第四节 光的衍射和偏振（表格式教学设计）物理沪科版选择性必修第一册

该高中物理教学设计聚焦“光的衍射和偏振”核心内容，通过声音衍射与光的直线传播对比导入，衔接前序光的干涉知识，为后续光栅光谱等内容铺垫，构建波动光学知识链。 以实验驱动探究，设计游标卡尺狭缝衍射、偏振片旋转等实验情境，引导学生从现象抽象衍射条件、偏振概念，培养科学探究能力。通过单缝衍射与双缝干涉对比，整合光的直线传播与衍射关系，发展科学思维，借偏振现象揭示光的横波本质，深化波动观念。助力学生提升实验观察与抽象思维能力，为教师提供清晰实验指导与重难点突破框架，提升教学效率。

第四节 光的衍射和偏振（教学设计） 年级 高二 学科 物理 课时数 课题 第四章 光4.4 光的衍射和偏振（教学设计） 教学 目标 1 .知道什么是光的衍射，知道产生明显衍射现象的条件。 2. 知道什么是光的偏振现象，知道光是一种横波。 教材 分析 《光的衍射和偏振》是第四章“光”中的第四节内容。本节在光的波粒二象性整体框架下，与前面“光的干涉”相衔接，进一步通过衍射与偏振两大典型波动现象，论证“光是横波”这一关键结论；同时又为后续“光的干涉测量”“光栅光谱”等内容作知识准备。 教学重点 1. 光的衍射现象及其明显发生的条件； 2. 单缝衍射图样的特点与影响因素； 3. 光的偏振现象及其对光横波本质的揭示。 教学难点 1. 将“光沿直线传播”与“光的衍射”的统一与区别； 2. 从实验现象中抽象出“透振方向”“偏振光”概念，理解偏振的本质； 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 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？ 结合情境分析问题 学习新课 一、光的衍射 1. 光的衍射 【问题情境】(1)让一束红光照射在游标卡尺两个卡脚之间的缝上，逐渐减小两个卡脚之间的距离，使缝越来越小，观察照在屏幕上光斑的变化。缝宽大约多大时屏幕上出现条纹？缝间距变小时，条纹有什么变化？ 答案　大约0.8 mm时会出现条纹，当缝间距变小时，屏幕上条纹间距逐渐变宽，但亮度逐渐减弱。 (2)用针尖在一张厚纸上扎一个很小的小孔，用眼睛通过小孔观察太阳光，会观察到什么现象？ 答案　会观察到中央为亮圆，周围为彩色的圆环。 （1）用单色平行光照射狭缝，当缝很窄时，光没有沿直线传播，它绕过了缝的边缘，传播到了相当宽的地方。这就是光的衍射现象。 （2）各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射，致使影的轮廓模糊不清，出现明暗相间的条纹。 （3）发生明显衍射现象的条件：在障碍物的尺寸与光的波长相当，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象十分明显。 2. 三种衍射图样的特点 （1）单缝衍射 ①单色光通过狭缝时，在屏幕上出现明暗相间的条纹，中央条纹最宽最亮，两侧的亮条纹逐渐变暗变窄；白光通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹，中央为白色条纹。 ②波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，条纹间距大；单缝不变时，光波波长长的中央条纹宽，条纹间距大。 （2）圆孔衍射：光通过小孔(孔很小)时，在光屏上出现明暗相间的圆环。如图所示。 ①中央是大且亮的圆形亮斑，周围分布着明暗相间的同心圆环，且越靠外，圆形亮条纹的亮度越弱，宽度越小。 ②圆孔越小，中央亮斑的直径越大，同时亮度越弱。 （2）圆板衍射(泊松亮斑) ①若在单色光传播途中放一个较小的圆形障碍物，会发现在影的中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑。衍射图样如图所示。 ②中央是亮斑，圆板阴影的边缘是模糊的，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环。 【例1】关于光的衍射现象，下列说法正确的是（ C ） A.红光的单缝衍射图样是红暗相间的圆环 B.白光的单缝衍射图样是白黑相间的直条纹 C.光照到不透明小圆盘上出现泊松亮斑，说明发生了衍射 D.光照到较大圆孔上出现大光斑，说明光沿着直线传播，不存在光的衍射 3. 单缝衍射与双缝干涉的比较 （1）不同点 ①产生条件 单缝衍射：狭缝足够小(发生明显衍射) 双缝干涉：频率相同的两列光波相遇叠加 ②图样 单缝衍射的图样是中央为最宽最亮的亮条纹，两侧亮条纹变暗变窄 双缝干涉的图样是亮度相同的等间距的条纹 （2）相同点 ①都有明暗相间的条纹，条纹都是光波叠加时加强或减弱的结果 ②都是波特有的现象，表明光是一种波 【例2】如图所示，甲、乙、丙、丁四幅图是不同的单色光通过同一双缝或单缝形成的双缝干涉或单缝衍射图样，分析各图样的特点可以得出的正确结论是（ A ） A.甲、乙是光的干涉图样 B.丙、丁是光的干涉图样 C.形成甲图样的光的波长比形成乙图样的光的波长短 D.形成丙图样的光的波长比形成丁图样的光的波长短 掌握光的衍射的定义和产生条件 掌握三种衍射图样的特点 理解掌握单缝衍射与双缝干涉的不同点和相同点 学习新课 二、衍射光栅 1. 衍射光栅 （1）构成：由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件。 （2）增加狭缝的个数，衍射条纹的宽度变窄，亮度增加。 （3）种类：投射光栅和反射光栅。 学习新课 三、光的偏振 【问题情境】如图所示，取一个偏振片P，让阳光通过偏振片P，在P的另一侧观察，可以看到偏振片是透明的；在偏振片P的后面再放置另一个偏振片Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片Q，会看到什么现象？这说明什么？ 1. 偏振现象 不同的横波，即使传播方向相同，振动方向也可能不同，这种现象称为“偏振现象”，横波的振动方向称为“偏振方向”。 2. 光的偏振 (1)偏振片 由特定的材料制成，每个偏振片都有一个特定的方向，沿着这个方向振动的光波能顺利通过偏振片，这个方向叫作“透振方向”。 (2)自然光和偏振光 ①自然光：太阳、日光灯等普通光源发出的光，包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同。这种光是“自然光”。 ②偏振光：在垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定的方向振动，这种光叫作偏振光。 (3)光的偏振现象说明光是一种横波。 3. 透振方向 偏振片由特定的材料制成，每个偏振片都有一个特定的方向，只有沿着这个方向振动的光波才能顺利通过偏振片，这个方向叫作“透振方向”。 4. 光的偏振现象表明光是一种横波 5. 自然光与偏振光的比较 【例3】如图所示，电灯S发出的光先后经过偏振片A和B，人眼在P处迎着入射光方向看不到光亮，则（ D ） A.图中a光为偏振光 B.图中b光为自然光 C.以SP为轴将B转过180°后，在P处将看到光亮 D.以SP为轴将B转过90°后，在P处将看到光亮 【针对训练】如图所示，白炽灯的右侧依次放置偏振片P和Q，A点位于P、Q之间，B点位于Q右侧，旋转偏振片P，A、B两点光的强度变化情况是（ C ） A.A、B均不变 B.A、B均有变化 C.A不变，B有变化 D.A有变化，B不变 掌握偏振现象的定义 课 堂 练 习 1.(光的衍射)对光的衍射现象的定性分析，错误的是（ D ） A.光的衍射是光在传播过程中绕过障碍物继续传播的现象 B.衍射条纹图样是光波相互叠加的结果 C.光的衍射现象为光的波动说提供了有力的证据 D.光的衍射现象完全否定了光的直线传播结论 2.(单缝衍射与双缝干涉的比较)如图(a)所示是做双缝干涉实验的示意图。先做操作1：用两块不同颜色的滤光片分别挡住双缝屏上、下两半部分Ⅰ和Ⅱ；接着再做操作2：用不透明的挡板挡住b缝.若两块滤光片一块是红色，一块是蓝色，红光波长大于蓝光波长，则（ D ） A.完成操作1后，光屏上出现的是图(b)图案，且甲是蓝色条纹，乙是红色条纹 B.完成操作1后，光屏上出现的是图(c)图案，且丙是蓝色条纹，丁是红色条纹 C.完成操作2后，光屏上出现的是图(b)图案，且甲是蓝色条纹，乙是红色条纹 D.完成操作2后，光屏上出现的是图(c)图案，且丙是红色条纹，丁是蓝色条纹 3.(光的偏振)关于光的偏振现象，下列说法正确的是（ B ） A.偏振光沿各个方向振动的光波的强度都相同 B.自然光在水面反射时，反射光和折射光都是一定程度的偏振光 C.光的偏振现象说明光是一种纵波 D.照相机镜头表面的镀膜是光的偏振现象的应用 板 书 设 计 4.4 光的衍射和偏振 一、光的衍射 1. 光的衍射 （1）用单色平行光照射狭缝，当缝很窄时，光没有沿直线传播，它绕过了缝的边缘，传播到了相当宽的地方。这就是光的衍射现象。 （2）各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射，致使影的轮廓模糊不清，出现明暗相间的条纹。 （3）发生明显衍射现象的条件：在障碍物的尺寸与光的波长相当，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象十分明显。 2. 三种衍射图样的特点 （1）单缝衍射 ①单色光通过狭缝时，在屏幕上出现明暗相间的条纹，中央条纹最宽最亮，两侧的亮条纹逐渐变暗变窄；白光通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹，中央为白色条纹。②波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，条纹间距大；单缝不变时，光波波长长的中央条纹宽，条纹间距大。 （2）圆孔衍射：光通过小孔(孔很小)时，在光屏上出现明暗相间的圆环。如图所示。 ①中央是大且亮的圆形亮斑，周围分布着明暗相间的同心圆环，且越靠外，圆形亮条纹的亮度越弱，宽度越小。②圆孔越小，中央亮斑的直径越大，同时亮度越弱。 （3）圆板衍射(泊松亮斑) ①若在单色光传播途中放一个较小的圆形障碍物，会发现在影的中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑.衍射图样如图所示。 ②中央是亮斑，圆板阴影的边缘是模糊的，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环。 3. 单缝衍射与双缝干涉的比较 二、衍射光栅 1. 衍射光栅 （1）构成：由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件。 （2）增加狭缝的个数，衍射条纹的宽度变窄，亮度增加。 （3）种类：投射光栅和反射光栅。 三、光的偏振 1. 偏振现象 不同的横波，即使传播方向相同，振动方向也可能不同，这种现象称为“偏振现象”，横波的振动方向称为“偏振方向”。 2. 光的偏振 (1)偏振片 由特定的材料制成，每个偏振片都有一个特定的方向，沿着这个方向振动的光波能顺利通过偏振片，这个方向叫作“透振方向”。 (2)自然光和偏振光 (3)光的偏振现象说明光是一种横波。 3. 自然光与偏振光的比较 作业布置 教学反思 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $