【教案】光的衍射+教案-2022-2023學(xué)年高二上學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第一冊

.5光的衍射〖教材分析〗做好光的衍射現(xiàn)象實驗在本節(jié)課的教學(xué)中至關(guān)重要，它是學(xué)生認(rèn)識光的衍射的基礎(chǔ)。光的衍射現(xiàn)象進(jìn)一步證明了光具有波動性，對發(fā)展光的波動理論起了重要的作用。由于衍射現(xiàn)象產(chǎn)生的物理過程分析起來比較復(fù)雜，教材只進(jìn)行了定性分析。在分析產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象條件的教學(xué)中，教師可以通過復(fù)習(xí)機(jī)械波衍射的知識進(jìn)行對比教學(xué)?！冀虒W(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)〗物理觀念∶知道的衍射概念及產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件?？茖W(xué)思維∶通過對光的衍射現(xiàn)象的分析，對光的直線傳播現(xiàn)象提出質(zhì)疑，學(xué)會從不同角度思考物理問題。科學(xué)探究：通過觀察生活中的衍射現(xiàn)象，認(rèn)識衍射條紋的特征。科學(xué)態(tài)度與責(zé)任∶知道衍射在生產(chǎn)生活以及科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用，弘揚科學(xué)愛國精神?！冀虒W(xué)重難點〗教學(xué)重點：知道的衍射概念及產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件。教學(xué)難點：了解干涉圖樣與衍射條紋的區(qū)別?！冀虒W(xué)準(zhǔn)備〗衍射光柵、兩只一樣的筆等。〖教學(xué)過程〗一、新課引入（播放視頻手影舞）我們知道，波能夠繞過障礙物發(fā)生衍射。例如，聲音能夠繞過障礙物傳播。既然光也是一種波，為什么在日常生活中我們觀察不到光的衍射，而且常常說“光沿直線傳播”呢？二、新課教學(xué)我們已經(jīng)學(xué)過了光的干涉現(xiàn)象，知道光是一種波，那光波能否像機(jī)械波一樣發(fā)生衍射呢？（一）光的衍射1.實驗探究這是一個寬度可調(diào)節(jié)的夾縫縫，后放一個光屏。用平行單色光照射狹縫，觀察一下屏障所顯示的情況。現(xiàn)象：開始時狹縫較寬，在屏上會出現(xiàn)一條跟縫寬相當(dāng)?shù)牧辆€。說明此時光是直線傳播的。分析：持續(xù)減小縫寬會發(fā)現(xiàn)光明顯偏離直線傳播，進(jìn)入到陰影區(qū)，屏幕上出現(xiàn)明暗相間的條紋，這就是光的衍射現(xiàn)象。這個實驗說明了光也會發(fā)生衍射現(xiàn)象。如果用白光做上述實驗，得到的條紋是彩色的。這是因為白光中包含了各種顏色的光，衍射時不同色光的亮條紋的位置不同，于是各種色光就區(qū)分開了。思:1：為什么我們平時觀察到的光都是沿直線傳播的呢？這是因為發(fā)生明顯衍射的條件是障礙物或孔的尺寸跟波長差不多，或者比波長小，而可見光的波長極短，只有零點幾微米，通常障礙物的寸都比他大的多。因此很難看到光的衍射現(xiàn)象。思考2：那是不是尺寸較大的物體不會發(fā)生光的衍射？這是在光線比較暗的環(huán)境拍攝的，能夠看出針尖的邊緣光發(fā)生了衍射，致使他的輪廓模糊不清，并出現(xiàn)了明暗相間的條紋。這就證明對于任何形狀和大小的物體都存在光的衍射現(xiàn)象，只是不夠明顯而已。其實在生活中也有很多衍射現(xiàn)象的發(fā)生，比如日出時太陽光穿過大氣層的厚度較大，由于紅光與紫光的波長長，紅光更容易發(fā)生衍射，從而繞過大氣層中的微小障礙物，這樣日出時的太陽看起來就是火紅色的，包括紅色的火燒云也是這個原理?？偨Y(jié)：衍射現(xiàn)象不明顯，近似認(rèn)為光是沿直線傳播的。衍射現(xiàn)象十分明顯，就不能說光沿直線傳播。2.單縫衍射條紋特點如圖單色光經(jīng)過夾縫會產(chǎn)生衍射圖樣，經(jīng)測定，此時狹縫寬度0.8mm。如果將狹縫寬度減小到0.4mm，就會出現(xiàn)這樣的衍射圖樣。明顯他的中心明條紋更寬，也就是說對于波長相同的單色光夾縫越窄條紋的寬度越寬。即①λ相同，縫寬越小，條紋越寬如果將紅光換成藍(lán)光，夾縫寬度保持0.4mm不變，就會出現(xiàn)這樣的明條紋。從圖樣中不難看出，紅光的衍射條紋明顯比藍(lán)光寬，而紅光波長大于藍(lán)光波長即②縫寬相同，λ越長，條紋越寬你已經(jīng)學(xué)過了，機(jī)械過的衍射，當(dāng)夾縫越窄時衍射現(xiàn)象越明顯，而機(jī)械波的波長越大時，衍射現(xiàn)象也越明顯。即無論是機(jī)械波還是光波，在發(fā)生衍射時，性質(zhì)都是相同的。課堂觀察：準(zhǔn)備兩支筆，然后透過兩支筆之間的夾縫去觀察日光燈。在縫隙足夠窄的情況下，同樣能觀察到光的衍射現(xiàn)象，而這種處于均夾縫的彩色條紋外紅內(nèi)藍(lán)不就正好符合衍射現(xiàn)象的規(guī)律。3.衍射現(xiàn)象與干涉現(xiàn)象的比較衍射現(xiàn)象干涉現(xiàn)象相同點明暗相間的的條紋，且中間條紋都是明條紋波長越長，條紋寬度越寬縫寬越窄，條紋越寬不同點中間條紋寬，兩邊條紋窄等間距條紋（二）衍射光柵原因：單縫衍射的圖像都不夠清晰，很難進(jìn)行精確測量。為了增加清晰度，科學(xué)家們試著增加擋板上狹縫的條數(shù)，從而得到更清晰的圖樣，方便進(jìn)行測量。原理：增加狹縫的個數(shù)，衍射條紋的寬度將變窄，亮度將增加。衍射光柵：許多等寬狹縫形成的光學(xué)儀器。①透射光柵透射光柵是用金剛石在玻璃上刻出等間距的刻痕處，因為漫反射，而不透光相當(dāng)于障礙物，沒有刻痕的地方透光相當(dāng)于狹縫，這樣就形成了透光光柵。②反射光柵反射光柵是在高反射率的金屬上利用反光形成的，光柵的間距很小，一般與可見光波長差不多。科學(xué)漫步：一、泊松亮斑趣事（播視頻）1818年，法國的巴黎科學(xué)院為了鼓勵對衍射問題的研究，懸賞征集這方面的論文。一位年輕的物理學(xué)家菲涅耳在論文中按照波動說深入研究了光的衍射。二、X射線衍射與雙螺旋晶體中原子的排列是規(guī)則的，原子間距X射線波長接近。這使得X射線照射在晶體上會發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象。衍射圖樣中斑點的強(qiáng)度和位置包含著有關(guān)晶體的大量信息。因此，人們可以利用X射線衍射探測晶體的結(jié)構(gòu)。課堂練習(xí)例1：在單縫衍射實驗中，下列說法正確的是()A．將入射光由黃光換成綠光，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．換用波長較長的光照射，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E．條紋間距與單縫到屏的距離無關(guān)解析：當(dāng)單縫寬度一定時，波長越長，衍射現(xiàn)象越明顯，即光偏離直線傳播的路徑越遠(yuǎn)，條紋間距也越大，A，C正確；當(dāng)光的波長一定時，單縫寬度越小，衍射現(xiàn)象越明顯，條紋間距越大，B錯誤；光的波長一定、單縫寬度也一定時，增大單縫到屏的距離，衍射條紋間距也會變寬，D正確，E錯誤。例2：如圖所示的4幅明暗相間的條紋,分別是紅光經(jīng)過間距不同的雙縫及寬度不同的單縫所形成的。則下面的四幅圖(甲、乙、丙、丁)依次對應(yīng)的是()A.雙縫寬間距,雙縫窄間距,寬單縫,窄單縫B.雙縫窄間距,雙縫寬間距,窄單縫,寬單縫C.寬單縫,窄單縫,雙縫寬間距,雙縫窄間距D.窄單縫,寬單縫,雙縫窄間距,雙縫寬間距解析：雙縫干涉的圖樣是明暗相間的干涉條紋,亮(暗)條紋等間距,故甲、乙兩圖是雙縫干涉圖樣;根據(jù)雙縫干涉條紋間距公式Δx=λ可知,雙縫間距越小,Δx越大,故甲是雙縫寬間距,乙是雙縫窄間距。單縫衍射條紋是中間明亮且寬大,越向兩側(cè)條紋寬度越小越暗,而單縫越窄,中央亮條紋越寬,故丙是寬單縫,丁是窄單縫。綜上可知,選A。例3：下列現(xiàn)象中,屬于光的衍射現(xiàn)象的是()A.雨后天空出現(xiàn)彩虹B.通過一個狹縫觀察日光燈可看到彩色條紋C.鍍膜后,望遠(yuǎn)鏡的鏡頭透入光的亮度增強(qiáng)D.醫(yī)院手術(shù)室使用無影燈解析：雨過天晴時,在天空常出現(xiàn)彩虹,這是太陽光通過懸浮在空氣中細(xì)小的水珠折射而形成的,A錯誤;通過一個狹縫觀察日光燈可看到彩色條紋,屬于單縫衍射,B正確;照相機(jī)、望遠(yuǎn)鏡的鏡頭表面常常鍍一層透光的膜,即增透膜,增透膜利用的是光的干涉,故C錯誤;醫(yī)院手術(shù)室使用無影燈利用的是光的直線傳播,故D錯誤。例4：可見光的波長是微米數(shù)量級的，人眼的瞳孔的直徑是毫米數(shù)量級的。假想有一種眼睛的瞳孔是微米數(shù)量級的，視網(wǎng)膜非常靈敏，能感覺非常微弱的光線，這時所看到的外部世界將是一幅什么景象？解析：可見光的波長是微米數(shù)量級的，若眼睛的瞳孔直徑也是微米數(shù)量級的，則瞳孔處會發(fā)生明顯的衍射，所有光源都會變得模糊，也就無法清晰成像，這時所看到的外部世界將是模糊一片，出現(xiàn)明暗相間的條紋景象?！及鍟O(shè)計〗4.5光的衍射一、光的衍射1.發(fā)生明顯衍射的條件：障礙物或孔的尺寸跟波長差不多，或者比波長小。2.單縫衍射條紋特點：①λ相同，縫寬