4.5光的衍射 教案-2022-2023学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

4.5光的衍射 〖教材分析〗 做好光的衍射现象实验在本节课的教学中至关重要，它是学生认识光的衍射的基础。光的衍射现象进一步证明了光具有波动性，对发展光的波动理论起了重要的作用。由于衍射现象产生的物理过程分析起来比较复杂，教材只进行了定性分析。在分析产生明显衍射现象条件的教学中，教师可以通过复习机械波衍射的知识进行对比教学。 〖教学目标与核心素养〗 物理观念∶知道的衍射概念及产生明显衍射现象的条件。 科学思维∶通过对光的衍射现象的分析，对光的直线传播现象提出质疑，学会从不同角度思考物理问题。 科学探究：通过观察生活中的衍射现象，认识衍射条纹的特征。 科学态度与责任∶知道衍射在生产生活以及科学技术中的应用，弘扬科学爱国精神。 〖教学重难点〗 教学重点：知道的衍射概念及产生明显衍射现象的条件。 教学难点：了解干涉图样与衍射条纹的区别。 〖教学准备〗 衍射光栅、两只一样的笔等。 〖教学过程〗 一、新课引入 （播放视频手影舞）我们知道，波能够绕过障碍物发生衍射。例如，声音能够绕过障碍物传播。 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，而且常常说 “光沿直线传播”呢？ 二、新课教学 我们已经学过了光的干涉现象，知道光是一种波，那光波能否像机械波一样发生衍射呢？ （一）光的衍射 1.实验探究 这是一个宽度可调节的夹缝缝，后放一个光屏。用平行单色光照射狭缝，观察一下屏障所显示的情况。 现象：开始时狭缝较宽，在屏上会出现一条跟缝宽相当的亮线。说明此时光是直线传播的。 分析：持续减小缝宽会发现光明显偏离直线传播，进入到阴影区，屏幕上出现明暗相间的条纹，这就是光的衍射现象。 这个实验说明了光也会发生衍射现象。 如果用白光做上述实验，得到的条纹是彩色的。这是因为白光中包含了各种颜色的光，衍射时不同色光的亮条纹的位置不同，于是各种色光就区分开了。 思:1：为什么我们平时观察到的光都是沿直线传播的呢？ 这是因为发生明显衍射的条件是障碍物或孔的尺寸跟波长差不多，或者比波长小，而可见光的波长极短，只有零点几微米，通常障碍物的寸都比他大的多。因此很难看到光的衍射现象。 思考2：那是不是尺寸较大的物体不会发生光的衍射？ 这是在光线比较暗的环境拍摄的，能够看出针尖的边缘光发生了衍射，致使他的轮廓模糊不清，并出现了明暗相间的条纹。这就证明对于任何形状和大小的物体都存在光的衍射现象，只是不够明显而已。 其实在生活中也有很多衍射现象的发生，比如日出时太阳光穿过大气层的厚度较大，由于红光与紫光的波长长，红光更容易发生衍射，从而绕过大气层中的微小障碍物，这样日出时的太阳看起来就是火红色的，包括红色的火烧云也是这个原理。 总结：衍射现象不明显，近似认为光是沿直线传播的。衍射现象十分明显，就不能说光沿直线传播。 2.单缝衍射条纹特点 如图单色光经过夹缝会产生衍射图样，经测定，此时狭缝宽度0.8mm。如果将狭缝宽度减小到0.4mm，就会出现这样的衍射图样。明显他的中心明条纹更宽，也就是说对于波长相同的单色光夹缝越窄条纹的宽度越宽。即 ①λ相同，缝宽越小，条纹越宽 如果将红光换成蓝光，夹缝宽度保持0.4mm不变，就会出现这样的明条纹。从图样中不难看出，红光的衍射条纹明显比蓝光宽，而红光波长大于蓝光波长即 ②缝宽相同，λ越长，条纹越宽 你已经学过了，机械过的衍射，当夹缝越窄时衍射现象越明显，而机械波的波长越大时，衍射现象也越明显。即 无论是机械波还是光波，在发生衍射时，性质都是相同的。 课堂观察：准备两支笔，然后透过两支笔之间的夹缝去观察日光灯。在缝隙足够窄的情况下，同样能观察到光的衍射现象，而这种处于均夹缝的彩色条纹外红内蓝不就正好符合衍射现象的规律。 3.衍射现象与干涉现象的比较 衍射现象 干涉现象 相同点 明暗相间的的条纹，且中间条纹都是明条纹 波长越长，条纹宽度越宽 缝宽越窄，条纹越宽 不同点 中间条纹宽，两边条纹窄 等间距条纹 （二）衍射光栅 原因：单缝衍射的图像都不够清晰，很难进行精确测量。为了增加清晰度，科学家们试着增加挡板上狭缝的条数，从而得到更清晰的图样，方便进行测量。 原理：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：许多等宽狭缝形成的光学仪器。 ①透射光栅 透射光栅是用金刚石在玻璃上刻出等间距的刻痕处，因为漫反射，而不透光相当于障碍物，没有刻痕的地方透光相当于狭缝，这样就形成了透光光栅。 ②反射光栅 反射光栅是在高反射率的金属上利用反光形成的，光栅的间距很小，一般与可见光波长差不多。 科学漫步：一、泊松亮斑趣事 （播视频）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。 二、X射线衍射与双螺旋 晶体中原子