光的衍射教學(xué)設(shè)計(jì)

　　小結(jié)：上述兩個(gè)實(shí)驗(yàn)說明：當(dāng)縫或孔較大（比光波波長大得多）時(shí)，衍射現(xiàn)象不明顯（肉眼很難直接觀察到）；當(dāng)縫或孔很小（與光波波長接近或比光波波長更小）時(shí)，衍射現(xiàn)象十分明顯。

　　4.知識(shí)延伸

　　師問：同學(xué)們，試比較上面單縫衍射和圓孔衍射圖樣，有那些相同點(diǎn)，又有哪些不同點(diǎn)？

　　生答：相同點(diǎn)都是明暗相間的條紋。不同點(diǎn)是圓孔衍射條紋為圓環(huán)形狀，而單縫衍射條紋是直線形狀。

　　師問：通過比較，說明衍射圖樣的形狀與什么有關(guān)？

　　生答：衍射圖樣的形狀與障礙物的形狀有關(guān)。

　　師問：如果用其他形狀的孔，發(fā)生衍射時(shí)得到的衍射圖樣又怎樣呢？

　　實(shí)驗(yàn)：在圖4所示裝置中，把擋板換成如圖3所示卡片，依次演示激光通過正三角形孔e、正方形孔f、正多邊形孔g發(fā)生的衍射現(xiàn)象，其衍射圖樣分別為如圖7、8、9所示。

　　師問：通過比較、分析衍射圖樣與障礙物的形狀，這些實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步說明了衍射圖樣與光通過的小孔的形狀有關(guān)的結(jié)論，得出這一結(jié)論有什么作用呢？

　　學(xué)生討論。

　　師問：能不能通過衍射圖樣，反過來推知小孔形狀（或障礙物的結(jié)構(gòu)）呢？

　　生答：由實(shí)驗(yàn)可知，衍射圖樣和孔的形狀是一一對(duì)應(yīng)的，因此，由衍射圖樣可以推知小孔的形狀。

　　5.實(shí)際應(yīng)用

　　師介紹：在現(xiàn)代應(yīng)用光學(xué)分析技術(shù)中，科學(xué)家根據(jù)衍射圖樣與障礙物的結(jié)構(gòu)間一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，利用x射線穿過晶體后發(fā)生晶格衍射時(shí)，不同的晶體產(chǎn)生不同的衍射圖樣，仔細(xì)分析得到的衍射圖樣，從而推理得出組成晶體的原子是如何排列的。

　　師問：同學(xué)們想一想，為什么要利用x射線呢？

　　生答：一方面x射線穿透能力強(qiáng)，另一方面其波長與晶體分子大小差不多，因此，x射線通過晶體時(shí)能夠發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，從而得到清晰的衍射圖樣。

　　師介紹dna的雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)過程：弗蘭克林這位具有非凡才能的物理化學(xué)家，成功地拍攝了不同溫度下dna晶體的x射線衍射照片，如圖10所示，把這些各種局部的結(jié)構(gòu)形狀匯總。

　　dna的衍射圖片越來越清晰，越來越全面。此時(shí)，沃森和克里克也在劍橋大學(xué)進(jìn)行dna結(jié)構(gòu)的形究，他們看了那張照片后，很快就領(lǐng)悟到了dna的結(jié)構(gòu)──兩條以磷酸為骨架的鏈相互纏繞形成了雙螺旋結(jié)構(gòu)，氫鍵把它們聯(lián)結(jié)在一起。因此他們獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。

　　x射線衍射在納米技術(shù)的研究中也起著非常重要的作用……

　　師問：用光學(xué)顯微鏡觀察微小物體時(shí)，發(fā)現(xiàn)顯微鏡放大倍數(shù)是要受到限制的，這是為什么呢？

　　學(xué)生討論。

　　生答：當(dāng)被觀察的微小物體尺寸與可見光的波長差不多時(shí)，就會(huì)發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，這樣就得不到清晰的像。因此，光學(xué)顯微鏡放大倍數(shù)受到了限制。

　　師問：光的衍射現(xiàn)象說明光沿曲線傳播，這不是與前面學(xué)到的“光在同一種均勻介質(zhì)中沿直線傳播”矛盾嗎？

　　學(xué)生討論。

　　生答：不矛盾，使我們更清楚地認(rèn)識(shí)了光的傳播規(guī)律：一方面，光在沒有障礙物的均勻介質(zhì)中是沿直線傳播的；另一方面，在障礙物的尺寸比光的波長大得多的情況下，衍射現(xiàn)象不明顯，也可以認(rèn)為光是沿直線傳播的。但是，在障礙物的尺寸可以跟光的波長相比，甚至比光的波長還小的時(shí)候，衍射現(xiàn)象十分明顯，這時(shí)不能說光沿直線傳播了。

　　四、教學(xué)后記

　　通過對(duì)光經(jīng)過各種形狀的孔產(chǎn)生的衍射圖樣的觀察，一方面培養(yǎng)了學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的能力，另一方面這些各種形狀的衍射圖樣給學(xué)生以美的感受，讓他們體會(huì)到了物理知識(shí)的奇、趣、美。對(duì)孔的形狀和衍射圖樣的對(duì)比分析，得出重要的結(jié)論：衍射圖樣隨孔的形狀改變而改變；同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生分析問題的能力。最后，介紹x射線的晶格衍射的應(yīng)用等知識(shí)也就水到渠成。因此，對(duì)課本知識(shí)的適當(dāng)延伸、拓展，理論聯(lián)系實(shí)際，有利于培養(yǎng)了學(xué)生觀察、分析、解決實(shí)際問題的能力，這正是當(dāng)今素質(zhì)教育所要求的。