Тема занятия: Интерференция, дифракция и дисперсия света.

Тема занятия:  Интерференция, дифракция  и дисперсия света. Вид занятия ­  смешанный. Тип занятия комбинированный. Учебные цели занятия:  раскрыть физический принцип радиотелефонной связи и  телевидение; ознакомить студентов с устройством простейшего радиоприёмника, дать  понятие радиолокации; рассмотреть  области применения радиоволн различной длины. Задачи занятия:   помочь   студентам   в  формировании   понятий   интерференция,   дифракция, образовательная:  когерентность, содействовать развитию у школьников умений использовать научные методы познания: наблюдение,   гипотеза,   эксперимент,   создать   условия   для   развития   у   обучащихся   умения структурировать   информацию,  в   целях   формирования   научного   мировоззрения   показать универсальность   понятий   интерференции,   дифракции,   дисперсии   для   любых   волновых   процессов, определить   границы   применимости   геометрической   оптики,   познакомить   учащихся   с   устройством дифракционной решетки и способом измерения с ее помощью длины световой волны; развивающая: развивать  умения применять имеющиеся знания на практике; развивать  способности анализировать, делать выводы; логически рассуждать, а в конечном итоге – способствовать развитию интеллекта и творческих способностей, развитию внимания, памяти, расширение кругозора учащихся, развитие   способностей   к   самообучению,   развитие   умения   составлять   теоретически   верные предложения, умение анализировать и делать выводы; воспитательная:  формировать познавательный интерес к физике; способствовать формированию у учащихся   уважения   к   научному   познанию   и   убеждения   в   ценности   научных   знаний   для   разных областей   человеческой   деятельности,   для   повседневной   жизни   человека;   формировать   умение слушать своих товарищей, работать в коллективе; давать самооценку, воспитывать способность к самоанализу   и   критическому   отношению   к   своим   знаниям,   стимулировать   интерес   учащихся   к самообучению и саморазвитию в процессе активной работы, воспитание усидчивости, аккуратности, внимательности   при   выполнении   работы,  содействовать   учащимся   осознать   ценность   совместной деятельности Планируемые   образовательные   результаты:   способствовать   усилению практической   направленности   в   обучении   физики,   формировании   умений применять полученные знания в различных ситуациях. Личностные:  способствовать эмоциональному восприятию физических объектов,  умению  слушать, ясно и точно излагать свои мысли, развивать  инициативу  и  активность  при решении физических задач, формировать умение  работать в группах. Метапредметные:  развивать умение понимать и использовать средства наглядности  (чертежи, модели, схемы). Развитие понимания сущности алгоритмических  предписаний и умений действовать в соответствии с предлагаемым алгоритмом. Предметные:  овладеть физическим языком, умением распознавать соединения  параллельные и последовательные, умение ориентироваться в электрической схеме,  собирать схемы. Умение обобщать и делать выводы. Ход занятия: 1. Организация   начала   урока   (отметка   отсутствующих,   проверка   готовности студентов к уроку, ответы на вопросы студентов по домашнему заданию) – 2­5 мин.        2.Актуализация знаний (Фронтальный опрос). • • Какое явление называется дисперсией света? Почему белый свет, проходя сквозь призму, разлагается в спектр? На пути белого пучка поставили красный и зеленый светофильтры, один за Почему в комнате с темными обоями темно, а со светлыми светло? Почему сигналы опасности подаются красным светом в то время, как глаз Луч какого цвета преломляется в стекле больше? • • Почему   дисперсионный   спектр   белого   света,   полученный   при   его пропускании   через   стеклянную   призму,   сжат   в   красной   части   и   растянут   в фиолетовой? • другим. Что получится на выходе? • • наиболее чувствителен к желто­зеленому свету?       3.Изучение нового материала. 3.1. Постановка познавательной задачи. Учитель:   После   дождя,   когда   мокрый   асфальт   кажется   черным,   в   местах автомобильных стоянок, где на воду в лужах пролито масло и бензин, особенно отчетливо видны блестящие пятна, отливающие всеми цветами радуги. Кто из нас не   выдувал   мыльные   пузыри.   Тонкая   пленка   мыльного   пузыря   приобретает цветную   окраску.   Эти   красивые   явления   имеют   одну   природу.   Давайте попробуем разобраться в природе этих явлений. Проведем несколько опытов. 3.2.Экспериментальная работа (работа в группах). Цель   работы:   наблюдение   интерференции   света   на   мыльной   пленке   и   на воздушной пленке. Оборудование:   стакан   с   мыльным   раствором;   проволочный   каркас   с   ручкой; спиртовка; комочек ватки на стальном стержне, смоченный раствором хлорида натрия; стеклянные пластинки – 2 шт. 1)  На проволочном каркасе получают мыльную пленку. Затем освещают пленку белым светом и обнаруживают окрашивание                                           светлых полос в спектральные цвета.  2)   Стеклянные   пластинки   начисто   протирают,   складывают   вместе   и сжимают   пальцами.  В  соприкасающихся   местах   получают   интерференционную картину.   Расположение   и   форма   полос   меняется,   если   изменять   нажим   на пластины. 3.3.Коллективное обсуждение результатов опытов под руководством учителя  (эвристическая беседа). Учитель: Проведите аналогию с механическими волнами, поведение которых мы уже знаем. Учащиеся высказывают свои предположения. 3.4.Информация   учащихся   по   новому   материалу   (Заранее   выдаются   темы сообщений наиболее подготовленным учащимся). Учитель:   Давайте   выслушаем   сообщения   учащихся,   которые   помогут   вам объяснить результаты опытов Сообщения учащихся по темам: • • • Интерференция света Интерференция в тонких пленках Кольца Ньютона 3.5.Коллективное   обсуждение   результатов   опытов   под   руководством   учителя ( эвристическая беседа). Используя полученную информацию, учащиеся объясняют результаты опытов. Учитель: Теперь давайте попробуем объяснить явления, о которых говорилось в начале урока. Учащиеся, помогая друг другу, объясняют явления. 3.6.Постановка новой познавательной задачи. Иногда,   когда   вы   едете   в   автобусе,   на   замершем   оконном   стекле   можно наблюдать красивую картину. Ледяной покров на окнах при попадании на них света   Солнца   или   фонаря   вдруг   начинает   сиять   удивительно   прозрачными   и чистыми цветами спектра. Явление это длится несколько минут, а затем исчезает вследствие увеличения толщины льда на стекле. Как объяснить это явление? Дифракция – это явление огибания волнами препятствия или отклонение от  прямолинейного распространения  волн.                                                                                                Волны на воде огибают камень, выступающий из воды, если его размеры меньше длины волны или сравнимы с ней. Точно так же волна огибает торчащий из воды прутик, как будто его нет. А вот за большим камнем, как на картинке, образуется «тень», место, где вода спокойная, без волн.  Дифракцией   обладают   и   звуковые   волны:   можно   услышать   сигнал   машины   за  углом   дома.                   Звуковые волны свободно огибают  препятствия. За большими препятствиями в ясный день образуется  тень, что подтверждает  прямолинейность распространения света.      От точечного источника за непрозрачным предметом на экране также можно увидеть четкую тень. Тень  – это место, куда не попадает свет от источника.         Дифракцию света можно наблюдать, если пропускать свет  через маленькое отверстие. Здесь можно увидеть нарушение закона прямолинейного распространения света: светлое пятно на экране против отверстия будет иметь большие размеры, чем само отверстие. Так в 1802 году Т. Юнг поставил классический опыт по  дифракции.  В   непрозрачной   ширме   он   проколол   булавкой     два   маленьких   отверстия   освещались световым пучком, идущим из отверстия А.  В  и  С,  которые В этом опыте  мы видим дифракцию, т.е. отклонение от прямолинейности распространения света. Кроме   этого     возникшая     сферическая   волна   от   отверстия  А  возбудила   в   отверстиях  В  и  С когерентные   волны.   В результате интерференции этих двух   световых волн на экране появились чередующиеся   темные   и   светлые   полосы.   Именно   с   помощью   этого   опыта   впервые   Юнгом   были измерены длины волн, соответствующие световым  лучам разного цвета,  причём,  весьма точно.      Исследование дифракции было продолжено О. Френелем, который исследовал различные случаи дифракции на опыте. В результате он выяснил, что для отчетливого наблюдения дифракции нужно либо использовать очень маленькие препятствия, либо  располагать экран далеко от препятствий        На рисунках показаны дифракционные картины от различных препятствий:  а – от тонкой проволоки,   б  – от круглого экрана.                          рис. а                              рис. б Вместо тени от проволочки видны светлые и темные полосы, в центре тени, образованной круглым   экраном,   видно   светлое   пятнышко,   а   сама   тень     окружена   светлыми   и   темными концентрическими кольцами. В 1818 году на заседании Французской академии наук известный  физик  С. Пуассон усомнился в справедливости теории  Френеля   и обратил внимание на  то, что из теории  Френеля вытекают факты, явно противоречащие здравому смыслу: если за непрозрачным диском появляется  светлое пятно, то при определенных размерах отверстия на экране  в центре светлого пятна должно находиться темное пятнышко. Каково же было удивление ученых, когда поставленные эксперименты доказали, что так и есть на самом деле!           Каково значение дифракции в жизни человека?    С   дифракцией света приходится считаться при наблюдениях мелких предметов с помощью микроскопов:   вследствие     огибания     предметов  светом    изображения   получаются   размытыми, другими   словами   явление   дифракции   ограничивает   разрешающую   способность   любого оптического прибора 2. Дифракционная решетка. Теория дифракционной решетки   Увидеть  четкую картину распределения максимумов и минимумов света   можно с помощью дифракционной   решетки,   которая   представляет   собой   совокупность   большого   числа очень   узких   щелей,   разделенных   непрозрачными   промежутками.   (Слайд19)   (запись   в тетради) Перед  вами дифракционная решетка, у которой на каждый 1 мм =10 ­3    м    приходится 100 штрихов.   Если   ширина   прозрачной   щели   равна  а,   и   ширина   непрозрачного   промежутка  b,   то величина d  = a + b  называется  периодом решетки и  в нашем случае d = l / N = 10 ­5  м  (записываем в тетради) Рассмотрим рисунок, который поможет понять картину распределения  максимумов и    минимумов света.  рис. 1 Когда на дифракционную решетку падает пучок обычного белого  света, мы увидим на экране   следующую дифракционную картину. На этом  рисунке, центральная светлая полоса ­ белая, а боковые полосы  ­ цветные, в которых четкое чередование цветов от фиолетового к красному. На ближних к  центральной светлой полосе краях спектра получаются фиолетовые полоски, а на дальних – красные.     Когда   на   дифракционную   решетку   падает   пучок   монохроматического   света  (Слайд24) (красный   от   лазерной   указки,   например),   световые   лучи,   проходя   через   щели   решетки, отклоняются   из­за   дифракции   на   различные   углы.   Эти   волны   когерентны,   поэтому   на   экране возникнет   интерференционная     картина.   В   центре   экрана   (в   точке   О)   собираются   волны   с разностью хода, равной нулю, поэтому там образуется интерференционный максимум (большое красное пятно), а в точках, где оптическая разность хода равна четному числу длин волн или нечетному, образуются красные максимумы и темные минимумы. На доске и в тетрадях делаем рисунок и соответствующие выводы: Разность хода Δd = r2 ­ r1 = d sinα,  и тогда  максимум интерференции будет наблюдаться, если   d sinα = k  минимум интерференции, если d sinα = (2k+1)  /2λ .   , λ а В этой формуле  d ­ период решетки,  k –порядок дифракционного максимума  или минимума (k = ± 1; ± 2 ...),  sinα  при малых углах равен  tg  = α y/x, где   х – расстояние от дифракционной решетки до экрана, а  у ­  расстояние от центрального максимума до любого следующего. 3. Опытное определение  длины волны красного света  Для определения длины волны нам понадобятся два штатива. Один  штатив удерживает экран с   листочком   миллиметровой   бумаги   или   бумаги     в   клетку,   в   лапке   другого,     удаленного   на некоторое расстояние от первого,  закреплена дифракционная решетка. Включаем  красный свет в лазерной указке, направляем на дифракционную решетку,   измеряем расстояния         х  и    у     до d у / х k,  находим длину волны (экран нужно первого максимума на экране и по формуле   поставить  так, чтобы свет от окна не падал на него, тогда на нем отчетливо видны максимумы и минимумы)   = λ                      =  λ d у / х k,        λ   =  10 ­5м ?0,04 м / 0,51 м = 780?10­9м  или 780 нм           Домашняя работа: Интерференция света. Интерференция в тонких пленках.  Кольца Ньютона.