ДИФРАКЦИЯ СВЕТА. ДИФРАКЦИОННАЯ РЕШЕТКА

11 класс                                                             Урок ____                                                      Дата  ________

ДИФРАКЦИЯ СВЕТА. ДИФРАКЦИОННАЯ РЕШЕТКА

Цель: познакомить обучающихся с дифракцией света, дифракционной решеткой

Планируемые результаты

Предметные:

Ø сформировать представление о дифракции света, как о явлении, подтверждающем волновую теорию света; называют условия возникновения дифракции света;

Ø знать устройство, назначение и применение дифракционной решетки;

Ø получат опыт решения задач на применение формулы дифракционной решетки

Метапредметные:

Ø расширение представлений о физической картине мира; понимать возможность применения физических законов в природе и жизни человека;

Ø воспитание интереса к практическому познанию явлений окружающего мира

Личностные:

Ø  формирование целостного мировоззрения, соответствующего современному уровню развития науки и общественной практики;

Ø  развивать способности анализировать, творческое воображение, устанавливать причинно-следственные связи в изучаемых явлениях, формулировать эмпирические закономерности;

Ø  формирование практических умений при решении задач

Тип урока: урок открытия новых знаний

Оборудование: ПК, интерактивная доска; дифракционная решетка, лазерная указка; набор тел для наблюдения дифракции: компакт-диски, гусиные перья, лоскутки капроновой ткани

ХОД УРОКА:

       I.            Организационный этап

    II.            Актуализация знаний     Фронтальный опрос

1.      Что такое интерференция?  

2.      Какие волны дают  устойчивую интерференционную картину?

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

4.      Каково условие минимума амплитуды результирующих колебаний?

5.      Почему возникают радужные пятна на поверхности воды?

6.      Назовите несколько применений  интерференции.

 III.            Мотивация. Этап постановки целей и задач урока

«Человек раскрывается в борьбе с препятствиями. Но, чтобы преодолетьих, ему необходимы орудия».

Антуан де Сент-Экзюпери

– Какое препятствие стояло перед учеными, основоположниками волновой теории природы света?

Определение длины волны. Эту задачу удалось решить при помощи дифракционной решетки.

– Какова тема сегодняшнего урока?

– На какие вопросы вы хотели бы ответить на сегодняшнем уроке?   Узнать …  Научиться …

 IV.            Открытие новых знаний

1. Дифракция света

Интерференция и дифракция – явления, подтверждающие волновую природу света.

Дифракция – огибание волнами краёв препятствий или отклонение от прямолинейного распространения  волн – присуща любому волновому движению. Волны на воде огибают камень, выступающий из воды, если его размеры меньше длины волны или сравнимы с ней. Дифракцией обладают и звуковые волны: можно услышать сигнал машины за углом дома. Звуковые волны свободно огибают  препятствия.

Но наблюдать дифракцию света нелегко, так как волны отклоняются от прямолинейного распространения на заметные углы только на препятствиях, размеры которых сравнимы с длиной волны, а длина световой волны, как мы с вами знаем, очень мала.

В 1802 г. Томас Юнг, поставил опыт по дифракции.   Видеофрагмент

Френель завершил в своих работах исследования дифракции. Он разработал количественную теорию дифракции, позволяющую в принципе рассчитать дифракционную картину, возникающую при огибании светом любых препятствий. Учёный впервые объяснил прямолинейное распространение света в однородной среде на основе волновой теории.

Принцип Гюйгенса: каждая точка поверхности, достигнутая световой волной, является вторичным источником световых волн. Огибающая вторичных волн, становится волновой поверхностью в следующий момент времени.

Дифракционные картины от различных препятствий:

Ø  если свет проходит малое отверстие, то в центре темное пятно

Ø  если малое препятствие, то в центре наблюдаем светлое пятно.

Значение дифракции в жизни человека

1)      С дифракцией света приходится считаться при наблюдениях мелких предметов с помощью микроскопов: вследствие огибания очень мелких тел светом изображения получаются размытыми, т.е. дифракция ограничивает разрешающую способность любого оптического прибора.

2)      Дифракция показала границы применимости геометрической оптики. Волновая оптика объясняет более широкий круг явлений, геометрическая оптика представляет частный случай волновой оптики.

с  помощью  микроскопов:  вследствие    огибания    предметов  светом    изображения

получаются  размытыми,  другими  словами  явление  дифракции  ограничивает

разрешающую способность любого оптического прибора

с  помощью  микроскопов:  вследствие    огибания    предметов  светом    изображения

получаются  размытыми,  другими  словами  явление  дифракции  ограничивает

разрешающую способность любого оптического прибора

2. Дифракционная решётка

На явлении дифракции основано устройство оптического прибора – дифракционной решётки.

Дифракционная решётка представляет собой совокупность большого числа очень узких щелей, разделённых непрозрачными промежутками. Решетка изготавливается с помощью специальной делительной машины. Число штрихов может доходить до нескольких тысяч.

Если ширина прозрачных щелей равна а, и ширина непрозрачных промежутков равна b, то величина d = а + b называется периодом решётки. Обычно период дифракционной решётки порядка 10 мкм.

D d = d sinj – формула дифракционной решетки;         → d sinj = kl

D d = kl – условие max;

Число k определяет номер дифракционного спектра. При использовании белого света все максимумы (кроме центрального) имеют радужную окраску.

Применение: Дифракционную решетку используют для определения длины световой волны (первым это сделал Т. Юнг), для изучения структуры вещества.

Демонстрация дифракционного спектра с помощью компакт-дисков, гусиных перьев, лоскутков капроновой ткани

ФИЗМИНУТКА

    V.            Включение нового знания в систему

1)      Дифракционная решетка освещается монохроматическим зеленым светом. При освещении решетки монохроматическим красным светом картина дифракционного спектр…

     А. сузится;  Б. расширится;   В. исчезнет;   Г. не изменится

Условие дифракционных максимумов дифракционной решетки имеет вид d sinj = kl, где d – период  решётки, j – направление на k-й максимум. Красный свет имеет большую длину волны, чем зеленый свет, следовательно, дифракционная картина расширится (угол, под которым наблюдается k-й максимум становится больше).

2)      Свет какого цвета располагается дальше всего от центра дифракционной картины?

А. Красного     Б. Зеленого    В. Фиолетового

3)      № 1170. Как изменяется картина дифракционного спектра при удалении экрана от решетки?

Из формулы d sinj = kl: при удалении экрана угол j не меняется → расстояние между max на экране увеличивается.

4)      В школе есть дифракционные решетки, имеющие 50 и 100 штрихов на 1 мм. Какая из них даст на экране более широкий спектр при прочих равных условиях?

sinj = kl/ d → sinj₂ / sinj₁ = d₁/ d₂ = 2.       У второй

Вывод: Чем больше штрихов нанесено на решетке, тем дальше друг от друга находятся дифракционные спектры и тем меньше ширина каждой линии на экране, поэтому максимумы видны в виде раздельных точек, т.е. разрешающая сила решетки увеличивается.

5)      № 1171. Дифракционная решетка содержит 120 штрихов на 1 мм. Найти длину волны монохроматического света, падающего на решетку, если угол между двумя спектрами первого порядка равен 8°.

 VI.            Домашнее задание

Ø  Изучить §§ 56, 58. Прочитать § 57

Ø  Выполнить зад. ЕГЭ (2, 3)

VII.            Подведение итогов          Рефлексия

Ø  С каким новым свойством света мы сегодня познакомились?

Ø  О каком оптическом приборе мы узнали?

Ø  Чему научились на уроке?

Сегодня нам представилась возможность воспользоваться замечательным «орудием» для определения длины световой волны и вы убедились в том, что можно преодолевать многие препятствия на вашем пути.

Ø     С каким волновым свойством света мы сегодня познакомились?

Ø     •  О каком  оптическом приборе мы узнали?

Ø     •  Чему научились на уроке?

Ø     С каким волновым свойством света мы сегодня познакомились?

Ø     •  О каком  оптическом приборе мы узнали?

Ø     •  Чему научились на уроке?

Ø