人教版 (2019)选择性必修 第一册光的衍射表格教学设计

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第一册光的衍射表格教学设计，共8页。教案主要包含了新课引入，生活实例，课堂精练，课外作业，总结与反思等内容，欢迎下载使用。
课程基本信息
学科
高中物理
年级
高二年级
学期
秋季
课题
光的衍射
教科书
书 名：高中物理选择性必修1
出版社：人民教育出版社 出版日期：2021年7月
教学目标
1.物理观念：了解光发生明显衍射现象的条件，知道衍射条纹与干涉条纹的区别；
2.科学思维：通过观看演示图片及演示视频，思考光发生衍射现象的本质，用科学类比的方法研究光的衍射现象与光的干涉现象的共同点与异同点；
3.科学探究：结合演示图片及演示视频探究光发生明显衍射现象的条件，并探究单缝衍射、小孔衍射、以及圆盘衍射图样的特征；
4.科学态度与责任：能够将所学的知识应用在生活中，在生活中发现物理现象，用所学的物理知识解释生活中的物理现象，通过对“泊松亮斑”的讲述，使学生认识到任何理论都必须通过实践检验，实验是检验理论是否正确的标准。
教学内容
教学重点：
1. 认识光的衍射现象和产生明显衍射的条件；
2. 知道衍射条纹与缝宽的关系，能够区分单缝衍射、小孔衍射、圆盘衍射图样，并能区分单缝衍射与双缝干涉条纹。
教学难点：
1. 通过实验观察光的衍射现象，能够区分几种不同的衍射图样；
2. 通过多种光的衍射实验事实来认识光的波动性。
教学过程
【新课引入】
我们知道，波能够绕过障碍物发生衍射。例如：
声音、水波能够绕过障碍物在障碍物后面或阴影区域继续传播。

问题1：声波、水波发生衍射现象的条件是什么？
产生明显衍射现象的条件是
—— 障碍物或缝、孔的尺寸比波长小或者跟波长相差不多，即d≤λ.
问题2：光的干涉现象反映了光的波动性，既然光也是一种波，为什么在日常生活中我们观察不到光的衍射，而常常说“光沿直线传播”呢？
原因：光的波长太短，可见光的波长在390nm-780nm之间。实际物体远大于光波波长.
问题3：如果创造条件，可不可以看到光的衍射呢？
单缝宽度可调
激光照射单缝
1.当缝比较宽时，光沿着直线通过狭缝，在屏上产生一条与缝宽相当的亮条纹。
2.当调节到缝很窄时，尽管亮条纹的亮度有所降低，但是宽度反而增大了，出现明暗相间的条纹。

任务一、光的衍射
1.定义：光离开直线传播路径绕到障碍物阴影里去的现象.
2.衍射时产生的明暗条纹叫衍射图样.
3.光发生明显衍射条件：
障碍物或缝、孔的尺寸小于波长或者和波长差不多，即d ≤ λ。
4.物理意义：光的衍射现象再一次证明光是一种波。
观察下列衍射图样，分析衍射规律：
不同缝宽的单缝衍射 不同色光的单缝衍射
5.单缝衍射图样的规律
1）条纹明暗相间不等间距；
2）中央条纹宽而亮；两侧条纹较窄较暗，对称分布；
3）同一色光（波长一定时），单缝越窄，中央条纹越宽，各条纹间距大，衍射现象越明显；
4）单缝不变时，光波波长越长（红光）中央亮纹越宽，条纹间隔越大；
5）白光衍射条纹：中央为白色亮条纹，两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，内侧为紫色。
组织学生用两支铅笔夹成一条狭缝，观察教室内日光灯的白光衍射。
单缝衍射与双缝干涉的比较
单缝衍射与双缝干涉的比较
任务一、光的衍射
问题4： 单缝可以观察到光的衍射，单孔(圆孔)可不可以观察到光的衍射呢？
激光照射单孔（圆孔）
7.单孔（圆孔）衍射
1）孔较大时，屏上出现清晰的光斑.
2）孔较小时——屏上出现衍射图样.
3）圆孔衍射图样特征：
①中央是亮度最大的圆形亮斑；
②外侧是明暗相间且不等间距的同心圆环；
③亮环或暗环间的距离随圆孔半径的减小而增加，
④圆环的范围远远超过了光沿直线传播所能照明的范围.
圆孔半径逐渐减小
单缝衍射和圆孔衍射的原因：
是由于来自单缝或圆孔上不同位置的光，通过缝或孔之后叠加时加强或者削弱的结果。
问题5： 光遇到不透明的障碍物会出现什么情况呢？
是否可以绕过障碍物，跑到影子里面去呢？
不只是狭缝和圆孔，其实各种不同形状的物体都能使光发生衍射，历史上曾有一个著名的衍射图样
——泊松亮斑．
光束照射一个不透明的圆盘
——在不透明圆盘的阴影后面，出现了一个亮斑。
8.圆盘衍射
在光束中放一个不透明的圆盘，阴影外有明暗相间的圆形条纹，在其影子的中心有一个亮斑——泊松亮斑
泊松亮斑趣事
1818 年，法国的巴黎科学院为了鼓励对衍射问题的研究，悬赏征集这方面的论文。一位年轻的物理学家菲涅耳在论文中按照波动说深入研究了光的衍射。
当时的另一位法国科学家泊松是光的波动说的反对者，他按照菲涅耳的理论计算了光在圆盘后的影的问题，发现对于一定的波长、在适当的距离上，影的中心会出现一个亮斑！泊松认为这是荒谬可笑的，并认为这样就驳倒了光的波动说。
但是，就在竞赛的关键时刻，评委阿拉果在实验中观察到了这个亮斑（图 ），这样，泊松的计算反而支持了光的波动说。后人为了纪念这个有意义的事件，把这个亮斑称为泊松亮斑，也称为阿拉果亮斑。
9.一般物体的衍射现象
用激光照射针尖大头针头发丝
各种不同形状的物体都能使光发生衍射，以至使影的轮廓模糊不清，
其原因是光通过物体的边缘而发生衍射的结果。
光的直线传播的条件 ：
——只有在障碍物的尺寸比光的波长大得多的情况下，光才可以看作是沿直线传播的。
任务二、衍射光栅
单缝衍射的条纹比较宽，而且距离中央亮条纹较远的条纹，亮度也很低。因此，无论从测量的精确度，还是从可分辨的程度上说，单缝衍射都不能达到实用要求。
实验表明：
如果增加狭缝的个数，衍射条纹的宽度将变窄，亮度将增加。
衍射光栅：由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件。
1.光栅结构：由许多等宽的狭缝等距离排列起来形成的光学仪器．
2.光栅种类：
1）透射光栅: 在玻璃片上刻有许多等宽而又间距相等的平行刻痕，刻痕产生漫反射而不
太透光，未刻的部分相当于透光的狭缝. 一般每毫米有几十到几千个狭缝.
2）反射光栅: 在高反射率的金属上刻痕.
光栅衍射
3.衍射光栅图样特征（与单缝衍射相比较）：
增加条纹个数，衍射条纹的宽度变窄，亮度增加．
【生活实例】 熟牛肉的反射式光栅衍射 光盘的彩色反光
当光线从合适的角度照射到这个断面时，就会发生一种光学效应，叫做“反射式光栅衍射”。
你能看到像彩虹一样的颜色，包括从绿色、黄色到红色的各种色泽。这种效应并非只有牛肉才有，其实猪肉、羊肉、驴肉、狗肉、鸡肉、鸭肉、鱼肉都可以出现。
电脑光盘的彩色反光，来自螺旋形排列的凹槽反射光的衍射。

鸟类羽毛的彩色反光，昆虫翅膀、体表的反光等等都是来自微观结构上同向排列的羽毛纤维或鳞片产生的衍射效应。
【课堂精练】
1.（多选）关于光的衍射现象,下列说法中正确的是（ ）
A.衍射图样是光波相互叠加的结果
B.光的衍射现象是光在传播过程中离开直线路径绕到障碍物阴影里发生弯曲的传播现象
C.光的衍射现象完全否定了光沿直线传播的结论
D.光的衍射现象为光的波动说提供了有力的证据
【答案】ABD
2.（多选）用单色光做双缝干涉实验的单缝衍射实验,比较屏上的条纹,下列说法中正确的是( )
A.双缝干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹
B.单缝衍射条纹是等间距的明暗相间的条纹
C.双缝干涉条纹是中央宽、两边窄的明暗相间的条纹
D.单缝衍射条纹是中央宽、两边窄的明暗相间的条纹
【答案】AD
3.如图所示的4种明暗相间的条纹分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮条纹).在下面的4幅图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是（ ）
A.红黄蓝紫 B.红紫蓝黄
C.蓝紫红黄 D.蓝黄红紫
【答案】B
【课外作业】同步练习
【总结与反思】
通过本节课的学习，使学生明确了光的衍射现象的概念、原理及特点；
针对学生的实际情况，教学过程中注重启发学生的思考，引导学生自主探究，提高学生的学习兴趣和科学思维能力。
3.在课堂教学中，适时运用实验演示手段，以便学生更直观地感受光的衍射现象及其规律，增强教学效果。
作者： 杭州市余杭第二高级中学 习文军
电话：18806710819