第18章衍射教案
光的衍射教案
光的衍射教案【课堂教案】光的衍射一、教学目标1. 了解光的衍射现象及其原理。
2. 掌握光的衍射公式，能够计算衍射角和衍射条纹。
3. 培养学生观察、实验、探究和解决问题的能力。
二、教学内容1. 光的衍射现象及其原理。
2. 衍射角公式的推导及应用。
3. 衍射条纹的形成原理及计算方法。
三、教学过程【引入】通过展示光的衍射现象的图片或视频，引起学生的兴趣和思考。
【讲解】1. 光的衍射现象及其原理：光通过一个孔或者绕过一个物体时，会发生衍射现象。
这是由于光的波动性质决定的。
当光通过一个孔时，光波的振动会受到孔口的限制而发生弯曲，从而产生衍射现象。
衍射现象的原理是赖曼原理，即当光波通过一个孔或者绕过一个物体时，波前上各点的振动会相互干涉，形成新的波前。
根据干涉的结果，可以看到明暗交替的衍射条纹。
2. 衍射角公式的推导及应用：在单缝衍射实验中，光通过一个非常窄的缝隙，形成衍射条纹。
根据几何光学原理和赖曼原理，可以推导出衍射角的公式：sinθ = mλ / a其中，θ为衍射角，m为衍射级别（即衍射条纹的亮暗程度），λ为光波长，a为缝隙的宽度。
这个公式可用于计算缝隙的宽度、波长等实验参数。
3. 衍射条纹的形成原理及计算方法：当光通过一个孔时，会形成一系列明暗交替的圆环状条纹，这就是衍射条纹。
其形成的原理是在干涉中，相位差满足一定条件时，波峰和波谷相互叠加，形成明暗条纹。
衍射条纹的计算方法是根据赖曼原理和波前的相位差来计算。
根据相位差的大小，可以确定衍射条纹的亮暗程度和间隔。
【实验操作】进行光的衍射实验，观察和记录实验现象，并根据实验数据计算衍射角和衍射条纹的亮暗程度和间隔。
【总结与拓展】通过实验数据和计算结果，总结光的衍射现象和计算方法，并拓展到实际应用中，如光学仪器和光学设备的设计和优化。
四、教学评价根据学生的实验报告和讨论，评价学生对光的衍射的理解和掌握程度。
五、教学反思本节课通过引发学生的兴趣和实际操作，使学生更加深入地理解光的衍射现象和计算方法。
解读波的衍射现象的教案
解读波的衍射现象的教案一、教学目标：1、了解波动性和衍射现象的基本概念和性质。
2、掌握光的衍射原理和现象的产生。
3、分析光的干涉与衍射过程的本质区别。
二、教学重点：1、光的衍射原理。
2、衍射现象的产生条件。
3、波的干涉与衍射的本质区别。
三、教学难点：1、通过实验，掌握衍射现象的本质。
2、解释衍射现象产生的物理原理。
四、课前预习：1、了解波动性与衍射现象的基本概念。
2、需要了解基本的光学知识，例如，光的单色性、光的偏振与平面波。
3、预习上课所需的实验。
五、教法：1、讲解相结合，重在举例和实验。
2、通过实验，展示波的衍射产生的现象。
3、结合实验，深入讲解光的干涉与衍射的本质区别。
六、教学过程：1、引入本节课我们要学习《解读波的衍射现象》。
你们或多或少都知道光的三种性质：光的直线传播、光的反射和光的折射。
那么今天我们来学习的光的第四种性质，衍射。
2、知识讲解波动性波动性是指事物的性质表现为波动的状态。
在物理学中波是指在空间中不断传递的一个物理量，如声波、光波等等。
衍射原理衍射原理是指波在遇到障碍物时沿障碍物周围弯曲而传播的现象。
例如，一束光线穿过有一些细缝的板时，光线传播时会沿着细缝周围弯曲，产生衍射现象。
衍射现象的产生条件1、波长：波长较长的波产生的衍射现象要比波长较短的波产生的衍射现象强。
2、屏障的宽度：屏障的宽度越窄，衍射现象就越明显。
3、衍射屏到物的距离：衍射现象强弱也与衍射屏到物的距离有关。
波的干涉与衍射的本质区别波动性介于粒子与场之间，粒子和场的物理特性不同。
粒子有位置，有质量，而场则没有。
因此当两个波产生的干涉时，光的强度会在干涉条纹的存在处加强，而在干涉条纹消失处则会减弱。
而当光经过屏障产生衍射时，光的强度会在单一的点处加强或减弱。
3、实验展示实验1：利用干涉条纹验证光的干涉原理实验2：光传播及衍射现象实验3：单缝衍射4、总结波动性和衍射现象是物理学中基本的概念之一。
通过学习本节课的内容，我们对光的波动性、衍射原理、衍射现象产生的条件有了更深入的了解。
第18章 光的衍射
αθ
2
C
D
αθ
B
——斜入射可以获得更高级次的条纹（分辨率高）。
2. 影响明条纹宽度的因素
x0
2 a
f
x f a
(1). 波长λ
缝宽一定时，波长越大，条纹宽度越大
波长越小，条纹宽度越小
(2). 缝宽a 波长一定时，缝宽越大，条纹宽度越小
若aλ即缝宽和入射光波差不多
0
arcsin
a
arcsin 1
相应 : a sin 1.43, 2.46, 3.47,…
波带法: a sin 1.5,2.5,3.5...
基本吻合.
(4)光强： 将 u 1.43， 2.46， 3.47，…
依次代入光强公式
I
I
0
sin u
u
2
， 得到
从中央往外各次极大的光强依次为 0.0472I0 , 0.0165I0,
* *
* *
解释了光线能绕过 障碍物前进的现象; 却不能解释干涉现 象。
▲菲涅尔认为：
波在传播过程中，从同一波阵面上各点发出的子波是 相干波，经传播而在空间某点相遇时，产生相干叠加。
n dS · r
Q S(波前)
—— 惠更斯—菲涅尔原理
dA· p
d A d SK( )
r
设初相为零
K( )：倾斜因子
计算整个波阵面上所有面元发出的子波在p点引起的光振动的总 和，即可得到p点的光强。
通常用积分处理，若波阵面具有某种对称性，可以简化
19.2 单缝夫琅和费衍射
一. 单缝夫琅和费衍射
1 . 实验装置及现象
单缝的夫琅和费衍 射
明暗相间的 平行直条纹, 条纹的宽度 和亮度不同
高中物理光的衍射教案
高中物理光的衍射教案
一、教学目标：
1. 了解光的衍射现象及其原理。
2. 掌握光的衍射的条件和规律。
3. 能够运用衍射原理解释光的传播和干涉现象。
二、教学内容：
1. 光的衍射现象及其表现形式。
2. 光的衍射的条件和规律。
3. 衍射对光的传播和干涉的影响。
三、教学重点与难点：
重点：光的衍射现象及其条件和规律。
难点：运用衍射原理解释光的传播和干涉现象。
四、教学过程：
1. 导入：介绍衍射现象，引出本节课的主题。
2. 学习：讲解光的衍射的条件和规律，以及衍射对光的传播和干涉的影响。
3. 演示：进行光的衍射实验，展示不同条件下的衍射现象。
4. 练习：让学生进行练习，巩固所学知识。
5. 总结：总结本节课的重点内容，强化学生的理解和记忆。
6. 布置作业：布置相关练习题，以检验学生掌握情况。
五、教学手段：
1. 讲授
2. 实验
3. 互动讨论
六、教学资源：
1. 教案
2. 课件
3. 实验器材
4. 相关教材
七、评估与反馈：
1. 在课堂上进行形式评估，检验学生对光的衍射相关知识的掌握情况。
2. 收集学生反馈意见，及时调整教学方法和内容。
八、拓展延伸：
1. 让学生自行设计实验，观察并总结衍射现象。
2. 给学生布置有关光的衍射研究课题，拓展学生的知识面和思维深度。
以上为高中物理光的衍射教案范本，希望对您有所帮助。
如需进一步了解教案内容或有其他问题，请随时与我联系。
祝教学顺利！。
第18章衍射教案
第18章衍射教案 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN第十八章光的衍射教学要求* 理解惠更斯-菲涅耳原理及半波带法；* 理解单缝衍射条纹分布规律、缝宽及波长对衍射条纹分布影响；* 了解圆孔衍射和光学仪器分辨本领；* 掌握光栅衍射公式、光栅衍射谱线位置确定及条纹分布特征；* 分析光栅常数及波长对衍射谱线分布影响，理解缺级现象；* 了解X射线衍射。
教学内容（学时：4学时）§18-1单缝衍射§18-2圆孔衍射光学仪器的分辨本领§18-3光栅衍射§18-4 X射线衍射教学重点* 单缝衍射的条纹分布规律，* 光栅衍射的条纹分布规律，* 半波带法及缺级现象。
作业18-01)、18-03)、18-04)、18-06)、18-08)、18-10)、18-12)、18-14)、18-16)、18-19)、------------------------------------------------------------------第十八章光的衍射（光的衍射___绕过障碍物传播“绕弯”___且产生明暗相间条纹）§18-1 单缝衍射一惠更斯–菲涅耳原理1、光的衍射现象光作为一种电磁波，在传播过程中若遇到尺寸比光的波长小或差不多的障碍物时，它就不再遵循直线传播的规律，而会传到障碍物的阴影区并形成明暗相间的条纹，这就是光的衍射现象。
(图: 针和细线的衍射条纹)利用惠更斯原理可以定性说明光线绕过障碍物边沿的现象，但它不能确切地说明为什么出现明暗相间的条纹，菲涅尔用“子波相干”的思想补充了惠更斯原理，解释了各类衍射现象并得出与实际相符的结果。
2、惠更斯—菲涅耳原理：从同一波阵面上各点发出的子波，在传播到空间某点时，各个子波间也可以相互叠加而产生干涉现象。
3、光强分布定量计算公式(波阵面S __面元dS __子波__子波光振动相干叠加形成衍射光振动)面元dS 在P 点产生的光振动为：)2cos()(λπωθr t r dS Ck dE -=(18-1)式中: C__比例系数; )(θk __随θ增大而减小的倾斜因子。
光的衍射
(n 1、2、3、K )
则以 λ∕2 为间隔将狭缝 AB 均分为n个
半波带 —— 菲涅耳半波带。
θ
A
a
B
2
① 每一半波带在P点引起的光振动振幅近似相等；
a sin
② 相邻半波带上各相应点发出的光到P点时光程差为λ∕2 。
所以：相邻两个半波带发出的光（与水平方向成θ角）因 干涉而完全相消！
讨论
θ
下面考虑第2极小的情形。把宽度为a的狭缝分成4等
份，从单缝出射的与水平方向成θ角的一组平行光线
中，r1光线起于单缝的顶端，r2光线从下一个等份
θ
r1
的顶端出射，这两条光线的光程差为
A
r2
a/4
L a sin
4
B
如果光程差
L
2
，从前面的分析可知，从单缝上
半部分出射的平行光线，在屏幕上聚焦的位置（设为
例题：
λ= 500nm 的平行光垂直入射于 a =1mm 的单缝。缝 后透镜焦距 f = 1m。求在透镜焦平面上中央明纹到
下列各点的距离：⑴第1极小；⑵第1次极大；⑶第3
极小。
解： ⑴ 对第1 极小，有：
a sin1
a
x1 f
x1
f a
0.5mm
⑵ 第1 次极大位置：
x1 '
3
2
f a
1.0
取 1.43 ,则一级次极大光强：
I1
sin I0(
)2
0.0472I0
与实验结果相符合。
0.047 0.008 0.017
-4 -3 -2 -1 -3.47 -2.46 -1.43
主极大
a sin
光的衍射教案
光的衍射教案一、教学目标1、知识与技能目标理解光的衍射现象，知道光产生明显衍射的条件。
了解衍射条纹的特点及其与干涉条纹的区别。
2、过程与方法目标通过观察实验现象，培养学生的观察能力和分析归纳能力。
经历光的衍射现象的探究过程，体会科学探究的方法。
3、情感态度与价值观目标感受物理知识与生活实际的紧密联系，激发学生学习物理的兴趣。
培养学生严谨的科学态度和实事求是的精神。
二、教学重难点1、教学重点光的衍射现象及产生明显衍射的条件。
衍射条纹的特点。
2、教学难点对光的衍射现象的理解。
光的衍射与干涉的区别。
三、教学方法讲授法、实验法、讨论法四、教学用具激光笔、单缝衍射演示仪、圆孔衍射演示仪、多媒体设备五、教学过程（一）导入新课在日常生活中，我们常常看到这样的现象：当阳光透过树叶的缝隙照在地面上时，会形成一片片光斑，而这些光斑并不是圆形的，而是呈现出明暗相间的条纹。
这是为什么呢？其实，这就是光的衍射现象。
那么，什么是光的衍射？它又是如何产生的呢？今天，我们就来一起学习光的衍射。
（二）新课讲授1、光的衍射现象（1）用激光笔照射单缝，在光屏上观察到的现象。
当缝较宽时，光沿着直线传播，在光屏上形成一条与缝宽相当的亮条纹。
逐渐减小缝宽，当缝宽减小到一定程度时，光屏上出现明暗相间的条纹，且中央条纹最宽最亮。
（2）用激光笔照射圆孔，在光屏上观察到的现象。
当圆孔较大时，光沿着直线传播，在光屏上形成一个圆形亮斑。
逐渐减小圆孔直径，当圆孔直径减小到一定程度时，光屏上出现明暗相间的圆环，且中央是亮斑。
2、光的衍射的定义光在传播过程中，遇到障碍物或小孔时，光偏离直线传播的路径而绕到障碍物后面传播的现象，叫做光的衍射。
3、光发生明显衍射的条件（1）障碍物或小孔的尺寸与光的波长相比差不多，或比光的波长小。
（2）演示实验：分别用不同波长的激光照射相同宽度的单缝，观察衍射现象的差异。
4、衍射条纹的特点（1）中央条纹最亮最宽。
（2）两侧条纹亮度逐渐减弱，间距逐渐减小。
初中物理光的衍射教案
初中物理光的衍射教案。
一、教学目标1.学习衍射现象2.了解波动光学的重要性3.掌握衍射的数学计算方法二、教学重点和难点1.了解波动光学理论2.掌握衍射的公式计算方法3.理解衍射的物理本质三、教学设备和材料1.实验仪器：单缝衍射装置2.光源：激光器3.实验板：窄缝板四、教学步骤1.小组讨论引入引导学生认识到光的传播不仅有直线传播，也存在衍射传播，通过小组讨论，让学生提出自己对于衍射的认知。
并根据讨论结果引入到光的衍射基本概念上。
2.理论讲授和计算实例分析统一学生的基本概念后，教师可通过详细的理论讲授，在讲解过程中融入计算实例和小知识，让学生了解到光的波动性及其反映某些现象的规律。
3.小组实验让学生根据实验仪器单缝衍射装置，充分熟悉单缝的不同宽度，光的衍射和峰谷间距的变化规律，从而更深刻地认识到光的衍射理论与计算公式的实际应用效果。
4.课堂讨论和欣赏还可通过座谈、讨论、欣赏等方式，深化学生的对光的衍射的认识，引导学生充分爱护环境，保护眼睛，爱护生命。
五、教学效果1.学生通过实验熟悉了单缝板，了解了光线的衍射，加深对光物理实验的理解。
2.学生通过课堂讨论和欣赏，更深刻地认识到光的波动性及其反映某些现象的规律。
3.学生掌握了计算衍射的公式和方法，并更加深入地理解了衍射现象的物理本质。
4.整个教育阶段让学生更好地了解物理科学的知识，唤醒学习研究科学的兴趣，为将来的发展、创新和贡献打好基础。
六、总结光学是物理学的重要部分，在初中物理学习中，我们不能只把它看成是实验，而应将光学的学习融入到日常生活。
通过实际操作和理论讲解，学生可以清楚地认识到光学的重要性，掌握光波动理论并在生活中学会应用更实际、更贴近于人类需求的方法来理解应用光学。
高中物理-高二波的衍射教案
高中物理-高二波的衍射教案【知识目标】1. 理解波的衍射现象及其产生的条件。
2. 了解光的衍射情况及其应用。
3. 了解单缝衍射、双缝衍射和格点衍射的原理及其应用。
4. 掌握计算衍射角和衍射图样的方法。
【教学重难点】1. 衍射现象及其产生条件。
2. 解析计算衍射角和衍射图样。
【教学过程】一、导入（5分钟）1. 引入主题：上节课我们学习了光的直线传播，今天我们要学习光的衍射，了解衍射现象及其产生条件，掌握计算衍射角和衍射图样的方法。
请同学们先思考一下什么是衍射现象。
2. 同学互动：请有思考过的同学说一说什么是衍射现象。
二、讲授（35分钟）1. 衍射现象及其产生条件（5分钟）- 衍射现象是指一束波垂直传播到一均匀物体上，沿着物体边缘发生弯曲而散射到空间其他部分的一种现象。
- 产生条件：波束的宽度足够窄，基本上可以视为是一个点光源。
并且在传播过程中遇到障碍物时，障碍物的尺寸与波长的数量级相当。
2. 光的衍射情况及应用（10分钟）- 光的衍射情况：当光线通过狭缝、孔隙、棱镜棱边等具有规则结构的物体时，会发生衍射，产生明暗相间的衍射图样。
- 应用：衍射的衍射衍射现象是产生彩虹、光影等现象的根本原理。
3. 单缝衍射（5分钟）- 单缝衍射是指光线穿过一个狭窄的缝孔或开口，发生弯曲现象，形成亮暗相间的衍射图像。
- 计算公式：sinΘ = nλ / d，其中Θ表示衍射角，λ表示光的波长，d表示缝孔（开口）宽度，n表示整数。
4. 双缝衍射（5分钟）- 双缝衍射是指光线通过两个平行的狭缝，会在屏幕上产生明暗交替的条纹，这种现象称为干涉现象。
- 计算公式：d sinΘ = mλ，其中Θ表示衍射角，λ表示光的波长，d表示两狭缝的间距，m表示整数。
5. 格点衍射（10分钟）- 格点衍射是指光线穿过一块有规则格点的物体，会形成复杂的衍射图像。
- 计算公式：d sinΘ = mλ，其中Θ表示衍射角，λ表示光的波长，d表示格点间的距离，m表示整数。
光的衍射 示范教案
5 光的衍射教学目标(1)了解光的衍射概念及产生明显衍射现象的条件。
(2)知道衍射、衍射光栅在生产生活以及科学技术中的应用，了解科学、技术和社会的关系。
(3)通过光的衍射的学习，对光的直线传播现象提出质疑，会从不同角度思考物理问题。
教学重难点教学重点单缝衍射实验和圆孔衍射实验的观察以及产生明显衍射现象的条件。
教学难点衍射条纹成因的初步说明。
教学方法1.通过机械波衍射现象类比推理，提出光的衍射实验观察设想。
2.通过观察分析实验，归纳出产生明显衍射现象的条件以及衍射是光的波动性的表现。
3.通过对比认识衍射条纹的特点及变化，加深对衍射图像的了解。
教学用具多媒体课件、光的干涉衍射演示仪、激光干涉衍射演示仪(及相关的配件)、单丝白炽灯、红灯、蓝色灯，自制的单缝衍射片、光波圆孔衍射管、游标卡尺、激光发生器、小圆屏等。
教学过程引入新课提出问题：波能够绕过障碍物发生衍射，光也是一种波，为什么在日常生活中我们没有观察到光的衍射现象，而且常常说“光沿直线传播”呢？教师引导学生回顾机械波产生明显衍射现象的条件：障碍物或孔的尺寸比波长小或跟波长差不多。
学生讨论日常生活中我们没有观察到光的衍射现象的原因。
日常生活中不具备光产生明显衍射现象的条件→光的波长很短，平常遇到的障碍物或孔的尺寸比较大。
新课教学教师提出问题：如何解决上述问题。
并引导学生设计实验方案。
一光的衍射1.1 单缝衍射(1)教师用光的干涉、衍射仪做单色光的单缝衍射，或用激光源来做单缝衍射实验。
实验过程中展示缝较宽时光沿着直线传播，阴影区和亮区边界清晰；减小缝宽，在缝较窄时阴影区和亮区的边界变得模糊；继续减小缝宽光明显地偏离直线传播进入几何阴影区，屏幕上出现明暗相间的衍射条纹。
(2)学生动手观察单缝衍射：教师分发单缝衍射观察片，每片观察片刻有两条宽度不同的单缝。
让学生通过单缝分别观察设在教室前、后的红色灯、蓝色灯的衍射现象；让学生仔细观察：同一缝红色衍射条纹与蓝色衍射条纹是否有区别？同一种色光，单缝宽度不同衍射条纹是否有区别？然后让学生通过单缝观察白炽灯的衍射图样，引导学生分析归纳最后总结规律：波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，各条纹间距大。
物理波的衍射教学教案
物理波的衍射教学教案一、教学目标1. 让学生了解波的衍射现象，理解衍射的定义和条件。
2. 掌握衍射现象的数学描述，了解衍射方程的建立过程。
3. 培养学生运用波动理论分析和解决实际问题的能力。
二、教学内容1. 衍射现象的定义和条件2. 衍射现象的数学描述——衍射方程3. 衍射现象的分类：单缝衍射、圆孔衍射和波导管衍射4. 衍射现象的实验观察与分析5. 衍射现象在实际应用中的例子三、教学方法1. 采用讲授法，讲解衍射现象的定义、条件及数学描述。
2. 采用演示法，展示衍射实验现象，让学生直观感受衍射过程。
3. 采用案例分析法，分析实际应用中的衍射现象。
4. 引导学生运用波动理论解决实际问题，培养学生的动手能力。
四、教学准备1. 教案、教材、多媒体课件2. 衍射实验器材：单缝、圆孔、波导管等3. 实物模型或图片：如光的衍射现象在光纤通信中的应用等4. 计算软件：用于演示衍射方程的求解过程五、教学过程1. 导入：通过展示光的衍射现象图片，引导学生思考衍射现象的特点和条件。
2. 新课讲解：讲解衍射现象的定义、条件及数学描述，引导学生理解衍射方程的建立过程。
3. 实验演示：进行衍射实验，让学生直观感受衍射现象，并引导学生分析实验结果。
4. 案例分析：分析实际应用中的衍射现象，如光纤通信、声学等，让学生了解波动理论在实际生活中的应用。
5. 练习与讨论：布置课后练习题，让学生运用波动理论解决实际问题，组织学生进行小组讨论，分享解题心得。
6. 总结：对本节课的内容进行总结，强调衍射现象在科学研究和实际应用中的重要性。
7. 作业布置：布置课后作业，巩固所学知识。
8. 课后反思：根据学生的课堂表现和作业完成情况，对教学效果进行反思，为下一步教学做好准备。
六、教学评价1. 评价方法：采用课堂问答、课后作业、实验报告和小组讨论等多种形式进行评价。
2. 评价内容：a. 学生对衍射现象的定义、条件和数学描述的理解程度；b. 学生对衍射方程的掌握和运用能力；c. 学生对实际应用中衍射现象的分析能力；d. 学生运用波动理论解决实际问题的动手能力。
光的衍射物理教案高中
光的衍射物理教案高中
目标：了解光的衍射现象及其原理，掌握光的衍射的基本规律和应用。
一、引入：
1. 请同学们回顾一下在前面学过的光的基本性质和光的传播规律。
2. 请同学们思考一下，当光通过一个狭缝或者障碍物时会发生什么现象呢？
二、实验展示：
1. 展示光通过单缝和双缝的衍射实验。
2. 观察实验现象，让学生们思考为什么会出现这样的现象。
三、理论分析：
1. 解释光的衍射是指当光通过一个狭缝或者障碍物后，出现的光线的弯曲和散射现象。
2. 解释光的衍射现象是由于光波的波动性质所导致的。
3. 讲解光的衍射的基本规律：夫琅禾费衍射原理、菲涅尔衍射原理等。
四、应用实例：
1. 解释为什么在日常生活中可以看到彩虹、光圈等光的衍射现象。
2. 讲解光的衍射在显微镜、望远镜等光学仪器中的应用。
五、课堂练习：
1. 练习计算光的衍射角度和衍射级数。
2. 练习解决光的衍射实验中遇到的问题和困难。
六、课堂总结：
1. 总结光的衍射的基本原理和规律。
2. 强调光的波动性质在光的衍射中的重要性。
七、作业布置：
1. 独立完成一道光的衍射问题题目，并书面写出解题步骤和推理过程。
2. 阅读相关文献及材料，了解更多有关光的衍射的知识。
以上是本堂光的衍射物理教案，希會对大家的学习有所帮助。
探究光的衍射现象及教案设计
探究光的衍射现象及教案设计一、引言光是我们日常生活中不可缺的一部分。
它可以帮助我们看见周围的事物，并为我们提供生活的方便。
但是，光学原理并不是很容易理解。
其中一个光学现象是衍射。
衍射是一种光束遇到不同障碍物或介质时所表现出的反射和折射现象。
通过探究光的衍射现象，我们可以更好地理解光学原理。
本文旨在探究光的衍射现象及相应的教案设计。
二、理论介绍衍射现象是光线遇到屏障或穿过狭缝时，光束颜色发生变化并产生彩色条纹，这种现象被称为衍射。
像许多物理现象一样，衍射现象可以从不同的角度来解释。
从傅里叶变换的角度来看，任何复杂的波形都可以由基本的正弦波组成。
衍射现象是一种波传播现象，它强调了光线的波动性。
光线在穿过或遇到狭缝、洞口、物体边缘以及三角形和球形障碍物时就会发生弯曲和散射，造成光路长度变化，进而形成衍射花纹。
当光线通过狭缝时，弯曲光线周围的空气呈现出一种干涉现象，因此光线会产生干涉衍射。
从相位差的角度上来看，如果一束光线从两个可用的通道中传播，它们的幅度可能会发生差异，从而产生衍射。
这个现象与声学中的各向异性非常类似。
从牛顿的光粒子模型来看，衍射是由于光的弹性碰撞引起的，这些弹性碰撞导致了光线的散射。
同时，这个模型强调了光的粒子性。
但是，随着与光学相关的科学研究的发展，光学的波动性已变得越来越显著，同时牛顿的光学粒子学派的观点已开始淡化。
三、教案设计1.目标本次课程旨在让学生理解光的衍射现象，并能够使用科学的方法观察和记录这个过程。
2.教学标准根据认知领域，本系列课程的教学标准如下：2.1.认知：学生能够清晰地理解光的衍射现象，理解光学原理，并应用到生活实践中。
2.2.技能：学生可以使用科学方法观察和记录光的衍射现象，同时还可以分析和解释这些数据。
2.3.情感与价值观：学生了解光学的基本原理，能够欣赏光学在现代科学中的重要性，同时认识到人类对科学的渴求和探索的重要性。
3.设计过程3.1.导入环节课程开始前首先要导入环节，引导学生进入兴趣点。
第十八章 衍射
衍射角等于φ的 振幅A 等于DE 的弦长 衍射角等于 的 P 点，振幅 φ等于
Aϕ = 2 R sin
∆θ
令
∆θ 2 π b sin ϕ u= ,
=2
A0
sin
∆θ
2
= A0
sin
∆θ
2
∆θ
λ
1.0
2 I / I0
得 P 点处的光强为
sin u 2 I = I0 ( ) u
单缝衍射相对光 强随 u 变化曲线
光栅衍射的谱线特点： 光栅衍射的谱线特点： 在光栅方程中，对应 的明纹称为中央明纹， 在光栅方程中，对应k=0 的明纹称为中央明纹， 其他明纹的级次分别为 k = 1,2,3, L，各级明纹对 称地分布在中央明纹的两侧，中央明纹光强最强 称地分布在中央明纹的两侧， 单色光入射时，波长越长衍射角越大， 单色光入射时，波长越长衍射角越大，光栅常 量越小衍射角越大 衍射角越大， 量越小衍射角越大，明纹间隔也越大 在相邻的两个主极大之间， 个极小和N− 在相邻的两个主极大之间，有 N−1个极小和 −2 − 个极小和 个光强很小的次极大， 个光强很小的次极大，形成衍射光谱的暗背景 当衍射角同时满足单缝衍射的暗纹条件和光栅 当衍射角同时满足单缝衍射的暗纹条件和光栅 方程的明纹条件时， 方程的明纹条件时，该明纹不能出现
（2）第一级明条纹的宽度 等于第一级暗纹和 ）第一级明条纹的宽度l 第二级暗纹之间的距离： 第二级暗纹之间的距离： l = f tan ϕ2- f tan ϕ1
ϕ 很小，同样有 tanϕ2 ≈ sin ϕ2 很小，
所以 l = f sin ϕ2- f sin ϕ1 =fλ/b =2.5 mm 中央明纹宽度大约是其它明纹的两倍。 中央明纹宽度大约是其它明纹的两倍。
z第18章光的衍射
平行光垂直单缝平面入射，明暗条纹的位置用衍射角θ表示。 1. 暗条纹中心 a sin k , k 1,2,3, 单缝分成了偶数 2k 个半波带。 x 暗纹在焦平面上的位置 k k2
x
a sin k k
1
f xk k a
k 1
中央 0 明纹
tg k
xk f
0.61 y n sin u
s1
u
s2
1 n sin u 显微镜的分辨本领 R y 0.61
式中：n 为物方的折射率
u 是显微镜物镜半径对物点的半张角 nsinu 称为物镜的数值孔径（Ｎ.Ａ.）
26
27
加州大学洛杉矶分校（UCLA）将建造一座世界上最先进的光学望 远镜，直径达到三十米之巨，科学家认为该望远镜可以“浏览”宇 宙更远空间的奥秘。三十米望远镜（TMT）预计在2014年4月开工 ，比目前世界上最大的光学望远镜直径大了三倍，其建造在夏威夷 州莫纳克亚山的休眠火山顶上，预计在2022年开始运作观测。
得
a k k ab
据题意，首次缺级为第四级
19
k 1,
4a 1, k 4 ab
1 d (a b) 1.5 10 6 ( M ) 4 4
狭缝宽度为a
k 3,
k 4 4a 3, ab
狭缝宽度为a 3 3d ( a b) 4.5 10 6 ( M ) 4 4
2. 光学仪器的分辨本领
瑞利判据 当一个爱里斑中心 刚好落在另一个爱里 斑的边缘上时,就认为 这两个爱里斑刚好能 分辨 最小分辨角:
24
R 1.22
分辨本领:
D
D R R 1.22
光的衍射教案
光的衍射教案关键信息1、教学目标理解光的衍射现象的定义和产生条件。
掌握光的衍射条纹的特点和规律。
了解光的衍射在实际生活中的应用。
2、教学重难点重点：光的衍射现象的观察和解释。
难点：衍射条纹的形成原理和相关计算。
3、教学方法实验演示法理论讲解法小组讨论法4、教学资源实验器材：激光光源、衍射光栅、狭缝等。
多媒体课件：相关图片、动画、视频等。
1、教学导入11 展示生活中常见的光的衍射现象的图片或视频，如透过狭缝看到的灯光条纹、光盘表面的彩色条纹等，引起学生的兴趣。
111 提问学生对这些现象的观察和感受，引导学生思考光的传播规律是否总是直线传播。
2、知识讲解21 光的衍射定义明确光的衍射是指光在传播过程中遇到障碍物或小孔时，偏离直线传播而进入几何阴影区，并在屏幕上出现光强分布不均匀的现象。
211 通过示意图和简单的例子，帮助学生理解光的衍射的概念。
22 光的衍射产生条件阐述障碍物或小孔的尺寸与光的波长相当是产生明显衍射现象的条件。
举例说明不同尺寸的障碍物或小孔对光衍射现象的影响。
221 引导学生思考为什么在日常生活中不易观察到明显的光的衍射现象。
3、实验演示31 进行光的单缝衍射实验展示实验装置，介绍激光光源、单缝的参数等。
观察并描述在屏幕上出现的衍射条纹的特点，如中央亮纹宽而亮，两侧条纹明暗相间且逐渐变窄等。
311 改变单缝的宽度，观察衍射条纹的变化，让学生理解单缝宽度对衍射现象的影响。
32 进行光的圆孔衍射实验同样展示实验装置和参数。
观察圆孔衍射的条纹特点，与单缝衍射进行对比。
321 探讨圆孔直径对衍射条纹的影响。
4、理论分析41 用光的波动性解释衍射现象借助惠更斯菲涅耳原理，说明波前上的每一点都可以看作新的波源，发出次级波，这些次级波相互叠加形成衍射条纹。
411 通过数学公式和图形，推导衍射条纹的光强分布规律。
42 衍射条纹的特点分析解释中央亮纹和各级暗纹、亮纹的位置和宽度的计算方法。
举例说明如何根据已知条件计算衍射条纹的相关参数。
第18章 光的衍射
2 d sin
2k ,
k 0, 1, 2
b b’
a
(a b) sin
光栅方程： （主明纹或主极大）
(a b) sin k , k 0, 1
（2） 暗纹 --- 多缝干涉相消 2 (a b) sin 2k ' k ' 1, 2, (a b) sin k ' N k ' kN ---- 相邻主明纹之间有 N-1 条暗纹
P点条纹明暗取决于光程差BC的大小 菲涅耳波带 各个波带面积相等, 在P点引起 的光振幅接近相等
2 k 2 a sin (2k 1) 2 k 1, 2, 3
2 2
菲涅耳波带法 (a)
暗纹 明纹
菲涅耳波带法 (b)
６
暗纹 2 k 2 a sin (2k 1) 明纹 2 中央明纹的角宽度
说明色分辨本领越大。
光栅色分辨本领的常用计算公式:
R Nk
21
推导光栅色分辨本领的常用计算公式:
R Nk
按瑞利判据： 和 的第 k 级谱线 刚刚能分辨时， 的第 k 级主极大，应与 的第 k 级主极大的边缘（第一极小）重合。
λ 的k级主极大
sin k d
26
由于衍射的存在，一个物点的像不再是一个点， 而是一个衍射斑(主要是爱里斑)。
2 2
N cos N cos
( K )
K
N
光强有极大值 I 干涉因子 N A0 即
(a b)sin K
高中物理 18.3光的衍射导学案 新人教版选修
高中物理 18.3光的衍射导学案新人教版选修18、3光的衍射【学习目标】1、观察光的衍射现象2、知道什么是光的衍射及产生明显衍射现象的条件3、能用衍射知识对生活中的现象进行解释和分析【重点、难点】光的衍射现象及产生明显衍射现象的条件【使用方法】通读教材P157-158，进行知识梳理，再认真独立完成导学案，并将自己的疑问记下来。
【课前预习案】一、复习与回顾：1、什么是波的衍射现象？2、发生明显衍射现象的条件是：3、和是波特有的现象、二、预习：1、光的単缝衍射现象：(1)、光的衍射：光在遇到障碍物时，能够绕过障碍物而照射到阴影区域的现象、(2)、光产生明显衍射的条件：障碍物、小孔和狭缝的尺寸与光的波长____________，或者比光的波长______时，光才能产生明显的衍射现象、(3)、通常情况下，光的波长很小，而一般障碍物的尺寸比光的波长，故观察不到明显的衍射现象，可以近似认为光是沿直线传播的、(4)、①单色光衍射图象特点：中央条纹最__________最___________，两侧为不等间隔的_______相间的条纹。
②白光衍射时：中央为较宽的______纹，两边为__________条纹。
二、光的传播规律：光沿直线传播只是一种近似的规律，当光的波长比孔或障碍物小很多时，光可看成沿着__________传播。
在孔或障碍物尺寸可以跟波长_______、甚至比波长还要_____时，衍射就分明显。
【课堂探究案】探究一：对光的単缝衍射现象的理解1、如图，甲、乙所示是单色光通过窄缝后形成明暗相间的两种条纹图样，下列判断正确的是（图中阴影部分表示亮条纹）（ )A、甲为单缝衍射的图样B、乙为双缝干涉的图样C、甲为双缝干涉的图样D、乙为单缝衍射的图样2、下列关于单色光的单缝衍射图样的说法中正确的有()A、它同双缝干涉的图样完全相同B、亮条纹的宽度不同，但亮度相同C、亮条纹的宽度相同，但亮度不同D、亮条纹的宽度和亮度均不相同，且中间亮纹最宽最亮3、在如图中所示,A、B两幅图是由单色光分别入射到圆孔而成成的的图像，其中图A是光的（填干涉或衍射）图像，由此可以判断出图A所对应的圆孔的孔径（填大于或小于）图B所对应的圆孔的孔径。
高中物理衍射事例讲解教案
高中物理衍射事例讲解教案主题：衍射教学目标：1.了解衍射现象的基本原理和特点；2.掌握应用衍射理论分析和解决物理问题的方法；3.能够运用衍射原理解释日常生活中的现象。
教学内容：1. 衍射的概念及基本原理；2. 衍射的特点和分类；3. 衍射现象在日常生活中的应用。
教学重难点：1. 理解衍射现象的基本原理和特点；2. 掌握应用衍射理论分析和解决物理问题的方法。
教学过程：一、导入：1. 引出问题：你知道什么是衍射吗？有没有在日常生活中观察到衍射现象？2. 提出目标：通过本节课的学习，我们将了解衍射的基本原理和特点，掌握应用衍射理论分析和解决物理问题的方法。
二、理论讲解：1. 讲解衍射的概念和基本原理；2. 分析衍射的特点和分类。
三、实验演示：1. 利用光源和狭缝装置进行衍射实验；2. 观察光线在狭缝处的衍射现象，并进行实验记录。
四、案例分析：1. 分析日常生活中的衍射现象，如光线穿过树叶间隙产生的衍射效应；2. 提出问题：为什么通过树叶间隙看到的图像会出现多重？如何解释这一现象？五、讨论互动：1. 小组讨论：如何利用衍射原理解释其他日常生活中的现象？2. 学生发言：分享自己的观点和想法。
六、总结提升：1. 总结本节课的重点内容；2. 指导学生提升学习方法，拓展思维，进一步应用衍射理论解决实际问题。
七、作业布置：1. 作业：自行选择一个衍射现象进行观察和分析，并写出心得体会；2. 预习：预习下节课内容，做好知识铺垫。
教学反思：本节课以衍射为主题，通过理论讲解、实验演示和案例分析等方法，引导学生深入了解衍射现象的原理和特点，并引发学生的学习兴趣。
同时，通过互动讨论和作业布置，激发学生的思考和学习动力，帮助他们在实践中加深对衍射理论的理解和应用能力。
在未来的教学中，我将进一步加强案例分析和实践操作，帮助学生更好地掌握衍射理论，提升学习效果。
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第十八章光的衍射教学要求* 理解惠更斯-菲涅耳原理及半波带法；* 理解单缝衍射条纹分布规律、缝宽及波长对衍射条纹分布影响；* 了解圆孔衍射和光学仪器分辨本领；* 掌握光栅衍射公式、光栅衍射谱线位置确定及条纹分布特征；* 分析光栅常数及波长对衍射谱线分布影响，理解缺级现象；* 了解X射线衍射。
教学内容（学时：4学时）§18-1单缝衍射§18-2圆孔衍射光学仪器的分辨本领§18-3光栅衍射§18-4 X射线衍射教学重点* 单缝衍射的条纹分布规律，* 光栅衍射的条纹分布规律，* 半波带法及缺级现象。
作业18-01)、18-03)、18-04)、18-06)、18-08)、18-10)、18-12)、18-14)、18-16)、18-19)、------------------------------------------------------------------第十八章光的衍射（光的衍射___绕过障碍物传播“绕弯”___且产生明暗相间条纹）§18-1 单缝衍射一惠更斯–菲涅耳原理1、光的衍射现象光作为一种电磁波，在传播过程中若遇到尺寸比光的波长小或差不多的障碍物时，它就不再遵循直线传播的规律，而会传到障碍物的阴影区并形成明暗相间的条纹，这就是光的衍射现象。
(图: 针和细线的衍射条纹)利用惠更斯原理可以定性说明光线绕过障碍物边沿的现象，但它不能确切地说明为什么出现明暗相间的条纹，菲涅尔用“子波相干”的思想补充了惠更斯原理，解释了各类衍射现象并得出与实际相符的结果。
2、惠更斯—菲涅耳原理：从同一波阵面上各点发出的子波，在传播到空间某点时，各个子波间也可以相互叠加而产生干涉现象。
3、光强分布定量计算公式(波阵面S __面元dS __子波__子波光振动相干叠加形成衍射光振动)面元dS 在P 点产生的光振动为：)2cos()(λπωθr t r dS Ck dE -= (18-1)式中: C__比例系数; )(θk __随θ增大而减小的倾斜因子。
当0=θ时:1)(=θk _____ 最大当2πθ≥时：0)(=θk ____表示子波不能向后传播P 点合振动为各面元在该点引起振动叠加，积分：dS rn t r Ck P E )2cos()()(λπωθ-=⎰ (18-2)_____菲涅耳衍射积分公式(积分复杂!只对简单)(θk 和dS 函数才能作出,后面将使用半波带法计算)4、光衍射的分类：—— 夫朗和费衍射：光源到障碍物及障碍物到屏距离为无限远。
—— 菲涅尔衍射: 光源到障碍物或障碍物到屏距离为有限远。
二 单缝夫朗和费衍射（入射光和衍射光均视为平行光，常用凸透镜实现无限远）1、菲涅尔半波带法（直观简洁）AB缝端光程差（或最大光程图18-3 夫琅禾费衍射实验光路图差），等于：δsinθ=AC=a(18-3)沿AC 方向，每过2/λ作一个垂面,这些垂面将单缝波阵面分成N 份:λθλδsin 22/a N ==（18-4）每一份是一个狭长的带——称为半波带（图中三个半波带：1BB 、21B B 和A B 2）结论：两相邻半波带对应点的子波—在P 点光程差为2/λ—-- 干涉相消。
如果偶数个半波带，则合振幅为零，P 点为暗纹中心。
如果奇数个半波带，则剩余一个半波带子波合成较大光振动——明纹中心。
(随θ变化，必有偶数和奇数个半波带出现)2、 单缝衍射的明、暗纹条件：1）屏上出现k 级暗纹明纹中心条件： 如果半波带数满足：⎩⎨⎧±+±==k 2)1k 2(sin a 2N λθ（k=1、2、3……）或缝端光程差2)12(sin ⎪⎩⎪⎨⎧±+±=λλθk k a （18-6）则，屏上出现k 级暗纹明纹中心。
(注意：不论明纹、暗纹，都不取K=0，为什么？)2） 屏上k 级暗纹明纹中心的角位置（衍射角）：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧±+±=≈a k a 2)1k 2(sin k k λλθθ ( k =1、2、3……）（18-7）3） 屏上k 级暗纹明纹中心的线位置（P 相对于屏中心的位置）：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧±+±=≈=a f k a 2f )1k 2(sin f tan f x k k k λλθθ（ k=1、2、3…… ）（18-8）—— k 称为衍射条纹的级次；f 为凸透镜的焦距。
4）小角度近似条件：θθθtan sin ≈≈5） 光强按θsin 的分布曲线如图（两个一级暗纹中心间为中央明纹—0级明纹）* 中央明纹的角位置：λθλ≤≤-sin a（18-9）* 中央明纹的线位置： a f x a f λλ≤≤-（18-10）（宽度为次级条纹的两倍！）3、单缝衍射条纹的特征：1） 亮度分布中央明纹最亮，各级明纹的亮度随着级数的增大而减弱。
（因为衍射角θ越大，分成的波带数就越大，每个波带提供光能的面积就越小…）2） 条纹宽度相邻暗纹中心间距定义为明纹宽度。
则明纹线宽度为λ∆a f x x x 1k k =-=- (18-11)(中央明纹线宽度为x 2∆)3） 条纹位置和宽度与缝宽和波长的关系与缝宽成反比，与入射波波长成正比。
表示: 缝愈窄—条纹位置离中心愈远，条纹排列愈疏-衍射好。
缝愈宽—衍射愈差（当缝宽大到一定程度，衍射现象消失）4）白光入射中央明纹白色—其他明纹由紫到红的顺序彩色条纹——单缝衍射光谱。
-------------------------------------------------------------- 例18.1 (1) 在夫琅和费单缝衍射实验中，用单色光垂直入射缝面，已知波长nm 500=λ，第一级暗纹对应衍射角︒=30φ，问: 缝宽如何？(2) 如果单缝的宽度mm 50.0=a ，在焦距m 0.1=f 的透镜的焦平面上观察衍射条纹，求：中央明纹和其它各级明纹的宽度。
解：(1) 由(18-6)式的暗纹公式，对第一级暗纹有：λφ±=sin a由于︒±=30φ，可以求得缝宽：m 10nm 100030sin 500sin 8-==︒==φλa（单缝工艺困难！常用的单缝要宽得多）(2) 中央明纹宽度：2105.00.1105002a f 2l 390⨯=⨯⨯⨯⨯==--λ 其它各级明纹宽度： mm 0.12/0==l l-------------------------------------------------------------------------§18-2圆孔衍射 光学仪器分辨本领圆孔衍射: 通过圆孔产生的衍射现象（小圆孔代替狭缝）。
(光学仪器由若干透镜组成，相当于圆孔，通过圆孔时产生衍射)一圆孔的夫朗和费衍射 1、现象及规律1）现象小圆孔—单色平行光垂直照射圆孔—透镜—屏幕—环形衍射斑—中央亮斑或爱里斑（光强84%）—外围一组同心暗环和明环2）规律通过计算可得（证明从略）第一级暗环衍射角 1满足D 22.1sin 1λθ=式中：D 为圆孔的直径，爱里斑的角半径__衍射角θ1若透镜焦距f 较大，此角很小，故： D 22.1sin 11λθθ=≈（18-12）可知爱里斑半径d 为：f D f d λθ22.1tan 1==（上式看出：衍射孔D愈大，爱里斑愈小；光波波长 愈短，爱里斑也愈小）二光学仪器的分辨本领光学仪器观察—放大能力—分辨本领—放大清晰可见两个物点距离太近—光的衍射限制了光学仪器分辨本领。
1、瑞利准则：如果一个爱里斑中心（光强最大，设为I0）正好和另一个爱里斑第一级暗环重叠，重叠部分的中心光强I=0.8I0，这时恰好能辨别出这是两个物点的象。
两物点恰能分辨时，两爱里斑中心距离是爱里斑的半径d 。
D f d λθθδθ22.1sin tan 11====因此，两相邻物点最小分辨角等于爱里斑的角半径:D 22.11λθδθ==（18-13） 光学仪器的分辨率为:λδθ22.11D R ==（18-14）（表明：分辨率大小与仪器的孔径D 成正比，与入射光波波长成反比） 例如：天文望远镜用大口径物镜提高分辨率（直径8m ）。
电子显微镜用波长短的射线提高分辨率（几十万伏高压产生电子波，波长约为10–3nm ），可对分子、原子的结构进行观察。
-------------------------------------例18.2 通常人眼瞳孔直径约3mm ，人最敏感波长为550nm 黄绿光，问：人眼的最小分辨角多大？在上述条件下，若有一个等号，两条线间距为1mm ，问：等号距离人多远处恰能分辨出不是减号。
解 ：人眼的最小分辨角：'1)(1024.21031055022.122.14391≈⨯=⨯⨯⨯===---rad D λθδθ设等号间距为d ，距离人为x ，等号对人眼的张角为x d =θ，恰能分辨时有： δθθ==xd 于是，恰能分辨时的距离为：m(5.41024.2100.1dx 43=⨯⨯==--δθ--------------------------------------------------------------------§18-3 光栅衍射（双缝干涉和单缝衍射因条纹间距太小，亮度很暗，不易观测）平面透射光栅：由一系列平行、等宽又等间隔的狭缝排列构成（栅栏式）。
它能获得间距较大、极细极亮的衍射条纹，便于精密测量。
a--- 透光部分的宽度—-光栅缝宽，b -—-不透光部分宽度，d+=—- 光栅常数（可达微ab米的数量极）如：在1㎝宽玻璃片上刻痕为1千条，则光栅常数 mcm b a 51010001-==+， 一般d 约为10-5 --- 10-6m 的数量级。
一 光栅方程当平行光垂直入射光栅，各缝发出各自单缝衍射光，沿衍射角θ方向通过透镜会聚到焦平面观察屏P__多光束干涉__光栅衍射__单缝衍射和多缝干涉的总效果。
光栅方程:相邻两缝衍射光在P点光程差为：δsinθ)b=a(+光栅衍射主极大（主明纹）满足条件：θkλ)(+sin=ba±k=）(18-15)（Λ,2,1,0—-- 光栅方程二光栅衍射光强的分布特点1、k级主极大的角位置:从光栅方程可知:b a k sin k +±=λθ（18-16）注意：光栅常数b a +可达到m μ数量级，由于波长也是m μ量级，所以主极大的衍射角不一定很小（可达o 30、o 60）说明：* 光栅可实现大角度衍射，光栅衍射条纹的间距大，易于实现精密测量。
* 光栅衍射条纹的级次往往有限，光栅衍射主极大的最高级次：λb a k +≤ （18-17）例如：某光栅每毫米有一千条缝，则m 1b a μ=+，若光波长nm 600=λ，则屏上只能出现0和1±级共三条明纹。