Урок решения задач по теме «Дифракция света»

Урок № 30/ 6. Урок решения задач по теме «Дифракция света»  Класс: 11  Цели урока: образовательные:  способствовать   формированию   умения   применять теоретические   знания   о   дифракции   волн   при   решении   задач   в   условиях интерактивной деятельности; развивающие:  создать условия для развития способностей учащихся к синтезу и анализу, для развития творческого мышления, для установления межпредметных   связей   посредством   практического   применения   знаний   по математике при решении задач по физике; воспитательные:  способствовать   воспитанию   аккуратности   при оформлении   чертежей   и   решений   задач,     формированию   ответственности, самостоятельности в принятии решений, развитию коммуникативных умений учащихся.     Тип урока: урок решения задач.        Принадлежности:  тетради и ручки, учебники, раздаточный материал   с условиями задач.      Этапы урока     1. Организационный этап (2 мин)      2. Фронтальный опрос (5 мин)     3. Решение задач (18 мин) 4. Решение качественных задач (10 мин)     5. Рефлексия, подведение итогов (3 мин)     6. Домашнее задание (5 мин)     Ход урока 1. Организационный этап        Проверка   готовности   к   уроку   учащихся   и   рабочих   мест.   Проверка   посещаемости   учащимися   занятия.  Объяснение   учащимся   плана   работы   на уроке.     2. Фронтальный опрос Учитель: Какое физическое явление называют дифракцией света? Учащийся: дифракцией –  называют совокупность явлений, наблюдаемых при   распространении   света   в   среде   при   наличии   резких   неоднородностей (вблизи границ непрозрачных или прозрачных тел, сквозь малые отверстия) и связанных с отклонениями от законов геометрической оптики.  Учитель: При каких условиях наблюдается дифракция света? Учащийся: для проявления дифракции размеры препятствий должны быть меньше или сравнимы с соответствующей длиной волны. Учитель: Какое устройство называют дифракционной решеткой? Учащийся:  Дифракционной   решеткой   называют   оптический   прибор, представляющий   совокупность   многих   параллельных   друг   другу   щелей   и предназначенный для очень точного измерения длин волн в спектре. Учитель:  Зависит   ли   положение   главных   максимумов   в дифракционном спектре от числа щелей в дифракционной решетке? Учащийся: по мере увеличения числа щелей   в дифракционной решетке максимумы   на   экране   становятся   более   узкими,   а   расстояние   между соседними максимумами увеличивается. Учитель: Что означает термин «дифракционная картина»? Учащийся: Дифракционная картина – система чередующихся светлых и темных колец, если препятствие круг или отверстие, или темных и светлых полос, если препятствие – одиночная щель или дифракционная решетка.      3.1 Решение задач  Задача 1 Дифракционная решетка содержит n = 200  штрихов на 1 мм. На решетку падает нормально монохроматический свет ( = 0,6 мкм). Максимум какого наибольшего порядка формируется этой решеткой? Дано:  = 0,610–6 м n = 200 мм–1 kmax – ? Решение: Период дифракционной решетки найдем из формулы                  n = 1 / d.                              (1) Отсюда следует, что:                            .    (2) d /1 n Для   определения   числа   максимумов,   формируемых дифракционной   решеткой,   вычислим   сначала   максимальное значение  kmax,   исходя   из   того,   что   максимальный   угол отклонения лучей решеткой не может превышать 90 .  Постоянная решетки d, длина волны  и угол отклонения ,  В В В В соответствующий k­му дифракционному максимуму, связаны  соотношением:                                   d sin  = k.                            (3) Пусть  = 90  – максимальный угол отклонения лучей  решеткой. Отсюда      k max  sind  /  1050 ,  5 / 60 ,  10  6  38 , .           (4) Может ли число k быть не целым? Число k обязательно должно быть целым. В то же время оно  не может принять значение, равное 9, так как при этом  значении sin  должен быть больше единицы, что невозможно.  Следовательно, kmax = 8. Ответ: kmax = 8. Задача 2 На   дифракционную   решетку,  содержащую  n  =   100  штрихов   на   1  мм, падает нормально монохроматический свет. Зрительная труба спектрометра наведена   на   максимум   третьего   порядка.   Чтобы   навести   трубу   на   другой максимум того же порядка, ее нужно повернуть на угол  = 20. Определите длину волны света . Дано: n = 100 мм  = 20  k = 3 Решение:   Период дифракционной решетки найдем из формулы  n = 1 / d. Отсюда d  1 n/  1 / 5 10  10 5 м. См. замечание выше. Максимумы интенсивности света одного порядка  при дифракции на дифракционной решетке находятся  на одинаковом расстоянии от центрального  максимума. Под равными ли углами  дифракции они будут наблюдаться? Наблюдаются под одинаковыми по модулю  углами дифракции :  d  ∙ sin  = k.                                    (1) По условию задачи, чтобы навести трубу на  другой максимум того же порядка, ее нужно повернуть на угол  = 20. Следовательно, угол  дифракции  =  / 2 = 10. См. замечание выше.Тогда из уравнения (1) длина волны света равна   d  sin k  5 10   10  sin 3  ,0  10 0578  5  580 нм.  Ответ: 580 нм Задача 3 На   дифракционную   решетку   в   направлении   нормали   к   ее поверхности   падает   монохроматический   свет.   Период   решетки     =   2   мкм.   Определите   наибольший   порядок   дифракционного d максимума,   который   формирует   эта   решетка   при   использовании красного (λ1  = 0,7мкм) и фиолетового (λ1  = 0,41мкм)   света. Сколько дифракционных максимумов формируется в каждом случае? Дано: λ1=0,7мкм  = 2 d λ1=0,41мк м   maxm Решение:   Из формулы для определения положения главных  максимумов дифракционной решетки выразим  порядок  m  дифракционного максимума: ,     (1) m   sind  где  d  – период решетки;   – угол дифракции;   –   длина волны монохроматического света. Так как   не может быть больше 1, то число    не может быть больше  , т.е. . (2) m d  Подставляя в формулу (2) значения величин,  получим: m ≤2/0,7 = 2,86 (для красных лучей); m ≤2/0,41 = 4,88 (для фиолетовых лучей). Каков же наибольший порядок  дифракционного максимума при наблюдении в  красном и фиолетовом свете? Если учесть, что порядок максимумов является  целым числом, то для красного света  = 2, для  maxm фиолетового  = 4. maxm Число максимумов равно  N  m 2 max  1 . Ответ: при использовании красного света  = 2,  maxm N = 5;  фиолетового  –  = 4, N = 9. maxm 4. Решение качественных задач Задача 1.              Если стать на горе спиной к солнцу и посмотреть в  расстилающийся перед вами густой туман, то можно увидеть радужную  каёмку (или замкнутое кольцо) вокруг тени головы. Почему возникает  ореол, как в нём расположены цвета? Ответ:  Ореол   возникает   вследствие   обратного   (в   сторону   источника) рассеяния света каплями воды, размеры которых соразмерны длине световой волны. Возвращающийся свет входит в каплю сбоку и сбоку же, но с другой стороны, выходит, претерпевая внутри капли отражение, а также огибая её вдоль поверхности (дифракция). Угол обратного рассеяния зависит от длины волны, поэтому образуются окрашенные кольца; так как угол зависит и от размера     капель,   то   кольца   появляются,   только   если   капли   не   сильно отличаются по размерам. Задача 2 Иногда возникают перламутровые облака, имеющие очень красивые тона. Они редки и наблюдаются только в высоких широтах. После захода солнца они настолько яркие, что отраженный от них свет окрашивает снег. Каковы особенности этих облаков? Ответ: Перламутровые облака располагаются на очень большой высоте и состоят   из   капель,   радиусы   которых   (0,1–3   мкм)   близки   к   длине   волны видимого   света.   На   этих   каплях   происходит   дифракция   света,   которая зависит   и   от   радиуса   капли   и   от   длины   волны.  Белый   свет   разлагается   в спектр, вследствие чего освещенный им снег кажется окрашенным. Задача 3 При   изготовлении   искусственных   перламутровых   пуговиц   на   их поверхность наносят мельчайшую штриховку. Почему после такой обработки пуговица имеет радужную окраску? Ответ:  Пуговица   выполняет   функции   дифракционной   решетки: отражаясь от нее, свет интерферирует, давая эффект радужной окраски. 5.Рефлексия 1 Какими были цели вашей деятельности на уроке? 2 Достигнуты ли они? 3 Почему вы так считаете? 4 Каковы ваши личные достижения за урок? 5 Можно ли было работать еще эффективнее? 6 Что для этого нужно? 7 Чью работу вы хотели бы особенно отметить? 8 Какие пробелы вы обнаружили в своей теоретической подготовке по  теме «Дифракция волн» и по математике? 9 Каким должно быть ваше личное домашнее задание?  6. Домашнее задание На следующем уроке мы будем писать самостоятельную работу по теме «интерференция   и   дифракция   света».   Для   успешного   её   написания,   вам требуется повторить ранее изученный материал по данным темам, а также   в целях закрепления знаний.