光的繞射物理教案

教學目標

（一）知識目標 1、知道幾何光學中所説的光沿直線傳播是一種近似． 2、知道光通過狹縫和圓孔的繞射現象． 3、知道觀察到明顯繞射的條件

（二）能力目標 瞭解單縫繞射、小孔繞射，並能用相關知識對生活中的有關現象進行解釋和分析．

（三）情感目標 1、讓學生知道科學研究必須重視理論的指導和實踐的勤奮作用； 2、必須有自信心和踏實勤奮的態度； 3、在學習中也要有好品質、好作風．

教學建議

有關光的繞射的教學建議

應該讓學生了解，光的直進，是幾何光學的基礎，光的繞射現象並沒有完全否定光的直進，而是指出了光的直進的適用範圍或者説它的侷限性．課本只要求學生初步瞭解光的繞射現象，不做理論討論，因此與機械波類比和觀察實驗現象是十分重要的．首先，要結合機械波的繞射，使學生明確光產生繞射的條件． 講光的繞射要配合演示實驗、要讓學生能區分干涉圖樣與繞射圖樣的區別．單色光干涉圖樣條紋等間距，繞射圖樣中間寬兩邊窄． 除了演示實驗外，要儘可能多地讓學生自己動手做實驗進行觀察．包括節後的小實驗2， 以及觀察小孔繞射(在鋁箔或膠片上打出尺寸不同的小孔，以小電珠作光源，距光源1～2米 ，眼睛靠近小孔觀察光通過小孔的繞射花樣--彩色圓環)．還可讓學生通過羽毛、紗巾觀看發光的燈絲(對見到的彩色花樣可不作解釋)等等， 以補學生對這一現象的不熟悉和幫助學生理解． 在本節教材中提到泊松亮斑--泊松原以為這下子可以駁倒菲涅爾的波動理論了，事與願違，菲涅爾和阿拉果接受了泊松的挑戰，用實驗驗證了這個理論結論， 實驗卻成了波動理論極其精彩的實證，菲涅爾為此獲得了科學獎金(1819年)．這個科學小故事告訴我們，在科學研究上必須重視理論的指導作用和實踐的檢驗作用；作為科研工作者，必須有堅定的自信心和踏實勤奮的工作態度．今天的學習，在掌握知識的同時，也應培養自己這方面的好品 質、好作風．

關於演示實驗的教學建議

光的繞射實驗，可以將演示和學生實驗同時在一節課內完成 單縫繞射仍用激光演示儀．演示時可以再將雙縫干涉演示一下，讓學生從中對比干涉條紋等間距，繞射條紋中間寬、兩邊窄，然後讓學生用遊標下尺觀察日光燈通過卡尺兩測腳形成的窄縫產生的衍涉條紋．實驗中要讓學生仔細觀察兩側腳間距從大到小逐漸變化．本實驗也可用線狀白熾燈使縫與燈絲平行，眼睛靠近狹縫可以觀察到狹縫兩側的彩色條紋．

教學設計示例

（－）引入新課 一、光的繞射現象

上節研究了光的干涉現象，説明光具有波動性．繞射現象也是波的主要特徵之一，如果我們能通過實驗觀察到光的明顯的繞射現象，那麼也就能更充分地説明光具有波動性．

（二）教學過程

所謂光的繞射現象，是當光在它傳播的方向上遇到障礙物或孔（其大小可以與光的波長相比或比光的`波長小）時，光繞到障礙物陰影裏去的現象．

演示：

下面我們用實驗進行觀察．

取一個不透光的屏，在它的中間裝上一個寬度可以調節的狹縫，用平行的單色光照射，在縫後適當距離處放一個像屏（如圖）．

我們看到，當縫比較寬時，在像屏上是一條几乎與縫一樣寬的亮線，除了這一條光線外，像屏上出現了陰影．這時光可視為是沿直線傳播的．接着逐漸縮小縫的寬度，當縫調到很窄（縫寬與光波的波長相當時）在像屏的原陰影區內觀察到了明暗相間的條紋．

這實驗表明光在其前進的途中遇上大小相當於光的波長的障礙物或孔時，偏離了直線傳播方向，即光產生了繞射現象．上述繞射現象是通過單縫形成的，我們稱之為光的單縫繞射．

單色光的干涉與繞射都出現明暗相間的條紋，但圖案不同．干涉條紋是等間隔的，繞射條紋間隔不等．白光照射單縫時，可以在像屏上得到彩色條紋，它與雙縫干涉的彩色條紋也不同，中央一級是又亮又寬的白色條紋，兩邊是較窄較暗的彩色條紋．

用點光源來照射有較大圓孔AB的屏，在像屏 MN上出現一個光亮的圓，

這説明光是沿直線傳播的．逐漸縮小孔的直徑，可以看到屏上的亮圓也逐漸減小．但是，圓孔縮到很小時，在像屏MN上原陰影區就形成一些明暗相間的圓環，這些圓環達到的範圍遠遠超過了光按直線傳播所能照到的範圍，這就是光通過小孔產生的繞射現象．

光的繞射現象進一步證明了光具有波動性，對確定光的波動説的正確性起了重要作用．

關於這個問題，歷史上曾有過一段趣事．1818年，當法國物理學家菲漢耳提出光的波動理論時，著名數學家泊松根據菲涅耳的理論推算出：把一個不透光的小的圓盤狀物放在光束中，在距這個圓盤一定距離的像屏上，圓盤的陰影中心應當出現一個亮斑．人們從未看過和聽説過這種現象，因而認為這是荒謬的，所以泊松興高采烈地宣稱他駁倒了菲涅耳的波動理論，菲涅耳接受了這一挑戰，精心研究，“奇蹟”終於出現了，實驗證明圓盤陰影中心確實有一個亮斑，這就是著名的泊松亮斑．

光沿直線傳播只是一個近似的規律：當光的波長比障礙物或孔的尺寸小得多時，可認為光是沿直線傳播的，當光的波長與障礙物或孔的尺寸可以相比擬時將產生明顯的繞射現象

提問：當光通過小孔或者狹縫時，在後面的光屏上會得到什麼樣的圖案？

學生回答的基礎上老師總結．

當縫很大時——直線傳播（得到影）

當縫減小時——逐漸會出現小孔成像的現象

繼續減小縫的大小——會出現光的繞射現象．

探究活動

1、用遊標卡尺觀察光的繞射現象．

2、考察光的繞射現象在人們的日常生活中的體現．