資源簡介

4.5光的衍射 導學案
【學習目標】
1.了解光的衍射概念及產生明顯衍射現象的條件。
2.知道衍射、衍射光柵在生產生活以及科學技術中的應用，了解科學、技術和社會的關系。
3.通過光的衍射的學習，對光的直線傳播現象提出質疑，會從不同角度思考物理問題。
【學習重難點】
【教學重點】認識光的明顯衍射的條件，知道衍射條紋與縫寬的關系，能夠區分單縫衍射、小孔衍射、圓盤衍射圖樣，并能區分單縫衍射與雙縫干涉條紋。
【教學難點】通過眾多光的衍射實驗事實來認識光的波動性；
【知識回顧】
波的衍射
1．定義
波可以繞過__障礙物__繼續傳播的現象。
2．實驗及現象
(1)實驗裝置：在水槽里放兩塊擋板，中間留一個__狹縫__。
(2)現象：①狹縫寬度比波長大得多時：波的傳播如同光沿__直線__傳播一樣，擋板后面產生“__陰影區__”。②狹縫寬度與波長相差不多或狹縫寬度比波長更小時：水波__繞到__擋板后面繼續傳播。
3．發生明顯衍射現象的條件
只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長__相差不多__，或者比波長__更小__時，才能觀察到明顯的衍射現象。
【自主預習】
1．光的衍射現象：光通過很小的狹縫(或圓孔)時，光沒有沿直線傳播，它繞過了狹縫(或圓孔)的邊緣，傳播到相當寬的地方的現象。
2．明顯衍射的條件：障礙物或狹縫的尺寸足夠小。
3．衍射圖樣：衍射時產生的明暗相間條紋。
4．單縫衍射：單色光通過狹縫時，在屏幕上出現明暗相間的條紋，中央為亮條紋，中央條紋最寬、最亮，其余條紋變窄、變暗；白光通過狹縫時，在屏上出現彩色條紋，中央為白條紋。
5．圓孔衍射：光通過小孔時(孔很小)在屏幕上會出現明暗相間的圓環。
6．衍射光柵
(1)定義：由許多等寬的狹縫等距離地排列起來形成的光學元件。
(2)分類
①透射光柵；②反射光柵。
【課堂探究】
【新課導入】
我們知道，波能夠繞過障礙物發生衍射。例如，聲音能夠繞過障礙物傳播。既然光也是一種波，為什么在日常生活中我們觀察不到光的衍射，而且常常說“光沿直線傳播”呢？觀看視頻，你能從中得到什么啟發？
學生寫出自己的答案
什么是波的衍射現象？
波在它傳播的方向上遇到障礙物或孔時，波繞到障礙物陰影里去繼續傳播的現象叫波的衍射.
發生明顯衍射的條件是什么？
障礙物或孔的尺寸跟波長差不多或比波長小。
既然光也是一種波，為什么在日常生活中我們觀察不到光的衍射，而且常常說“光沿直線傳播”呢？
學生寫出自己的答案
【新課教學】
任務一、光的衍射
（一）光的衍射
在擋板上安裝一個寬度可調的狹縫，縫后放一個光屏。用單色平行光照射狹縫，我們看到，當縫比較寬時，光沿著直線通過狹縫，在屏上產生一條與縫寬相當的亮條紋。但是，當縫調到很窄時，盡管亮條紋的亮度有所降低，但是寬度反而增大了，而且還出現了明暗相間的條紋。
光離開直線傳播路徑繞到障礙物陰影里去的現象叫光的衍射現象。
衍射時產生的明暗條紋叫衍射圖樣。
光的衍射實驗
如何讓衍射現象更明顯呢？
光的明顯衍射條件：障礙物或孔的尺寸小于波長或者和波長差不多。
（三）單縫衍射
光通過單縫衍射時，其圖樣有什么規律？
單色光單縫衍射圖樣的特點
實驗現象：
①條紋不等間距；
②中央條紋亮而寬；
③兩側條紋較暗較窄，對稱分布。
④波長一定時，單縫越窄，現象越明顯，中央亮紋越寬越暗
各種顏色的光波衍射圖象一樣嗎？
不同色光或不同寬度單縫衍射條紋的特征
①波長一定時，單縫窄的中央條紋寬，各條紋間距大．
②單縫不變時，光波波長的（紅光）中央亮紋越寬，條紋間隔越大．
③白光的單縫衍射條紋為中央亮，兩側為彩色條紋，且外側呈紅色，靠近光源的內側為紫色．
（四）衍射的應用
雙縫干涉與單縫衍射圖樣有啥不同？
干涉：等距的明暗相間的條紋，亮條紋的亮度向兩邊減弱較慢。
衍射：中央有一條較寬亮條紋，兩邊是對稱明暗相間的條紋，亮條紋的亮度向兩邊減弱得很快。
　　名稱 項目　　 單縫衍射 雙縫干涉
不同 點 產生條件 只要狹縫足夠小，任何光都能發生 頻率相同的兩列光波相遇疊加
條紋寬度 條紋寬度不等，中央最寬 條紋寬度相等
條紋間距 各相鄰條紋間距不等 各相鄰條紋等間距
亮度 中央條紋最亮，兩邊變暗 條紋清晰，亮度基本相等
相同 點 成因 都有明暗相間的條紋，條紋都是光波疊加時加強或削弱的結果
意義 都是波特有的現象，表明光是一種波
如何解釋引入實驗中“光不沿直線傳播”的現象？
光經過圓盤發生衍射現象，繞過圓盤，在不透明圓盤的陰影后面，出現了一個亮斑。
如何解釋以下視頻中的實驗現象？
孔較小時——屏上出現衍射花樣（亮暗相間的不等間距的圓環，這些圓環的范圍遠遠超過了光沿直線傳播所能照明的范圍）
圓盤和小圓孔的衍射圖樣有何不同？
相同點：均是明暗相間的光環,中心均有亮斑
不同點：①圓孔衍射中心亮斑較大,而泊松亮斑較小；
②圓孔衍射亮環或暗環間距隨半徑增大而增大,圓盤衍射亮環或暗環間距隨半徑增大而減小；
③圓孔衍射的背景是黑暗的,而圓盤衍射圖樣中的背景是明亮的。
任務二、衍射光柵
（一）衍射光柵
閱讀課本第99頁回答如下問題：
什么是衍射光柵？
由許多等寬的狹縫等距離排列起來形成的光學儀器。
(2)光柵衍射圖樣特點與單縫衍射相比有怎樣的變化？
衍射圖樣特點與單縫衍射相比，衍射條紋的寬度變窄，亮度增加。
【自我測評】
1．下列現象中體現了光的干涉的是(　　)
A．用手按壓兩片無色透明的玻璃片，陽光下也能看到彩色花紋
B．透過游標卡尺兩測量爪間的狹縫，觀看與狹縫平行的線光源時，看到彩色條紋
C．白光透過雙縫，在光屏上出現黑白條紋
D．清晨灑水車灑的水珠成彩色的
【答案】A
【詳解】　用手按壓相當于調整厚度，光發生了薄膜干涉；透過游標卡尺兩測量爪間的狹縫，觀看與狹縫平行的線光源時，看到彩色條紋是光的單縫衍射；白光透過雙縫，在光屏上出現彩色條紋是雙縫干涉；清晨灑水車灑的水珠成彩色的是光的色散，屬于折射現象。故選A。
2．我們經常看到，凡路邊施工處總掛有紅色的燈，除了紅色光容易引起人們的視覺反應外，這樣做的另一個重要的原因是(　　)
A．紅光比其他可見光更容易發生衍射
B．紅光比其他可見光更容易發生干涉
C．紅光比其他可見光頻率更大
D．紅光比其他可見光在玻璃中的折射率小
【答案】A　
【詳解】紅色光的波長較長，而頻率較小，所以比其他可見光更容易發生衍射，故A正確，C錯誤；只要頻率相同，均能發生干涉現象，故B錯誤；頻率越大，折射率越大，可見光中紅光頻率最小，折射率最小，但掛紅燈的原因不是因為折射率小，故D錯誤。
3．若甲、乙兩束單色光，經過同一單縫后的衍射圖樣如甲、乙所示。則下列說法正確的是(　　)
A．若單縫寬度變窄，則兩種衍射條紋寬度均變窄，條紋亮度也變暗
B．若單縫寬度變窄，則兩種衍射條紋寬度都變寬，條紋亮度也變亮
C．在同一介質中傳播，甲光比乙光的傳播速度小
D．甲光和乙光以相同的入射角從水中射入空氣，在空氣中只能看到一種光時，一定是甲光
【答案】C　
【詳解】若單縫寬度變窄，則兩種衍射條紋寬度都變寬，因為通過的光變少，所以亮度變暗，A、B錯誤；甲、乙兩束單色光，經過同一單縫后乙光的中央亮條紋較寬，說明乙光波長較長，則在同一介質中乙光的折射率較小，根據v＝，可知，甲光比乙光的傳播速度小，C正確；乙光的折射率較小，根據sin C＝，所以乙光的臨界角較大，則甲光和乙光以相同的入射角從水中射入空氣，在空氣中只能看到一種光時，一定是乙光，D錯誤。
【學后反思】本節課學習中，你有哪些收獲，還有哪些問題？4.5光的衍射 導學案
【學習目標】
1.了解光的衍射概念及產生明顯衍射現象的條件。
2.知道衍射、衍射光柵在生產生活以及科學技術中的應用，了解科學、技術和社會的關系。
3.通過光的衍射的學習，對光的直線傳播現象提出質疑，會從不同角度思考物理問題。
【學習重難點】
【教學重點】認識光的明顯衍射的條件，知道衍射條紋與縫寬的關系，能夠區分單縫衍射、小孔衍射、圓盤衍射圖樣，并能區分單縫衍射與雙縫干涉條紋。
【教學難點】通過眾多光的衍射實驗事實來認識光的波動性；
【知識回顧】
波的衍射
1．定義
波可以繞過_________________繼續傳播的現象。
2．實驗及現象
(1)實驗裝置：在水槽里放兩塊擋板，中間留一個_________________。
(2)現象：①狹縫寬度比波長大得多時：波的傳播如同光沿________________傳播一樣，擋板后面產生“_________________”。②狹縫寬度與波長相差不多或狹縫寬度比波長更小時：水波________________擋板后面繼續傳播。
3．發生明顯衍射現象的條件
只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長________________，或者比波長_________________時，才能觀察到明顯的衍射現象。
【自主預習】
1．光的衍射現象：光通過很小的狹縫(或圓孔)時，光沒有沿_____________傳播，它繞過了狹縫(或圓孔)的邊緣，傳播到相_____________的地方的現象。
2．明顯衍射的條件：障礙物或狹縫的尺寸足夠_____________。
3．衍射圖樣：衍射時產生的明_____________。
4．單縫衍射：單色光通過狹縫時，在屏幕上出現明暗相間的條紋，中央為亮條紋，中央條紋最寬、最亮，其余條紋變窄、變暗；白光通過狹縫時，在屏上出現_____________條紋，中央為白條紋。
5．圓孔衍射：光通過小孔時(孔很小)在屏幕上會出現_____________相間的圓環。
6．衍射光柵
(1)定義：由許多_____________的狹縫等距離地排列起來形成的光學元件。
(2)分類
①透射光柵；②反射光柵。
【課堂探究】
【新課導入】
我們知道，波能夠繞過障礙物發生衍射。例如，聲音能夠繞過障礙物傳播。既然光也是一種波，為什么在日常生活中我們觀察不到光的衍射，而且常常說“光沿直線傳播”呢？觀看視頻，你能從中得到什么啟發？
什么是波的衍射現象？
_發生明顯衍射的條件是什么？
既然光也是一種波，為什么在日常生活中我們觀察不到光的衍射，而且常常說“光沿直線傳播”呢？
【新課教學】
任務一、光的衍射
（一）光的衍射
在擋板上安裝一個寬度可調的狹縫，縫后放一個光屏。用單色平行光照射狹縫，我們看到，當縫比較寬時，光沿著直線通過狹縫，在屏上產生一條與縫寬相當的亮條紋。但是，當縫調到很窄時，盡管亮條紋的亮度有所降低，但是寬度反而增大了，而且還出現了明暗相間的條紋。
光的衍射實驗
如何讓衍射現象更明顯呢？
光的明顯衍射條件：
（三）單縫衍射
光通過單縫衍射時，其圖樣有什么規律？
單色光單縫衍射圖樣的特點
各種顏色的光波衍射圖象一樣嗎？
不同色光或不同寬度單縫衍射條紋的特征
（四）衍射的應用
雙縫干涉與單縫衍射圖樣有啥不同？
干涉：
衍射：
　　名稱 項目　　 單縫衍射 雙縫干涉
不同 點 產生條件
條紋寬度
條紋間距
亮度
相同 點 成因
意義
如何解釋引入實驗中“光不沿直線傳播”的現象？
如何解釋以下視頻中的實驗現象？
圓盤和小圓孔的衍射圖樣有何不同？
任務二、衍射光柵
（一）衍射光柵
閱讀課本第99頁回答如下問題：
什么是衍射光柵？
(2)光柵衍射圖樣特點與單縫衍射相比有怎樣的變化？
【自我測評】
1．下列現象中體現了光的干涉的是(　　)
A．用手按壓兩片無色透明的玻璃片，陽光下也能看到彩色花紋
B．透過游標卡尺兩測量爪間的狹縫，觀看與狹縫平行的線光源時，看到彩色條紋
C．白光透過雙縫，在光屏上出現黑白條紋
D．清晨灑水車灑的水珠成彩色的
2．我們經常看到，凡路邊施工處總掛有紅色的燈，除了紅色光容易引起人們的視覺反應外，這樣做的另一個重要的原因是(　　)
A．紅光比其他可見光更容易發生衍射
B．紅光比其他可見光更容易發生干涉
C．紅光比其他可見光頻率更大
D．紅光比其他可見光在玻璃中的折射率小
3．若甲、乙兩束單色光，經過同一單縫后的衍射圖樣如甲、乙所示。則下列說法正確的是(　　)
A．若單縫寬度變窄，則兩種衍射條紋寬度均變窄，條紋亮度也變暗
B．若單縫寬度變窄，則兩種衍射條紋寬度都變寬，條紋亮度也變亮
C．在同一介質中傳播，甲光比乙光的傳播速度小
D．甲光和乙光以相同的入射角從水中射入空氣，在空氣中只能看到一種光時，一定是甲光
【學后反思】本節課學習中，你有哪些收獲，還有哪些問題？

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