Презентация "Детство М.Ю. Лермонтова"
презентация к уроку чтения (4 класс) по теме

Тема: Лазеры

Цель: выяснить физический смысл и условия возникновения индуцированного (вынужденного) излучения, формировать научное мировоззрение

Задачи урока:

Сформировать у школьников представления о вынужденном излучении как квантовом явлении, изучить устройство и принцип действия лазера, рассмотреть свойства излучения лазера и примеры применения лазеров.

Ознакомить школьников с историей лазеров, раскрыть возможности лазеров в ускорении научно-технического прогресса.

Воспитывать чувство гордости и патриотизма за открытие, сделанное учеными нашей страны, активизировать мыслительную деятельность ученика через использование художественной литературы на уроках физики.

Тип урока: Изучение нового материала.

   Методы: объяснительно – иллюстративный, частично-поисковый.

   Оборудование: мультимедийный проектор, таблицы

План урока.

Ход урока.

Введение.

Сегодня на уроке мы с вами познакомимся с примером того, как фантастическое со временем становится реальностью.

Как известно, большинство научных изобретений были предсказаны писателями-фантастами. Например, Жюль Верн предугадал появление подводной лодки и космических полетов. Но, а на долю ученных выпало воплощение писательских фантазий в жизнь. В 1926-1927 годах Алексей Толстой написал роман «Гиперболоид инженера Гарина», в котором описал прибор страшной разрушительной силы:

«Гиперболоид концентрирует все световые лучи в "лучевой шнур" любой толщины.  Во время  первых  опытов  я брал  источником света несколько обычных стеариновых свечей.  Путем установки  гиперболоида я  доводил  "лучевой шнур" до толщины вязальной спицы и легко разрезывал им дюймовую доску. Тогда же я понял, что вся задача - в нахождении компактных и чрезвычайно  могучих источников  лучевой  энергии. Вы представляете,  какие

открываются  возможности?  В  природе  не  существует  ничего, что бы  могло

сопротивляться  силе   "лучевого  шнура"...  Здания,  крепости,   дредноуты,

воздушные корабли,  скалы,  горы, кора  земли  - все  пронижет,  разрушит,

разрежет мой луч...»

     Толстой  относился к ведущим идеям своих фантастических романов как  к  гипотезам,  которым  суждено  в  будущем  реализоваться. Наука (оптика, физика, химия) в 20-40-е

годы отвергала гипотезу Толстого.  К  примеру, профессор  Г.  Слюсарев в

книге  "О  возможном и невозможном в оптике"  (1944)  доказал, что Толстой игнорировал    законы   оптики, термодинамики и химии.

     Развитие науки  в последующие десятилетия "работало" на гипотезу  А. Н.Толстого.  В  1961  году  академик Л. Арцимович сделал такое признание: "Для любителей научной  фантастики  я хочу заметить, что игольчатые пучки атомных радиостанций представляют  собой своеобразную реализацию идеи  "Гиперболоида инженера Гарина" ("Правда", 1961, 14 июня). Академик имел в виду открытие Н.Басовым  и М. Прохоровым квантовых генераторов-лазеров, за которое советские ученые были  удостоены Нобелевской премии. Квантовая физика позволила обойти запреты  оптики.  Так художественная фантазия оказалась способной на научное провидение.

II. Основная часть.

Эйнштейн в 1916 году предсказал, что под действием падающего света атомы, находящиеся в возбужденном состоянии, могут излучать. Это излучение называется вынужденным или индуцированным. Происходит переход атома из высшего энергетического состояния в низшее, но не самопроизвольно, а под влиянием внешнего воздействия.

В 1954 году русские физики Н. Г. Басов и А. М. Прохоров и независимо от них американский ученый Ч. Таунс использовали явление индуцированного испускания для создания микроволнового генератора радиоволн, который назвали

Лазер – оптический квантовый генератор. (Аббревиатура  от  начальных букв: « Light  Amplification by Stimulated Emission of  Radiation» - что означает «усиление света с помощью индуцированного излучения».)

Свойства:

1. малая расходимость пучка,
2. когерентность,
3. большая мощность

Принцип действия:

В основе квантового излучения электромагнитных волн лежат два процесса: возбуждение индуцированного излучения и накапливание возбуждения

В обычном состоянии большинство атомов находятся в низшем энергетическом состоянии. Поэтому при низких температурах вещество не светится. При прохождении э/м через вещество ее энергия поглощается. За счет поглощения энергии волны часть атомов возбуждается, т.е.переходит в высшее энергетическое состояние. При этом от светового пучка отнимается энергия  hν=Е2-Е1, равная разности энергий между уровнями. Теперь представим себе, что мы возбудили большинство атомов. Тогда при прохождении через вещество э/м волны ν=(Е2-Е1)/ h эта волна будет не ослабляться, а усиливаться за счет индуцированного излучения. Под ее воздействием атомы согласованно переходят в низшие энергетические состояния, излучая волны, совпадающие по частоте и фазе с падающей волной.

Лазер обычно состоит из трёх основных элементов:

Источник энергии подаёт энергию в систему;

Рабочее тело— основной определяющий фактор рабочей длины волны, а также остальных свойств лазера Рабочее тело подвергается «накачке», чтобы получить вынужденное излучение фотонов и эффект оптического усиления.

Система зеркал. Оптический резонатор, простейшей формой которого являются два параллельных зеркала, находится вокруг рабочего тела лазера. Вынужденное излучение рабочего тела отражается зеркалами обратно и опять усиливается. Волна может отражаться многократно до момента выхода наружу. В более сложных лазерах применяются четыре и более зеркал, образующих резонатор. Качество изготовления и установки этих зеркал является определяющим для качества полученной лазерной системы.

Применение лазеров.

III. Закрепление: заполнить таблицу о сходстве и различии различных типов лазеров

IV.Итог

Н.Г. Басов: «Создание лазеров не только коренным образом изменило оптику, но и оказало огромное влияние на многие области современной физики, химии, кибернетики, биологии, медицины, технологии. Широкое применение лазеров означает качественное преобразование в производительных сферах общества, подобное внедрению в производство и жизнедеятельность человека электричества». Возможно, через некоторое время, то, что сейчас считается нереальным воплотится в жизнь.

.

Газовые лазеры

Лазеры на красителях

Лазеры на пара́х металлов

Твердотельные лазеры