3. 光的衍射与偏振第二课时教案

2015级物理专项学案 命题人：刘

戈

5.3 光的衍射与偏振

教学设计

【教材分析】

本节内容将带领学生认识光的衍射现象和偏振现象，但不做定性讨论，知道光产生明显衍射现象的条件，了解几种不同衍射现象图样的特征，通过众多的衍射实验事实和衍射图片来认识光的波动性，让学生能理解干涉图样与衍射图样的区别，了解光的干涉和衍射均说明光具有波动性，光的偏振说明光是横波，对光的波动性有进一步的了解。通过对单缝衍射实验和圆孔衍射实验图样的观察，让学生进一步认识光的波动性是本节内容的重点，正确认识光发生明显衍射的条件以及理解光的偏振是学生的难点。本节内容所涉及的物理研究方法较为丰富，对以后的学习将有很大的帮助。

【三维教学目标】

1、知识与技能

（1）认识光的衍射现象，知道光产生明显衍射现象的条件，了解几种不同衍射现象图样的特征，使学生对光的波动性有进一步的了解；

（2）知道偏振光和自然光的区别，认识光的偏振现象，知道光是横波；

2、过程与方法

通过观察培养学生对物理现象的观察表述、比较推理、概括规律特征及抽象思维能力；

3、态度、情感、价值观

通过对“泊松亮斑”的学习，使学生认识到任何理论都必须通过实践检验，培养学生踏实勤奋的科学素养。

【教学重点】

通过众多的衍射实验事实和衍射图片来认识光的波动性，单缝衍射实验和圆孔衍射实验的观察；

【教学难点】

正确认识光发生明显衍射的条件；

【学情分析】

学生已有一定的物理学科研究方法，如观察实验、控制变量法、类比方法、从实验现象中总结规律等，可以实现教材渗透的方法教育意图，学生对物理学科问题进行探究具有浓厚兴趣，充分调动学生积极性，进行充分的理论探究与实验探究是可行和有效的。学生对光发生明显衍射条件的正确认识以及理解光的偏振是学生的难点。

【课时安排】本节课所学习内容为1课时

【教学过程】

一、光的衍射

1. 定义：光在传播过程中，遇到障碍物或小孔时，光将偏离直线传播的途径而绕到障碍物后面传播的现象，叫光的衍射。

2. 明显衍射条件：障碍物或孔的尺寸比光的波长小，或者跟光的波长差不多

【理解】

（1）衍射无需条件，明显衍射才需满足一定条件；

（2）意义：进一步证明了光的波动性；

（3）与干涉的关系:“干中有衍，衍中有干”；

（4）思考：光沿直线传播需满足的条件是什么？

参考：同种均匀介质且衍射不明显时；

3. 三种常见衍射现象及图像特征

（1）单缝衍射

a. 单色光衍射条纹：中央条纹宽而亮；

b. 两侧亮条纹具有对称性，且逐渐变窄，亮度逐渐变弱；

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c. 波长一定时，单缝越窄，中央亮条纹越宽，各条纹间距越大；

单缝宽窄一定时，光波波长越长，中央亮条纹越宽，各条纹间距越大；

d. 白光单缝衍射条纹：中央为白色亮条纹，两侧彩色且外红内紫；

（2）圆孔衍射

a. 单色光圆孔衍射图样：中央亮圆亮度大，外围是亮暗相间的不等距圆环，且越往外亮度越低；

b. 白光圆孔衍射图样：中间亮圆为白色，周围为彩色圆环；

（3）不透明的小圆板衍射（即泊松亮斑）

典型特征：圆形阴影中心有一个亮斑；

【补充】圆孔衍射与小圆板衍射图样的对比

a. 都是亮暗相间的同心圆环条纹，中心均有亮斑；

b. 圆孔衍射图样中心的亮斑更大一些，

不透明小圆板中心的泊松亮斑更小更亮；

c. 圆孔衍射图样同心圆环的间距越往外围越大，

泊松亮斑图样同心圆环的间距越往外围越小；

d. 圆孔衍射图样的背景是黑暗的，

不透明小圆板衍射图样的背景是明亮的；

【补充】干涉和衍射的区别

现象

产生

条件

典型

实验

条纹

特征

应用

干

涉

光重叠区域出现加强或减弱

稳定干涉的条件：两束光频率相同、相位差恒定，振动方向一致

杨氏双缝干涉实验

薄膜干涉

中央亮纹，两边等间距分布的亮暗相间条纹

（等宽等距等亮度）

检查平整度、制作增透膜

衍

射

光绕过障碍物偏离直线传播

明显衍射的条件：障碍物或孔的尺寸与波长差不多，或比波长小

单缝衍射、圆孔衍射

不透明小圆板衍射

中央条纹最宽最亮，两边不等间距对称分布的亮暗相间条纹

制作衍射光栅，形成光谱

都是由于光线的叠加而产生，都证明了光的波动性

【典例分析】

如图所示，分别是红光、蓝光通过同一双缝干涉仪器形成的双缝干涉图样，和黄光、紫光通过同一单缝形成的单缝衍射图样。A、B、C、D四个图中亮条纹依次是红色、紫色、蓝色、黄色。

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二、光的偏振

1. 自然光：在垂直于传播方向的平面内，包含一切沿各个方向振动强度均相同的光；

2. 偏振光：在垂直于传播方向的平面内，振动只限于某一固定方向的光；

3. 物理意义：只有横波才能产生偏振现象，是横波区别于纵波的明显标志，是光的波动性的又一例证。

4. 获取偏振光的两种方式：

（1）人造偏振片：起偏+检偏

【理解】偏振片由特定材料制成，它上面有一个特殊的透振方向，只有当振动方向平行于透振方向的光波才能通过偏振片。但不能简单理解为偏振片上有缝；

（2）布儒斯特定律

反射光

部分偏振光，垂直纸面的振动>平行纸面的振动

. 折射光

部分偏振光，平行纸面的振动>垂直纸面的振动

. 当反射光线和折射光线互相垂直，即iib时，反射光只有垂直于纸面的振动，即反射光为完全偏振光，且振动垂直纸面，折射光仍为部分偏振光．布儒斯特定律

：

tanibn

5. 偏振的应用和防止

（1）在拍摄如玻璃器皿、水面等物体时，常会出现耀斑或反光，这是由于光线的偏振而引起的。在拍摄时加用偏振镜片，让透振方向与反射光的偏振方向垂直，借以减弱表面反光或亮斑，使景像清晰。

（2）立体电影

（3）汽车前灯和前窗玻璃防止强光

夜晚，汽车前灯发出的强光将迎面驶来的汽车司机照射得睁不开眼，严重影响行车安全. 【思考】我们怎样利用偏振解决这一问题?（引入下面这个典例分析）

【典例分析】

假设所有的汽车前窗玻璃和前灯玻璃均按同一要求制作，使司机不仅可以防止对方汽车强光的刺激，也能看清自己车灯发出的光所照亮的物体，以下可行的是（D）

A.

前窗玻璃的透振方向是竖直的，车灯玻璃的透振方向是水平的 B.

前窗玻璃的透振方向是竖直的，车灯玻璃的透振方向也是竖直的

C.

前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°，车灯玻璃的透振方向是斜向左上45° D. 前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°，车灯玻璃的透振方向也是斜向右上45°

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【课堂小结】

一、光的衍射

1. 定义：光在传播过程中，遇到障碍物光将偏离直线传播的途径而绕到障碍物后面传播的现象。

2. 明显衍射条件：障碍物或孔的尺寸比光的波长小，或者跟光的波长差不多

3. 三种常见衍射现象及图像特征

（1）单缝衍射

（2）圆孔衍射

（3）泊松亮斑

二、光的偏振

1. 自然光：在垂直于传播方向的平面内，包含一切沿各个方向振动强度均相同的光；

2. 偏振光：在垂直于传播方向的平面内，振动只限于某一固定方向的光；

3. 物理意义：只有横波才能产生偏振现象，是光的波动性的又一例证。

4. 获取偏振光的两种方式：

（1）人造偏振片：起偏+检偏

（2）布儒斯特定律

5. 偏振的应用和防止

三、作业布置

完善本节课学案的相关内容，并完成P94页习题。

【板书设计】

5.3

光的衍射和偏振

一、光的衍射

1. 定义：光偏离直线传播，绕到障碍物后面传播

2. 明显衍射条件：d

二、光的偏振

1. 自然光

2. 偏振光

3. 物理意义：只有横波才能偏振

【教学反思】

本节课的教学在教学实践中取得了较好的效果，学生普遍感觉对知识理解的比较透彻，我觉得能引起深刻反思的主要有这几个方面：

（1）在实现教学多样化的诸多形式中，结合课堂教学和实验教学实际，加强对实验现象观察分析，从实验现象中总结规律，与教学内容紧密结合，实现教材渗透方法的教育意图，是一条非常重要的途径，它易使学生作为知识探究的主体，去发现、分析认识并解决问题。本节课采用了这一方式，有效培养了学生科学探究知识的思维和主动探究科学的品质。

（2）本节根据学生的特点经多次修改成型，从中我深切感到，作为一名物理教师，在充分理解教材的基础上，还应深入研究学生的认知特点，如哪些学科思维和方法是他们的盲点，图片和器材的应用等。希望通过自身不断努力，真正将学生带进科学探究的殿堂。

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