2019-2020年高中物理 5.3 光的衍射和偏振教案1 教科版選修3-4.doc

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2019-2020年高中物理 5.3 光的衍射和偏振教案1 教科版選修3-4 ●教學目標 一、知識目標 1.通過實驗觀察，讓學生認識光的衍射現(xiàn)象，知道發(fā)生明顯的光的衍射現(xiàn)象的條件，從而對光的波動性有進一步的認識. 2.通常學習知道“幾何光學”中所說的光沿直線傳播是一種近似規(guī)律. 二、能力目標 1.通過討論和對單縫衍射裝置的觀察，理解衍射條件的設(shè)計思想. 2.在認真觀察課堂演示實驗和課外自己動手觀察衍射現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學生比較推理能力和抽象思維能力. 三、德育目標 通過“泊松亮斑”等科學小故事的學習，培養(yǎng)學生堅定的自信心、踏實勤奮的工作態(tài)度和科學研究品德. ●教學重點 單縫衍射實驗和圓孔衍射實驗的觀察以及產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件. ●教學難點 衍射條紋成因的初步說明. ●教學方法 1.通過機械波衍射現(xiàn)象類比推理，提出光的衍射實驗觀察設(shè)想. 2.通過觀察分析實驗，歸納出產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件以及衍射是光的波動性的表現(xiàn). 3.通過對比認識衍射條紋的特點及變化，加深對衍射圖象的了解. ●教學用具 JGQ型氦氖激光器25臺，衍射單縫（可調(diào)縫寬度），光屏、光柵衍射小圓孔板，兩支鉛筆（學生自備），日光燈（教室內(nèi)一般都有），直徑5 mm的自行車軸承用小鋼珠，被磁化的鋼針（吸小鋼珠用），投影儀（本節(jié)課在光學實驗室進行）. ●課時安排 1課時 ●教學過程 一、引入新課 復習水波的衍射 ［投影水波衍射圖片（試驗修訂本第二冊P14圖10—26，10—27）］ ［師］請大家看這幾幅圖片，回憶一下相關(guān)內(nèi)容，回答下面兩個問題： 1.什么是波的衍射？ 2.圖10—27中哪一幅衍射現(xiàn)象最明顯？說明原因. ［生1］（議論后，一人發(fā)言）波能繞過障礙物的現(xiàn)象叫波的衍射.圖10—27中丙圖衍射最明顯，因為這里的孔寬度最小. ［師］前一個問題回答得很好，后一個問題有沒有同學還有其他看法？ ［生2］我認為丙圖中孔的尺寸雖然是最小，但不一定就是發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的原因，我們應(yīng)該用它跟波長比. ［師］很好，大家一起來說說發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是什么？ ［生總結(jié)］障礙物或孔的尺寸比波長小或者跟波長相差不多. 二、新課引入 （一）光的衍射實驗 ［師］通過上一節(jié)課光的干涉的學習，我們知道光是具有波動性的，光既然是一種波，那么在傳播過程中也應(yīng)該具有衍射的現(xiàn)象，大家有沒有見過光的衍射現(xiàn)象呢？能舉出例子嗎？ （學生討論后，一致認為，光波也應(yīng)有衍射本領(lǐng)，但無法舉出例子） ［師］根據(jù)我們剛才復習的明顯衍射現(xiàn)象的條件，大家說說看，為什么平時我們不易觀察到光的衍射？ ［生］可能是因為光波波長很短，而平常我們遇到的障礙物或孔的尺寸比較大，所以不易觀察到光的衍射現(xiàn)象. ［師］很有道理，大家來想想辦法解決這一問題. （學生討論，設(shè)計出多種實驗觀察方案，絕大部分著眼于發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件，教師加以肯定鼓勵） ［實驗觀察］ 安排學生根據(jù)上面的設(shè)想，自制單縫和小孔. 1.用單縫觀察日光燈光源. 2.用小孔觀察單色點光源. ［師］請大家認真觀察，然后告訴我你看到的現(xiàn)象. （學生回答基本上有兩類現(xiàn)象，一是觀察到了單一的一條亮線或一個圓形亮點，二是觀察到比較模糊的明暗相間的線狀或環(huán)狀條紋） ［師］大家做得很認真，有幾位同學已成功地觀察到了光的衍射現(xiàn)象，現(xiàn)在我們再用更好的裝置來一起觀察一下光的衍射現(xiàn)象. ［教師演示］ 在不透明的屏上裝有一個寬度可以調(diào)節(jié)的單縫，用氦氖激光器照射單縫，在縫后適當距離處放一光屏，如右圖20—19所示. 圖20—19 調(diào)節(jié)單縫寬度演示，得出下列結(jié)果. 縫寬 較寬 較窄 很窄 極窄 關(guān)閉 屏上現(xiàn)象 一條較寬亮線 一條較窄亮線 亮線變寬、變暗并出現(xiàn)明暗相間條紋 明暗條紋清晰、細小 條紋消失 ［師］請大家將我們的實驗結(jié)果與課本圖20—8的幾幅照片比較，總結(jié)一下光要發(fā)生明顯的衍射應(yīng)滿足什么條件. ［生］當狹縫的寬度比波長小或跟波長差不多時，光偏離了直線傳播方向，發(fā)生了明顯的衍射. （二）光的衍射現(xiàn)象 ［師］大家通過實驗觀察看到，光在傳播過程中能離開直線繞過障礙物到達陰影里去，這一現(xiàn)象叫做光的衍射現(xiàn)象.衍射時產(chǎn)生的明暗條紋叫做衍射圖樣.其實，不僅單縫，還有圓孔，多條平行狹縫以及各種不同形狀的障礙物都能使光發(fā)生衍射.同機械波的衍射一樣，光發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是：障礙物或孔的尺寸可以跟光的波長相比，甚至比光的波長還小. ［師］下面我們再來觀察一下圓孔和光柵的衍射現(xiàn)象. （教師演示，將單縫分別換成圓孔和光柵，可以在屏上觀察到清楚的明暗相間的圓環(huán)和清晰的明暗相間的條紋.) ［師］同學們已經(jīng)注意到，在衍射現(xiàn)象中，常有一些亮線和暗線，據(jù)此大家來猜猜原因. ［生］在干涉現(xiàn)象中我們也觀察到明暗相間的條紋，我想這里的道理應(yīng)該跟在干涉現(xiàn)象中差不多. ［師］猜想有道理.其實在光的衍射現(xiàn)象中，來自單縫或圓孔上不同位置的光，到光屏處的路程差滿足一定的特點，疊加時加強或減弱，形成明暗相間的條紋，這確實跟光的干涉原理是相似的，大家再考慮一下，如果用白光做衍射實驗，條紋會怎樣呢？ ［生］條紋應(yīng)該是彩色的，因為不同色光波長不同，在疊加時形成條紋位置也不一樣，疊合時形成彩色. ［師］回答得非常好，大家明白了嗎？ ［生］明白.(教師指導學生用兩支鉛筆并攏觀察日光燈衍射條紋） （三）光的衍射現(xiàn)象證明光具有波動性 ［師］在光的本性認識的歷史上有過一個“泊松亮斑”的故事，請大家來讀一讀.(學生閱讀課文后的“閱讀材料”） ［師］大家想不想看看這個亮斑？ ［生］想. （教師演示，用被磁化的鋼針吸一粒鋼珠，懸起，使激光束與鋼珠球心在同一直線上，圖20—20就能在屏上觀察到鋼珠暗影中心有一亮斑，即泊松亮斑.） 圖20—20 ［師］著名數(shù)學家泊松根據(jù)物理學家菲涅耳提出的波動理論推算出圓板陰影的中心應(yīng)該是一個亮斑，想借此駁倒菲涅耳的波動理論，菲涅耳與阿拉果接受了泊松的挑戰(zhàn)，通過多次實驗，發(fā)現(xiàn)圓板中心確有一個亮斑.這樣“泊松亮斑”實驗就成了光的波動理論的精彩驗證.大家從這個故事得到什么啟發(fā). ［生1］實驗對物理研究有重要作用. ［生2］遇到別人的責疑，要冷靜面對，不要輕易放棄自己的立場或觀點. ［生3］科學要堅持真理，實事求是. （學生的回答很全面，教師要及時肯定鼓勵） （四）光的衍射圖樣 ［師］除了前面實驗觀察到的衍射圖樣外，課本還為我們提供了一些，請大家認真研究和比較，總結(jié)它們各自的特點. （指導學生閱讀課本圖20—10以及首頁彩圖2，并討論干涉、衍射圖樣的異同） ［生］單色光的雙縫干涉圖樣是等距的明暗相間的條紋，亮條紋強度向兩邊逐漸減弱且較慢，單色光的衍射圖樣中間一條亮紋較寬較亮，兩邊是對稱的明暗相間的條紋，亮條紋強度向兩邊逐漸減弱且較快，白光單縫衍射條紋中間是白色的，兩邊是減弱很快的彩色條紋. ［師］總結(jié)得很好. 本節(jié)課我們通過 復習，回顧了機械波的衍射及產(chǎn)生明顯衍射的條件 自己設(shè)計實驗，觀察到了光波的衍射現(xiàn)象 老師演示實驗，觀察總結(jié)出了光的衍射現(xiàn)象及規(guī)律 歸納分析，得出光產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件，進一步認識了光的波動性，光的直線 傳播是近似規(guī)律 三、小結(jié)（投影） 四、布置作業(yè) 1.課本練習二（1）（2） 2.課后用太陽光作光源，想出一些辦法觀察衍射現(xiàn)象，描述現(xiàn)象并分析. 五、板書設(shè)計 光的衍射 一、實驗 自制障礙物觀察光能發(fā)生衍射現(xiàn)象 單縫衍射現(xiàn)象（投影）圓孔衍射 光發(fā)生明顯衍射的條件（投影） 二、光的衍射現(xiàn)象進一步證明光具有波動性 三、光的衍射圖樣 雙縫干涉圖樣特點：等間距、明暗相間、強度向兩邊漸弱 單縫衍射圖象特點：中間較寬較亮，向兩邊對稱漸暗