2019-2020年高三物理 第二十章 光的波動性 二、光的衍射(第一課時).doc
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2019-2020年高三物理 第二十章 光的波動性 二、光的衍射(第一課時) ●本節(jié)教材分析 本節(jié)內(nèi)容對學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識光的波粒二象性,建立辯證唯物主義世界觀,具有重要的意義,同波的干涉一樣,是本章的重點(diǎn)內(nèi)容.由于課本只要求學(xué)生初步了解光的衍射現(xiàn)象,沒有做理論探討,因此與機(jī)械波類比和觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是十分重要的.首先要結(jié)合機(jī)械波的衍射,使學(xué)生明確光產(chǎn)生明顯衍射的條件,教材安排了單縫衍射和圓孔衍射兩個演示,這是學(xué)生認(rèn)識光的衍射現(xiàn)象的關(guān)鍵,要努力做好,除此之外,要盡可能多地讓學(xué)生自己動手做實(shí)驗(yàn)進(jìn)行觀察,以彌補(bǔ)學(xué)生對這一現(xiàn)象的不熟悉和幫助學(xué)生深入理解. 課本提供的閱讀材料“泊松亮斑”是對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)精神教育的好教材,可通過這一科學(xué)小故事引導(dǎo)學(xué)生,在掌握好光的衍射知識的同時,也應(yīng)該培養(yǎng)自己這方面的好品質(zhì)、好作風(fēng). ●教學(xué)目標(biāo) 一、知識目標(biāo) 1.通過實(shí)驗(yàn)觀察,讓學(xué)生認(rèn)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(jìn)一步的認(rèn)識. 2.通常學(xué)習(xí)知道“幾何光學(xué)”中所說的光沿直線傳播是一種近似規(guī)律. 二、能力目標(biāo) 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(jì)思想. 2.在認(rèn)真觀察課堂演示實(shí)驗(yàn)和課外自己動手觀察衍射現(xiàn)象的基礎(chǔ)上,培養(yǎng)學(xué)生比較推理能力和抽象思維能力. 三、德育目標(biāo) 通過“泊松亮斑”等科學(xué)小故事的學(xué)習(xí),培養(yǎng)學(xué)生堅(jiān)定的自信心、踏實(shí)勤奮的工作態(tài)度和科學(xué)研究品德. ●教學(xué)重點(diǎn) 單縫衍射實(shí)驗(yàn)和圓孔衍射實(shí)驗(yàn)的觀察以及產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件. ●教學(xué)難點(diǎn) 衍射條紋成因的初步說明. ●教學(xué)方法 1.通過機(jī)械波衍射現(xiàn)象類比推理,提出光的衍射實(shí)驗(yàn)觀察設(shè)想. 2.通過觀察分析實(shí)驗(yàn),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(rèn)識衍射條紋的特點(diǎn)及變化,加深對衍射圖象的了解. ●教學(xué)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(xué)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(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行). ●課時安排 1課時 ●教學(xué)過程 一、引入新課 復(fù)習(xí)水波的衍射 [投影水波衍射圖片(試驗(yàn)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?yàn)檫@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(xué)還有其他看法? [生2]我認(rèn)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(shí)驗(yàn) [師]通過上一節(jié)課光的干涉的學(xué)習(xí),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(xué)生討論后,一致認(rèn)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(fù)習(xí)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?yàn)楣獠úㄩL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(xué)生討論,設(shè)計(jì)出多種實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)觀察] 安排學(xué)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(diǎn)光源. [師]請大家認(rèn)真觀察,然后告訴我你看到的現(xiàn)象. (學(xué)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(diǎn),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(rèn)真,有幾位同學(xué)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(dāng)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(xì)小 條紋消失 [師]請大家將我們的實(shí)驗(yàn)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(dāng)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(shí)驗(yàn)觀察看到,光在傳播過程中能離開直線繞過障礙物到達(dá)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(shí),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(jī)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(xué)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(shí)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(diǎn),疊加時加強(qiáng)或減弱,形成明暗相間的條紋,這確實(shí)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(shí)驗(yàn),條紋會怎樣呢? [生]條紋應(yīng)該是彩色的,因?yàn)椴煌獠ㄩL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(dǎo)學(xué)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(rèn)識的歷史上有過一個“泊松亮斑”的故事,請大家來讀一讀.(學(xué)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(xué)家泊松根據(jù)物理學(xué)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(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)圓板中心確有一個亮斑.這樣“泊松亮斑”實(shí)驗(yàn)就成了光的波動理論的精彩驗(yàn)證.大家從這個故事得到什么啟發(fā). [生1]實(shí)驗(yàn)對物理研究有重要作用. [生2]遇到別人的責(zé)疑,要冷靜面對,不要輕易放棄自己的立場或觀點(diǎn). [生3]科學(xué)要堅(jiān)持真理,實(shí)事求是. (學(xué)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(shí)驗(yàn)觀察到的衍射圖樣外,課本還為我們提供了一些,請大家認(rèn)真研究和比較,總結(jié)它們各自的特點(diǎn). (指導(dǎo)學(xué)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(qiáng)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(qiáng)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(fù)習(xí),回顧了機(jī)械波的衍射及產(chǎn)生明顯衍射的條件 自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),觀察到了光波的衍射現(xiàn)象 老師演示實(shí)驗(yàn),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(jìn)一步認(rèn)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(xí)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(jì) 光的衍射 一、實(shí)驗(yàn) 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(jìn)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(diǎn):等間距、明暗相間、強(qiáng)度向兩邊漸弱 單縫衍射圖象特點(diǎn):中間較寬較亮,向兩邊對稱漸暗 六、本章優(yōu)化訓(xùn)練設(shè)計(jì) 1.為什么隔著墻能聽到墻那邊人的說話聲,但看不見人? 2.下列哪些屬于光的衍射現(xiàn)象 A.雨后彩虹 B.肥皂泡上出現(xiàn)彩色條紋 C.小孔成像 D.透過絲巾看日光燈會看到五顏六色的條紋 3.在做楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,若把其中一縫擋住,則 A.條紋與原來一樣,只是亮度減半 B.屏上出現(xiàn)與縫等寬的一亮條紋 C.屏上模糊一片 D.出現(xiàn)和原來不一樣的明暗相間的條紋 4.在固定于光具座上的點(diǎn)燃的蠟燭和光屏之間,放置一個不透明的板,板上開一個直徑可調(diào)的小孔,讓圓孔直徑從1 cm左右開始逐漸調(diào)小至封閉,在這一過程中在屏上將依次出現(xiàn)的圖樣正確的是 A.蠟燭倒立的像,明亮的圓斑,明暗相間的圓環(huán) B.蠟燭倒立的像,明暗相間的圓環(huán),明亮光斑 C.明亮圓斑,蠟燭倒立的像,明暗相間的圓環(huán) D.明亮圓斑,明暗相間的圓環(huán),蠟燭倒立的像 參考答案:1.因?yàn)槁暡ǖ牟ㄩL比墻大些,能發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象,而光波波長遠(yuǎn)小于障礙物的尺寸,不能發(fā)生明顯衍射,所以只能聽到說話聲而看不到人. 2.D 3.D 4.C- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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