光的衍射与偏振.docVIP

第五章 光的波动性 第3节 光的衍射与偏振教案 教科版选修3-4 教学目标 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，并能对生活中的有关现象进行解释和分析 3．知道观察到明显衍射的条件 4．知道振动中的偏振现象，了解什么是偏振现象，知道偏振是横波的特点 5．知道偏振光和自然光的区别，知道偏振光在实际生活中的应用 重点难点 重点：1．光的单缝衍射、圆孔衍射和圆盘衍射现象的演示和分析 2．光的偏振实验的观察和分析 难点：1．光的单缝衍射、圆孔衍射和圆盘衍射现象的演示 2．光振动与自然光和偏振光的联系 设计思想 课本只要求学生初步了解光的衍射和偏振现象，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；要让学生能区分干涉图样与衍射图样的区别；让学生了解光的干涉和衍射说明光具有波动性；光的偏振说明光是横波。除了演示实验外，还应尽可能多地让学生自己动手做实验进行观察（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)；由学生自己亲自动手观察偏振光等等， 以补学生对这些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。 教学资源 激光光学演示仪、单缝、小孔、圆盘、大头钉、柔软的长绳一根，带有狭缝的木板两块，细软的弹簧一根，人造偏振片两片，投影仪、投影、多媒体课件等 教学设计 【课堂引入】 问题：波的基本特性有哪些？为什么我们平时较难观察到光的干涉现象？ 追问：如果光的确是一种波，那么我们还应该能观察到光的衍射现象，为什么平时也较难观察到光的衍射现象？ 为了进一步探索光的本性，我们将进一步研究光的波动性的其他表现——干涉与偏振。 【课堂学习】 学习活动一：观察光的单缝衍射现象 问题1：平时我们很容易观察到声波的衍射现象，为什么？ 我们人耳能听到的声波的波长范围为1.7cm~17m，很容易绕过常见的障碍物而产生衍射现象。 （通过复习熟悉的知识，强调产生明显衍射现象的条件。） 问题2：为什么我们平时较难观察到光的衍射现象？ 平常不易观察到光的衍射现象的原因（学生猜想）： 猜想1：光波的波长可能太短，正常生活中很难遇到如此小的线度的障碍物； 猜想2：即使存在较明显的衍射现象，但周围明亮的环境也可能干扰我们清晰地观察到； 猜想3：各种光波在衍射后彼此叠加，相互抵消了。 （通过引导学生自主分析，突出明显衍射的条件。激发学习兴趣） 问题3：我们该如何解决光的明显衍射的观察这一难题？ 猜想1：用亮度更高的激光作为光源，以增加衍射光的亮度； 猜想2：降低周围环境的亮度，以突出衍射光； 猜想3：靠近物体边缘，用眼睛直接观察衍射光。 演示实验：光的单缝衍射现象（教师说明并演示，学生观察，并用语言描述相应的现象） 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，在缝后的墙壁上可清晰地显示明暗相间的条纹，但跟单色光的双缝干涉图案又有不同。 总结：1、光的单缝衍射现象：中央明条纹两边对称分布明暗相间的条纹，且中央明条纹 最亮最宽，其宽度约为其它条纹宽度的两倍，其余明条纹的宽度由中心向外逐渐减小； 2、主要规律：缝越窄，衍射越明显（范围增大、条纹变宽），但条纹的亮度将变暗。 学生活动：学生通过两支铅笔缝观察日光灯灯光的衍射现象（强调因缝很细，故眼睛应紧靠狭缝观察；通过改变手捏的松紧程度调节狭缝的宽度，可观察到衍射条纹的变化）。 总结：对衍射现象的研究表明，“光沿直线传播”只是一种特殊情况，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，衍射现象就十分明显，这时就不能说光沿直线传播了； 学习活动二：观察光的圆孔衍射和圆盘衍射现象 问题1：除了狭缝，光遇到其他障碍物或小孔时的衍射是怎样的？ 演示实验：光的圆孔衍射现象（明暗相间的同心圆，圆心处为亮点） 演示实验：光通过各种形状的小孔时衍射现象（衍射条纹可以反映出物体的形状信息）（说明正是对光通过DNA分子后的衍射的研究，人们发现了DNA分子的双螺旋结构。以此激发学生的学习兴趣）