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视频标签：全国高中物理,教师微课,讲课视频
所属栏目：模拟课、微型课及试讲
视频课题：第五届全国高中物理教师微课讲课视频《光的衍射》重庆市江津
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第五届全国高中物理教师微课讲课视频《光的衍射》重庆市江津中学校高中物理
《光的衍射》说课文稿
重庆市江津中学校 张凯
一、说课题目：《光的衍射》
二、使用教材：人教版《物理》选修3-4第十三章第五节
三、实验器材
自制教具：“泊松亮斑”教学演示装置（含可调焦固体激光器、直径0.5mm钢珠、盖玻片和固定夹）、自制衍射片（矩形孔、三角形孔）
可调狭缝、光屏、大头针、金属丝、细橡皮条、注射器、微调平台、三脚架、水等
四、创新要点与实验改进
1、国家专利：《一种泊松亮斑教学演示装置》（ZL201621203255.9），实现了以“泊松亮斑”为代表的多种衍射现象的现场实验展示；
2、自制衍射实验装置结构简单小巧，功能丰富，可以展示高中阶段所有的衍射实验；
3、创新了衍射实验内容，使衍射实验富有趣味性和启发性；
4、改进了单缝衍射装置，能够定量化和动态化的对光的衍射产生条件进行探究；
5、利用生活中常见的材料，为学生创设了拓展性活动。
五、创新实验和改进实验的原理
1、“泊松亮斑”的现场演示实验突破了教材实验方法的局限
几十年来，教材上展示“泊松亮斑”均采用一张模糊的黑白胶片，其产生方法为：在暗室内用极低亮度的激光照射圆屏，衍射图样投射到低感光度胶片上，经长时曝光后，得到黑白胶片；使用时，再将黑白胶片进行放大观察。
该方法制作过程繁复，耗时长且呈现效果差，无法让学生亲身体验实验的过程。而我们的实验方案可以突破上述局限，实现“泊松亮斑”的现场实时展示。
衍射实验通常均采用平行激光束照射孔或缝（夫琅禾费衍射），而平行激光束产生的夫琅禾费衍射仅是菲涅尔衍射的特例。本实验利用可调透镜组先将平行光束变为发散光束，即衍射方式为菲涅尔衍射（如图1所示），而后在光路上放上一个圆珠笔笔头圆珠（用透明盖玻片将的圆珠夹住），就能在光屏上看到泊松亮斑（如图2）。
2、新的衍射实验方法拓展性强，能够实现衍射实验的系列化
“泊松亮斑”的实验方法拓展性强，能够实现多类障碍物衍射现象的现场展示，从而实现衍射实验的系列化，能为学生深入理解衍射现象提供了丰富素材，也能为学生进一步的探究活动提供了技术支持。
图3所示依次为激光通过细金属丝（上左）、细金属丝十字架（上右）、针尖（下左）、大头针针帽（下右）后的衍射图样。
3、改进后的衍射装置结构简单小巧，功能丰富，成本低，有推广价值
自制衍射实验演示装置，在光源部分加装调焦镜头后，即可产生平行光束也可产生发散光束，能同时实现夫琅禾费衍射和菲涅尔衍射，如此，高中教材上所有的衍射实验均可用该装置现场演示。配合其他辅件，还可以用于干涉现象的演示，能够极大满足现行中学教学的实际需要。
同时，改进后的装置结构小巧（如图4），制作成本低（不足60元），易于推广应用。
4、创新实验：利用光的衍射检验水中是否有固体杂质
实验装置如图5所示。
水滴中的固体小颗粒（肉眼不可见）是在运动的。当激光照射到悬停的水滴上，由于尺寸极小，运动的固体小颗粒就充当了衍射现象中障碍物，从而在光屏上形成动态的衍射图样。仔细观察衍射图样，能够看到移动的泊松亮斑。
该实验设计思路巧妙，趣味性强，能够很好的激发学生的学习兴趣和探究动力。
5、单缝衍射实验缝宽的定量化、动态化改进
利用单缝衍射演示光的衍射的产生条件时，我们对所用可调狭缝进行了改动（如图6）。通过加装测微头，使狭缝的宽度既能方便的连续调节，也能读出狭缝的精确宽度。在衍射条件的展示过程中能够将缝宽的具体变化和中央两条纹的宽度变化对应起来，利于学生对衍射条件的理解，便于其开展研究性学习。
6、利用生活中常见的材料，为学生创设探究活动
利用生活中常见的一些材料，例如细橡皮条、头发丝、刀片等，为学生创设丰富的探究活动。例如细橡皮条具有弹性，发生伸缩时其粗细会发生变化，可让学生模拟工业上抽丝机的控制原理；利用刀片的拼接，可以做出不同形状的小孔，供学生探究衍射行为与孔的形状和大小的关系；再如，利用圆珠笔头的钢珠做衍射器材，能够更形象化的让学生理解光的衍射的发生条件。
六、实验教学目标：
1、物理观念层面：知道通过光的衍射现象，认识光的波动性；
2、科学思维层面：能用类比的方法学习光的波动性、理解衍射现象中的“放大”思想；
3、实验探究层面：通过动手设计或实验观察，获取对常见衍射现象的正确认识；
4、科学态度与责任层面：了解衍射现象在人类科学发展历程中所起的重要作用。
七、实验教学内容：
1、光的衍射及产生明显衍射现象的条件
2、几种不同的衍射现象
3、衍射光栅
4、衍射现象的应用。
八、实验教学过程：
1、光的衍射及产生明显衍射现象的条件
在新课引入部分，给学生展示两张衍射图样（图7），先让学生猜测障碍物的形状，而后再给学生公布障碍物的真实情况，以此暴露学生的潜在概念并激发学生的学习兴趣。
利用改进过的光的单缝衍射实验来探究光的衍射条件（见上文图6）。
2、几种不同的衍射现象
利用创新实验，依次现场展示圆屏衍射（见上文图2）、线状障碍物的衍射（见上文图3）、不同形状孔的衍射（图8），让学生充分了解光的衍射现象，理解光的衍射的具体概念：光偏离直线传播，能够进入障碍物的几何阴影区域，且呈现有规律的强弱分布的现象。
3、衍射光栅
为学生介绍衍射光栅的分类和作用，使其了解衍射光栅是光的衍射的具体应用。
4、衍射现象的应用。
介绍科学家用X射线产生的衍射，研究DNA结构和晶体结构，使学生能够认识到物理同社会的联系。再加入创新实验“利用光的衍射检验水中是否有固体杂质”（见上文图5），加深学生对所学知识的理解。
为学生提供激光器和粗细不同的铜丝，通过实际的操作和观察来领会衍射现象的应用。
九、实验效果评价：
1、教学内容层面：实验项目丰富，设计新颖，能够激发学生学习的积极性，便于学生对衍射知识的深入和全面学习；
2、教学方法层面：实验方式灵活多样，内容联系生活与社会，启发性强，利于学生科学素养的提升和培养；
3、教学组织层面：更新了实验教学内容、实验装置和演示条件，开设的综合性、设计性实验具有开放性和可拓展性。
参赛教师个人信息：
重庆市江津中学校
564843293@qq.com。
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