2019-2020年高中物理 13.5 光的衍射教案 新人教版3-4.doc
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2019-2020年高中物理 13.5 光的衍射教案 新人教版3-4 【教學(xué)目標(biāo)】 (一)知識(shí)與技能 1.通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察,讓學(xué)生認(rèn)識(shí)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,從而對(duì)光的波動(dòng)性有進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。 2.通過(guò)學(xué)習(xí)知道“光沿直線傳播”是一種近似規(guī)律。 (二)過(guò)程與方法 1.通過(guò)討論和對(duì)單縫衍射裝置的觀察,理解衍射條件的設(shè)計(jì)思想。 2.在認(rèn)真觀察課堂演示實(shí)驗(yàn)和課外自己動(dòng)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。 (三)情感、態(tài)度與價(jià)值觀 通過(guò)“泊松亮斑”等科學(xué)小故事的學(xué)習(xí),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。 【教學(xué)重點(diǎn)】 單縫衍射實(shí)驗(yàn)的觀察以及產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件。 【教學(xué)難點(diǎn)】 衍射條紋成因的初步說(shuō)明。 【教學(xué)方法】 1.通過(guò)機(jī)械波衍射現(xiàn)象類比推理,提出光的衍射實(shí)驗(yàn)觀察設(shè)想。 2.通過(guò)觀察分析實(shí)驗(yàn),歸納出產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件以及衍射是光的波動(dòng)性的表現(xiàn)。 3.通過(guò)對(duì)比認(rèn)識(shí)衍射條紋的特點(diǎn)及變化,加深對(duì)衍射圖象的了解。 【教學(xué)用具】 JGQ型氦氖激光器25臺(tái),衍射單縫(可調(diào)縫寬度),光屏、光柵衍射小圓孔板,兩支鉛筆(學(xué)生自備),日光燈(教室內(nèi)一般都有),直徑5 mm的自行車軸承用小鋼珠,被磁化的鋼針(吸小鋼珠用),投影儀(本節(jié)課在光學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行) 【教學(xué)過(guò)程】 (一)引入新課 復(fù)習(xí)水波的衍射 [投影水波衍射圖片(如圖1、圖2所示)] 圖1 圖2 師:請(qǐng)大家看這幾幅圖片,回憶一下相關(guān)內(nèi)容,回答下面兩個(gè)問(wèn)題: 1.什么是波的衍射? 2.圖2中哪一幅衍射現(xiàn)象最明顯?說(shuō)明原因。 生1:(議論后,一人發(fā)言)波能繞過(guò)障礙物的現(xiàn)象叫波的衍射.圖2中丙圖衍射最明顯,因?yàn)檫@里的孔寬度最小。 師:前一個(gè)問(wèn)題回答得很好,后一個(gè)問(wèn)題有沒(méi)有同學(xué)還有其他看法? 生2:我認(rèn)為丙圖中孔的尺寸雖然是最小,但不一定就是發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的原因,我們應(yīng)該用它跟波長(zhǎng)比。 師:很好,大家一起來(lái)說(shuō)說(shuō)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(zhǎng)小或者跟波長(zhǎng)相差不多。 師:光也是一種波,也能夠發(fā)生衍射。這節(jié)課我們來(lái)認(rèn)識(shí)光的衍射。 (二)進(jìn)行新課 1.光的衍射 師:通過(guò)前面對(duì)光的干涉的學(xué)習(xí),我們知道光是具有波動(dòng)性的,光既然是一種波,那么在傳播過(guò)程中也應(yīng)該具有衍射的現(xiàn)象,大家有沒(méi)有見(jiàn)過(guò)光的衍射現(xiàn)象呢?能舉出例子嗎? (學(xué)生討論后,一致認(rèn)為,光波也應(yīng)有衍射本領(lǐng),但無(wú)法舉出例子) 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(shuō)說(shuō)看,為什么平時(shí)我們不易觀察到光的衍射? 生:可能是因?yàn)楣獠úㄩL(zhǎng)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. 師:很有道理,大家來(lái)想想辦法解決這一問(wèn)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(lì)) [實(shí)驗(yàn)觀察] 安排學(xué)生根據(jù)上面的設(shè)想,自制單縫和小孔. 1.用單縫觀察日光燈光源. 2.用小孔觀察單色點(diǎn)光源. 師:請(qǐng)大家認(rèn)真觀察,然后告訴我你看到的現(xiàn)象. (學(xué)生回答基本上有兩類現(xiàn)象,一是觀察到了單一的一條亮線或一個(gè)圓形亮點(diǎn),二是觀察到比較模糊的明暗相間的線狀或環(huán)狀條紋) 師:大家做得很認(rèn)真,有幾位同學(xué)已成功地觀察到了光的衍射現(xiàn)象,現(xiàn)在我們?cè)儆酶玫难b置來(lái)一起觀察一下光的衍射現(xiàn)象. [教師演示] 在不透明的屏上裝有一個(gè)寬度可以調(diào)節(jié)的單縫,用氦氖激光器照射單縫,在縫后適當(dāng)距離處放一光屏,如圖所示. 調(diào)節(jié)單縫寬度演示,得出下列結(jié)果. 縫寬 較寬 較窄 很窄 極窄 關(guān)閉 屏上現(xiàn)象 一條較寬亮線 一條較窄亮線 亮線變寬、變暗并出現(xiàn)明暗相間條紋 明暗條紋清晰、細(xì)小 條紋消失 師:請(qǐng)大家將我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與課本插圖的幾幅照片比較,總結(jié)一下光要發(fā)生明顯的衍射應(yīng)滿足什么條件. 生:當(dāng)狹縫的寬度比波長(zhǎng)小或跟波長(zhǎng)差不多時(shí),光偏離了直線傳播方向,發(fā)生了明顯的衍射. (點(diǎn)評(píng):通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究,獲取必要的感性認(rèn)識(shí)。為以后從理論上認(rèn)識(shí)光的衍射奠定基礎(chǔ)。) 師:大家通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察到,光在傳播過(guò)程中能離開(kāi)直線繞過(guò)障礙物到達(dá)陰影里去,這一現(xiàn)象叫做光的衍射現(xiàn)象.衍射時(shí)產(chǎn)生的明暗條紋叫做衍射圖樣.其實(shí),不僅單縫,還有圓孔,多條平行狹縫以及各種不同形狀的障礙物都能使光發(fā)生衍射.同機(jī)械波的衍射一樣,光發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是:障礙物或孔的尺寸可以跟光的波長(zhǎng)相比,甚至比光的波長(zhǎng)還小. 師:下面我們?cè)賮?lái)觀察一下圓孔和光柵的衍射現(xiàn)象. (教師演示,將單縫分別換成圓孔和光柵,可以在屏上觀察到清楚的明暗相間的圓環(huán)和清晰的明暗相間的條紋.) 師:同學(xué)們已經(jīng)注意到,在衍射現(xiàn)象中,常有一些亮線和暗線,據(jù)此大家來(lái)猜猜原因. 生:在干涉現(xiàn)象中我們也觀察到明暗相間的條紋,我想這里的道理應(yīng)該跟在干涉現(xiàn)象中差不多. 師:猜想有道理.其實(shí)在光的衍射現(xiàn)象中,來(lái)自單縫或圓孔上不同位置的光,到光屏處的路程差滿足一定的特點(diǎn),疊加時(shí)加強(qiáng)或減弱,形成明暗相間的條紋,這確實(shí)跟光的干涉原理是相似的,大家再考慮一下,如果用白光做衍射實(shí)驗(yàn),條紋會(huì)怎樣呢? 生:條紋應(yīng)該是彩色的,因?yàn)椴煌獠ㄩL(zhǎng)不同,在疊加時(shí)形成條紋位置也不一樣,疊合時(shí)形成彩色. 師:回答得非常好,大家明白了嗎? 生:明白.(教師指導(dǎo)學(xué)生用兩支鉛筆并攏觀察日光燈衍射條紋) 師:光的衍射現(xiàn)象表明,我們平時(shí)說(shuō)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(zhǎng)大得多的情況下,光的傳播是沿直線,當(dāng)障礙物的尺寸可以與光的波長(zhǎng)相比擬時(shí),光的衍射現(xiàn)象就十分顯著,這時(shí)就不能說(shuō)光沿直線傳播了。 師:在光的衍射現(xiàn)象中,歷史上有過(guò)一個(gè)“泊松亮斑”的故事,請(qǐng)大家來(lái)閱讀課本66頁(yè)“科學(xué)足跡”欄目中的短文――泊松亮斑. 師:大家想不想看看這個(gè)亮斑? 生:想. (教師演示,用被磁化的鋼針吸一粒鋼珠,懸起,使激光束與鋼珠球心在同一直線上,如圖所示,就能在屏上觀察到鋼珠暗影中心有一亮斑,即泊松亮斑.) 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(dòng)理論推算出圓板陰影的中心應(yīng)該是一個(gè)亮斑,想借此駁倒菲涅耳的波動(dòng)理論,菲涅耳與阿拉果接受了泊松的挑戰(zhàn),通過(guò)多次實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)圓板中心確有一個(gè)亮斑。這樣“泊松亮斑”實(shí)驗(yàn)就成了光的波動(dòng)理論的精彩驗(yàn)證。大家從這個(gè)故事得到什么啟發(fā)。 生1:驗(yàn)對(duì)物理研究有重要作用。 生2:到別人的質(zhì)疑,要冷靜面對(duì),不要輕易放棄自己的立場(chǎng)或觀點(diǎn)。 生3:學(xué)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(lì)) 2.衍射光柵 師:指導(dǎo)學(xué)生閱讀教材有關(guān)內(nèi)容。了解衍射光柵的制作原理。 (三)課堂總結(jié)、點(diǎn)評(píng) 本節(jié)課我們通過(guò)復(fù)習(xí),回顧了機(jī)械波的衍射及產(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(shí)光的波動(dòng)性,光的直線傳播只是一種特殊情況。 下面我們通過(guò)課件,再來(lái)回顧一下光的衍射現(xiàn)象。 [課件演示]《光的衍射》。(再次回顧光的衍射現(xiàn)象,增強(qiáng)感性認(rèn)識(shí),達(dá)到鞏固所學(xué)知識(shí)的目的。) (四)課余作業(yè) 完成P68“問(wèn)題與練習(xí)”的題目。 課后閱讀67頁(yè)“科學(xué)漫步”――X射線衍射與雙螺旋。 附:課后訓(xùn)練 1.點(diǎn)光源照射一個(gè)障礙物,在屏幕上所成的陰影的邊緣是模糊的,這種現(xiàn)象是光的 ( ) A.反射現(xiàn)象 B.折射現(xiàn)象 C.干涉現(xiàn)象 D.衍射現(xiàn)象 答案:D 2.下列情況中能產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的是 ( ) A.光的波長(zhǎng)比孔或障礙物的尺寸大得多 B.光的波長(zhǎng)與孔或障礙物的尺寸相仿 C.光的波長(zhǎng)等于孔或障礙物的尺寸 D.光的波長(zhǎng)比孔或障礙物的尺寸小得多 答案:ABC 3.下列關(guān)于單縫衍射圖樣的說(shuō)法中正確的是 ( ) A.它和雙縫干涉圖樣完全相同 B.亮條紋的亮度都相同,而寬度不同 C.中央亮條紋的亮度和寬度最大 D.亮條紋的寬度相同,而亮度不同 答案:C 4.在用單色平行光照射單縫觀察衍射現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)中,下列說(shuō)法正確的是 ( ) A.縫越窄,衍射現(xiàn)象越顯著 B.縫越寬,衍射現(xiàn)象越顯著 C.照射光的波長(zhǎng)越長(zhǎng),衍射現(xiàn)象越顯著 D.照射光的頻率越高,衍射現(xiàn)象越顯著 解析:要觀察到明顯的衍射現(xiàn)象,必須孔或障礙物的尺寸足夠小,可以和光的波長(zhǎng)相比.由于光的波長(zhǎng)極短,所以要求孔或縫的尺寸要非常小,光的波長(zhǎng)越長(zhǎng),相當(dāng)于縫越窄,而頻率越高,波長(zhǎng)越小,故AC正確. 答案:AC 5.在做楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí),將其中的一條狹縫擋住,在屏上仍能觀察到明暗相間的條紋,此條紋 ( ) A.仍是原來(lái)的干涉條紋,只是亮度減弱了 B.仍是干涉條紋,只是條紋寬度變窄了 C.是衍射條紋 D.無(wú)法確定是干涉條紋還是衍射條紋 答案:C 6.下列哪些現(xiàn)象是光的衍射產(chǎn)生的 ( ) A.泊松亮斑 B.陽(yáng)光下茂密的樹(shù)陰中地面上的圓形亮斑 C.陽(yáng)光經(jīng)凸透鏡后形成的亮斑 D.平行光照在一個(gè)較大障礙物上后,影的輪廓模糊不清 答案:AD 7.在下圖中,A、B兩幅圖是由單色光分別入射到圓孔而形成的圖樣.其中A是光的________(填“干涉”或“衍射”)圖樣.由此可以判斷出圖A所對(duì)應(yīng)的圓孔的孔徑________(填“大于”或“小于”)圖B所對(duì)應(yīng)的圓孔的孔徑。 A B 解析:只有障礙物或孔的尺寸比光波波長(zhǎng)小或跟光波波長(zhǎng)相仿時(shí),才能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象,圖A是光的衍射圖樣.由于光波波長(zhǎng)很短,約在10-7 m數(shù)量級(jí)以上,所以圖A對(duì)應(yīng)的圓孔的孔徑比圖B對(duì)應(yīng)的圓孔的孔徑小.圖B的形成可以用光的直進(jìn)解釋. 答案:衍射 小于 8.在固定于光具座上的點(diǎn)燃的蠟燭和光屏之間,放置一個(gè)不透明的板,板上開(kāi)一個(gè)直徑可調(diào)的小孔,讓圓孔直徑從1 cm左右開(kāi)始逐漸調(diào)小至封閉,在這一過(guò)程中在屏上將依次出現(xiàn)的圖樣正確的是 ( ) A.蠟燭倒立的像,明亮的圓斑,明暗相間的圓環(huán) B.蠟燭倒立的像,明暗相間的圓環(huán),明亮光斑 C.明亮圓斑,蠟燭倒立的像,明暗相間的圓環(huán) D.明亮圓斑,明暗相間的圓環(huán),蠟燭倒立的像 答案C- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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