黑龙江省哈尔滨市木兰高级中学高中物理 20.2 光的衍射02教案.doc

高中物理20.2光的衍射02教案【教具】激光器、可调单缝一个、宽度为0.025mm的单缝一个、光栅五个、剔须刀片一块【教学过程】○、复习&引入复习提问1：什么是波的衍射现象发生明显衍射现象的条件是什么？☆学生：回忆、答问…引入：光的波长的数量级是多少？要光发生明显的衍射现象容易吗？☆学生：10－7m；不容易。正因为实现光波的衍射比起机械波的衍射要难得多所以在一个相当长的时期内光能够发生衍射的观点根本不被人们所接受光的波动说也就欠缺了说服力。但是功夫不负有心人随着技术条件的进步、科学家们的不懈努力关于光的衍射的研究终于获得了突破而其中又以法国的菲涅尔、德国的夫琅和费等科学家最为成功。一、单缝衍射演示：单缝衍射实验a、学生观察宽度为0.025mm的单缝、可调单缝；b、用可调单缝进行（菲涅尔衍射）实验（肉眼直接对着单缝观察）；c、用0.025mm的单缝进行（夫琅和费衍射）实验；d、学生观察观察实验现象、表达实验结果。总结：①光线离开直线路径绕过障碍物阴影里去；②衍射区域的光强有规则地分布。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。过渡：衍射现象中由于光强的规则分布光屏上也出现了条纹我们把它们称为衍射图样衍射图样和（杨氏）干涉图样是一样的吗？☆学生：不同。2、单缝衍射图样比较单色光的双缝干涉图样与单色光的单缝衍躯干图样它们各有什么特点？☆学生：观察实验现象、参看教材彩图2《光的干涉和衍射》比较衍射图样和干涉图样的差别…干涉：条纹间距基本相等条纹的亮度衰减较小；衍射：条纹间距不相等（但相等中央亮纹对称）条纹的亮度衰减明显。我们已经知道了干涉图样是怎样形成的并能够求出杨氏双缝干涉的条纹间距那么单缝衍射的图样又是怎样形成的呢？3、衍射图样的解释a、定性解释——惠更斯子波理论、干涉理论；b、定量解释——*菲涅尔半波带（解释夫琅和费单缝衍射）草稿板图图1；a一定对于合适的θ=θ1总可以找到asinθ1=·2k（图1展示了k=1的情形）此时将单缝出发的子波面划分为2k个“半波带”（图1中AB是一个半波带、BC是第二个）。这样一个半波带中的某个点总是可以在相临的半波带中找到波程差为的一个对应点（譬如图1中的A1和B1点）它们在光屏上方位角为θ1的“点”的叠加是相消的。由于相临半波上的点可以这样（成对地）寻找殆尽故光屏上方位角为θ=θ1的“线”是（完全的）暗线。对于合适的θ=θ2总可以找到asinθ2=·（2k－1）此时子波面可以划分为（2k－1）个半波带相临半波带的子波在光屏上方位角为θ2的“点”的叠加相消还有一个半波带在子波照射在光屏上。即：光屏上方位角为θ=θ2的“线”是亮线。当asinθ3既不是的2k倍也不是的（2k－1）倍时没有被相消的子波不足半个波带照在光屏上的能量比θ=θ2时要少构成暗线和亮线的过渡区。根据刚才的定量解释单缝衍射的中央位置是亮纹还是暗纹？☆学生：θ=0是亮纹。如果将单缝换成尺寸很小的线或屏定量的计算表明这个结论也成立（中央是亮纹或亮点）。关于这一点历史上有一个有趣的故事——1818年菲涅耳成功地用半波带理论解释了光的衍射现象著名的数学家泊松根据菲涅耳的理论推算出在不透明的小圆板的阴影中心应当出现一个亮斑。由于人们从未见过也从没听过这种现象因此认为是十分荒谬的所以泊松兴高烈地宣称他驳倒了菲涅耳的波动理论。但是年轻的菲涅耳接受了这一挑战精心实验奇迹出现了——实验证明盘影的中心硬实有亮斑。而这一亮斑居然被戏剧性地命名为泊松亮斑。二、其它衍射现象和机械波一样只要满足衍射的基本条件实验明显衍射的途径并不是唯一的1、按光源、障碍物、光屏的位置关系衍射也分为菲涅尔衍射（有限距离）和夫琅和费衍射（无限距离）；2、按障碍物的形状可以分为单缝衍射、单孔衍射、直边衍射、圆屏衍射、光栅衍射等。☆学生：观察光栅衍射…☆学生：观察直边衍射…三、小结光的衍射和干涉共同构成了光具有波动性的有力证明。但是对于衍射的定量分析显然比干涉要难得多所以教材的要求也没有干涉那么高。我们通过本节的学习主要是要定性的了解实现明显的光的衍射的条件、衍射图样和干涉图样的区别、进一步强化“光是一种波”的观念。为了强化我们的所学这里有两个思考题。1、光能够发生衍射是不是意味着“光沿直线传播”的结论是完全错误的？☆学生：答问…2、事实上（单缝）衍射图样和（双缝）干涉图样的区别虽然是明显的但它们也有一些共同的特点我们可以通过教材的彩图2《光的干涉和衍射》找出它们的共同点吗？★学生：对比寻找…（师生共同）归纳如下表——（双缝）干涉图样（单缝）衍射图样双缝间距越小条纹间距越大单缝宽度越小条纹间距越大（单色光）波长越小条纹间距越小（单色光）波长越小条纹间距越小单色光形成明暗条纹白光形成彩色条纹单色光形成明暗条