План-конспект уроку з фізики у 11 класі на тему:«Світло як електромагнітна хвиля. Інтерференція і дифракція світлових хвиль»

Тема : «Світло як електромагнітна хвиля. Інтерференція і дифракція світлових хвиль»

 Мета навчальна: нагадати учням властивості світла як електромагнітної хвилі, ознайомити їх із способом отримання когерентних хвиль; з*ясувати умови спостереження явища інтерференції світла; ознайомити з деякими практичними застосуваннями інтерференції; ознайомити учнів з явищем дифракції та умовами її спостереження; акцентувати увагу учнів на застосуванні фізичних законів на прикладі явища дифракції світла.

      Мета виховна: виховувати в учнів прагнення до навчання, привчати до           дисципліни, вміння вислуховувати з повагою думки інших учнів.

  Мета  розвиваюча: розвивати вміння самостійно працювати на уроці та вдома, сприяти розвитку світогляду учнів.

Тип уроку: комбінований

Хід уроку

1.Організаційний етап

2.Перевірка домашнього завдання

3.Актуалізація опорних знань і умінь

1) що називають хвилею?

2)що вам відомо про електромагнітні хвилі?

4.Мотивація навчальної діяльності.

Ви  пам*ятаєте ці приємні хвилини дитинства, коли ви з подивом , цікавістю дивились на видуті мильні бульбашки. Вони різними кольорами переливались на сонці. Це  тоді вам здавалось чимось казковим, таємничим. Але згодом ви виросли  перестали вірити в казку. Таємницю мильних бульбашок теж можна розгадати, знаючи природу світла, розуміючи поняття інтерференції, дифракції, дисперсії. Що ми сьогодні і розглянемо.

5.Повідомлення теми, мети й завдань уроку.

Учитель повідомляє учням тему уроку, пропонує ознайомитись з її планом., який записано на дошці. Потім учитель просить учнів самостійно сформулювати мету уроку, і якщо потрібно вносить корективи.

План вивчення нової теми

1.Визначення інтерференції хвиль

2.Умови за яких можлива інтерференція хвиль.

3. Застосування інтерференції світла.

4. Визначення дифракції світла.

5. Спостереження дифракції світла.

6.Дифракційна гратка

6.Вивчення нового матеріалу, його сприймання й осмислення.

1.Визначення інтерференції хвиль

Перед тим, як розпочати розгляд явища інтерференції світла, з'ясуємо спочатку, що це за явище.

Попередньо ми мали справу з однією хвилею, що поширюється від джерела. Але дуже часто в середовищі одночасно поширюється кілька різних хвиль.

Що ж відбувається в місцях, де хвилі накладаються одна на одну?

Якщо дві хвилі зустрічаються в одному місці гребенями, то в цьому місці збурення води посилюється. Якщо ж, навпаки, гребінь однієї хвилі зустрічається із западиною іншої, то поверхня води не збурюватиметься.

Інтерференція хвиль - це явище підсилення коливань в одних точках простору й ослаблення в інших у результаті накладання двох або кількох хвиль, які надходять у ці точки.

2.Умови за яких можлива інтерференція хвиль.

Для цього розглянемо детальніше накладання хвиль на поверхні води. Наприклад, можна одночасно збудити дві колові хвилі у ванні за допомогою двох кульок, прикріплених до стержня , який гармонічно коливається(мал. 1).

мал. 1

Амплітуда коливань середовища в даній точці буде максимальною, якщо різниця ходу двох хвиль, що збуджують коливання в цій точці,дорівнює цілому числу довжин хвиль:

мал. 2

Ця умова називається умовою максимумів.

Амплітуда коливань середовища в даній точці буде мінімальною, якщо різниця ходу двох хвиль, що збуджують коливання в цій точці, дорівнює непарному числу півхвиль:

мал. 3

Якщо різниця ходу                         має проміжне значення між                          , то й амплітуда результуючого коливання набуває проміжного значення між подвоєною амплітудою і нулем.

Амплітуда коливань у будь-якій точці не змінюється з часом. На поверхні води виникає певний розподіл амплітуд коливань, який називають інтерференційною картиною.

                                                                                   Мал. 4

Щоб отримати стійку інтерференційну картину,  джерела хвиль повинні мати:

1)однакову частоту

2)фази їх коливань повинні збігатися або розрізнятися на деяку сталу (незалежну від часу) величину

3)різниця фаз коливань обох джерел  повинна лишатися незмінною .

Джерела, які відповідають цим вимогам називаються когерентними. І утворені цими джерелами хвилі теж називаються когерентними хвилями.

Тільки після додавання когерентних хвиль спостерігається стійка інтерференційна картина.

Учитель пояснює учням дослід англійського фізика Т.Юнга (1802р) в якому він спостерігав інтерференцію світла.

О.Френель запропонував спосіб отримання когерентних хвиль від джерела світла.(Біпризма Френеля).

Учитель викликає двох учнів.

Одному дає мильний розчин і соломинку та просить видути бульбашку. Учитель проектує на неї світловий пучок. Просить прокоментувати дітей ,що вони побачили.

 Другий учень ставить на шляху світлового пучка червоний світлофільтр. Що спостерігаєте? Замінюємо червоний світлофільтр на зелений. Що спостерігаєте?

Учитель з допомогою учнів коментує побачене, пояснює процес.

Слова вчителя:(Якщо ми видуємо мильну бульбашку і направимо на неї світловий пучок від проекційного апарата, то побачимо на плівці кольорове забарвлення. Коли на шляху світлового пучка поставити червоний світофільтр,  то замість кольорових ми побачимо червоні смуги, розділені темними смугами. Якщо червоний світлофільтр замінити зеленим, то світлі смуги будуть зеленими. Спостережуване явище є інтерференційною картиною. Очевидно, що при падінні світла на плівку воно відбивається від попередньої і задньої поверхонь цієї плівки. При цьому між пучками, відбитими від передньої і задньої поверхонь, виникає різниця ходу, яка залежить від товщини плівки і матеріалу, з яким плівка стикається.)

Якщо різниця ходу=цілому числу довжини хвилі, то відбувається підсилення відбитої хвилі, а якщо різниця ходу= половині  або непарному числу півхвиль, то відбувається послаблення відбитої хвилі.

3. Застосування інтерференції світла

В сучасній техніці. Це створення «просвітленої» оптики. Відполірована поверхня скла відбиває приблизно 4% світла, що падає на неї. Сучасні оптичні прилади виготовлені з великої кількості деталей, виготовлених зі скла. Проходячи крізь кожну з цих деталей світло ослаблюється на 4%. Загальні втрати світла в об*активі фотоапарата становлять приблизно 25%, а в мікроскопі-50%. Для зменшення світлових втрат в оптичних приладах всі скляні деталі покривають плівкою, товщиною в чверть світлової хвилі, показник заломлення якої менший за показник заломлення скла.

Явище інтерференції використовують для контролю якості оброблюваної поверхні.

4. Визначення дифракції світла.

Ви ознайомилися з хвилями, які поширюються в однорідному середови­щі. Тепер подивимося, що відбувається з хвилями, коли їх напрямляють на перешкоду, наприклад на тверду стінку.

Загальний принцип, який описує хвильові явища, вперше сформулював сучасник Ньютона голландський учений К. Гюйгенс.

За принципом Гюйгенса кожна точка середовища, до якої дійшло збурення, сама стає джерелом вторинних хвиль.

Огинати перешкоди можуть будь-які хвилі.

Відхилення від прямолінійного поширення хвиль, огинання хвилями перешкод називається дифракцією (з лат. — розламаний).

5.Спостереження дифракції світла.

Для спостереження дифракції світла необхідно брати або дуже маленькі перешкоди, або проводити спостереження на дуже великих відстанях, щоб були помітні невеликі відхилення світлових хвиль від прямолінійного поширення біля країв перешкод. Крім того, приміщення, в якому відбу­ваються досліди зі спостереження дифракції світла, повинне бути добре затемнене, оскільки дифракційні картини мають незначну освітленість.

Учитель описує дослід із щілиною.

У добре затемненому приміщенні перед яскравим точковим джерелом світ­ла, розміщеним у пристрої з отвором 10—12 мм, поставимо непрозору шир­му з прямокутною щілиною, ширину якої можна змінювати (мал. 5, а—в).

При ширині щілини 1—2 мм на екрані видно яскраву світлу смужку з чіт­ко окресленими краями (мал. 5, а). Поступово зменшуючи ширину щіли­ни, помічаємо, що чіткість країв яскравої смужки на екрані поступово пору­шується: смужка стає ширшою, її освітленість зменшується і зникає до кра­їв. При подальшому зменшенні ширини щілини справа і зліва від освітленої смужки з'являються слабо помітні кольорові смуги (на мал. 5, в вони по­казані чорно-білими, а на мал. 160, а — кольоровими).

Мал. 5

 Мал.6

Якщо перед джерелом світла поставити світлофільтр, то кольорові смуги стають одноколірними(мал.6,б,в)

 Досліди з дифракцією світла можна демонструвати і інакше.  Бажаючі підготують повідомлення «Як можна спостерігати дифракцію світла»

В цьому досліді дифракційна картина не дуже яскрава. Це пов*язано з тим,що через вузьку щілину проходить мало світла.

6.Дифракційна гратка

Дифракційна картина буде яскравою і добре помітною , якщо на пластинку нанести велике число паралельних  однакових щілин, розташованих на рівних відстанях одна від одної. Така сукупність щілин має назву дифракційна гратка.

Учитель демонструє учням дифракційну гратку. Дає можливість поспостерігати явище дифракції.

Сума ширини а однієї щілини і ширини b однієї непрозорої смужки між щілинами називається сталою гратки або її періодим.(d)

      d = a + b
d – стала гратки

a - ширина однієї щілини

b –ширина непрозорої смужки

На сьогодні для наукових цілей використовують дифракційні гратки, в яких на 1мм налічується 300, 1200, 1800 і навіть 2400 штрихів.Чим більше штрихів, тим чіткіша і правильна картина.

За допомогою дифракційної гратки можна дуже точно виміряти довжину хвилі.

Наші вії з проміжками між ними – це приклад грубої дифракційної гратки.Тому як подивитись, примружившись, на яскраве джерело світла, можна виявити веселкові кольори. Біле світло розкладається внаслідок дифракції навколо вії.

7.Закріплення нових знань та умінь

1.Що таке інтерференція?

2.Сформулюйте умови максимумів і мінімумів інтерференційної картини.

3.Які хвилі називають когерентними?

4.Поясніть схему досліда Юнга.

5.з якою метою лінзи оптичних приладів покривають  спеціальною тонкою плівкою?

6.що таке дифракція?

7.як можна спостерігати дифракцію на щілині? Чому дифракційна картина в цьому досліді не надто чітка?

8.Що таке дифракційна гратка і чим  визначається її якість?

8.Підбиття підсумків уроку

Учитель просить учнів оголосити відповідь на питання : «Чому мильна бульбашка так переливається різними кольорами?».Діти доповнюють де ще подібне різнокольорове дійство вони бачили. Учитель підводить підсумок уроку, оцінює діяльність учнів.

9.Домашнє завдання

Вивчити конспект;

Підготувати повідомлення «Як можна спостерігати дифракцію світла»