高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第一册第3节 光的衍射教案

这是一份高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第一册第3节 光的衍射教案，共4页。教案主要包含了衍射现象，衍射对分辨本领的影响等内容，欢迎下载使用。
(1)了解光的衍射的内涵，能解释生活中的有关光的衍射的现象。
(2)知道光的衍射条件，了解光的衍射的应用。
(3)结合对光的认识历程体会人们对客观世界的认识是逐步深入的。
教学重难点
教学重点
光的衍射现象、光的衍射条件
教学难点
光的衍射现象、光的衍射条件
教学准备
多媒体课件
教学过程
新课引入
教师活动：分别展示富兰克林用X射线拍摄的DNA晶体的照片、DNA的双螺旋结构。
教师口述：1953年2月，沃森和克里克看到了一张十分漂亮的照片，这张照片激发了他们的灵感，从而提出了DNA的双螺旋结构。DNA双螺旋结构的发现不仅意味着探明了DNA分子的结构，更重要的是它还提示了DNA的复制机制。DNA双螺旋结构的发现开启了分子生物学时代，使遗传的研究深入到分子层次，人们清楚地了解遗传信息的构成和传递的途径。是什么照片这么神秘能够激发沃森和克里克的灵感呢？这是富兰克林于1951年11月拍摄的一张DNA分子的X射线衍射图样的照片。什么是光的衍射，它有哪些应用？下面我们就来研究这个问题。
讲授新课
一、衍射现象
教师活动：用可变缝宽的单缝演示单缝衍射，并提醒学生观看屏上的图样与缝宽的关系。
学生活动：观看老师演示。
教师设问：请大家描述一下缝宽。
用单色平行光照射狭缝，当缝比较宽时，光沿着直线通过狭缝，在屏上产生一条与缝宽相当的亮条纹。当缝调到很窄时，尽管亮条纹的亮度有所降低，但是宽度反而增大了，而且还出现了明暗相间的条纹。
教师活动：讲解光的衍射。
光绕过障碍物偏离直线传播的现象称为光的衍射。光透过单缝而发生的衍射现象也称为单缝衍射。
教师活动：播放圆孔衍射的视频。
学生活动：观看老师播放的视频。
教师活动：讲解圆孔衍射。
如果用圆孔代替单缩缝，当孔径较大时，光沿着直线方向通过圆孔，在屏上形成一条与圆孔相似的光斑；圆孔孔径逐渐减小时，光斑的直径反而增大了，这表明光没有沿直线传播，它绕过了孔的边缘，传播到比圆孔更广的地方。
在单缝和圆孔衍射的照片中，都有一些亮条纹和暗条纹。这是由于来自单缝或圆孔上不同位置的光，通过缝或孔之后叠加时加强或者削弱的结果。各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射，致使影的轮廓模糊不清，出现明暗相间的条纹。
教师活动：讲解光的衍射条件。
当障碍物的尺寸与光的波长相当，甚至小于光的波长时，衍射现象将十分明显。
教师活动：讲解新课引入时所提及的照片。
在20 世纪50年代，生物学家已经知道DNA是细胞中携带遗传信息的物质，下一步就是要搞清楚DNA 的结构，从而确定它的化学作用。从1951年开始，英国物理学家威尔金斯和富兰克林研究了DNA对X射线的衍射，获得了一系列DNA纤维的X射线衍射图样。沃森和克里克根据富兰克林提供的DNA对X射线的衍射的照片提出了DNA的双螺旋结构。现在，衍射仍然是研究晶体结构的重要手段。
二、衍射对分辨本领的影响
教师活动：讲解衍射对分辨本领的影响。
点物(点光源或可看作点的物体或物体的一部分)通过圆孔后，如果没有发生衍射现象(或没有明显的衍射现象)，则在屏上会成圆斑形状的像。如果发生衍射，则中央会形成一个亮斑，这个亮斑点了大部分点物的光强。
不论是否发生衍射，我们临时将中间最亮的这个斑临时称为爱里斑。点物S1的爱里斑中心恰好与另一个点物S2的爱里斑边缘(第一衍射极小)相重合时，恰可分辨两物点。
助视仪器相当于圆孔，当圆孔的孔径逐渐减小时，两个点物成像的衍射现象越明显。当一个点物的爱里班的中心与另一个点物的爱里斑的中心相重合时，我们称这两个点物恰可分辨。
一个光学仪器的分辨本领，就是这个仪器能把彼此靠近的物体的像分离开来的能力。透镜的直径越小，产生的衍射现象越明显，分辨本领就越低。光学仪器是不可以通过增大仪器的放大率来提高它的分辨本领的。增大放大率后，虽然放大了像点之间的距离，但每个像的衍射斑也被放大了。原来不能分辨的物体，放得再大，仍不能被我们的眼睛或照相底片所分辨。
典题剖析
例1 观察单缝衍射现象时，把缝宽由0.2 mm逐渐增大到0.8 mm，看到的现象是( )
A．衍射条纹的间距逐渐变小，衍射现象逐渐不明显
B．衍射条纹的间距逐渐变大，衍射现象越来越明显
C．衍射条纹的间距不变，只是亮度增强
D．以上现象都不会发生
答案：A
解析：由单缝衍射实验的调整与观察可知，狭缝宽度越小，衍射现象越明显，衍射条纹越宽，条纹间距也越大，本题的调整是将缝调宽，现象向相反的方向发展，故选项A正确。
例2 图为红光或紫光通过双缝或单缝所呈现的图样，则( )

A．甲为红光的衍射图样B．乙为紫光的干涉图样
C．丙为红光的衍射图样D．丁为紫光的干涉图样
答案：BC
解析：当单色光通过双缝时形成的干涉图样为等间距的，而通过单缝时的图样是中间宽、两边窄的衍射图样，因此甲、乙为干涉图样，而丙、丁为衍射图样．由于红光的波长较长，干涉图样中相邻条纹间距较大，而紫光的波长较短，干涉图样中相邻条纹间距较小，因此选项B、C正确。
课堂小结