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視頻標(biāo)簽：全國(guó)高中物理,教師微課,講課視頻
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視頻課題：第五屆全國(guó)高中物理教師微課講課視頻《光的衍射》重慶市江津
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第五屆全國(guó)高中物理教師微課講課視頻《光的衍射》重慶市江津中學(xué)校高中物理
《光的衍射》說(shuō)課文稿
重慶市江津中學(xué)校 張凱
一、說(shuō)課題目：《光的衍射》
二、使用教材：人教版《物理》選修3-4第十三章第五節(jié)
三、實(shí)驗(yàn)器材
自制教具：“泊松亮斑”教學(xué)演示裝置（含可調(diào)焦固體激光器、直徑0.5mm鋼珠、蓋玻片和固定夾）、自制衍射片（矩形孔、三角形孔）
可調(diào)狹縫、光屏、大頭針、金屬絲、細(xì)橡皮條、注射器、微調(diào)平臺(tái)、三腳架、水等
四、創(chuàng)新要點(diǎn)與實(shí)驗(yàn)改進(jìn)
1、國(guó)家專利：《一種泊松亮斑教學(xué)演示裝置》（ZL201621203255.9），實(shí)現(xiàn)了以“泊松亮斑”為代表的多種衍射現(xiàn)象的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)展示；
2、自制衍射實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單小巧，功能豐富，可以展示高中階段所有的衍射實(shí)驗(yàn)；
3、創(chuàng)新了衍射實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，使衍射實(shí)驗(yàn)富有趣味性和啟發(fā)性；
4、改進(jìn)了單縫衍射裝置，能夠定量化和動(dòng)態(tài)化的對(duì)光的衍射產(chǎn)生條件進(jìn)行探究；
5、利用生活中常見(jiàn)的材料，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)了拓展性活動(dòng)。
五、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)和改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的原理
1、“泊松亮斑”的現(xiàn)場(chǎng)演示實(shí)驗(yàn)突破了教材實(shí)驗(yàn)方法的局限
幾十年來(lái)，教材上展示“泊松亮斑”均采用一張模糊的黑白膠片，其產(chǎn)生方法為：在暗室內(nèi)用極低亮度的激光照射圓屏，衍射圖樣投射到低感光度膠片上，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)曝光后，得到黑白膠片；使用時(shí)，再將黑白膠片進(jìn)行放大觀察。
該方法制作過(guò)程繁復(fù)，耗時(shí)長(zhǎng)且呈現(xiàn)效果差，無(wú)法讓學(xué)生親身體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程。而我們的實(shí)驗(yàn)方案可以突破上述局限，實(shí)現(xiàn)“泊松亮斑”的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)展示。
衍射實(shí)驗(yàn)通常均采用平行激光束照射孔或縫（夫瑯禾費(fèi)衍射），而平行激光束產(chǎn)生的夫瑯禾費(fèi)衍射僅是菲涅爾衍射的特例。本實(shí)驗(yàn)利用可調(diào)透鏡組先將平行光束變?yōu)榘l(fā)散光束，即衍射方式為菲涅爾衍射（如圖1所示），而后在光路上放上一個(gè)圓珠筆筆頭圓珠（用透明蓋玻片將的圓珠夾住），就能在光屏上看到泊松亮斑（如圖2）。
2、新的衍射實(shí)驗(yàn)方法拓展性強(qiáng)，能夠?qū)崿F(xiàn)衍射實(shí)驗(yàn)的系列化
“泊松亮斑”的實(shí)驗(yàn)方法拓展性強(qiáng)，能夠?qū)崿F(xiàn)多類障礙物衍射現(xiàn)象的現(xiàn)場(chǎng)展示，從而實(shí)現(xiàn)衍射實(shí)驗(yàn)的系列化，能為學(xué)生深入理解衍射現(xiàn)象提供了豐富素材，也能為學(xué)生進(jìn)一步的探究活動(dòng)提供了技術(shù)支持。
圖3所示依次為激光通過(guò)細(xì)金屬絲（上左）、細(xì)金屬絲十字架（上右）、針尖（下左）、大頭針針帽（下右）后的衍射圖樣。
3、改進(jìn)后的衍射裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單小巧，功能豐富，成本低，有推廣價(jià)值
自制衍射實(shí)驗(yàn)演示裝置，在光源部分加裝調(diào)焦鏡頭后，即可產(chǎn)生平行光束也可產(chǎn)生發(fā)散光束，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)夫瑯禾費(fèi)衍射和菲涅爾衍射，如此，高中教材上所有的衍射實(shí)驗(yàn)均可用該裝置現(xiàn)場(chǎng)演示。配合其他輔件，還可以用于干涉現(xiàn)象的演示，能夠極大滿足現(xiàn)行中學(xué)教學(xué)的實(shí)際需要。
同時(shí)，改進(jìn)后的裝置結(jié)構(gòu)小巧（如圖4），制作成本低（不足60元），易于推廣應(yīng)用。
4、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)：利用光的衍射檢驗(yàn)水中是否有固體雜質(zhì)
實(shí)驗(yàn)裝置如圖5所示。
水滴中的固體小顆粒（肉眼不可見(jiàn)）是在運(yùn)動(dòng)的。當(dāng)激光照射到懸停的水滴上，由于尺寸極小，運(yùn)動(dòng)的固體小顆粒就充當(dāng)了衍射現(xiàn)象中障礙物，從而在光屏上形成動(dòng)態(tài)的衍射圖樣。仔細(xì)觀察衍射圖樣，能夠看到移動(dòng)的泊松亮斑。
該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路巧妙，趣味性強(qiáng)，能夠很好的激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究動(dòng)力。
5、單縫衍射實(shí)驗(yàn)縫寬的定量化、動(dòng)態(tài)化改進(jìn)
利用單縫衍射演示光的衍射的產(chǎn)生條件時(shí)，我們對(duì)所用可調(diào)狹縫進(jìn)行了改動(dòng)（如圖6）。通過(guò)加裝測(cè)微頭，使狹縫的寬度既能方便的連續(xù)調(diào)節(jié)，也能讀出狹縫的精確寬度。在衍射條件的展示過(guò)程中能夠?qū)⒖p寬的具體變化和中央兩條紋的寬度變化對(duì)應(yīng)起來(lái)，利于學(xué)生對(duì)衍射條件的理解，便于其開(kāi)展研究性學(xué)習(xí)。
6、利用生活中常見(jiàn)的材料，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)探究活動(dòng)
利用生活中常見(jiàn)的一些材料，例如細(xì)橡皮條、頭發(fā)絲、刀片等，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)豐富的探究活動(dòng)。例如細(xì)橡皮條具有彈性，發(fā)生伸縮時(shí)其粗細(xì)會(huì)發(fā)生變化，可讓學(xué)生模擬工業(yè)上抽絲機(jī)的控制原理；利用刀片的拼接，可以做出不同形狀的小孔，供學(xué)生探究衍射行為與孔的形狀和大小的關(guān)系；再如，利用圓珠筆頭的鋼珠做衍射器材，能夠更形象化的讓學(xué)生理解光的衍射的發(fā)生條件。
六、實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)：
1、物理觀念層面：知道通過(guò)光的衍射現(xiàn)象，認(rèn)識(shí)光的波動(dòng)性；
2、科學(xué)思維層面：能用類比的方法學(xué)習(xí)光的波動(dòng)性、理解衍射現(xiàn)象中的“放大”思想；
3、實(shí)驗(yàn)探究層面：通過(guò)動(dòng)手設(shè)計(jì)或?qū)嶒?yàn)觀察，獲取對(duì)常見(jiàn)衍射現(xiàn)象的正確認(rèn)識(shí)；
4、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任層面：了解衍射現(xiàn)象在人類科學(xué)發(fā)展歷程中所起的重要作用。
七、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容：
1、光的衍射及產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件
2、幾種不同的衍射現(xiàn)象
3、衍射光柵
4、衍射現(xiàn)象的應(yīng)用。
八、實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程：
1、光的衍射及產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件
在新課引入部分，給學(xué)生展示兩張衍射圖樣（圖7），先讓學(xué)生猜測(cè)障礙物的形狀，而后再給學(xué)生公布障礙物的真實(shí)情況，以此暴露學(xué)生的潛在概念并激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
利用改進(jìn)過(guò)的光的單縫衍射實(shí)驗(yàn)來(lái)探究光的衍射條件（見(jiàn)上文圖6）。
2、幾種不同的衍射現(xiàn)象
利用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，依次現(xiàn)場(chǎng)展示圓屏衍射（見(jiàn)上文圖2）、線狀障礙物的衍射（見(jiàn)上文圖3）、不同形狀孔的衍射（圖8），讓學(xué)生充分了解光的衍射現(xiàn)象，理解光的衍射的具體概念：光偏離直線傳播，能夠進(jìn)入障礙物的幾何陰影區(qū)域，且呈現(xiàn)有規(guī)律的強(qiáng)弱分布的現(xiàn)象。
3、衍射光柵
為學(xué)生介紹衍射光柵的分類和作用，使其了解衍射光柵是光的衍射的具體應(yīng)用。
4、衍射現(xiàn)象的應(yīng)用。
介紹科學(xué)家用X射線產(chǎn)生的衍射，研究DNA結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)，使學(xué)生能夠認(rèn)識(shí)到物理同社會(huì)的聯(lián)系。再加入創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)“利用光的衍射檢驗(yàn)水中是否有固體雜質(zhì)”（見(jiàn)上文圖5），加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解。
為學(xué)生提供激光器和粗細(xì)不同的銅絲，通過(guò)實(shí)際的操作和觀察來(lái)領(lǐng)會(huì)衍射現(xiàn)象的應(yīng)用。
九、實(shí)驗(yàn)效果評(píng)價(jià)：
1、教學(xué)內(nèi)容層面：實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目豐富，設(shè)計(jì)新穎，能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，便于學(xué)生對(duì)衍射知識(shí)的深入和全面學(xué)習(xí)；
2、教學(xué)方法層面：實(shí)驗(yàn)方式靈活多樣，內(nèi)容聯(lián)系生活與社會(huì)，啟發(fā)性強(qiáng)，利于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提升和培養(yǎng)；
3、教學(xué)組織層面：更新了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)裝置和演示條件，開(kāi)設(shè)的綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)具有開(kāi)放性和可拓展性。
參賽教師個(gè)人信息：
重慶市江津中學(xué)校
564843293@qq.com。
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