鲁科版（2019）高中物理选择性必修第一册 5.3 光的衍射 教学设计（表格式）

课 题 4.5 光的衍射
教材分析 课标分析： 观察光的衍射现象，了解衍射现象的产生条件，知道其在生产生活中的应用。
教材分析： 本主题包括几何光学和物理光学两大部分，其中几何光学是在初中基础上进一步认识光的折射、全反射、及其应用，进一步体会光线的理想化模型含义物理光学是通过干涉、衍射和偏振现象来了解光的波动性，引导学生形成对光的更加深入的正确认识。 本节为光的波动性的重要组成部分，学生不易理解。而教材对本节内容的处理为展示图片，使学生认识衍射现象，学生缺乏直观体验，不利于本节内容的学习。
学情分析 1.学生学习了机械波，对波有了一定的了解。 2.学生对光沿直线传播的观念根深蒂固。 3.学生对光的波动性理论的理解比较困难。
教学目标 物理观念 通过学习衍射现象，加深对光的波动性的了解，促进“光具有波粒二象性”这一物理观念的形成。
科学思维 通过观察实验，培养学生对物理现象的观察、表述、概括能力。通过对衍射现象的学习，对光的直线传播现象提出质 疑，会从不同角度提出问题。
科学探究 通过单缝衍射、圆孔衍射图样特点的探究，培养学生证据意识。
科学态度与责任 通过泊松亮斑趣事历史故事培养学生实事求是的科学态度；通过了解光的衍射在生产生活中的应用，理解物理学与技术 、社会发展的关系，形成良好的科学态度与责任感
教学重难点 重点：光产生明显衍射现象的条件；单缝衍射图样特点 难点：光的直线传播与光的衍射的关系
教学方法 讲授法、小组合作实验、演示实验
教学用具 黑板、多媒体、光的衍射综合演示仪、激光灯、圆孔、支架、衍射片
教学过程
教学环节 教学活动 设计意图
教师活动 学生活动
新课导入 展现生活场景，回顾光的直线传播理论，演示泊松亮斑。 介绍自制教具《光的衍射综合演示仪》，进行实验演示内容： 分别观察 0.5mm 、0.4mm 钢珠的泊松亮斑；移动钢珠位置，观察中央亮斑亮度变化 提出问题：为什么屏的中心处会有亮点？进入本节新课学习 观察实验现象： ①光源和钢珠距离一定时，钢珠越小，亮斑越明显； ②移动钢珠位置，观察中央亮斑亮度变化，可得到光源距离钢珠越 近，亮斑越暗。 思考教师提出的问题 。 通过实验演示引发认知冲突，激发学生的学习兴趣
新知讲解 一、光的衍射 理论分析： 机械波发生明显衍射现象的条件，引导学生理论分析光发生明显衍射现象的条件 实验一：验证光发生明显衍射现象的条件 介绍利用游标卡尺所形成的单缝的特点，动态演示单缝衍射实验操作过程： （1）逐渐减小缝宽，光屏亮斑变窄，当缝宽逐渐减至 0.70mm 时，在距缝约 2.5m 处将可观察到明显的衍射现象. （2）改变缝宽为 0.20mm ，观察衍射条纹变化，得出缝变窄，条纹变宽、间距变大、变暗的实验结果 （3）前后移动光屏，观察光屏逐渐靠近单缝的过程衍射条纹的变化特点，可得条纹变细、间距变小、亮度变大的实验结果。 规律总结： 1. 明显衍射现象产生的条件： 2.单色光单缝衍射图样的特点： 3.不同色光或不同宽度单缝衍射条纹的特征： 思考讨论: 单缝衍射和双缝干涉图样有何不同？小组代表分享讨论结果。 引导学生理论分析光发生明显衍射现象的条件 动态观察光发生明显衍射现象，并读出并记录游标卡尺的读数 总结实验现象，讲现象记录到自己的学案上 根据学案上表格小组讨论，小组代表分享 动态演示单缝衍射现象，通过系列化的演示，引导学生总结衍射条纹特点、条纹和缝宽、屏缝间距之间的关系，并与干涉条纹相比较，突破本节本节重点。 通过思考讨论，深 化本节重点
小试牛刀 1 ： 如图所示,a 、b 、c 、d 四个图是不同的单色光形成的双缝干涉或单缝衍射图样（单缝或双缝的规格均相同）,分析各图样的特点可以得出的正确结论是 ( ) A.a 、b 是光的干涉图样 B.c 、d 是光的干涉图样 C.形成 a 图样的光的波长比形成 b 图样的光的波长短 D.形成 c 图样的光的波长比形成 d 图样的光的波长短 实验二：探究圆孔衍射图样特点 问题导学：光通过直径与波长差不多或比波长更小的圆孔时，会发生衍射现象吗？ 分组实验：观察不同大小圆孔衍射图样（为保证实验安全，提醒学生戴上护目镜，保护好自己的眼睛） 实验器材：激光笔、支架、圆孔， 白纸（屏） 注意事项：激光点靠近圆孔，屏至圆孔距离 30-40cm 现象小结：圆孔衍射图样特点 实验三：多形状小孔、障碍物衍射 问题导学：光通过其他形状的孔是否可发生衍射，遇到障碍物时是否也发生衍射现象呢？ 教师演示 1 ：转动转盘，调整激光 器，转动光栅片手轮，强绿色点状激光源通过不同形状小孔时的衍射图样。 教师演示 2： （1）转动圆盘，调整头发丝高度和位置，打开绿色点光源，微调头发丝，在光屏观察头发丝衍射图样； （2）更换障碍物为铜丝，观察其衍射图样并与头发丝衍射图样对比，得出障碍物尺寸越小，衍射现象越明显的结论。 （3）使用加透镜的红色激光源，转动圆盘，分别观察大头针、针帽的衍射图 样，可在其阴影区域看到明暗相间的条纹。 完成小试牛刀1 进行分组实验，并总结所看到的实验现象 将总结到的实验结论整理到自己学案上 观察不同形状小孔、障碍物衍射，感受物理学的现象美，与教师共同总结奇妙现象出现的原因。 随堂小测，适时反 馈 为使学生亲历实验 , 深化感知，设计 学生分组实验 通过实验使学生使 用不同光源亲历多 种形状孔、障碍物 衍射现象的观察。 该环节的设计深化了学生对光 的波动性的认识。同时感受物理学的现象美。
引出泊松亮斑，介绍物理小剧场表演“泊松亮斑趣事” 提问辨析：小孔、小圆盘衍射图样特点 实验探究：光沿直线传播还准确吗？ 演示实验：动态放缩三角孔衍射 （1）介绍动态三角孔的取材来源（旧相机镜头的组成部件）、使用方法； （2）使用加有透镜的激光源通过三角孔，逐渐缩小三角孔，在光屏观察图样变化。 二、衍射光栅 光的衍射现象在生活中不易看到，但衍射现象的应用在生活中非常广泛，先由学生通过分组实验观察狭缝个数逐渐增加衍射条纹的变化特点，得出实验结论。 演示实验： 转动圆盘，是衍射片转至绿色点光源附近，打开激光器，转动衍射片手轮，改变狭缝个数，观察狭缝个数增加，衍射条纹的变化。 介绍透射光栅和反射光栅 三、衍射现象的应用 1.观看光栅应用的小视频 2.衍射光栅片：有多个扇形区域组成，每个区域有特定的结构 演示：多彩的衍射图样 3.研究晶体对 X 射线的衍射，分析晶体结构 .研究 DNA 对 X 射线衍射，提出 DNA双螺旋结构模型。 话剧表演：泊松亮斑趣事 观察图片，对比图样，总结两图样区别与联系 思考教师提出的问题 观察实验现象，可看到随着三角孔变小，三角形光斑的边界逐渐模 糊，小到一定程度，其形状不再是三角形，最后变成中央接近圆形，外围有六条光线的漂亮图样 思考实验中光沿是否沿直线传播？ 观察实验现象，并将实验结论填到学案上 了解光栅的构造 观看视频； 观察多彩的图样，了解衍射现象的应用 了解光栅应用 完成小试牛刀2 ，分析各选项错误原因 重温历史故事，学生主体地位，实现实事求是的科学态度培养 为突破本节课教学难点，利用动态三角孔衍射的实验演 示，深化学生对光沿直线传播的认识，使学生理解孔径较大时主要表现为光的直线传播，孔径小到一定程度，将发生明显衍射现象，两者并不矛盾。 引出光栅在生产生活中的具体应用，体现从物理走向生活的理念。 适时检测 ， 及时评价。
课堂小结与作业布置 小试牛刀 2 ：如图所示，a 、b 两束光 以不同的入射角由介质射向空气，结果有相同的折射角。下列说法正确的是( ) A ．b 光在该介 质中的折射率比 a 光大 B ．做单缝衍射实验时，若其他条件相同，用 b 光产生的中央亮条纹要比用 a光产生的中央亮条纹宽 C ．用 a 光更易观测到泊松亮斑 D ．做双缝干涉实验时，若其他条件相同，用 a 光产生的干涉图样中的条纹间距要比用 b 光产生的条纹间距大 一、课堂小结 二、作业布置 1.利用手中物品观察白光的衍射图样 2.学案巩固提升习题 学生总结本节内容学习收获，表达感想。 多样化作业，实现评价方式的多元化
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