13.5 光的衍射教案范文

第一篇：13.5 光的衍射教案范文

衡阳县一中高二物理组

全新课标理念，集体智慧结晶

第五节 光的衍射

教学目标：

（一）知识与技能

1、通过实验观察，让学生认识光的衍射现象，知道发生明显的光的衍射现象的条件，从而对光的波动性有进一步的认识。

2、通过学习知道“几何光学”中所说的光沿直线传播是一种近似规律。

（二）过程与方法

1、通过讨论和对单缝衍射装置的观察，理解衍射条件的设计思想。

2、在认真观察课堂演示实验和课外自己动手观察衍射现象的基础上，培养学生比较推理能力和抽象思维能力。

（三）情感态度与价值观

通过“泊松亮斑”等科学小故事的学习，培养学生坚定的自信心、踏实勤奋的工作态度和科学研究精神。教学重点：

单缝衍射实验和圆孔衍射实验的观察以及产生明显衍射现象的条件。教学难点：

衍射条纹成因的初步说明。教学方法：

1、通过机械波衍射现象类比推理，提出光的衍射实验观察设想。

2、通过观察分析实验，归纳出产生明显衍射现象的条件以及衍射是光的波动性的表现。

3、通过对比认识衍射条纹的特点及变化，加深对衍射图象的了解。教学用具：

频率可调的振源、发波水槽及相应配件、水波衍射图样示意挂图、光的干涉衍射演示仪、激光干涉衍射演示仪(及相关的配件)、单丝白炽灯、红灯、蓝色灯，自制的单缝衍射片、光波圆孔衍射管、游标卡尺、激光发生器、小圆屏。教学过程：

(一)引入新课

衡阳县一中高二物理组

全新课标理念，集体智慧结晶

光的干涉现象反映了光的波动性，而波动性的另一特征是波的衍射现象，光是否具有衍射现象呢？

提出问题：什么是波的衍射现象？

演示水波的衍射现象，让学生回答并描述衍射现象的特征，唤起学生对机械波衍射的回忆，然后再举声波的衍射例子。指出一切波都能发生衍射，通过衍射把能量传到阴影区域，能够发生明显衍射的条件是障碍物或孔的尺寸跟波长差不多。

水波、声波都会发生衍射现象，那么光是否也会产生衍射现象？若会产生，那么衍射图样可能是什么样呢？

（二）新课教学

1、单缝衍射实验

（1）教师用光的干涉、衍射仪做单色光的单缝衍射，或用激光源来做单缝衍射实验。实验过程中展示缝较宽时：光沿着直线传播，阴影区和亮区边界清晰；减小缝宽，在缝较狭时：阴影区和亮区的边界变得模糊；继续减小缝宽光明显地偏离直线传播进入几何阴影区，屏幕上出现明暗相间的衍射条纹。

（2）分析：展示衍射现象实验示意图，当光传播到狭缝时，可把狭缝S看成许许多多个点光源，这些点光源发出的光在空间传播相遇叠加决定了屏幕上各点位置的明暗情况．

（3）特征：(单色光的衍射图样)①中央亮纹宽而亮．

②两侧条纹具有对称性，亮纹较窄、较暗．（4）学生动手观察单缝衍射：

教师分发单缝衍射观察片，每片观察片刻有二条宽度不同的单缝．让学生通过单缝分别观察设在教室前、后的红色灯、蓝色灯的衍射现象；让学生仔细观察：

①同一缝红色衍射条纹与蓝色衍射条纹是否有区别？ 衡阳县一中高二物理组

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②同一种色光，单缝宽度不同衍射条纹是否有区别？

然后让学生通过单缝观察白炽灯的衍射图样，引导学生分析归纳最后总结规律：

①波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，各条纹间距大。②单缝不变时，光波波长的(红光)中央亮纹宽，条纹间隔大。

③白炽灯的单缝衍射条纹为中央亮两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近光源的内侧为紫色。

2、光的圆孔衍射

（1）圆孔衍射实验

教师用激光干涉衍射仪做圆孔衍射实验，实验过程中展示孔较大时，光沿直线传播，阴影区和亮区边界清晰，逐渐减小圆孔大小，当圆孔减小到一定程度时出现环状明暗相间同心圆的衍射图样。

（2）教师分发给学生手持“光波衍射”管，让学生将小孔对准教室前、后的红色灯光源、蓝色灯光源，观察圆孔衍射图样。

（3）教师用激光干涉衍射仪装上仪器配备的不同形状小孔，演示光的衍射现象；让学生观察、记录、描绘各式的衍射图样，让学生认识到光的衍射是一个极普遍的物理现象。

3、演示：“泊松亮斑”

教师向学生指出：不只是狭缝和圆孔，各种不同形状的物体都能使光发生衍射，以至使影的轮廓模糊不清，其原因是光通过物体的边缘而发生衍射的结果。历史上曾有一个著名的衍射图样——泊松亮斑。

（1）教师介绍这个一波三折的历史故事。

（2）教师用激光干涉衍射仪中相应的配件演示“泊松亮斑”实验，让学生脑海中对“泊松亮斑”图样有深刻印象。指出任何物理理论的正确与否都必须经过实验的检验，实验是检验理论的标准。

（3）让学生用自制的光波衍射管前端换上小圆屏并对准光源观察，在管内除看到光环外还可看到在不透明小圆屏背后阴影中心有一亮斑——泊松亮斑。

4、衍射光栅

教师指导学生阅读教材有关内容。了解衍射光栅的制作原理。衡阳县一中高二物理组

全新课标理念，集体智慧结晶

（三）课堂小结

让学生自己总结本节课所学内容并与同学交流。

（四）布置作业

1、完成“问题与练习”中的题目。

2、课后阅读“科学漫步”――X射线衍射与双螺旋。

第二篇：光的衍射教案

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．

物理教案－光的衍射

第三篇：13.5光的衍射教案范文

光的衍射教案

三维目标

（一）知识与技能

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）过程与方法

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）情感态度价值观

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．

教学重点、难点

1． 通过众多的光的衍射实验事实和衍射图片来认识光的波动性．

2．光的衍射现象与干涉现象根本上讲都是光波的相干叠加．

3．正确认识光发生明显衍射的条件．

4．培养学生动手实验能力，教育学生重视实验，重视实践．

教具

1．演示水波衍射现象．

频率可调的振源，发波水槽及相应配件，水波衍射图样示意挂图．

2．演示光的单缝、圆孔衍射现象．

光的干涉、衍射演示仪，激光干涉、衍射演示仪(及相关的配件)，单丝白炽灯、红灯、蓝色灯，自制的单缝衍射片，光波圆孔衍射管，游标卡尺．

3．演示泊松亮斑，激光发生器，小圆屏． 教学方法：探究法

教学设计示例

（－）引入新课

提出问题：什么是波的衍射现象？

演示水波的衍射现象，让学生回答并描述衍射现象的特征，唤起学生对机械波衍射的回忆，然后再举声波的衍射例子．指出一切波都能发生衍射，通过衍射把能量传到阴影区域，能够发生明显衍射的条件是障碍物或孔的尺寸跟波长差不多．

水波、声波都会发生衍射现象，那么光是否也会产生衍射现象？若会产生，那么衍射图样可能是什么样呢？

（二）教学过程

（一）、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．

(二)光的单缝衍射(1)单缝衍射实验．

教师用光的干涉、衍射仪做单色光的单缝衍射，或用激光源来做单缝衍射实验．实验过程中展示缝较宽时：光沿着直线传播，阴影区和亮区边界清晰；减小缝宽，在缝较狭时：阴影区和亮区的边界变得模糊；继续减小缝宽光明显地偏离直线传播进入几何阴影区，屏幕上出现明暗相间的衍射条纹．(2)简单分析衍射的形成．

展示衍射现象实验示意图，当光传播到狭缝时，可把狭缝S看成许许多多个点光源，这些点光源发出的光在空间传播相遇叠加决定了屏幕上各点位置的明暗情况．(3)单缝衍射条纹的特征．(单色光的衍射图样)①中央亮纹宽而亮．

②两侧条纹具有对称性，亮纹较窄、较暗．(4)学生动手观察单缝衍射．

教师分发单缝衍射观察片，每片观察片刻有二条宽度不同的单缝．让学生通过单缝分别观察设在教室前、后的红色灯、蓝色灯的衍射现象；让学生仔细观察：①同一缝红色衍射条纹与蓝色衍射条纹是否有区别？②同一种色光，单缝宽度不同衍射条纹是否有区别？ 然后让学生通过单缝观察白炽灯的衍射图样． 引导学生分析归纳最后总结规律：

①波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，各条纹间距大．

②单缝不变时，光波波长的(红光)中央亮纹越宽，条纹间隔越大．

③白炽灯的单缝衍射条纹为中央亮两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近光源的内侧为紫色．

(三)光的圆孔衍射(1)圆孔衍射实验．

教师用激光干涉衍射仪做圆孔衍射实验，实验过程中展示孔较大时，光沿直线传播，阴影区和亮区边界清晰，逐渐减小圆孔大小，当圆孔减小到一定程度时出现环状明暗相间同心圆的衍射图样．

(2)教师分发给学生手持“光波衍射”管，让学生将小孔对准教室前、后的红色灯光源、蓝色灯光源，观察圆孔衍射图样．

(3)教师用激光干涉衍射仪装上仪器配备的不同形状小孔，演示光的衍射现象；让学生观察、记录、描绘各式的衍射图样，让学生认识到光的衍射是一个极普遍的物理现象．(四)演示：“泊松亮斑”．

教师向学生指出：不只是狭缝和圆孔，各种不同形状的物体都能使光发生衍射，以至使影的轮廓模糊不清，其原因是光通过物体的边缘而发生衍射的结果．历史上曾有一个著名的衍射图样——泊松亮斑．

(1)然后教师介绍这个一波三折的历史故事．

继而教师用激光干涉衍射仪中相应的配件演示“泊松亮斑”实验，让学生脑海中对“泊松亮斑”图样有深刻印象．

指出任何物理理论的正确与否都必须经过实验的检验，实验是检验理论的标准．(2)让学生用自制的光波衍射管前端换上小圆屏并对准光源观察，在管内除看到光环外还可看到在不透明小圆屏背后阴影中心有一亮斑——泊松亮斑．(五)课堂小结

1．光的衍射现象进一步证明了光具有波动性．

2．光的衍射现象是光偏离了直线传播方向绕到障碍物阴影区的现象，衍射光强按一定的规律分布，形成明暗相间的条纹，它的规律与缝宽、孔的大小及光的波长有关． 随堂练习

1、声波能绕过一般建筑物，而光波却不能，这

是因为（）

A．光波传播速度太大，偏离直线不明显

B．声波传播速度小，而光波传播速度大

C．建筑物对声波吸收少，而对光波吸收多

D．声波波长长，容易产生衍射；光波波长短，不易产生衍射 答D

2、对于单缝衍射实验现象，以下正确的是（）A．缝的宽度越小，中央亮条纹的宽度越窄 B．缝的宽度越小，中央亮条纹的宽度越宽 C．缝的宽度越大，衍射现象越明显 D．入射光的频率越大，衍射现象越明显

答B

3、一个不透光的薄板上有两条平行的窄缝，有一频率单一的红光通过两窄缝在与薄板平行的屏上呈现明暗相间的间隔均匀的红色条纹，若将其中一窄缝挡住让另一缝通过红光，则在屏上可观察到（）

A．明暗与原来相同，间隔均匀的红色条纹 B．明暗与原来不相同，间隔不均匀的红色条纹 C．一条红色的条纹

D．既无条纹，也不是一片红光，而是光源的像 答B

4、用单色光通过小圆盘和小圆孔做衍射实验时，在光屏上得到衍射图形，它们的特征是

（）

A．用小圆盘时中央是暗的，用小圆孔时中央是亮的 B．中央均为亮点的同心圆形条纹 C．中央均为暗点的同心圆形条纹

D．用小圆盘时中央是亮的，用小圆孔时中央是暗的 答B

5、在用单色平行光照射单缝以观察衍射现象时，下面说法正确的是（）A．缝越窄，衍射现象越明显 B．缝越宽，衍射现象越明显

C．照射光的波长越短，衍射现象越明显 D．照射光的波长越长，衍射现象越明显 答AD

第四篇：2015-2016高中物理 第十三章 5光的衍射教案 新人教版选修3-4

光的衍射

教学要求：

1、知道光的衍射现象

2．知道产生光的衍射现象的条件：障碍物或孔、缝的大小比光的波长小或与波长相仿时，才能观察到明显的衍射现象．

3．知道“几何光学”中所说的光沿直线传播是一种近似． 重点和难点：产生光的衍射现象的条件 课时：1课时 基本教学过程

光的干涉现象反映了光的波动性，而波动性的另一特征是波的衍射现象，光是否具有衍射现象呢？如果有衍射现象，为什么在日常生活中我们没有观察到光的衍射现象呢？

水波、声波都会发生衍射现象，它们发生衍射的现象特征是什么？

一切波都能发生衍射，通过衍射把能量传到阴影区域，能够发生明显衍射的条件是障碍物或孔的尺寸跟波长差不多．（播放视频）

一、光的衍射

1、光的衍射：光离开直线路径绕过障碍物阴影里去的现象叫做光的衍射现象。

2、明显衍射的条件：障碍物或狭缝的尺寸比波长小或者跟波长相差不多。

3、物理意义：光的衍射现象证明光是一种波。

二、单缝衍射条纹的特征

1、中央亮纹宽而亮．

2、两侧条纹具有对称性，亮纹较窄、较暗． 单缝衍射规律：

1、波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，各条纹间距大．

2、单缝不变时，光波波长大的（红光）中央亮纹越宽，条纹间隔越大．

3、白炽灯的单缝衍射条纹为中央亮条纹为白色，两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，内侧为紫色．

泊松亮斑：

不只是狭缝和圆孔，各种不同形状的物体都能使光发生衍射，以至使影的轮廓模糊不清，其原因是光通过物体的边缘而发生衍射的结果．历史上曾有一个著名的衍射图样——泊松亮斑．

三、衍射光栅

衍射光栅是由许多等宽的狭缝等距离的排列起来形成的光学仪器。可分为透射光栅和反射光栅。

干涉条纹与衍射条纹的区别：

干涉：等距的明暗相间的条纹，亮条纹的亮度向两边减弱较慢。

衍射：中央有一条较宽亮条纹，两边是对称明暗相间的条纹，亮条纹的亮度向两边减弱得很快。

光的衍射现象说明光的直线传播是有条件的，只有在障碍物的尺寸比光的波长大得多的情况下，光才可以看作是沿直线传播的。

四、练习

第五篇：高二物理《光的衍射》教学设计

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光的衍射教学设计

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、教学设计

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件和现象。在教学过程中，通过在教材中两个实验的基础上进行延伸、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。反过来，用对应的衍射图样来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

光源选用激光笔，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、不同形状的孔。如图1所示卡片上制作宽度约为2 mm的缝a和宽度约为0．5 mm的缝b；如图2所示卡片上制作直径约为2 mm的圆孔c和直径约为1 mm的圆孔d；如图3所示卡片上制作线度都约为1 mm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 m左右的位置，把激光笔光源照射到缝或孔上，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？

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2．分析问题

师问：衍射是波绕过障碍物传播的现象。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）必须满足什么条件？

生答：波要发生明显衍射，必须满足一定的条件：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5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c、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C上时，在屏上得到一个圆形亮斑，圆的大小跟按光

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资料有大小学习网收集 www.xiexiebang.com 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，反过来推知小孔形状（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资料有大小学习网收集 www.xiexiebang.com

资料有大小学习网收集 www.xiexiebang.com 形状。

5．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。师问：同学们想一想，为什么要利用X射线呢？

生答：一方面X射线穿透能力强，另一方面其波长与晶体分子大小差不多，因此，X射线通过晶体时能够发生明显的衍射现象，从而得到清晰的衍射图样。

师介绍DNA的双螺旋结构的发现过程：弗兰克林这位具有非凡才能的物理化学家，成功地拍摄了不同温度下DNA晶体的X射线衍射照片，如图10所示，把这些各种局部的结构形状汇总。

DNA的衍射图片越来越清晰，越来越全面。此时，沃森和克里克也在剑桥大学进行DNA结构的形究，他们看了那张照片后，很快就领悟到了DNA的结构──两条以磷酸为骨架的链相互缠绕形成了双螺旋结构，氢键把它们联结在一起。因此他们获得了诺贝尔奖。X射线衍射在纳米技术的研究中也起着非常重要的作用„„

师问：用光学显微镜观察微小物体时，发现显微镜放大倍数是要受到限制的，这是为什么呢？

学生讨论。

生答：当被观察的微小物体尺寸与可见光的波长差不多时，就会发生明显的衍射现象，这样就得不到清晰的像。因此，光学显微镜放大倍数受到了限制。

师问：光的衍射现象说明光沿曲线传播，这不是与前面学到的“光在同一种均匀介质中沿直线传播”矛盾吗？

学生讨论。

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资料有大小学习网收集 www.xiexiebang.com 生答：不矛盾，使我们更清楚地认识了光的传播规律：一方面，光在没有障碍物的均匀介质中是沿直线传播的；另一方面，在障碍物的尺寸比光的波长大得多的情况下，衍射现象不明显，也可以认为光是沿直线传播的。但是，在障碍物的尺寸可以跟光的波长相比，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象十分明显，这时不能说光沿直线传播了。

四、教学后记

通过对光经过各种形状的孔产生的衍射图样的观察，一方面培养了学生观察实验现象的能力，另一方面这些各种形状的衍射图样给学生以美的感受，让他们体会到了物理知识的奇、趣、美。对孔的形状和衍射图样的对比分析，得出重要的结论：衍射图样随孔的形状改变而改变；同时培养了学生分析问题的能力。最后，介绍X射线的晶格衍射的应用等知识也就水到渠成。因此，对课本知识的适当延伸、拓展，理论联系实际，有利于培养了学生观察、分析、解决实际问题的能力，这正是当今素质教育所要求的。

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