第十三章第5节《光的衍射》教案

13.5光的衍射

【教学目标】

(一)知识与技能

1、知道光的衍射现象，及光通过狭缝和圆孔的衍射条纹特点，知道光产生明显衍射的条件。

2、能用相关知识对生活中的有关现象进行解释和分析，能区别干涉条纹和衍射条纹

(二)过程与方法

引导学生与以前学过的机械波的衍射进行类比，进行自主学习，再通过演示实验结合投影片分析讲解，启发学生积极思考思考、培养学生观察能力、想象力、动手能力及分析和解决问题的能力。

(三)情感态度与价值观

通过光的衍射现象的观察，再次提高学生在学习中体会物理知识之美；另外通过学习让学生知道科学研究必须重视理论的指导和实践的勤奋作用；

【教学重点与难点】

光的衍射条纹特点及发生明显的光的衍射现象的条件。

光的干涉条纹和衍射条纹的异同。

【教学过程】

（一）引入

1、在上一节中，我们通过杨氏干涉实验学习了光的干涉，证明了光是一种波，托马斯·杨是怎样解决相干光源的问题的？

2、若用红光来做干涉实验，观察到的干涉图样是怎样的？

3、相邻两条明（暗）条纹中线的间距与哪些因素有关？

师：既然光是一种波,为什么我们日常生活中观察不到光的衍射现象,而常常看到的是光沿着直线传播的呢?我们这节课就来解决这个问题。

（二）新课教学

一、光的衍射现象

提问1：什么是波的衍射？

提问2：产生明显的波的衍射要具备什么样的条件？可见光的波长约是多少？

（波产生明显衍射的条件是障碍物或小孔的尺寸跟波长相差不多；可见光的波长只有十分之几微米）

引导学生根据以上知识，思考：怎样才能观察光的衍射现象？设置实验装置。

（必须使点光源（或线光源）发出的光通过非常小的孔（或是非常窄的狭缝））

师（小结）：从前面讲的光的干涉实验知道，光的波长很短，只有十分之几微米，通常的物体都比它大得多，因此很难看到光的衍射现象．但是只有当光射向一个针孔、一条狭缝、一根细丝时，才可以清楚地看到光的明显衍射现象．

[做一做]：用两只笔平行放置观察日光灯，逐渐减小两只笔之前的缝的宽度，有什么现象发生？为什么会观察到彩色条纹呢？

光的单缝衍射演示：我们用实验进行观察．

在不透光的挡板上安装有一个宽度可以调节的狭缝，缝后放一

个光屏(图19－13)．用平行单色光照射狭缝，我们看到，当缝比较

宽时，光沿着直线方向通过狭缝，在屏上产生一条跟缝宽相当的亮

线．但是，当缝调到很窄时，尽管亮线的亮度有所降低，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．这表明，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．

对比单缝衍射图样，总结单缝衍射条纹的特征

（引导学生归纳）

1、光的单缝衍射

（1）条纹特征：明暗相间的条纹。

中央条纹最亮、最宽，两边的亮纹亮度渐暗，

宽度渐窄。

引导学生讨论：光发生明显衍射条件

生：缝足够窄。

观察：课本P60图13.5—2（如右图所示）

提问：用红光做衍射实验时，缝变窄的过程中，衍

射条纹中，中央亮纹的宽度与亮度如何变化？

生：缝变窄了，衍射现象更明显了，因此中央

亮纹的宽度变宽。

师补充：但通过的光能少了，亮度会降低．

观察：缝宽a=0.4mm时蓝光的衍射图样。

提问：红光和蓝光的衍射图样有什么区别？红光

和蓝光又有什么区别？可以有什么样的结论？

生：红光衍射图样的中央亮条纹比蓝光衍射图样

的中央亮条纹要亮？

红光的波长比蓝光的波长要长。

结论：光的波长越长，中央亮条纹越宽，衍射现象越明显。

提问：为什么前面我们透过两只笔间狭缝看日光灯能看到彩色条纹？

学生：白光是由七种色光组成的，七种色光的波长不同，形成的衍射条纹中央亮条纹的宽度不同，就会引起光的色散。（色散的知识我们第七节再来着重研究）

（2）如图所示，比较下图中红光和蓝光的衍射和干涉条纹，思考：

光的衍射条纹和干涉条纹有什么异同？？

引导学生归纳：

衍射条纹：中央亮纹宽而亮，两侧条纹具有对称性，亮纹较窄、较暗，且波长越长，中央亮纹越宽

干涉条纹：条纹等间距，亮度几乎相同，两边有衰减，且同样波长越长，亮纹间距越宽。

2、小孔衍射

（1）圆孔衍射

演示小孔衍射：孔由大到小调节，当光照射具有较大圆孔的挡板AB，在后面的屏上就得到一个圆形亮斑，它的直径可以按照光的直线传播的规律作图得到(图19－14甲、乙)．但是，如果圆孔缩小到一定程度，可以在屏上看到，光所达到的范围会远远超过它沿直线传播所应照明的区域(图19－14丙)．这就是圆孔的衍射现象．

条纹特征：明暗相间的圆环，圆心处为一亮斑。

（引导学生讨论发生明显衍射现象的条件是孔很小）

教师简单分析衍射的形成原因：同学们可能已经注意

到，在单缝衍射和圆孔衍射的照片中，都有一些亮线

和暗线．这是由于当光传播到狭缝或圆孔上时，可把

狭缝或小孔看成许许多多个点光源，这些点光源发出

的光在空间传播相遇叠加，在光屏处叠加后光波加强或者削弱的结果，决定了屏幕上各点位置的明暗情况。这个道理和两列光干涉时的道理相似．

如果用白光做衍射实验，得到的亮线是彩色的，这也是由于不同波长的光在不同位置得到了加强．

3、圆屏衍射——泊松亮斑

阅读课本P61《科学足迹》

图中是一个不透光的圆板的影，要特别注意中心的亮斑，它是

光绕过盘的边缘在这里叠加后形成的．关于这个亮斑还有一段

有趣的故事．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．

说明实验是理论的极其精彩的论证。物理理论离不开实验的验证，物理实验也离不开物理理论的指导，科学研究必须重视理论的指导作用和实践的检验作用。

（1）衍射图样：明暗相间的不等距的同心圆环，中心有一个亮斑（泊松亮斑）

（2）衍射条件：屏的尺寸接近波长或比波长还要小

4、白光做衍射实验，得到的单缝衍射条纹是中央为白色亮纹，最宽最亮。两侧的亮纹是彩色的。小孔衍射条纹是彩色的圆环。这都是由于不同波长的光在不同位置得到了加强．

根据单缝和小孔衍射两个实验，组织学生思考、讨论两个问题：一是什么叫光的衍射？二是发生明显衍射现象的条件是什么？

二、光的衍射