)發(fā)生【解析】由單縫衍射實(shí)驗(yàn)的調(diào)整與觀察可知，狹縫寬度越小，衍射現(xiàn)象越明顯，衍射條紋越寬，條紋間距也越大將縫調(diào)寬，現(xiàn)象向相反方向變化故選項(xiàng)a正確【答案】a圖5277某同學(xué)使用激光器作光源，在不透光的擋板上開(kāi)一條縫寬為0.05 mm的窄縫，進(jìn)行光的衍射實(shí)驗(yàn)，如圖527所示，則他在光屏上看到的條紋是()【解析】單縫衍射條紋中間寬，兩側(cè)越來(lái)越窄，又由于單縫是水平的，衍射條紋也是水平的，故b對(duì)【答案】b8在光的單縫衍射實(shí)驗(yàn)中可觀察到清晰的亮暗相間的圖樣，如圖528四幅圖片中屬于光的