师：同学们，今天我们学习高二物理粤教版第四单元光的衍射和偏振。前几节课我们学了光的双缝干涉现象，光经过双缝后能在屏上叠加干涉，形成明暗相间的条纹。大家先思考一下，为何相干光经过双缝后，没有直接沿直线传播，而是互相叠加，最终在屏上形成干涉呢？这是因为光经过缝后先发生了衍射，所以光与机械波一样具有衍射现象。
接着考考大家，如果把双缝中的其中一条缝遮蔽住，光经过单缝后也能发生衍射，那屏上能观察到什么实验现象呢？这就是我们这节课要研究的主要问题之一。现在请大家阅读课本116页“观察与思考”，同时观看实验视频，得出结论。
我们来看单缝衍射现象，一束激光照射到单缝上，后面屏幕上出现一个光点。现在使单缝宽度变窄，注意观察屏幕上的现象。随着单缝变窄，衍射现象越来越明显。
我们发现，缝比较宽时，屏幕上形成一个光点，光表现出沿直线传播的性质。但当缝间距比较窄时，缝后出现明暗相间的条纹，光传播到远离缝的位置，其图样远远大于光沿直线传播时能照亮的区域。这种光绕过狭缝边缘传播的现象，我们称之为光的狭缝衍射，它与前面所学机械波的衍射性质相似。下面我们探究一下光发生衍射的特点。
如果用一列红光照射不同宽度的单缝，会发现缝宽为0.4毫米的衍射现象比缝宽为0.8毫米的更明显。所以，当障碍物尺寸与光的波长相当甚至小于光的波长时，衍射现象十分明显。要注意，除了改变缝宽，改变波长也会对单缝衍射图样产生影响。
用蓝光和红光照射同一套装置，会得到两组不同图样。我们知道红光波长比蓝光大，缝的尺寸更接近红光波长，所以红光的衍射现象更明显。既然探究了光的单缝衍射特点，下面请同学们思考两个问题。
思考一，用白光照射单缝形成衍射条纹时，颜色图样是怎样的呢？这里给出用白光照射缝宽为0.4毫米单缝得到的衍射图样。我们知道白光由多种不同颜色的光复合而成，每种光都会形成各自的颜色条纹，它们都会在中央处形成中央明纹。所以，颜色图样正中心是白色。又因为不同颜色光产生的条纹间距不一样，明暗条纹错开，所以在其他位置能观察到彩色条纹。
思考二，单缝衍射与双缝干涉的图样有何相似与不同之处？请同学们观察实验图片，给出结论。观察后可以发现，单缝衍射和双缝干涉的图样相似，缝越窄或光的波长越长，衍射现象越明显，表现为条纹间距更宽。但双缝干涉图样是间距相等的明暗条纹，而单缝衍射图样中央明纹比较粗，两侧明纹比较细，这是区分两者的重要特征。下面请同学们继续阅读课本116页“观察与思考”，观看实验视频得出结论。
接下来看单孔衍射现象。这是一组孔径由大到小的单孔，一束激光照射到单孔上，后面屏幕上出现环形衍射条纹。换小一些的孔，再换更小的孔，可以看到孔越小，衍射现象越明显。
生活中，孔直径比较大时，光表现为沿直线传播。但在实验中，当孔直径小到一定程度，屏上会呈现出一系列明暗相间的圆环。比如用红光照射小孔时，屏上得到一个圆环图样。这证明光不仅通过单缝会发生衍射，通过小孔也会发生衍射。
值得一提的是，光经过小圆板时同样会发生衍射。圆盘衍射图样中央处为亮斑，这是因为光在圆盘边缘发生衍射时，各点到中央处光程一致，光在这里叠加强，我们把这个亮斑称为泊松亮斑。泊松亮斑的发现还有个有趣小故事。
泊松是坚持光的微粒说的科学家，同时代的菲涅尔发展了惠更斯和托马斯·杨的波动理论，并定量计算出圆孔衍射产生的衍射花纹。泊松根据菲涅尔的计算结果得出，如果在光束传播路径上放置一块不透明小圆板，由于光在圆板边缘衍射，在离圆板一定距离的地方，圆板阴影中央应该会出现一个亮斑。泊松觉得这个结果难以置信，认为可以证明光的波动说是错误的。
当时菲涅尔和他的朋友阿拉果听到这个证明后，立即用实验检验，结果观察到了这个亮斑。这样一来，泊松反而为光的波动说提供了有力实验证明。这与当年的情况相似，坚决支持微粒说的科学家却为波动说提供了证据，这恰好证明马克思唯物主义观中客观规律不以人的意志为转移。同学们，这也是我们进行科学探究时应具备的科学观。下面我们看看衍射在科学与生活中的应用。
同学们应该记得，1953年沃森与克里克提出著名的DNA双螺旋结构模型，他们是怎么想到这个模型的呢？这就得提到富兰克林这位女性科学家。我们知道DNA分子直径非常小，无法用光学显微镜直接观察。当时X射线已广泛应用于晶体观测，用X射线打向晶体时，由于X射线波长与晶面间距相近，会在后面形成衍射图样。
富兰克林参考这个方法，用X射线打向DNA，在1952年拍摄了一张非常清晰的DNA衍射照片。沃森和克里克正是看到这张照片受到启发，提出了DNA双螺旋结构模型。可惜的是，1962年富兰克林女士已经过世，所以关于DNA双螺旋结构的诺贝尔奖只颁发给了沃森、克里克和另一位在DNA结构模型上有贡献的威尔金斯。
下面看看衍射在摄影中的应用。同学们有没有发现，拍摄太阳或星星之类光源时，其周围会出现十字形或多边形星芒。这些星芒是怎么产生的呢？在拍摄或观察远方星体时，为增强拍摄效果，需要让尽可能大面积的光聚焦在一起，所以天文望远镜物镜一般做得比较大，而这种大型镜头不可避免需要支撑架支撑。当远处光经过支撑架就会发生衍射，最终形成与支撑架形状对应的星芒。在摄影中，为得到好看星芒，照相机光圈常做成多边形，光在光圈边缘发生衍射时，就能得到好看星芒。这里展示了不同形状光圈对应的星芒形状。