人教物理选修3-4《13.5光的衍射》[张老师]『市一等奖』优质课

《光的衍射》教学设计黄石市第二中学张春蓉【教材分析和学情分析】光的衍射现象进一步证明了光具有波动性，这对发展光的波动理论起到了重要的作用。

本节要求学生定性了解光的衍射现象，知道光的衍射与干涉图样的异同，知道衍射现象的应用。

【设计思路】学生在前述章节中已经学习了机械波的衍射现象，但是机械波的衍射现象在生活中很容易观察到，而光的衍射现象在生活中不易察觉到，由于光的衍射实验现象在教室里可视度很低，因此大部分教学中光的衍射现象都是通过图片的形式展示给学生；本节课设计了较多的教师演示实验和学生分组实验，教学中以光的衍射现象的实验为线索，运用观察、类比等多种教学方法认识光的衍射现象以及光的明显衍射现象的条件，并进一步通过实验了解光的衍射现象在现代科技中的应用。

【教学目标】1.知识与技能（1）观察光的衍射现象，知道什么是光的衍射及产生明显衍射的条件，能用衍射知识对生活中的现象进行解释和分析；（2）初步了解衍射光栅。

2.过程与方法通过单缝衍射、小孔衍射、圆盘衍射观察光的衍射现象，体验在实验中探究光的衍射规律的过程。

3.情感态度与价值观（1）让学生知道科学研究必须重视理论的指导作用和实践的检验作用；（2）科学研究必须要有坚定的自信心和踏实勤奋的态度；（3）学习中也要不断努力，要有坚持不懈的精神。

【重点难点】（1）正确认识光的明显衍射的条件；（2）通过众多光的衍射实验事实来认识光的波动性；（3）培养学生动手实验能力，教育学生重视实验、重视实践。

【教学方法】实验观察，多媒体，类比【实验器材】红绿蓝激光光源、纱巾、黑色卡纸、剪刀、针、头发丝、书架、小磁片、载玻片、钢珠、近视眼镜、光栅片。

教学过程教师活动学生活动设计意图（一）引入新课【演示】将一束绿色激光透过纱巾照到屏幕上，观察现象。

提问：这是一束激光，照到屏幕上是一个点，现在在光源前放置纱巾，点光源演变成这个形状，为什么发生这么大变化？学完今天的内容同学们就能明白其中的道理。

小实验激发学生的探索求知欲，导入新课（二）新课教学一．复习回顾机械波的衍射现象。

提问：能观察到波的明显衍射现象的条件是什么？回顾机械波的衍射现象及波的明显衍射的条件类比思考——如果光也有衍射现象，应该怎样观察到？二.光的衍射现象以及明显衍射的条件1.单缝衍射引导学生思考：如果光也有衍射现象，类比机械波，可以找一个小孔、狭缝或小障碍物，让一束光照到上面。

现在我们通过实验来观察光透过狭缝的现象。

实验器材介绍：每小组有三个书架，分别用来固定光源、单缝、光屏。

光源用小磁铁吸在书架上，可以上下微调，移动书架可以前后左右微调；第二个书架固定卡纸，我们在卡纸上剪一条缝，移动卡纸的一侧可以调节缝的宽窄；第三个书架上用小磁铁固定一张白纸作为光屏。

按照光源、单缝、屏幕的顺序摆好实验器材，请同学们在实验中观察：在减小单缝宽度的过程中，屏幕上的现象。

分组实验:单缝衍射；观察实验现象，分析思考单缝衍射现象的实验规律 1.大部分实验器材都是生活中的物品，体现从生活走向物理的思想；2.学生在实验现象的观察与思考过程中体会光的衍射现象教师总结：我们在屏幕上看到，当单缝较宽时，屏幕上出现的是一条与缝的宽度相当的亮纹；当单缝较窄时，屏幕上看到的亮纹变宽，旁边还有明暗相间的条纹，亮度较低。

光的衍射现象：我们看到光没有沿直线传播，它绕过了缝的边缘，传播到了相当宽的地方，这就是光的衍射现象。

提问：为什么我们在生活中不易察觉到光的衍射现象？明显．．衍射的条件：说明要观察到光的明显．．衍射需要一定的条件，这个条件是缝的宽度与光的波长可以相比甚至比光的波长更小。

实验中，继续减小单缝宽度，发现屏幕上中央亮纹变得更宽，但亮度降低。

总结：这说明条纹宽度跟单缝宽窄有关。

提问：条纹宽度还有可能跟什么因素有关？点拨：有没有可能跟光的颜色有关？【演示】红、蓝两种颜色的光透过同一单缝的衍射现象。

提问：在光源、单缝、光屏的位置一定时，红光、蓝光的单缝衍射条纹中哪种颜色的中央亮纹更宽？学生描述实验现象思考1.条纹宽度与单缝宽窄的关系？引导学生分析总结实验现象，逐步认识光的单缝衍射现象及规律采用控制变量法探究光的单缝衍射规律，使学生学会实验探究的科学方法学生观察现象回答：红光。

总结：这说明，单缝宽度相同时，波长越长，衍射越明显。

现在我们通过控制变量法了解到光的单缝衍射现象：波长一定时，单缝宽度越窄，衍射越明显；单缝宽度一定时，波长越长，衍射越明显。

点拨：请同学们设想，如果将红、橙、黄、绿、青、蓝、资七种颜色的光透过同一单缝的衍射条纹叠加在一起，会得到什么样的图样？总结：不同颜色的单色光的中央都是亮纹，叠加在一起的区域是白色；但亮纹宽度不同，所以旁边是彩色条纹，这就是白光的衍射现象：中央是白色，两侧彩色条纹对称分布，旁边彩色条纹最内测为紫色，最外侧为红色。

思考2.条纹宽度与光的波长的关系？在已有的实验现象基础上推测白光的单缝衍射现象培养学生综合分析演绎能力 2.圆孔衍射我们还可以在卡纸上用针扎出圆孔，观察光透过圆孔的衍射现象。

[学生实验:圆孔衍射] 现象：明暗相间间距不等的圆环，中心圆斑最大最亮。

分组实验：圆孔衍射再次让学生体验到通过生活中简易的实验器材稍加设计便可以观察到明显的实验现象。

3.圆盘衍射光不仅透过单缝、圆孔有衍射现象，各种不同形状的障碍物也能使光发生衍射现象。

投影：光照到刀片、大头针尖、大头针帽上的衍射图片。

【演示】光照到头发丝上的衍射现象。

光照到不透光的圆盘上时也有衍射现象发生，在圆盘的影子的中心还有一个亮斑，关于这个亮斑还有一则故事。

阅读课本上“泊松亮斑”。

现在我们用小钢珠代替不透光的圆盘，来寻找“泊松亮斑”。

器材介绍：钢珠是粘在透光性好的载玻片上，载玻片上有小磁铁，可以吸附在书架上，可以上下微调。

[学生实验:寻找“泊松亮斑”] 同学们尝试了一下，很失望，并没有看到“泊松亮斑”。

引导学生分析思考：请同学们分析原因，是不是钢珠尺寸太大？现在我们没有更小的钢珠，是不是就放弃寻找“泊松亮斑”？可以从其他角度来改进实验，我们将点光源的光斑扩大。

有什么办法可以将光斑扩大？凹透镜。

学生在光源前放置近视眼镜，再次寻找“泊松亮斑”。

总结：这一次，同学们将光源光斑扩大后很容易就观察到了泊松亮斑。

这一段科学史告诉我们：科学研究必须重视理论的指导作用和实践的检验作用，泊松从数学的角度预言了圆盘影子的中心的亮斑的存在，而阿拉果在实验中观测到了它。

科学实验的探索过程总会经历挫折，正是在一次次失败的实验中不断吸取经验、改进实验原理，最终收获成功的喜悦。

观察光照到头发丝上的衍射现象阅读课本中“泊松亮斑”分组实验：寻找“泊松亮斑”通过观察光照到头发丝上的衍射现象再次认识到光的衍射现象就在身边了解光的衍射的研究历程中科学家们坚定的自信心和踏实勤奋的态度，深刻体会科学研究离不开理论的指导作用和实验的检验作用【板书设计】光的衍射 1.光的衍射现象2.明显衍射的条件3.实验①单缝衍射波长一定时，单缝宽度越窄，衍射越明显；单缝宽度一定时，波长越长，衍射越明显。

白光的单缝衍射现象②圆孔衍射以上我们从单缝衍射、圆孔衍射、圆盘衍射对光的衍射现象有了更多的认识，请同学们思考：①以下四幅图各是什么光学现象？②光的衍射现象是不是完全否定了小孔成像等现象中光的直线传播？不是，而是指出了光的直线传播的适用范围。

对本节课所学光的衍射现象进行对比思考，并与光的干涉现象区分通过将各种光的现象综合对比思考，培养学生的综合分析能力三.衍射光栅光的衍射现象在现代科技应用中，例如单缝衍射，中央亮纹比较宽，两侧条纹亮度很低，测量的精确度不够，如果增加狭缝的个数，就可以实现条纹变窄、亮度提高，这就是衍射光栅。

【演示】激光照到光栅上的现象。

衍射光栅有反射光栅：光盘；透射光栅（纱巾、翎羽）。

解释课程开始时的小实验：激光束照到纱巾上，就是相当于照到两个相互垂直的光栅上。

【演示】透过几个垂直放置的光栅观察白光的衍射现象。

观察光照到光栅上的现象，思考课程开始时的小实验的原理；观察白光透过叠加在一起的几个光栅上的现象通过更多的光的衍射现象进一步了解光的衍射现象的意义四．光的衍射在现代科技中的应用①光谱分析②物质结构分析：X射线与DNA双螺旋；宝石鉴定光的衍射图样和设置的障碍物结构之间有着对应的关系。

【演示】光透过不同形状的小孔的衍射现象。

观察实验：光透过不同形状的小孔的衍射现象了解光的衍射现象在现代科技中的应用五．作业 1.完成小实验①透过手指缝观察光的衍射现象②眯眼从上下交错的睫毛缝隙中看灯光，观察现象③透过翎羽看白色光源，观察现象2.P62练习题课后小实验培养学生动手能力和观察思考的习惯，体验光的衍射现象就在身边③圆盘衍射4.应用【教学反思】光的衍射现象在生活中不易观察到，课堂演示实验可视度往往也不高，多数衍射现像都是通过图片展示给学生，学生没有真实的实验体验，总认为光的衍射现象想要在生活中观察到是很难的。

本节课设计的学生分组实验，借助生活中的简易器材，让学生在实验中感受到只要满足光的明显衍射的条件，生活中也很容易观察到光的衍射现象。

在寻找泊松亮斑实验中，先告诉学生可以用粘在透光性好的载波片上的钢珠代替不透光的圆盘，学生积极性非常高，但是第一次尝试寻找泊松亮斑失败了，此环节的设置可以让学生亲身体验到科学研究正是在一次次的失败中不断总结和改进最终取得成功的，在经历失败后，引导学生分析原因，进一步启发学生改进实验——在光源前放置凹透镜，将光源的光斑扩大，学生们的热情再一次被激起，纷纷取下自己的眼镜，再一次投入到实验的探究中。

这一次真切地观察到泊松亮斑，使学生在收获到成功的喜悦的同时，深深地感受到科学研究一定要有坚定的自信心和踏实勤奋的工作态度。

通过单缝衍射、圆孔衍射、圆盘衍射，学生对光的衍射现象已经有了较多的认识，此时对学生的思维再作进一步提升；提出光的各种现象对比的思考。

最后介绍衍射光栅，认识到光的衍射现象在现代科技中有很多应用。

通过本节课的学习，学生在观察探究光的衍射现象的同时培养了实验和观察能力，同时体会到了科学工作者的科研精神。

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