光的衍射教学设计

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1、光的衍射教学设计光的衍射教学设计光的衍射教学设计光的衍射教学设计光的衍射教学设计光的衍射教学设计光的衍射--重庆第二外国语学校　刘海军　　在中学物理教学中，将所学知识应用到实际生活中去，有利于帮助学生加深对物理知识的理解，有利于培养学生解决实际问题的能力，有利于提高学生进一步学习物理知识的兴趣。笔者在“光的衍射”一节教学中进行了尝试，收到了良好的教学效果。　　一、--　　现行人教版高中《物理》教材中，对“光的衍射”一节的处理是基于单缝衍射和圆孔衍射两个实验，而且以此说明光发生明显衍射的条和现象。在教学过程中，通过在教材中两个实验的基础上进行延伸

2、、拓展，引导学生对比分析发现：光通过不同形状的障碍物发生衍射时，其衍射图样不一样。再进一步演示和观察光通过正三角形孔、正方形孔、正多边形孔的衍射现象加以验证，并介绍光的衍射在现代技术上的应用，如X射线通过晶体发生晶格衍射。反过，用对应的衍射图样推测晶体的微观结构。让学生分析为什么光学显微镜放大倍数受到限制，以及对光在介质中沿直线传播规律进一步再认识，使学生对光的衍射现象的认识得到升华。　　二、实验器材及操作　　光选用激光笔，缝和孔的具体制作过程简述如下：　　用刀片、缝衣针等工具在不透光的塑料卡片（如电话卡）上，分别刻制出不同宽度的缝和不同大小、

3、不同形状的孔。如图1所示卡片上制作宽度约为2的缝a和宽度约为0．的缝b；如图2所示卡片上制作直径约为2的圆孔和直径约为1的圆孔d；如图3所示卡片上制作线度都约为1的正三角形孔e、正方形体正多边形孔g。　　演示时，把有孔或缝的卡片固定在支架上作为挡板，在相距1左右的位置，把激光笔光照射到缝或孔上，在光屏（可以把白色墙壁作为光屏）上可看到相应的衍射现象，实验装置如图4所示。　　三、教学过程　　1．提出问题　　师问：衍射是波所特有的现象，既然光也是一种波，为什么在日常生活中没有观察到光的衍射现象？　　学生讨论。　　2．分析问题　　师问：衍射是波绕过障

4、碍物传播的现象。波要发生明显的衍射现象（也即人们肉眼能直接观察到波的衍射现象）必须满足什么条？　　生答：波要发生明显衍射，必须满足一定的条：只有障碍物或缝的尺寸跟波长差不多，或者比光的波长更小时，才能观察到明显的衍射现象。　　师问：怎样才能观察到光的衍射现象呢？　　生答：光的波长很短，而可见光的波长实际上只有十分之几微米，一般物体的尺寸都比它大得多，因此，很难看到光的衍射现象。但是若障碍物或缝的尺寸很小，与光波波长差不多时，就应该观察到明显的衍射现象。　　3．实验验证　　实验一：如图4所示装置，把激光笔发出的激光分别照在单缝b、d上，观察屏上的

5、图样。　　现象及分析：当激光照在宽缝a上时，光沿着直线方向通过缝，在屏上产生一条跟缝的宽度相当的亮线；当激光照在窄缝b上时，光通过缝后就明显地偏离了直线传播方向照到了屏上相当宽的地方，并且出现了明暗相间的条纹，如图所示，这就是光的衍射现象。　　实验二：在上述实验中，把挡板换成图2所示卡片，把激光笔发出的激光分别照在圆孔、d上，观察屏上的图样。　　现象和分析：当激光照在直径较大的孔上时，在屏上得到一个圆形亮斑，圆的大小跟按光沿直线传播规律作图得到的一样。当激光照在直径较小的孔d上时，屏上得到一些明暗相间的圆环，这些圆环达到的范围远远超过了光沿直线

6、传播所对应照明的区域，如图6所示。　　小结：上述两个实验说明：当缝或孔较大（比光波波长大得多）时，衍射现象不明显（肉眼很难直接观察到）；当缝或孔很小（与光波波长接近或比光波波长更小）时，衍射现象十分明显。　　4．知识延伸　　师问：同学们，试比较上面单缝衍射和圆孔衍射图样，有那些相同点，又有哪些不同点？　　生答：相同点都是明暗相间的条纹。不同点是圆孔衍射条纹为圆环形状，而单缝衍射条纹是直线形状。　　师问：通过比较，说明衍射图样的形状与什么有关？　　生答：衍射图样的形状与障碍物的形状有关。　　师问：如果用其他形状的孔，发生衍射时得到的衍射图样又怎样

7、呢？　　实验：在图4所示装置中，把挡板换成如图3所示卡片，依次演示激光通过正三角形孔e、正方形孔f、正多边形孔g发生的衍射现象，其衍射图样分别为如图7、8、9所示。　　师问：通过比较、分析衍射图样与障碍物的形状，这些实验进一步说明了衍射图样与光通过的小孔的形状有关的结论，得出这一结论有什么作用呢？　　学生讨论。　　师问：能不能通过衍射图样，反过推知小孔形状（或障碍物的结构）呢？　　生答：由实验可知，衍射图样和孔的形状是一一对应的，因此，由衍射图样可以推知小孔的形状。　　．实际应用　　师介绍：在现代应用光学分析技术中，科学家根据衍射图样与障碍物的

8、结构间一一对应的关系，利用X射线穿过晶体后发生晶格衍射时，不同的晶体产生不同的衍射图样，仔细分析得到的衍射图样，从而推理得出组成晶体的原子是如何排列的