2020-2021學(xué)年高中物理 第十三章 光 5 光的衍射教案 新人教版選修3-4

1、2020-2021學(xué)年高中物理 第十三章 光 5 光的衍射教案 新人教版選修3-42020-2021學(xué)年高中物理 第十三章 光 5 光的衍射教案 新人教版選修3-4年級(jí)：姓名：- 6 -光的衍射【教學(xué)目標(biāo)】1、 了解光的衍射現(xiàn)象，知道發(fā)生明顯的光的衍射現(xiàn)象的條件。2、 認(rèn)識(shí)衍射條紋和干涉條紋的區(qū)別，定性了解衍射條紋形成的原理。3、 知道實(shí)現(xiàn)光的衍射的途徑是多種多樣的，進(jìn)一步強(qiáng)化對(duì)光的波動(dòng)性的認(rèn)識(shí)。【教學(xué)重點(diǎn)】 光的衍射現(xiàn)象、發(fā)生明顯的光的衍射現(xiàn)象的條件?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】光發(fā)生衍射后，為什么會(huì)有條紋形成?！窘叹摺考す馄?、可調(diào)單縫一個(gè)、寬度為0.025mm的單縫一個(gè)、光柵五個(gè)、剔須刀片一塊【教學(xué)過程】

2、復(fù)習(xí)、引入復(fù)習(xí)提問1：什么是波的衍射現(xiàn)象，發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是什么？學(xué)生：回憶、答問引入：光的波長(zhǎng)的數(shù)量級(jí)是多少？要光發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，容易嗎？學(xué)生：107m ；不容易。正因?yàn)閷?shí)現(xiàn)光波的衍射比起機(jī)械波的衍射要難得多，所以在一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，光能夠發(fā)生衍射的觀點(diǎn)根本不被人們所接受，光的波動(dòng)說也就欠缺了說服力。但是，功夫不負(fù)有心人，隨著技術(shù)條件的進(jìn)步、科學(xué)家們的不懈努力，關(guān)于光的衍射的研究終于獲得了突破，而其中又以法國(guó)的菲涅爾、德國(guó)的夫瑯和費(fèi)等科學(xué)家最為成功。一、單縫衍射演示：?jiǎn)慰p衍射實(shí)驗(yàn)a、學(xué)生觀察寬度為0.025mm的單縫、可調(diào)單縫；b、用可調(diào)單縫進(jìn)行（菲涅爾衍射）實(shí)驗(yàn)（肉眼直接對(duì)著單

3、縫觀察）；c、用0.025mm的單縫進(jìn)行（夫瑯和費(fèi)衍射）實(shí)驗(yàn)；d、學(xué)生觀察觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、表達(dá)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。總結(jié)：光線離開直線路徑繞過障礙物陰影里去；衍射區(qū)域的光強(qiáng)有規(guī)則地分布。1、光的衍射：光離開直線路徑繞過障礙物陰影里去的現(xiàn)象叫做光的衍射現(xiàn)象。過渡：衍射現(xiàn)象中，由于光強(qiáng)的規(guī)則分布，光屏上也出現(xiàn)了條紋，我們把它們稱為衍射圖樣，衍射圖樣和（楊氏）干涉圖樣是一樣的嗎？學(xué)生：不同。2、單縫衍射圖樣比較單色光的雙縫干涉圖樣與單色光的單縫衍軀干圖樣，它們各有什么特點(diǎn)？學(xué)生：觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、參看教材彩圖2光的干涉和衍射，比較衍射圖樣和干涉圖樣的差別干涉：條紋間距基本相等，條紋的亮度衰減較??；衍射：條紋間距不相等

4、（但相等中央亮紋對(duì)稱），條紋的亮度衰減明顯。我們已經(jīng)知道了干涉圖樣是怎樣形成的，并能夠求出楊氏雙縫干涉的條紋間距，那么，單縫衍射的圖樣又是怎樣形成的呢？3、衍射圖樣的解釋a、定性解釋惠更斯子波理論、干涉理論；b、定量解釋 *菲涅爾半波帶（解釋夫瑯和費(fèi)單縫衍射）草稿板圖圖1；a一定，對(duì)于合適的 = 1 ，總可以找到asin1 = 2k（圖1展示了k = 1的情形）此時(shí)，將單縫出發(fā)的子波面劃分為2k個(gè)“半波帶”（圖1中，ab是一個(gè)半波帶、bc是第二個(gè)）。這樣，一個(gè)半波帶中的某個(gè)點(diǎn)，總是可以在相臨的半波帶中找到波程差為的一個(gè)對(duì)應(yīng)點(diǎn)（譬如圖1中的a1和b1點(diǎn)），它們?cè)诠馄辽戏轿唤菫?的“點(diǎn)”的疊加是相

5、消的。由于相臨半波上的點(diǎn)可以這樣（成對(duì)地）尋找殆盡，故光屏上方位角為 = 1的“線”是（完全的）暗線。對(duì)于合適的 = 2 ，總可以找到asin2 = （2k1）此時(shí)，子波面可以劃分為（2k1）個(gè)半波帶，相臨半波帶的子波在光屏上方位角為2的“點(diǎn)”的疊加相消，還有一個(gè)半波帶在子波照射在光屏上。即：光屏上方位角為 = 2的“線”是亮線。當(dāng)asin3既不是的2k倍，也不是的（2k1）倍時(shí)，沒有被相消的子波不足半個(gè)波帶，照在光屏上的能量比 = 2時(shí)要少，構(gòu)成暗線和亮線的過渡區(qū)。根據(jù)剛才的定量解釋，單縫衍射的中央位置是亮紋還是暗紋？學(xué)生： = 0 ，是亮紋。如果將單縫換成尺寸很小的線或屏，定量的計(jì)算表明，

6、這個(gè)結(jié)論也成立（中央是亮紋或亮點(diǎn)）。關(guān)于這一點(diǎn)，歷史上有一個(gè)有趣的故事1818年，菲涅耳成功地用半波帶理論解釋了光的衍射現(xiàn)象，著名的數(shù)學(xué)家泊松根據(jù)菲涅耳的理論推算出，在不透明的小圓板的陰影中心應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)一個(gè)亮斑。由于人們從未見過也從沒聽過這種現(xiàn)象，因此認(rèn)為是十分荒謬的，所以泊松興高烈地宣稱他駁倒了菲涅耳的波動(dòng)理論。但是年輕的菲涅耳接受了這一挑戰(zhàn)，精心實(shí)驗(yàn)，奇跡出現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)證明盤影的中心硬實(shí)有亮斑。而這一亮斑居然被戲劇性地命名為泊松亮斑。二、其它衍射現(xiàn)象和機(jī)械波一樣，只要滿足衍射的基本條件，實(shí)驗(yàn)明顯衍射的途徑并不是唯一的1、按光源、障礙物、光屏的位置關(guān)系，衍射也分為菲涅爾衍射（有限距離）和夫瑯和費(fèi)衍

7、射（無限距離）；2、按障礙物的形狀，可以分為單縫衍射、單孔衍射、直邊衍射、圓屏衍射、光柵衍射等。學(xué)生：觀察光柵衍射三、小結(jié)光的衍射和干涉共同構(gòu)成了光具有波動(dòng)性的有力證明。但是，對(duì)于衍射的定量分析顯然比干涉要難得多，所以，教材的要求也沒有干涉那么高。我們通過本節(jié)的學(xué)習(xí)，主要是要定性的了解實(shí)現(xiàn)明顯的光的衍射的條件、衍射圖樣和干涉圖樣的區(qū)別、進(jìn)一步強(qiáng)化“光是一種波”的觀念。為了強(qiáng)化我們的所學(xué)，這里有兩個(gè)思考題。1、光能夠發(fā)生衍射，是不是意味著“光沿直線傳播”的結(jié)論是完全錯(cuò)誤的？學(xué)生：答問2、事實(shí)上，（單縫）衍射圖樣和（雙縫）干涉圖樣的區(qū)別雖然是明顯的，但它們也有一些共同的特點(diǎn)，我們可以通過教材的彩圖2光的干涉和衍射找出它們的共同點(diǎn)嗎？學(xué)生：對(duì)比尋找（師生共同）歸納如下表（雙縫）