光的衍射教學設計

　　在中學物理教學中，將所學知識應用到實際生活中去，有利于幫助學生加深對物理知識的理解，有利于培養學生解決實際問題的能力，有利于提高學生進一步學習物理知識的興趣。筆者在“光的衍射”一節教學中進行了嘗試，收到了良好的教學效果。

　　一、--

　　現行人教版高中《物理》教材中，對“光的衍射”一節的處理是基于單縫衍射和圓孔衍射兩個實驗，而且以此說明光發生明顯衍射的條件和現象。在教學過程中，通過在教材中兩個實驗的基礎上進行延伸、拓展，引導學生對比分析發現：光通過不同形狀的障礙物發生衍射時，其衍射圖樣不一樣。再進一步演示和觀察光通過正三角形孔、正方形孔、正多邊形孔的衍射現象加以驗證，并介紹光的衍射在現代技術上的應用，如x射線通過晶體發生晶格衍射。反過來，用對應的衍射圖樣來推測晶體的微觀結構。讓學生分析為什么光學顯微鏡放大倍數受到限制，以及對光在介質中沿直線傳播規律進一步再認識，使學生對光的衍射現象的認識得到升華。

　　二、實驗器材及操作

　　光源選用激光筆，縫和孔的具體制作過程簡述如下：

　　用刀片、縫衣針等工具在不透光的塑料卡片（如電話卡）上，分別刻制出不同寬度的縫和不同大小、不同形狀的孔。如圖1所示卡片上制作寬度約為2 mm的縫a和寬度約為0.5 mm的縫b；如圖2所示卡片上制作直徑約為2 mm的圓孔c和直徑約為1 mm的圓孔d；如圖3所示卡片上制作線度都約為1 mm的正三角形孔e、正方形體正多邊形孔g。

　　演示時，把有孔或縫的卡片固定在支架上作為擋板，在相距1 m左右的位置，把激光筆光源照射到縫或孔上，在光屏（可以把白色墻壁作為光屏）上可看到相應的衍射現象，實驗裝置如圖4所示。

　　三、教學過程

　　1.提出問題

　　師問：衍射是波所特有的現象，既然光也是一種波，為什么在日常生活中沒有觀察到光的衍射現象？

　　學生討論。

　　2.分析問題

　　師問：衍射是波繞過障礙物傳播的現象。波要發生明顯的衍射現象（也即人們肉眼能直接觀察到波的衍射現象）必須滿足什么條件？

　　生答：波要發生明顯衍射，必須滿足一定的條件：只有障礙物或縫的尺寸跟波長差不多，或者比光的波長更小時，才能觀察到明顯的衍射現象。

　　師問：怎樣才能觀察到光的衍射現象呢？

　　生答：光的波長很短，而可見光的波長實際上只有十分之幾微米，一般物體的尺寸都比它大得多，因此，很難看到光的衍射現象。但是若障礙物或縫的尺寸很小，與光波波長差不多時，就應該觀察到明顯的衍射現象。

　　3.實驗驗證

　　實驗一：如圖4所示裝置，把激光筆發出的激光分別照在單縫b、d上，觀察屏上的圖樣。

　　現象及分析：當激光照在寬縫a上時，光沿著直線方向通過縫，在屏上產生一條跟縫的寬度相當的亮線；當激光照在窄縫b上時，光通過縫后就明顯地偏離了直線傳播方向照到了屏上相當寬的地方，并且出現了明暗相間的條紋，如圖5所示，這就是光的衍射現象。

　　實驗二：在上述實驗中，把擋板換成圖2所示卡片，把激光筆發出的激光分別照在圓孔c、d上，觀察屏上的圖樣。

　　現象和分析：當激光照在直徑較大的孔c上時，在屏上得到一個圓形亮斑，圓的大小跟按光沿直線傳播規律作圖得到的一樣。當激光照在直徑較小的孔d上時，屏上得到一些明暗相間的圓環，這些圓環達到的范圍遠遠超過了光沿直線傳播所對應照明的區域，如圖6所示。