資源簡介

(共23張PPT)
光的衍射
人教版
選擇性必修1
新知導(dǎo)入
我們知道，波能夠繞過障礙物發(fā)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?
新知講解
產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是：
障礙物或縫、孔的尺寸比波長小或者跟波長相差不多
問題：什么是波的衍射現(xiàn)象？
新知講解
激光束
調(diào)節(jié)狹縫寬窄
狹縫
像屏
取一個不透光的屏，在它的中間裝上一個寬度可以調(diào)節(jié)的狹縫，在縫后適當(dāng)距離處放一個像屏，用平行的單色光照射。
調(diào)節(jié)狹縫的寬窄，如果能在光屏上觀察到比狹縫的寬度寬得多的亮區(qū)，就證明了光的衍射現(xiàn)象存在。
一、光的衍射
新知講解
1.單縫衍射
單縫衍射圖樣的光強(qiáng)分布
新知講解
白光單縫衍射條紋：
中間是白色的條紋，兩邊是減弱很快的彩色條紋。
新知講解
觀察下列衍射圖樣，分析衍射規(guī)律：
不同色光的單縫衍射
不同縫寬的單縫衍射
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，波長越長的中央亮紋越寬，條紋間隔越大．
新知講解
單色光的衍射圖樣:
1.中間亮紋最寬最亮。
2.兩邊是對稱的明暗相間條紋。
3.亮條紋強(qiáng)度和寬度向兩邊逐漸減小。
新知講解
2.圓孔衍射
光通過圓孔(小到一定程度)在屏上會出現(xiàn)：中間較亮，周圍明暗相間的圓環(huán)，且亮度小。這些圓環(huán)達(dá)到的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過根據(jù)光的直線傳播所應(yīng)照明的面積。
新知講解
3.泊松亮斑
光照到不透明的小圓板上，在屏上圓板的陰影中心，有一個亮斑，這個亮斑取名叫泊松亮斑
不只是狹縫和圓孔，各種不同形狀的物體都能使光發(fā)生衍射，以至使影的輪廓模糊不清，其原因是光通過物體的邊緣而發(fā)生衍射的結(jié)果．歷史上曾有一個著名的衍射圖樣——泊松亮斑．
新知講解
　
在障礙物的尺寸比光的波長小或跟光的波長相差不多的時候出現(xiàn)明顯的衍射現(xiàn)象。
二、光發(fā)生明顯衍射的條件
思考：類比波發(fā)生明顯衍射的條件，思考光發(fā)生明顯衍射的條件。
課堂練習(xí)
1、(多選)抽制細(xì)絲時可用激光監(jiān)控其粗細(xì)，如圖所示，激光束越過細(xì)絲時產(chǎn)生的條紋和它通過遮光板上的一條同樣寬度的窄縫規(guī)律相同，則下列描述正確的是(　
　)
A．這是利用光的干涉現(xiàn)象
B．這是利用光的衍射現(xiàn)象
C．如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲變粗了
D．如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲變細(xì)了
BD　
解析：上述現(xiàn)象符合光的衍射產(chǎn)生的條件，故B正確；由衍射產(chǎn)生的條件可知：絲越細(xì)衍射現(xiàn)象越明顯，故D也正確。
新知講解
三、衍射光柵
實驗表明，如果增加狹縫的個數(shù)，衍射條紋的寬度將變窄，亮度將增加。光學(xué)儀器中用的衍射光柵就是握此制成的。它是由許多等寬的狹縫等距離地排列起來形成的光學(xué)元件。在一塊很平的玻璃上刻出一系列等距的平行刻痕，刻痕產(chǎn)生漫反射而不太透光，未刻的部分相當(dāng)于透光的狹縫，這樣就做成了透射光柵(圖4.5-5)。
如果在高反射率的金屬上刻痕，就可以做成反射光柵。
新知講解
四、光的干涉和光的衍射的比較
紅光
干涉現(xiàn)象
衍射現(xiàn)象
產(chǎn)生條件
條紋寬度
光強(qiáng)分布
條紋的變化
頻率、振動方向都相同，相位差恒定的兩列相干光相遇疊加
任何光都能發(fā)生衍射
等寬、等距
中央最寬，兩側(cè)的亮紋逐漸變窄。
從中央明條紋往兩側(cè)光強(qiáng)變化很小
光強(qiáng)分布主要集中在中央亮紋，兩側(cè)的亮紋逐漸變暗。
間距與波長成正比
與波長、縫寬有關(guān)
相同點：干涉、衍射都有明暗相間的條紋，條紋都是光波疊加是加強(qiáng)或者削弱的結(jié)果。干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象，表明光是一種波。
課堂練習(xí)
2、一束紅光射向一塊有雙縫的不透光的薄板，在薄板后的光屏上呈現(xiàn)明暗相間的干涉條紋。現(xiàn)將其中一條窄縫擋住，讓這束紅光只通過一條窄縫，則在光屏上可以看到(　　)
A．與原來相同的明暗相間的條紋，只是明條紋比原來暗些
B．與原來不相同的明暗相間的條紋，而中央明條紋變寬些
C．只有一條與縫寬對應(yīng)的明條紋
D．無條紋，只存在一片紅光
B　
解析：衍射圖樣和干涉圖樣的異同點：中央都出現(xiàn)明條紋，但衍射圖樣的中央明條紋較寬，兩側(cè)都出現(xiàn)明暗相間的條紋；干涉圖樣為等間隔的明暗相間的條紋，而衍射圖樣兩側(cè)為不等間隔的明暗相間的條紋且亮度迅速減弱。所以本題正確選項為B。
拓展提高
1、(多選)對于光的衍射現(xiàn)象的定性分析，下列說法正確的是
(　　　)
A．只有障礙物或孔的尺寸可以跟光的波長相比甚至比波長還要小的時候，才能產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象
B．光的衍射現(xiàn)象是光波相互疊加的結(jié)果
C．光的衍射現(xiàn)象否定了光的直線傳播的結(jié)論
D．光的衍射現(xiàn)象說明了光具有波動性
ABD　
解析：光的衍射現(xiàn)象說明了光具有波動性，而小孔成像說明了光沿直線傳播，要出現(xiàn)小孔成像，孔不能太小，光的直線傳播規(guī)律只是近似的(只有在光的波長比障礙物小的情況下，光才可以看成是沿直線傳播的)，所以光的衍射現(xiàn)象和直線傳播是不矛盾的，它們是在不同條件下出現(xiàn)的兩種現(xiàn)象，故選項C錯誤。選項A、B、D正確。
拓展提高
2、如圖所示的4幅明暗相間的條紋，分別是紅光經(jīng)過間距不同的雙縫及寬度不同的單縫所形成的。則在下面的四幅圖中(甲、乙、丙、丁)依次對應(yīng)的是(　　)
A．雙縫寬間距，雙縫窄間距，寬單縫，窄單縫
B．雙縫窄間距，雙縫寬間距，窄單縫，寬單縫
C．寬單縫，窄單縫，雙縫寬間距，雙縫窄間距
D．窄單縫，寬單縫，雙縫窄間距，雙縫寬間距
A　
拓展提高
3、如圖中單色光照射的不是一個狹縫，并且觀察到如圖所示的清晰的明暗相間的圖樣(黑線為暗紋)，那么障礙物是
(　　)
A．很小的不透明的圓板
B．很大的中間有大圓孔的不透明的圓板
C．很大的不透明圓板
D．很大的中間有小圓孔的不透明的圓板
D　
分析：沒有分清圓板衍射和圓孔衍射的圖樣的差別，而錯選A。要注意很小的不透明的圓板產(chǎn)生的圖樣中心也是亮點，但其周圍有一個大的陰影區(qū)，在影區(qū)的邊沿有明暗相間的圓環(huán)，它與圓孔衍射的圖樣是不同的。
課堂總結(jié)
光的衍射
單縫衍射
衍射現(xiàn)象
衍射光柵
小孔衍射
泊松亮斑
產(chǎn)生明顯衍射的條件
板書設(shè)計
光的衍射
單縫衍射
衍射現(xiàn)象
衍射光柵
小孔衍射
泊松亮斑
產(chǎn)生明顯衍射的條件
作業(yè)布置
課后練習(xí)和同步練習(xí)
謝謝
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人教版高中物理選擇性必修1第4章第5節(jié)
光的衍射教學(xué)設(shè)計
課題
光的衍射
單元
4
學(xué)科
物理
年級
高二
教材分析
光的銜射現(xiàn)象進(jìn)一步證明了光具有波動性，
對發(fā)展光的波動理論起了重要的作用。教材講述光的行射的思路是:首先提出問題，
讓學(xué)生思考般情況下不容易觀察到光的銜射現(xiàn)象的原因;然后再觀察衍射實驗，說明光的銜射現(xiàn)象及發(fā)生行射的條件。由于行射現(xiàn)象產(chǎn)生的物理過程分析起來比較復(fù)雜，教材只進(jìn)行了定性分析。在分析產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象條件的教學(xué)中，教師可以通過復(fù)習(xí)機(jī)械波衍射的知識，使學(xué)生認(rèn)識光發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件:障礙物或孔的尺寸比波長小，或者跟波長差不多。在這里，教師可以安排一個討論環(huán)節(jié)，
先讓學(xué)生體會“明顯”“差不多”
的含義，再指明由于光的波長很短，
要產(chǎn)生明顯的行射現(xiàn)象，障礙物或小孔必須很小。做好此的行射現(xiàn)象實驗在本節(jié)課的教學(xué)中至關(guān)重要，它是學(xué)生認(rèn)識光的行射的基礎(chǔ)。
教學(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)
物理觀念：知道光的衍射現(xiàn)象和產(chǎn)生明顯衍射的條件。科學(xué)探究與思維：了解如何通過實驗觀察光的衍射現(xiàn)象，并可以區(qū)分幾種不同的衍射圖樣。科學(xué)態(tài)度與價值觀：能解釋日常生活中的衍射并初步了解衍射光柵。
重點
知道光的衍射現(xiàn)象和產(chǎn)生明顯衍射的條件。
難點
了解如何通過實驗觀察光的衍射現(xiàn)象，并可以區(qū)分幾種不同的衍射圖樣。
教學(xué)過程
教學(xué)環(huán)節(jié)
教師活動
學(xué)生活動
設(shè)計意圖
導(dǎo)入新課
我們知道，波能夠繞過障礙物發(fā)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?
分組體驗手影小游戲。體會光沿直線傳播，思考為什么光不會衍射。
從小游戲入手，提高課堂參與度，激發(fā)學(xué)生思考問題，引入新課。
講授新課
問題：什么是波的衍射現(xiàn)象？
產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是：障礙物或縫、孔的尺寸比波長小或者跟波長相差不多一、光的衍射取一個不透光的屏，在它的中間裝上一個寬度可以調(diào)節(jié)的狹縫，在縫后適當(dāng)距離處放一個像屏，用平行的單色光照射。調(diào)節(jié)狹縫的寬窄，如果能在光屏上觀察到比狹縫的寬度寬得多的亮區(qū)，就證明了光的衍射現(xiàn)象存在。1.單縫衍射單縫衍射圖樣的光強(qiáng)分布
白光單縫衍射條紋：中間是白色的條紋，兩邊是減弱很快的彩色條紋。觀察下列衍射圖樣，分析衍射規(guī)律：
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，波長越長的中央亮紋越寬，條紋間隔越大．
單色光的衍射圖樣:①中間亮紋最寬最亮。②兩邊是對稱的明暗相間條紋。③亮條紋強(qiáng)度和寬度向兩邊逐漸減小。2.圓孔衍射光通過圓孔(小到一定程度)在屏上會出現(xiàn)：中間較亮，周圍明暗相間的圓環(huán)，且亮度小。這些圓環(huán)達(dá)到的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過根據(jù)光的直線傳播所應(yīng)照明的面積。3.泊松亮斑不只是狹縫和圓孔，各種不同形狀的物體都能使光發(fā)生衍射，以至使影的輪廓模糊不清，其原因是光通過物體的邊緣而發(fā)生衍射的結(jié)果．歷史上曾有一個著名的衍射圖樣——泊松亮斑．二、光發(fā)生明顯衍射的條件思考：類比波發(fā)生明顯衍射的條件，思考光發(fā)生明顯衍射的條件。　
在障礙物的尺寸比光的波長小或跟光的波長相差不多的時候出現(xiàn)明顯的衍射現(xiàn)象。課堂練習(xí)1、(多選)抽制細(xì)絲時可用激光監(jiān)控其粗細(xì)，如圖所示，激光束越過細(xì)絲時產(chǎn)生的條紋和它通過遮光板上的一條同樣寬度的窄縫規(guī)律相同，則下列描述正確的是(　
　)A．這是利用光的干涉現(xiàn)象B．這是利用光的衍射現(xiàn)象C．如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲變粗了D．如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲變細(xì)了解析：上述現(xiàn)象符合光的衍射產(chǎn)生的條件，故B正確；由衍射產(chǎn)生的條件可知：絲越細(xì)衍射現(xiàn)象越明顯，故D也正確。答案：BD三、衍射光柵實驗表明，如果增加狹縫的個數(shù)，衍射條紋的寬度將變窄，亮度將增加。光學(xué)儀器中用的衍射光柵就是握此制成的。它是由許多等寬的狹縫等距離地排列起來形成的光學(xué)元件。在一塊很平的玻璃上刻出一系列等距的平行刻痕，刻痕產(chǎn)生漫反射而不太透光，未刻的部分相當(dāng)于透光的狹縫，這樣就做成了透射光柵(圖4.5-5)。
如果在高反射率的金屬上刻痕，就可以做成反射光柵。四、光的干涉和光的衍射的比較相同點：干涉、衍射都有明暗相間的條紋，條紋都是光波疊加是加強(qiáng)或者削弱的結(jié)果。干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象，表明光是一種波。課堂練習(xí)2、一束紅光射向一塊有雙縫的不透光的薄板，在薄板后的光屏上呈現(xiàn)明暗相間的干涉條紋。現(xiàn)將其中一條窄縫擋住，讓這束紅光只通過一條窄縫，則在光屏上可以看到(　　)A．與原來相同的明暗相間的條紋，只是明條紋比原來暗些B．與原來不相同的明暗相間的條紋，而中央明條紋變寬些C．只有一條與縫寬對應(yīng)的明條紋D．無條紋，只存在一片紅光解析：衍射圖樣和干涉圖樣的異同點：中央都出現(xiàn)明條紋，但衍射圖樣的中央明條紋較寬，兩側(cè)都出現(xiàn)明暗相間的條紋；干涉圖樣為等間隔的明暗相間的條紋，而衍射圖樣兩側(cè)為不等間隔的明暗相間的條紋且亮度迅速減弱。所以本題正確選項為B。答案：B
回顧波的衍射現(xiàn)象和發(fā)生明顯衍射的條件。觀察光的衍射現(xiàn)象。通過觀察不同顏色光的衍射現(xiàn)象，總結(jié)光的衍射圖樣的特點。思考光波發(fā)生明顯衍射的條件。完成課堂練習(xí)。了解科技前沿。對比光的干涉和衍射現(xiàn)象的區(qū)別和共同點。完成課堂練習(xí)。
回顧舊知識，引導(dǎo)學(xué)生類比波的衍射來學(xué)習(xí)光的衍射。讓學(xué)生觀察現(xiàn)象，加強(qiáng)對光的衍射現(xiàn)象的感性認(rèn)識。引導(dǎo)學(xué)生觀察現(xiàn)象，總結(jié)規(guī)律。類比機(jī)械波的明顯衍射條件，總結(jié)光發(fā)生明顯衍射的條件，學(xué)會類比的學(xué)習(xí)方法。讓學(xué)生了解我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，提高學(xué)生的民族自豪感和愛國情懷。
拓展提高
1、(多選)對于光的衍射現(xiàn)象的定性分析，下列說法正確的是
(　　　)A．只有障礙物或孔的尺寸可以跟光的波長相比甚至比波長還要小的時候，才能產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象B．光的衍射現(xiàn)象是光波相互疊加的結(jié)果C．光的衍射現(xiàn)象否定了光的直線傳播的結(jié)論D．光的衍射現(xiàn)象說明了光具有波動性解析：光的衍射現(xiàn)象說明了光具有波動性，而小孔成像說明了光沿直線傳播，要出現(xiàn)小孔成像，孔不能太小，光的直線傳播規(guī)律只是近似的(只有在光的波長比障礙物小的情況下，光才可以看成是沿直線傳播的)，所以光的衍射現(xiàn)象和直線傳播是不矛盾的，它們是在不同條件下出現(xiàn)的兩種現(xiàn)象，故選項C錯誤。選項A、B、D正確。答案：ABD2、如圖所示的4幅明暗相間的條紋，分別是紅光經(jīng)過間距不同的雙縫及寬度不同的單縫所形成的。則在下面的四幅圖中(甲、乙、丙、丁)依次對應(yīng)的是(　　)A．雙縫寬間距，雙縫窄間距，寬單縫，窄單縫B．雙縫窄間距，雙縫寬間距，窄單縫，寬單縫C．寬單縫，窄單縫，雙縫寬間距，雙縫窄間距D．窄單縫，寬單縫，雙縫窄間距，雙縫寬間距解析：雙縫干涉的圖樣是明暗相間的干涉條紋，所有條紋寬度相同且等間距，故甲、乙兩個是雙縫干涉圖樣，根據(jù)雙縫干涉條紋間距Δx＝λ可知雙縫間距越窄，Δx越大，故甲是雙縫寬間距，乙是雙縫窄間距；單縫衍射條紋是中間明亮且寬大，越向兩側(cè)寬度越小越暗，而單縫越窄，中央亮條紋越寬，故丙是寬單縫，丁是窄單縫；故選A。答案：A3、如圖中單色光照射的不是一個狹縫，并且觀察到如圖所示的清晰的明暗相間的圖樣(黑線為暗紋)，那么障礙物是
(　　)A．很小的不透明的圓板B．很大的中間有大圓孔的不透明的圓板C．很大的不透明圓板D．很大的中間有小圓孔的不透明的圓板分析：沒有分清圓板衍射和圓孔衍射的圖樣的差別，而錯選A。要注意很小的不透明的圓板產(chǎn)生的圖樣中心也是亮點，但其周圍有一個大的陰影區(qū)，在影區(qū)的邊沿有明暗相間的圓環(huán)，它與圓孔衍射的圖樣是不同的。答案：D
完成拓展提高練習(xí)題。
通過完成練習(xí)題，鞏固基礎(chǔ)知識。
課堂小結(jié)
一、衍射現(xiàn)象1、單縫衍射2、小孔衍射3、泊松亮斑二、產(chǎn)生明顯衍射的條件三、衍射光柵
總結(jié)本節(jié)課所學(xué)知識。
幫助學(xué)生梳理基礎(chǔ)知識，形成知識框架。
板書
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精品試卷·第
2
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