高中物理：《光的衍射》教學(xué)設(shè)計(jì)

1教學(xué)目標(biāo)

（一）知識與技能

1、通過實(shí)驗(yàn)觀察，讓學(xué)生了解光的衍射現(xiàn)象，知道光產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件。

2、了解光的單縫衍射圖樣與波長、縫寬的定性關(guān)系

3、通過分組實(shí)驗(yàn)，演示實(shí)驗(yàn)等方法，掌握光的單縫衍射現(xiàn)象、圓孔衍射現(xiàn)象、障礙物衍射現(xiàn)象,

及光通過狹縫和圓孔的衍射條紋特點(diǎn)，能區(qū)別干涉條紋和衍射條紋。

4、初步了解光的衍射現(xiàn)象在現(xiàn)代技術(shù)上的應(yīng)用，從而對光的波動性有進(jìn)一步的認(rèn)識。能用相

關(guān)知識對生活中的有關(guān)現(xiàn)象進(jìn)行解釋和分析,通過學(xué)習(xí)知道“光沿直線傳播”是一種近似規(guī)

律。

（二）過程與方法

1、引導(dǎo)學(xué)生與以前學(xué)過的機(jī)械波的衍射進(jìn)行類比，進(jìn)行分組討論歸納，再通過演示實(shí)驗(yàn)結(jié)合投

影片分析講解，啟發(fā)學(xué)生積極思考、合作學(xué)習(xí)、培養(yǎng)學(xué)生觀察能力、想象力、動手能力及分

析和解決問題的能力。

2、在認(rèn)真觀察課堂演示實(shí)驗(yàn)和自己動手觀察衍射現(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。

3、通過對光的衍射的研究,進(jìn)一步掌握物理研究的一般方法。

（三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀

1、通過光的衍射現(xiàn)象的觀察，再次提高學(xué)生在學(xué)習(xí)中體會物理知識之美。通過聯(lián)系生活，讓學(xué)

生能將學(xué)習(xí)的知識應(yīng)用到生活現(xiàn)象的解釋，培養(yǎng)學(xué)生熱愛生活，熱愛物理的情操

2、通過“泊松亮斑”的故事講述和實(shí)驗(yàn)觀察，使學(xué)生認(rèn)識到任何理論都必須通過實(shí)踐檢驗(yàn)

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。

2學(xué)情分析

本班學(xué)生為高二年級物理化學(xué)生物班學(xué)生;學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過波的衍射,對波發(fā)生明顯衍射的

條件有著清楚的認(rèn)識;通過前面《光的干涉》的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)認(rèn)識到光是一種波，對光的衍

射有很好的鋪墊作用。但是在平時(shí)生活中學(xué)生們由于條件限制并沒有看到明顯的光的衍射。

該班學(xué)生對科學(xué)興趣很濃,尤其是觀察一些特殊的物理現(xiàn)象有濃厚的興趣,在此基礎(chǔ)上通過

實(shí)驗(yàn)?zāi)芗ぐl(fā)學(xué)生興趣,是學(xué)生獲得新知識。

3重點(diǎn)難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn)

單縫衍射實(shí)驗(yàn)的觀察以及光的單縫衍射圖樣與波長、縫寬的定性關(guān)系。

教學(xué)難點(diǎn)

通過光的衍射實(shí)驗(yàn)事實(shí)和衍射圖片來認(rèn)識光的波動性，并正確認(rèn)識光發(fā)生明顯衍射的條件

教學(xué)用具

JGQ型氫位激光器1臺，鉛筆80支，游標(biāo)卡尺（可調(diào)縫寬度），光屏、光柵，小圓孔板，

直絲燈泡，自制小圓盤，激光筆20支。

4教學(xué)過程

4.1第一學(xué)時(shí)

4.1.1教學(xué)目標(biāo)

4.1.2學(xué)時(shí)重點(diǎn)

4.1.3學(xué)時(shí)難點(diǎn)

4.14教學(xué)活動

活動1【導(dǎo)入】一、引入新課

師：上節(jié)課我們在實(shí)驗(yàn)室做了楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，觀察到了光的干涉現(xiàn)象，干涉是波所特有

的現(xiàn)象，從而也證明光的確是一種波。那么除了干涉現(xiàn)象，還有什么現(xiàn)象是波所特有的呢？

生：衍射。

師：對，既然光是一種波，那應(yīng)該也會發(fā)生衍射現(xiàn)象?，F(xiàn)在老師用一張白紙擋在前面，同學(xué)

們能聽到我的聲音嗎？

生：能。

師：這說明......

生：這說明聲波能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象。

師：能看到我的嘴巴嗎？

生：不能。

師：為什么？

生：因?yàn)楣獾牟ㄩL比較小，白紙的尺寸比較大，所以不容易觀察到光的衍射現(xiàn)象。

師：很好，大家一起來說說發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是什么？

學(xué)生一起總結(jié)：障礙物或孔的尺寸比波長小或者跟波長相差不多。

師：對，但這里老師要再強(qiáng)調(diào)一下，學(xué)習(xí)機(jī)械波時(shí)強(qiáng)調(diào)過發(fā)生衍射現(xiàn)象是不需要條件的，發(fā)

生明顯的衍射現(xiàn)象才需要條件。

師：光也是一種波，也能夠發(fā)生衍射。這節(jié)課我們來認(rèn)識光的衍射。（師板書課題）

活動2（二）進(jìn)行新課

1.光的衍射

師：根據(jù)我們剛才復(fù)習(xí)的明顯衍射現(xiàn)象的條件，大家說說看，為什么平時(shí)我們不易觀察到光

的衍射？

生（回憶并回答）：可能是因?yàn)楣獠úㄩL很短，而平常我們遇到的障礙物或孔的尺寸比較大,

所以不易觀察到光的衍射現(xiàn)象.

點(diǎn)評：很有道理，大家來想想辦法解決這一問題.

（學(xué)生討論，設(shè)計(jì)出多種實(shí)驗(yàn)觀察方案，絕大部分著眼于發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件，教師加

以肯定鼓勵）

［實(shí)驗(yàn)觀察］

安排學(xué)生根據(jù)上面的設(shè)想，自制單縫.

1.用單縫觀察宜絲燈泡光源.（教師注意觀察學(xué)生的鉛筆縫有沒與直絲燈泡平行，垂直放能

看到，但不明顯，請加以指導(dǎo)更正。）

（學(xué)生回答基本上是觀察到比較模糊的明暗相間的線狀條紋）

師：大家通過實(shí)驗(yàn)觀察到，光在傳播過程中能離開直線繞到縫的邊緣傳播到相當(dāng)寬的地方，

這一現(xiàn)象叫做光的衍射現(xiàn)象.我們把繞過縫而形成的衍射稱為單縫衍射，衍射時(shí)產(chǎn)生的明暗

條紋叫做衍射圖樣.

師：大家做得很認(rèn)真，大多數(shù)同學(xué)已成功地觀察到了光的衍射現(xiàn)象，現(xiàn)在我們再用更好的裝

置來一起觀察一下光的衍射現(xiàn)象.

［教師演示］

教師用紅色及綠色激光筆演示單縫衍射。

師：請大家認(rèn)真觀察，然后告訴我你看到的現(xiàn)象.

在不透明的屏上裝有一個寬度可以調(diào)節(jié)的單縫，用激光筆照射單縫，在縫后適當(dāng)距離處放一

光屏，如圖所示.

師：我們發(fā)現(xiàn)這些衍射圖樣有所不同。條紋間距越大，說明衍射現(xiàn)象越明顯。請同學(xué)們猜猜

條紋間距跟哪些因素有關(guān)？

生：縫寬

師：如何改變縫寬呢？

生1:游標(biāo)卡尺。

師：很好，那還跟什么因素有關(guān)呢？

生：波長。

生2：縫到屏的間距。

師：假如這么多因素都與條紋間距有關(guān)，那該用什么方法去研究呢？

生：控制變量法。

師：那接下來同學(xué)們分組實(shí)驗(yàn)，認(rèn)真觀察，總結(jié)衍射的規(guī)律，并用物理語言來描述衍射圖樣

的特點(diǎn)。

活動3學(xué)生小組實(shí)驗(yàn)，交流討論。

師：下面請各組來匯報(bào)一下結(jié)果。你們組看到的現(xiàn)象？你們組的結(jié)論？

生：總的特點(diǎn)：明暗相間，不等間距；中央寬，兩側(cè)窄?？p越窄，中央條紋越寬，各條紋間

距越大；波長越長，中央條紋越寬，各條紋間距越大。

師：各條紋間距越大，也就意味著衍射現(xiàn)象越明顯。

師：很好，還有什么要補(bǔ)充的嗎？

（點(diǎn)評：通過實(shí)驗(yàn)探究，獲取必要的感性認(rèn)識。）

生：白光：中央為白色亮條紋，兩側(cè)為彩色條紋；外到內(nèi)分別為紅橙黃綠青藍(lán)紫。

師：為什么？

生：波長大，條紋間距大。

師：看來大家都已經(jīng)找到單縫衍射的規(guī)律了。（PPT展示，四張圖是照片，中間比較亮。）

師：還有嗎？

生：（思考）中央亮，兩側(cè)暗。

師：對，各條紋的亮暗程度不同，但具體的光強(qiáng)分布用肉眼不容易觀察到。今天老師帶來了

一個光強(qiáng)分布傳感器，我們可以借助它來觀察光強(qiáng)分布。請同學(xué)們先把書本翻到58頁。（教

師介紹并演示實(shí)驗(yàn)。）

雌繩忻射陽缽和比強(qiáng)分布四象

師：我們發(fā)現(xiàn)光的衍射條紋圖樣和干涉圖樣有點(diǎn)相似，同學(xué)們能說出它們的異同點(diǎn)嗎？

生：相同點(diǎn)：明暗相間。不同點(diǎn)：干涉條紋亮度寬度基本相同，衍射條紋則中央條紋最寬最

亮，兩側(cè)條紋寬度、亮度逐漸減小。

師：光在傳播的過程中，如果遇到一個小孔會不會發(fā)生衍射呢？

生：會。

師：那同學(xué)們猜猜可能會出現(xiàn)怎樣的衍射圖樣呢？

師：下面我們自己動手來觀察一下圓孔的衍射現(xiàn)象。（活動3）

（請同學(xué)描述圖樣特點(diǎn)。）

生：明暗相間的同心圓環(huán)，中央亮圓亮度大。

師：除了孔和縫，光也像聲波一樣能夠繞過障礙物而發(fā)生衍射現(xiàn)象。在光束中放一個不透明

圓盤，會在圓盤影的中心形成一個亮斑一一泊松亮斑。

師：大家想不想看看這個亮斑？

生：想.

（教師演示）

師：在光的衍射現(xiàn)象中，歷史上有過一個“泊松亮斑”的故事，請大家來閱讀課本66頁“科

學(xué)足跡”欄目中的短文一一泊松亮斑。

師: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理論推算出圓板陰影的中心應(yīng)該是一個

亮斑，想借此駁倒菲涅耳的波動理論，菲涅耳與阿拉果接受了泊松的挑戰(zhàn)，通過多次實(shí)驗(yàn)，

發(fā)現(xiàn)圓板中心確有一個亮斑。這樣“泊松亮斑”實(shí)驗(yàn)就成了光的波動理論的精彩驗(yàn)證。大家

從這個故事得到什么啟發(fā)。

生1：實(shí)驗(yàn)對物理研究有重要作用。

生2：到別人的質(zhì)疑，要冷靜面對，不要輕易放棄自己的立場或觀點(diǎn)。

生3：要堅(jiān)持真理，實(shí)事求是。

（學(xué)生的回答很全面，教師要及時(shí)肯定鼓勵。）

師：不管是單縫衍射、圓孔衍射還是泊松亮斑都充分說明了光能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，再次

證明光是一種波。

師：各種不同形狀的障礙物或孔都能發(fā)生衍現(xiàn)象射，通過比較其衍射圖樣和障礙物或孔的形

狀，同學(xué)們有什么啟發(fā)嗎？

生:衍射圖樣和障礙物或孔的形狀有關(guān)。不同形狀的障礙物或孔發(fā)生衍射時(shí)其衍射圖樣不同。

師：這一結(jié)論有什么實(shí)際應(yīng)用價(jià)值嗎？

生：（思考）

師：在現(xiàn)代應(yīng)用光學(xué)技術(shù)中，科學(xué)家們就是用X射線穿過晶體而使之發(fā)生晶格衍射，從而推

出晶體原子排列的結(jié)構(gòu)。歷史上最有名的事件就是DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)過程。DNA雙螺

旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)是生物史上劃時(shí)代的事件，宣告了分子生物學(xué)的誕生。

生：為什么用X射線呢？

師：這個問題提的很好，一方面X射線的穿透能力強(qiáng)，另一方面？哪位同學(xué)有想法？

生2：X射線的波長與晶體的原子間隙差不多。

師：學(xué)到這老師也有一個問題，光的衍射現(xiàn)象說明光可繞過障礙物傳播，這與光的直線傳播

矛盾嗎？結(jié)合下面的例題，同學(xué)們一起歸納一下。

例：使太陽光垂直照射到一塊遮光板上，板上有可以自由收縮的三角形孔，孔的后面放

置一個光屏，在三角形孔逐漸變小直至閉合的過程中，光屏上依次可以看到幾種不同的現(xiàn)象,

試把下列現(xiàn)象依次排列：

A.圓形光斑B.明暗相間的彩色三角環(huán)

C.變暗消失D.三角形光斑

E.三角形光斑由大變小

生：D、E、A、B、C

生：光的衍射現(xiàn)象表明，我們平時(shí)說的“光沿直線傳播”只是一種特殊情況。在障礙物的尺

寸比波長大得多的情況下,光的傳播是沿直線的，當(dāng)障礙物的尺寸可以與光的波長相比擬時(shí)，

光的衍射現(xiàn)象就十分顯著，這時(shí)就不能說光沿直線傳播了。

活動4衍射光柵

師：下面給同學(xué)們介紹一種光學(xué)儀器一一衍射光柵。

教師演示反射光柵和透射光柵。

師：下面同學(xué)們自己用羽毛作光柵，欣賞一下其衍射圖樣。

活動5學(xué)生自己觀察。

活動6【作業(yè)】

通過網(wǎng)絡(luò)尋找一下衍射光柵在科學(xué)技術(shù)、生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用；并體會物理研究的過程和樂

趣。

課堂總結(jié)、點(diǎn)評

本節(jié)課我們通過復(fù)習(xí)，回顧了波產(chǎn)生明顯衍射的條件。我們還觀察到了光波的衍射現(xiàn)象。進(jìn)

一步認(rèn)識光的波動性，光的直線傳播只是一種特殊情況。

教學(xué)體會

思維方法是解決問題的靈魂，是物理教學(xué)的根本；親自實(shí)踐參與知識的發(fā)現(xiàn)過程是培養(yǎng)學(xué)生

能力的關(guān)鍵，離開了思維方法和實(shí)踐活動，物理教學(xué)就成了無源之水、無本之木。學(xué)生素質(zhì)

的培養(yǎng)就成了鏡中花，水中月。

板書設(shè)計(jì)

發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件

光的直線傳播〈=