Конспект урока на тему "ДИФРАКЦИЯ СВЕТА" (11 класс)

Тема «Дифракция света» 11 класс

Цели урока:

• образовательная – изучение волнового явления «дифракция», убеждение в том, что она свойственна свету; ознакомление учащихся с одним из способов измерения длины световой волны при помощи дифракционной решетки;

• развивающая -  развитие умений по качественному и количественному описанию дифракционной картины, навыков выделения главного, изложения данного материала; развитие внимательности, навыков сравнивать и обобщать факты;

• воспитательная – развитие мотивации изучения физики, используя интересные сведения; развитие коммуникативных навыков; умение слушать своих одноклассников.

Формируемые УУД:

Предметные : усвоить роль эксперимента и измерения в научном познании в теории электромагнитных волн на примере волновых свойств света.

Метапредметные: выражать с достаточной полнотой и точностью свои мысли; рационально планировать свою работу, добывать недостающую информацию с помощью вопросов; находить взаимосвязь явлений и их причинную обусловленность; осознавать себя как движущую силу своего научения, свою способность к преодолению препятствий и самокоррекции.

Личностные: формирование целостного мировоззрения, соответствующего современному уровню развития науки и общественной практики.

Тип урока: комбинированный

Оборудование : компьютер или мультимедийная установка; демонстрационные и лабораторные приборы по волновой оптике; портреты ученых на магнитной доске; прибор для измерения длины световой волны.

Ход урока

I. Организационный момент.

II. Повторение.

а) Фронтальный опрос

1. Вспомните, что называется интерференцией света.

2. При каких условиях наблюдается интерференция света.

3. Приведите примеры интерференции света (интерференция в тонких пленках, кольца Ньютона).

4. Где находит применение интерференция света.

б) Найдите соответствие (с помощью мультимедийной установки на экран проецируется задание).

Взаимопроверка.

Ребята, оцените, с каким багажом знаний вы пришли на урок. Выберите ту цифру, которая соответствует вашим знаниям по теме.

3 4 5

III. Изучение нового материала.

1. Дифракция вокруг нас

Свет хорошо знаком каждому с детства и имеет огромное значение для жизни человека. Достаточно сказать, что примерно 90% информации мы получаем с помощью зрения.

В современной физике считается общепринятым, что свет проявляет свойства как волн, так и потока частиц (фотонов). При этом обыденные, очевидные свойства света: прямолинейность распространения, отражение от зеркальной поверхности - проще объяснить и понять, пользуясь понятием о свете как о потоке частиц. Для описания этих свойств пользуются понятием световой луч и законами геометрической оптики.

Волновые свойства света не столь очевидны. В большинстве случаев нужны специальные условия для наблюдения волновых эффектов

Итак, свет может интерферировать. Это еще одно доказательство в пользу волновой природы света. Рассмотрим еще одно явление.

Опыт: В куске картона сделайте иглой отверстие и посмотрите через него на раскалённую нить электрической лампы. Что вы видите? Объясните.

Свет заходит в область тени и затем распространяется во всех направлениях.

Рис 5.28 на стр 137 – явление дифракции наблюдаем.

Рис 5.30 на стр 137 – не наблюдаем явление дифракции( существует условие дифракции)

Дифракция

Для механических волн – огибание припятствия.

Для световых волн – отклонение от прямолинейного распространения света.

Дифракцию можно наблюдать для любых волн: электромагнитных (в том числе световых), упругих (звуковых), волн на поверхности воды. Наиболее заметно дифракция проявляется в условиях, когда размер препятствия соизмерим с длиной волны. Именно поэтому явление дифракции нагляднее всего демонстрируется с помощью волн на поверхности воды, которые имеют размер, заметный невооруженным глазом.        

Часто волны встречают на своем пути небольшие препятствия. Соотношение между длиной волны и размером препятствий определяет в основном поведение волны.

Превым наблюдал явление дифракции и интерференции в середине 17 века Гримальди, но не объяснил эти явления.

Френель построил количественную теорию дифракции.(Если свет проходит малое отверстие, то в центре темное пятно. Если малое препятствие, то в центре наблюдаем светлое пятно.)

Демонстрация: 

а) наблюдение огибания волнами препятствий (наблюдение дифракции волн на поверхности воды.

Вывод: На видеофрагменте представлен опыт в волновой ванне. Видно, что плоская волна, проходя через малое отверстие, становится круговой расходящейся волной и проникает в область, закрытую препятствием, то есть огибает его. Если размер объекта (отверстия или препятствия) заметно меньше длины волны, то волна с ним не взаимодействует.

б) наблюдение нарушения закона прямолинейного распространения  света.

Вывод: Неоднородность среды (поверхности препятствий) нарушает целостность фронта волны, распространяющейся от источника, вызывает отклонение от распространения волн от законов геометрической оптики, или дифракцию.      

Дифракционная решетка – совокупность прозрачных и непрозрачных полос.

d – период дифракционной решетки. - - - - - - - -(d- одна прозрачная и одна непрозрачная линия).

Школьные дифракционные решетки содержат 50 или 100 штрихов на 1 мм. Современные решетки 6 тыс штрихов на 1 мм.

Теория дифракционной решетки.

Сколько штрихов, столько имеем когерентных источников света. Лучи будут интерферировать при определенном угле падения. Под углом φ к первоначальному направлению. Выберем направление, под которым наблюдается max.Рассмотрим два соседних луча.

Условие max или основная формула дифракционной решетки:

d * sin φ = k *λ

    Если дифракционную решетку освещают монохроматическим светом, то наблюдают эти монохроматические светлые и черные полосы.

Если дифракционную решетку освещают белым светом, то наблюдаем дифракционный спектр.

sin φ = ; (λ и φ – увеличиваются).

Дифракционный спектр фиолетовый – красный

Дисперсионный спектр – красный – фиолетовый

Диапазон длин волн:

λ _кр = 8 * 10^-7 м

λ _ф = 4 * 10^-7 м

Условие дифракции: Д ² = L * λ

Д – размер препятствия,

L – расстояние, на котором наблюдается дифракция.

Значение изучения явления дифракции:

Дифракция показала границы применимости геометрической оптики.

Волновая оптика объясняет более широкий круг явлений, геометрическая оптика составляет частный случай волновой оптики.

IV. Закрепление. Решение задачи по данной теме.

Монохроматическим светом освещают дифракционную решетку, у которой 100 штрихов на 1 мм. Расстояние до экрана 2 м. Какова длина волны света, если расстояние на экране между максимумами первого порядка равно 22 см.

Дано: Решение

l = 1 мм Дифракционная решетка

N = 100

а = 2 м

с = 22 см Экран

к = 1

ВС = с / 2

λ - ? d * sin φ = k *λ ;

при малых углах sin φ = tg φ = BC / а;

sin φ = 0,11/ 2 = 0,055

λ = ( d *sin φ) / к

λ = ( 0,01 * 10^-3 *0,055) / 1 = 55 * 10 ^-8 = 550 нм

Ответ: λ = 550 нм.

V. Рефлексия. Подведение итогов занятия.

При подведении итогов урока можно ответить на вопросы:

1. Что такое дифракция света?

2. Каково условие возникновения дифракции света?

3. Что такое дифракционная решетка?

Учитель: Продолжите фразы:

• Сегодня на уроке я узнал…

• Больше всего мне сегодня запомнилось…

• Самым интересным было…

• Очень трудно было…

( Оценивание учащихся не проводится, что позволяет ребятам более свободно высказывать свои суждения, а учитель получает реальную картину уровня понимания материала).

VI. Информация о домашнем задании, инструктаж по его выполнению.

1. § 56-58, задачи А3,А4 стр 220.( учебник Г.Я.Мякишев, Б.Б. Буховцев и др, 11 класс)

2. Экспериментальное задание:

Посмотрите на нить электрической лампы через птичье перо, батистовый платок или капроновую ткань. Что вы наблюдаете? Объясните.

В куске картона сделайте иглой отверстие и посмотрите через него на раскалённую нить электрической лампы. Что вы видите? Объясните.

1. Дополнительно:

На дифракционную решетку, имеющую 500 штрихов на каждом миллиметре, падает свет с длиной волны 450 нм. Определите наибольший порядок максимума, который дает эта решетка