Дифракция света
план-конспект урока по физике (11 класс) на тему

Этапы урока

Деятельность учителя

Деятельность учащихся

Организационный момент

Приветствие учеников.

Приветствие учителя.

Актуализация опорных знаний

В 8 классе мы изучили законы геометрической оптики . Сейчас мы с вами выяснили, что свет  имеет двойственную природу и является электромагнитной волной. Мы знаем, что электромагнитные волны существуют в колоссальном диапазоне (интервале) длин волн.

Какие явления доказывают что свет – волна? (Дисперсия, дифракция, интерференция). Немного на них остановимся.

- Различие в цвете связано с длиной волны.

- В каком порядке расположены цвета?  (Каждый охотник желает знать, где сидит фазан)

Мы выяснили, что белый свет – сложный , состоит условно из 7 цветов, для лучей различного цвета показатель преломления вещества разный, зависит от длины волны (λ наибольшая у  красного  цвета, зато наименьший n)

1. Что такое интерференция?

2. При каком условии амплитуда колебаний частиц среды в данной точке максимальна?

3. Каково условие минимума амплитуды результирующих колебаний?

4. Какие волны дают  устойчивую интерференционную картину?

1. Интерференцией световых волн называется сложение двух когерентных волн, вследствие которого наблюдается усиление или ослабление результирующих световых колебаний в различных точках пространства.

2. Если разность хода волн равна целому числу волн (т. е. четному числу полуволн), то в точке наложения этих волн образуется интерференционный максимум.

3. Если разность хода волн равна нечетному числу полуволн, то в точке наложения этих волн образуется интерференционный минимум.

4. Волны должны быть когерентными, т.е. с одинаковой частотой и разностью фаз.

Изучение нового материала

Что же это за явление, дифракция?

АНАЛОГИЯ С МЕХАНИКОЙ (огибание волнами на воде препятствий)

1. Внешние проявления явления дифракции:

- Радужная окраска компакт-диска (Показать ученикам диск).

2. Условия возникновения (проявления) дифракции

ВОПРОС: Всегда ли световые волны огибают препятствие?

Ведь если свет падает на столб, мы же видим тень от столба. Следовательно, должно быть условие, при котором мы можем наблюдать дифракцию света

        Рассмотрение  опыта  Юнга:  

Если  взять  источник  света  синего  цвета,  то  на  экране образуется  серия  синих  полос.

Это  есть  не  что  иное,  как  интерференционная  картина.  Яркие  полосы – это  максимумы.  В  центре  нулевой  максимум. Если  закрыть  одну  из  щелей,  то  картина  исчезает.  Демонстрируем  это  на  модели.

                  Может  ли  появиться  интерференционная  картина  от  одного  источника  волны?

После  получения  правильного  ответа  показываем  распространение  волны  от  первой  щели  до  экрана  с  двумя  щелями.

 Как  поведет  себя  световая  волна  после  экрана  с  двумя  щелями?

Показываем  дальнейшее  распространение   волны.   (распространение  сферических  волн  удобно показывать  используя  колесо  прокрутки  на  компьютерной  мыши).

 Что  объединяет  волны,  идущие  от  двух  щелей?

        Волны  являются  когерентными,   следовательно  при  сложении  они  дают  устойчивую  интерференционную  картину.

        Вывод:   Свет  может  огибать  препятствия,  если  их  размеры  достаточно  малы.  Также  свет  может   заходить  за  края  препятствий.  Это  явление  называют  дифракцией.  

- Дифракция света возможна только тогда, когда размер препятствия соизмерим с длиной световой волны.

3. Сущность явления дифракции состоит:

В отклонение от прямолинейного распространения волн, или огибание волнами препятствия.

4. Дифракция – это явление огибания волнами препятствия или отклонение от прямолинейного распространения  волн

5. Связь с другими явлениями:

А. Дифракция - частный случай интерференции (интерференция вторичных волн).

Б. Дифракция света – явление наблюдаемое при распространении сета вблизи непрозрачных тел, сквозь малые отверстия и связанные с отклонением от законов геометрической оптики.

В. Для отчетливого наблюдения дифракции нужно либо использовать очень маленькие препятствия, либо не располагать экран далеко от препятствия.

Дифракционная решетка (ПО П.О.Х.)

Дифракционная решётка представляет собой совокупность большого числа узких щелей шириной а, разделенных непрозрачными промежутками шириной b. Величина d=a+b называется периодом решётки. Число штрихов на 1 мм стеклянной пластины достигает тысячи, а общее число штрихов N=100000.  

        Предположим, что на дифракционную решётку падает плоская монохроматическая волна длиной . Каждая щель является источником когерентных вторичных.

Выясняем зависимость дифракционной картины от длины волны, периода решетки.

6. Вывод формулы главных максимумов в спектре дифракционной решетке при нормальном падении волн на решетку.

ВЫВОД С УЧЕНИКАМИ (через разность хода и определение синуса угла в треугольнике).

Условие главных максимумов дифракционной решетки

dsinφ = κλ

7. С помощью дифракционной решетки можно производить очень точные измерения длины волны.

С помощью данного оптического устройства можно точно определить длину волны, поэтому его применяют как диспергирующий элемент в спектральных приборах различного назначения. Дифракционная решетка применяется для выделения монохроматического света (в монохроматорах, спектрофотометрах и других), в качестве оптического датчика линейных или угловых перемещений (так называемая измерительная решетка), в поляризаторах и оптических фильтрах, в качестве делителя пучков излучения в интерферометре, а также в антибликовых очках.

Закрепление изученного материала

Решение задач (ПРЕЗЕНТАЦИЯ)

Подведение итогов. Постановка домашнего задания

• Что такое дифракция света?
• Какого условие возникновения дифракции света?
• Что такое дифракционная решетка?

1.  §71, §72

   2.  Экспериментальное задание.

Задание №1. Закоптите стекло и иглой проведите черту длиной 1-2 см. Посмотрите через полученную щель на волосок электрической лампы, расположив щель параллельно нити лампы. Приближая и отодвигая стекло от глаза, найдите такое его положение, при котором заметно явление дифракции. Дайте объяснение и сделайте вывод.

  Задание №2. Наблюдение дифракции света на диске

1. Взять диск в правую руку и приставить справа к глазу так, чтобы бороздки расположились вертикально, то есть параллельно нити лампы, а свет от лампы падал на поверхность под различными углами. Наблюдение лучше вести в затемненной комнате.
2. Сделайте вывод зависимости отчетливости и яркости полученных спектров от количества бороздок и угла падения лучей.

Контрольные вопросы:

1) Почему в центральной части спектра полученного на экране при освещении дифракционной решетки белым светом, всегда наблюдается белая полоса?

2) Дифракционные решетки имеют 50 и 100 штрихов на 1 мм. Какая из них даст на экране более широкий спектр при прочих равных условиях?

3) Как изменяется картина дифракционного спектра при удалении экрана от решетки?

4) Какие трудности встречаются при постановке дифракционных опытов и как можно их преодолеть?

5) Чем отличается дифракционный спектр от дисперсионного (призматического) спектра?

Рефлексия

Оцените свои знания, полученные на уроке.