4.5 光的衍射 培优教学课件 -2025-2026学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

该高中物理课件聚焦光的衍射，系统讲解衍射现象、条件、单缝/圆孔/圆盘衍射及衍射光栅。导入通过复习波的衍射概念和条件，结合光盘光带现象提问，衔接光的直线传播与波动说，搭建新旧知识学习支架。 其亮点在于结合实验探究（单缝宽度、色光波长对衍射的影响）、视频演示（单缝衍射、圆盘衍射）、对比分析（干涉与衍射条纹异同）及科学史（泊松亮斑趣事），培养科学思维与探究能力。帮助学生深化物理观念，教师可借助结构化内容提升教学效率。

5.光的衍射 第四章 光 人教版选择性必修第一册 导入新课 1.什么是波的衍射现象？ 波在它传播的方向上遇到障碍物或孔时，波绕到障碍物阴影里去继续传播的现象叫波的衍射. 2.发生明显衍射的条件是什么？ 障碍物或孔的尺寸跟波长差不多或比波长小。 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？ 导入新课 视频中光盘就相当于光栅，你为什么会看到这种炫目的动感光带，光不是沿直线传播吗，这是怎么回事呢？ 学习目标 物理观念 了解光的衍射现象，及产生明显衍射现象的条件。 科学思维 通过观看演示图片，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异同。 科学探究 通过实验及演示视频学生分组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。 科学态度 与责任 知道衍射、衍射光栅在生产生活及科学技术中的应用，了解科学技术和社会的关系。 重点难点 重点 1.光的衍射现象以及发生明显的光的衍射现象的条件。 难点 1.光的干涉条纹和衍射条纹的异同点。 1. 光的衍射 2. 衍射光栅 3. 课堂总结 4. 练习与应用 学习内容 第5节 光的衍射 一、光的衍射 第5节 光的衍射 一、光的衍射 激光束 调节狭缝宽窄 狭缝 像屏 取一个不透光的屏，在它的中间装上一个宽度可以调节的狭缝，在缝后适当距离处放一个像屏，用平行的单色光照射。 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。但是，当缝调到很窄时，尽管亮条纹的亮度有所降低，但是宽度反而增大了，而且还出现了明暗相间的条纹 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叫光的衍射现象。衍射时产生的明暗条纹叫衍射图样。 S 2.产生明显衍射现象的条件 障碍物或孔的尺寸比光波波长小或与光波波长差不多时。 可见光的波长范围10－6m～10－7m，由发生明显衍射现象的条件可知，光的衍射现象不易观察。 一、光的衍射 3.单缝衍射 在挡板上安装一个宽度可调的狭缝，缝后放一个光屏。用单色平行光照射狭缝。 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。 当缝很窄时,光没有沿直线传播,它绕过了缝的边缘,传播到了障碍物后面的相当宽的地方，这就是光的衍射。 一、光的衍射 【视频：光的单缝衍射】 一、光的衍射 波长一定时，单缝越窄，现象越明显，中央亮纹越宽越暗 不同缝宽的单缝衍射 ② 单色光单缝衍射图样的特点： 条纹不等间距； 中央条纹亮而宽； 两侧条纹较暗较窄，对称分布。 一、光的衍射 观察下列衍射图样，分析衍射规律： 不同色光的单缝衍射 ③不同波长光的衍射图样： 白光的单缝衍射条纹为中央亮，两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近光源的内侧为紫色。 单缝不变，波长越大，衍射越明显，中央亮纹越宽。 一、光的衍射 单缝衍射和双缝干涉的比较 名称 项目 单缝衍射 双缝干涉 不同点 产生条件 障碍物或孔的尺寸比波长小或跟波长差不多 频率、振动方向相同，相位差恒定的两列光波相遇叠加 条纹宽度 条纹宽度不等，中央最宽 条纹宽度相等 条纹间距 各相邻条纹间距不等， 越靠外条纹间距越小 各相邻条纹等间距 亮度 中间条纹最亮，两边变暗 清晰条纹，亮度基本相等 相同点 成因 干涉、衍射都有明暗相间的条纹，条纹都是光波叠加时加强或者削弱的结果 意义 干涉、衍射都是波特有的现象，表明光是一种波 一、光的衍射 4.圆孔衍射 A B （2）当挡板AB上的圆孔很小时,光屏上出现图乙所示的衍射图样,出现明暗相间的圆环。 （1）如图所示,当挡板AB上的圆孔较大时,光屏上出现图甲所示的情形,无明显的衍射现象发生; 一、光的衍射 只有圆孔足够小时，才能得到明显的衍射图样。 在圆孔由较大直径逐渐减小的过程中，光屏依次得到几种不同现象——圆形亮斑(光的直线传播)、光源的像(小孔成像)、明暗相间的圆环(衍射图样)、完全黑暗。 小孔成像原理图 圆孔直径变化出现的不同现象 一、光的衍射 这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。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。 思考：为什么在单缝衍射和圆孔衍射的照片中，都有一些亮条纹和暗条纹？ 一、光的衍射 单色光的圆孔衍射图样中央亮圆的亮度大，外面是明暗相间的不等距的圆环．越向外，亮环亮度越低； 白光的圆孔衍射图样中央亮圆为白色，周围是彩色圆环。 圆孔衍射现象 ②衍射图样的特点 明暗相间的环状条纹，中央为圆形亮斑。 一、光的衍射 5．衍射条纹产生的实质 是光波发生干涉的结果。当光源发出的光照射到小孔或障碍物时，小孔处或障碍物的边缘可看成许多点光源，这些点光源是相干光源，发出的光相互干涉，形成明暗相间的条纹。所以说衍射中有干涉，干涉中也有衍射。 一、光的衍射 【探究思考】 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呢，跑到影子里面去呢？ 光经过圆盘发生衍射现象，绕过圆盘，在不透明圆盘的阴影后面，出现了一个亮斑。 泊松亮斑 中心有小亮斑 一、光的衍射 6.圆盘衍射 演示视频：圆盘衍射现象 ①现象 用平行光照射一个不透光的小圆盘时，在圆盘阴影中心出现一个亮斑。 ②衍射图样的特点 圆形阴影中心有一亮斑，与小孔衍射图样有明显区别。 泊松亮斑 红色激光的圆孔衍射图样 一、光的衍射 不同点： ③圆孔衍射的背景是黑暗的,而圆盘衍射图样中的背景是明亮的。 ②圆孔衍射亮环或暗环间距随半径增大而增大,圆盘衍射亮环或暗环间距随半径增大而减小； 圆孔衍射 圆盘衍射 相同点：均是明暗相间的光环,中心均有亮斑 ①圆孔衍射中心亮斑较大,而泊松亮斑较小； 一、光的衍射 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,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。 一、光的衍射 例1. 对于单缝衍射实验现象，以下正确的是（ ） A．缝的宽度越小，中央亮条纹的宽度越窄 B．缝的宽度越小，中央亮条纹的宽度越宽 C．缝的宽度越大，衍射现象越明显 D．入射光的频率越大，衍射现象越明显 B 二、衍射光栅 第5节 光的衍射 二、衍射光栅 1.衍射光栅结构 由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件。 2.衍射光栅图样的特点 与单缝衍射相比,衍射条纹的宽度变窄,亮度增加。 3．衍射光栅的种类 ①反射光栅：在高反射率的金属上刻痕，就可以做成反射光栅。 ②透射光栅：在一块很平的玻璃上刻出一系列等距的平行刻痕，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，这样就做成了透射光栅。 透射光栅 二、衍射光栅 4.衍射现象的利用： （1）衍射光栅是一种非常重要的光学元件，它通过有规律的结构，使入射光的振幅、相位受到周期性的空间调制。光通过光栅衍射可以产生明亮尖锐的条纹，狭缝越多明纹越细且越明亮，若是复色光入射则可产生光谱，因此利用光栅的这个特点可制作衍射光栅光谱仪来进行光谱分析。 二、衍射光栅 （2）衍射图样和障碍物的结构有着一一对应的关系，而且衍射图样对精细结构有一种相当敏感的“放大”作用，因此可利用衍射图样分析结构。例如:X光的衍射是测定晶体结构的重要方法。 右图是弗兰克林利用X射线衍射拍的DNA分子，DNA的双螺旋结构模型就是根据这些照片得出的，这是生物学史上划时代的事件，它宣告了分子生物学的诞生。 二、衍射光栅 （1）衍射光栅是由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件，而每一条单缝都发生衍射现象，在屏幕上呈现衍射图样，各个单缝发出的衍射光又是彼此相干的，又会产生干涉，总体的衍射光栅的条纹是单缝衍射和缝间干涉的总效果。 （2）衍射光栅是由许多单缝衍射，各个单缝发出的衍射光又是彼此产生干涉的效果，狭缝的个数越多，加强效果增加，光栅的多光束形成的明条纹亮度也增加。 例2.衍射光栅和单缝衍射有何区别？为什么衍射光栅明条纹亮度增加？ 三、课堂总结 第5节 光的衍射 三、课堂总结 衍射光栅 光的衍射 光的衍射 发生明显衍射的条件 三种衍射 狭缝、孔或障碍物的尺寸与波长相当，或比波长更小 透射光栅 反射光栅 单缝衍射 圆孔衍射 圆盘衍射 泊松亮斑 四、练习与应用 第5节 光的衍射 四、练习与应用 1．关于光的衍射现象，下列说法正确的是（　　） A.红光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹 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，说明发生了干涉 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 A 四、练习与应用 2. 一个不透光的薄板上有两条平行的窄缝，有一频率单一的红光通过两窄缝在与薄板平行的屏上呈现明暗相间的间隔均匀的红色条纹，若将其中一窄缝挡住让另一缝通过红光，则在屏上可观察到（ ） A．明暗与原来相同，间隔均匀的红色条纹 B．明暗与原来不相同，间隔不均匀的红色条纹 C．一条红色的条纹 D．既无条纹，也不是一片红光，而是光源的像 B 四、练习与应用 3．在光的传播方向上分别放置单缝、双缝、小圆孔和小圆板后，分别得到如下四幅图样，以下说法正确的是（ 　　） A．甲是双缝干涉图样、丁是小圆板“泊松亮斑”衍射图样 B．乙是单缝衍射图样、丙是小圆板“泊松亮斑”衍射图样 C．甲是双缝干涉图样、丁是小圆孔衍射图样 D．乙是双缝干涉图样、丙是小圆孔衍射图样 A 四、练习与应用 4.(多选)关于衍射光栅，下列说法正确的是（ ） A.衍射光栅是由许多等宽的狭缝组成的 B.增加狭缝的个数，因衍射条纹的宽度将变宽，所以亮度将会增加 C.透射光栅中有刻痕的部分相当于透光的狭缝 D.当光通过光栅时，每个狭缝均起到单缝衍射的作用 AD Lavf58.33.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.29.100 $