高中物理第十三章光第5节光的衍射教案选修3-4解析

13.5光的衍射

物理核心素养主要由“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面构成。

教学目标

（一）物理观念

1.通过实验观察，让学生认识光的衍射现象，知道发生明显的光的衍射现象的条件，从

而对光的波动性有进一步的认识.

2.通常学习知道“几何光学”中所说的光沿直线传播是一种近似规律.

（二）科学思维、科学探究

1.通过讨论和对单缝衍射装置的观察，理解衍射条件的设计思想.

2.在认真观察课堂演示实验和课外自己动手观察衍射现象的基础上，培养学生比较推理

能力和抽象思维能力.

（三）科学态度与责任

通过“泊松亮斑”等科学小故事的学习，培养学生坚定的自信心、踏实勤奋的工作态度

和科学研究品德.

教学重点

单缝衍射实验和圆孔衍射实验的观察以及产生明显衍射现象的条件.

教学难点Array衍射条纹成因的初步说明.

课时安排：1课时

一、光的衍射现象

演示实验：观察单缝衍射

在不透明的屏上装有一个宽度可以调节的单缝，用氦氖激光器照射

单缝，在缝后适当距离处放一光屏，如右图所示。

调节单缝宽度演示，得出下列结果.

实验现象记录：

1．光的衍射：光在传播过程中遇到障碍物时，偏离了直线传播的方向绕到障碍物阴影

区的现象，叫做光的衍射现象。衍射时产生的明暗条纹叫做衍射图样。

请大家将我们的实验结果与课本图20—8的几幅照片比较，总结一下光要发生明显的衍射应满足什么条件。

2．光波发生明显衍射的条件：障碍物的尺寸与光波的波长相差不多或比光波的波长更小。

提出问题：衍射图样有什么特点呢？

3．衍射图样的特点：中间一条亮纹较宽较亮，两边是对称的明暗相间的条纹，亮条纹亮度向两边逐渐减弱且较快，白光单缝衍射条纹中间是白色的，两边是减弱很快的彩色条纹。

提出问题：请大家猜想一下形成衍射的原因是什么？光波的叠加。

4．形成衍射的原因：来自单缝或圆孔上不同位置的光，到光屏处的路程差满足一定的特点，叠加时加强或减弱，形成明暗相间的条纹。

光的衍射现象说明了什么问题呢？

二、光波衍射的物理意义

（1）证明光具有波动性。

（2）光沿直线传播，只是一种特殊情况。

光在没有障碍物的均匀介质中是沿直线传播的，在障碍物的尺寸比光的波长大得多的情况下，衍射现象不明显，也可以认为光是沿直线传播的。但是，在障碍物的尺寸可以跟光的波长相比，甚至比波长还小的时候，衍射现象十分明显，这时就不能说光沿直线传播了。

提出问题：单缝衍射图样和双缝干涉图样都是亮暗相间的条纹，两者比较有什么不同呢？

三、单缝衍射图样与双缝干涉图样的区别

1.单色光的双缝干涉图样是等距的亮暗相间的条纹，亮条纹强度向两边逐渐减弱且较慢；

2.单色光的衍射图样中间一条亮纹较宽较亮，两边是对称的明暗相间的条纹，亮条纹强度向两边逐渐减弱且较快；

3.白光单缝衍射条纹中间是白色的，两边是减弱很快的彩色条纹。

下面我们再来观察一下圆孔、光栅以及圆屏的衍射现象。

四、单孔衍射和圆屏衍射

实验1：圆孔衍射。

现象：屏上观察到清楚的明暗相间的圆

环。圆环的宽度和亮度相同吗？

实验2：光栅衍射。

现象：屏上观察到清晰的明暗相间的条纹。条纹的宽度和亮度相同吗？

提出问题：如果用白光做衍射实验，条纹会怎样呢？

条纹应该是彩色的，中间是白色亮条纹，宽带最宽。

观察3：通过视频观察“泊松亮斑”。

著名数学家泊松根据物理学家菲涅耳提出的波动理论推算出圆板阴影的中．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

心应该是一个亮斑

．．．．．．．．，想借此驳倒菲涅耳的波动理论，菲涅耳与阿拉果接受了泊

松的挑战，通过多次实验，发现圆板中心确有一个亮斑。这样“泊松亮斑”实验就成了光的波动理论的精彩验证，大家从这个故事得到什么启发。

布置作业：课本练习（1）（2）