光的衍射

教學(xué)目標(biāo)

（一）知識(shí)目標(biāo)
　　1、知道"幾何光學(xué)"中所說(shuō)的光沿直線傳播是一種近似．?
　　2、知道光通過(guò)狹縫和圓孔的衍射現(xiàn)象．?
　　3、知道觀察到明顯衍射的條件

（二）能力目標(biāo)
　　了解單縫衍射、小孔衍射，并能用相關(guān)知識(shí)對(duì)生活中的有關(guān)現(xiàn)象進(jìn)行解釋和分析．

（三）情感目標(biāo)
　　1、讓學(xué)生知道科學(xué)研究必須重視理論的指導(dǎo)和實(shí)踐的勤奮作用；
　　2、必須有自信心和踏實(shí)勤奮的態(tài)度；
　　3、在學(xué)習(xí)中也要有好品質(zhì)、好作風(fēng)．

 

教學(xué)建議

有關(guān)光的衍射的教學(xué)建議

　　應(yīng)該讓學(xué)生了解，光的直進(jìn)，是幾何光學(xué)的基礎(chǔ)，光的衍射現(xiàn)象并沒(méi)有完全否定光的直進(jìn)，而是指出了光的直進(jìn)的適用范圍或者說(shuō)它的局限性．
課本只要求學(xué)生初步了解光的衍射現(xiàn)象，不做理論討論，因此與機(jī)械波類比和觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是十分重要的．首先，要結(jié)合機(jī)械波的衍射，使學(xué)生明確光產(chǎn)生衍射的條件．
　　講光的衍射要配合演示實(shí)驗(yàn)、要讓學(xué)生能區(qū)分干涉圖樣與衍射圖樣的區(qū)別．單色光干涉圖樣條紋等間距，衍射圖樣中間寬兩邊窄．
　　除了演示實(shí)驗(yàn)外，要盡可能多地讓學(xué)生自己動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)進(jìn)行觀察．包括節(jié)后的小實(shí)驗(yàn)2， 以及觀察小孔衍射(在鋁箔或膠片上打出尺寸不同的小孔，以小電珠作光源，距光源1～2米 ，眼睛靠近小孔觀察光通過(guò)小孔的衍射花樣--彩色圓環(huán))．還可讓學(xué)生通過(guò)羽毛、紗巾觀看發(fā)光的燈絲(對(duì)見到的彩色花樣可不作解釋)等等， 以補(bǔ)學(xué)生對(duì)這一現(xiàn)象的不熟悉和幫助學(xué)生理解．
　　在本節(jié)教材中提到泊松亮斑--泊松原以為這下子可以駁倒菲涅爾的波動(dòng)理論了，事與愿違，菲涅爾和阿拉果接受了泊松的挑戰(zhàn)，用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這個(gè)理論結(jié)論， 實(shí)驗(yàn)卻成了波動(dòng)理論極其精彩的實(shí)證，菲涅爾為此獲得了科學(xué)獎(jiǎng)金(1819年)．這個(gè)科學(xué)小故事告訴我們，在科學(xué)研究上必須重視理論的指導(dǎo)作用和實(shí)踐的檢驗(yàn)作用；作為科研工作者，必須有堅(jiān)定的自信心和踏實(shí)勤奮的工作態(tài)度．今天的學(xué)習(xí)，在掌握知識(shí)的同時(shí)，也應(yīng)培養(yǎng)自己這方面的好品 質(zhì)、好作風(fēng)．

 

關(guān)于演示實(shí)驗(yàn)的教學(xué)建議

　　光的衍射實(shí)驗(yàn)，可以將演示和學(xué)生實(shí)驗(yàn)同時(shí)在一節(jié)課內(nèi)完成
　　單縫衍射仍用激光演示儀．演示時(shí)可以再將雙縫干涉演示一下，讓學(xué)生從中對(duì)比干涉條紋等間距，衍射條紋中間寬、兩邊窄，然后讓學(xué)生用游標(biāo)下尺觀察日光燈通過(guò)卡尺兩測(cè)腳形成的窄縫產(chǎn)生的衍涉條紋．實(shí)驗(yàn)中要讓學(xué)生仔細(xì)觀察兩側(cè)腳間距從大到小逐漸變化．本實(shí)驗(yàn)也可用線狀白熾燈使縫與燈絲平行，眼睛靠近狹縫可以觀察到狹縫兩側(cè)的彩色條紋．

 

教學(xué)設(shè)計(jì)示例

（－）引入新課
一、光的衍射現(xiàn)象

　　上節(jié)研究了光的干涉現(xiàn)象，說(shuō)明光具有波動(dòng)性．衍射現(xiàn)象也是波的主要特征之一，如果我們能通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察到光的明顯的衍射現(xiàn)象，那么也就能更充分地說(shuō)明光具有波動(dòng)性．

（二）教學(xué)過(guò)程

　　所謂光的衍射現(xiàn)象，是當(dāng)光在它傳播的方向上遇到障礙物或孔（其大小可以與光的波長(zhǎng)相比或比光的波長(zhǎng)�。�時(shí)，光繞到障礙物陰影里去的現(xiàn)象．

　　演示：

　　下面我們用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行觀察．

　　取一個(gè)不透光的屏，在它的中間裝上一個(gè)寬度可以調(diào)節(jié)的狹縫，用平行的單色光照射，在縫后適當(dāng)距離處放一個(gè)像屏（如圖）．

 

　　我們看到，當(dāng)縫比較寬時(shí)，在像屏上是一條幾乎與縫一樣寬的亮線，除了這一條光線外，像屏上出現(xiàn)了陰影．這時(shí)光可視為是沿直線傳播的．接著逐漸縮小縫的寬度，當(dāng)縫調(diào)到很窄（縫寬與光波的波長(zhǎng)相當(dāng)時(shí)）在像屏的原陰影區(qū)內(nèi)觀察到了明暗相間的條紋．

　　這實(shí)驗(yàn)表明光在其前進(jìn)的途中遇上大小相當(dāng)于光的波長(zhǎng)的障礙物或孔時(shí)，偏離了直線傳播方向，即光產(chǎn)生了衍射現(xiàn)象．上述衍射現(xiàn)象是通過(guò)單縫形成的，我們稱之為光的單縫衍射．

    　　單色光的干涉與衍射都出現(xiàn)明暗相間的條紋，但圖案不同．干涉條紋是等間隔的，衍射條紋間隔不等．白光照射單縫時(shí)，可以在像屏上得到彩色條紋，它與雙縫干涉的彩色條紋也不同，中央一級(jí)是又亮又寬的白色條紋，兩邊是較窄較暗的彩色條紋．

　　用點(diǎn)光源來(lái)照射有較大圓孔AB的屏，在像屏 MN上出現(xiàn)一個(gè)光亮的圓，

 

　　這說(shuō)明光是沿直線傳播的．逐漸縮小孔的直徑，可以看到屏上的亮圓也逐漸減小．但是，圓孔縮到很小時(shí)，在像屏MN上原陰影區(qū)就形成一些明暗相間的圓環(huán)，這些圓環(huán)達(dá)到的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了光按直線傳播所能照到的范圍，這就是光通過(guò)小孔產(chǎn)生的衍射現(xiàn)象．

　　光的衍射現(xiàn)象進(jìn)一步證明了光具有波動(dòng)性，對(duì)確定光的波動(dòng)說(shuō)的正確性起了重要作用．

　　關(guān)于這個(gè)問(wèn)題，歷史上曾有過(guò)一段趣事．1818年，當(dāng)法國(guó)物理學(xué)家菲漢耳提出光的波動(dòng)理論時(shí)，著名數(shù)學(xué)家泊松根據(jù)菲涅耳的理論推算出：把一個(gè)不透光的小的圓盤狀物放在光束中，在距這個(gè)圓盤一定距離的像屏上，圓盤的陰影中心應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)一個(gè)亮斑．人們從未看過(guò)和聽說(shuō)過(guò)這種現(xiàn)象，因而認(rèn)為這是荒謬的，所以泊松興高采烈地宣稱他駁倒了菲涅耳的波動(dòng)理論，菲涅耳接受了這一挑戰(zhàn)，精心研究，“奇跡”終于出現(xiàn)了，實(shí)驗(yàn)證明圓盤陰影中心確實(shí)有一個(gè)亮斑，這就是著名的泊松亮斑．

　　光沿直線傳播只是一個(gè)近似的規(guī)律：當(dāng)光的波長(zhǎng)比障礙物或孔的尺寸小得多時(shí)，可認(rèn)為光是沿直線傳播的，當(dāng)光的波長(zhǎng)與障礙物或孔的尺寸可以相比擬時(shí)將產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象

　　提問(wèn)：當(dāng)光通過(guò)小孔或者狹縫時(shí)，在后面的光屏上會(huì)得到什么樣的圖案？

　　學(xué)生回答的基礎(chǔ)上老師總結(jié)．

　　當(dāng)縫很大時(shí)——直線傳播（得到影）

　　當(dāng)縫減小時(shí)——逐漸會(huì)出現(xiàn)小孔成像的現(xiàn)象

　　繼續(xù)減小縫的大小——會(huì)出現(xiàn)光的衍射現(xiàn)象．

 

探究活動(dòng)

　　1、用游標(biāo)卡尺觀察光的衍射現(xiàn)象．

　　2、考察光的衍射現(xiàn)象在人們的日常生活中的體現(xiàn)．

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