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光的衍射

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教学目标

(一)知识目标
  1、知道"几何光学"中所说的光沿直线传播是一种近似.
  2、知道光通过狭缝和圆孔的衍射现象.
  3、知道观察到明显衍射的条件


(二)能力目标
  了解单缝衍射、小孔衍射,并能用相关知识对生活中的有关现象进行解释和分析.


(三)情感目标
  1、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;
  2、必须有自信心和踏实勤奋的态度;
  3、在学习中也要有好品质、好作风.

教学建议

有关光的衍射的教学建议

  应该让学生了解,光的直进,是几何光学的基础,光的衍射现象并没有完全否定光的直进,而是指出了光的直进的适用范围或者说它的局限性.
课本只要求学生初步了解光的衍射现象,不做理论讨论,因此与机械波类比和观察实验现象是十分重要的.首先,要结合机械波的衍射,使学生明确光产生衍射的条件.
  讲光的衍射要配合演示实验、要让学生能区分干涉图样与衍射图样的区别.单色光干涉图样条纹等间距,衍射图样中间宽两边窄.
  除了演示实验外,要尽可能多地让学生自己动手做实验进行观察.包括节后的小实验2, 以及观察小孔衍射(在铝箔或胶片上打出尺寸不同的小孔,以小电珠作光源,距光源1~2米 ,眼睛靠近小孔观察光通过小孔的衍射花样--彩色圆环).还可让学生通过羽毛、纱巾观看发光的灯丝(对见到的彩色花样可不作解释)等等, 以补学生对这一现象的不熟悉和帮助学生理解.
  在本节教材中提到泊松亮斑--泊松原以为这下子可以驳倒菲涅尔的波动理论了,事与愿违,菲涅尔和阿拉果接受了泊松的挑战,用实验验证了这个理论结论, 实验却成了波动理论极其精彩的实证,菲涅尔为此获得了科学奖金(1819年).这个科学小故事告诉我们,在科学研究上必须重视理论的指导作用和实践的检验作用;作为科研工作者,必须有坚定的自信心和踏实勤奋的工作态度.今天的学习,在掌握知识的同时,也应培养自己这方面的好品 质、好作风.

关于演示实验的教学建议

  光的衍射实验,可以将演示和学生实验同时在一节课内完成
  单缝衍射仍用激光演示仪.演示时可以再将双缝干涉演示一下,让学生从中对比干涉条纹等间距,衍射条纹中间宽、两边窄,然后让学生用游标下尺观察日光灯通过卡尺两测脚形成的窄缝产生的衍涉条纹.实验中要让学生仔细观察两侧脚间距从大到小逐渐变化.本实验也可用线状白炽灯使缝与灯丝平行,眼睛靠近狭缝可以观察到狭缝两侧的彩色条纹.


教学设计示例

(-)引入新课
一、光的衍射现象

  上节研究了光的干涉现象,说明光具有波动性.衍射现象也是波的主要特征之一,如果我们能通过实验观察到光的明显的衍射现象,那么也就能更充分地说明光具有波动性.

(二)教学过程

  所谓光的衍射现象,是当光在它传播的方向上遇到障碍物或孔(其大小可以与光的波长相比或比光的波长小)时,光绕到障碍物阴影里去的现象.

  演示:

  下面我们用实验进行观察.

  取一个不透光的屏,在它的中间装上一个宽度可以调节的狭缝,用平行的单色光照射,在缝后适当距离处放一个像屏(如图).

  我们看到,当缝比较宽时,在像屏上是一条几乎与缝一样宽的亮线,除了这一条光线外,像屏上出现了阴影.这时光可视为是沿直线传播的.接着逐渐缩小缝的宽度,当缝调到很窄(缝宽与光波的波长相当时)在像屏的原阴影区内观察到了明暗相间的条纹.

  这实验表明光在其前进的途中遇上大小相当于光的波长的障碍物或孔时,偏离了直线传播方向,即光产生了衍射现象.上述衍射现象是通过单缝形成的,我们称之为光的单缝衍射.

      单色光的干涉与衍射都出现明暗相间的条纹,但图案不同.干涉条纹是等间隔的,衍射条纹间隔不等.白光照射单缝时,可以在像屏上得到彩色条纹,它与双缝干涉的彩色条纹也不同,中央一级是又亮又宽的白色条纹,两边是较窄较暗的彩色条纹.

  用点光源来照射有较大圆孔AB的屏,在像屏 MN上出现一个光亮的圆,

  这说明光是沿直线传播的.逐渐缩小孔的直径,可以看到屏上的亮圆也逐渐减小.但是,圆孔缩到很小时,在像屏MN上原阴影区就形成一些明暗相间的圆环,这些圆环达到的范围远远超过了光按直线传播所能照到的范围,这就是光通过小孔产生的衍射现象.

  光的衍射现象进一步证明了光具有波动性,对确定光的波动说的正确性起了重要作用.

  关于这个问题,历史上曾有过一段趣事.1818年,当法国物理学家菲汉耳提出光的波动理论时,著名数学家泊松根据菲涅耳的理论推算出:把一个不透光的小的圆盘状物放在光束中,在距这个圆盘一定距离的像屏上,圆盘的阴影中心应当出现一个亮斑.人们从未看过和听说过这种现象,因而认为这是荒谬的,所以泊松兴高采烈地宣称他驳倒了菲涅耳的波动理论,菲涅耳接受了这一挑战,精心研究,“奇迹”终于出现了,实验证明圆盘阴影中心确实有一个亮斑,这就是著名的泊松亮斑.

  光沿直线传播只是一个近似的规律:当光的波长比障碍物或孔的尺寸小得多时,可认为光是沿直线传播的,当光的波长与障碍物或孔的尺寸可以相比拟时将产生明显的衍射现象

  提问:当光通过小孔或者狭缝时,在后面的光屏上会得到什么样的图案?

  学生回答的基础上老师总结.

  当缝很大时——直线传播(得到影)

  当缝减小时——逐渐会出现小孔成像的现象

  继续减小缝的大小——会出现光的衍射现象.


探究活动

  1、用游标卡尺观察光的衍射现象.


  2、考察光的衍射现象在人们的日常生活中的体现.





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