Урок-проект «Дифракція світла»



Скачати 89.56 Kb.
Дата конвертації01.01.2017
Розмір89.56 Kb.
11 клас

Урок-проект «Дифракція світла»

Мета уроку:

- познайомити учнів з явищем дифракції світла та його практичним застосуванням в різних галузях науки та техніки;

- формувати світогляд та розвиток фізичного мислення:; розвивати знання учнів про хвильові властивості світла; підвищувати інтерес учнів до вивчення фізики;

- виховувати повагу, вміння працювати в колективі.



Обладнання:

реферати, комп’ютер з відеопроектором, електронний підручник «Фізика – 11»,

розділ 4 «Електромагнітні хвилі», § 46 Дифракція світла

Тип уроку: лекція з елементами самостійної роботи

Хід уроку.

Учень.Как все прекрасно в мире этом:

И лес, и море, и поля.

И лучше солнечного света

Вся наша милая земля.


Но как, забот иных не зная

И лишь для радости живя,

Мы что-нибудь еще узнаем,

Постигнем тайны бытия?


Наш глаз, бесспорно, не приучен

Увидеть малое в большом

(Так, угодив в поток кипучий,

Бесследно гибнет щепка в нем).


Но, независимо от воли,

Есть то, что сразу не поймешь.

К примеру, есть другое поле:

На нем не колосится рожь,

Но, как живые, электроны

По нем туда-сюда снуют,

И так же в воздухе ионы

Обозначают свой маршрут.


И есть еще другие волны:

По ним не ходят корабли,

Но, счастья или горя полны,

Приходят вести из дали.


Пусть ты не станешь гениальным…

Но, чтобы приобщиться к миру тайны,

Простое в сложном чтоб понять,

Поймешь, что надо не случайно

Науку физику всем знать.
И, глядя на потоке света

На водяную в небе пыль,

Благодаря науке этой

Из сказки можно сделать быль.


1.Актуалізація опорних знань

Учитель.

Ось такими чудовими словами ми почали наш сьогоднішній урок, який присвячений темі «Дифракція світла». Перш ніж перейти до нової теми повторимо матеріал попередніх уроків.



Бліц - опитування

1. Які хвилі прийнято вважати світловими?

2. Чому дорівнює швидкість поширення світла?

3. Що називається інтерференцією хвиль?

4. Які хвилі називаються когерентними?

5. Необхідна умова інтерференції хвиль?

6. За якої умови досягається інтерференційний максимум?

7. За якої умови досягається інтерференційний мінімум?

8. Що називається дифракцією хвиль?
2. Основна частина уроку

Комп’ютерна підтримка

Демонстрація уроку «Дифракція світла» § 46, розділ 4 «Електромагнітні хвилі»,



електронний підручник «Фізика – 11»

Учитель.

Для того, щоб глибше зрозуміти і з’ясувати важливість цього явища вам було запропоновано прийняти участь у створені проекту «Дифракція світла». Учнів класу за їх власним бажанням було поділено на окремі групи: практиків та істориків. Учні класу прийняли активну участь у створені проекту. Провели кропітку пошукову роботу при підборі матеріалів з теми, підготували чудові реферати, в яких освітили властивості дифракції світла, становлення теорії світлових явищ та практичне застосування.

Також вони підготували свої доповіді і зараз хочуть поділитися з вами своїми міркуваннями з цього приводу.

Першою буде доповідати від групи практиків Старик Юля

Група істориків повідомить як відбувалося становлення теорії про будову світла:

своє повідомлення робить Кочерга Катерина;

продовжує Пересада Олена

а також Дяченко Ірина

Про практичне застосування дифракції світла в різних галузях науки та техніки від групи практиків доповідає Колесник Ганна.

Історична довідка

1 учень

В 1665 р. італьянським вченим Грімальді були відкриті такі явища, як інтерференція та дифракція світла. В темну кімнату крізь маленький отвір він пропустив сонячне світло і в конус світла на доволі великій відстані від отвору увів палицю, напрямивши тінь від неї на білий екран. В результаті тінь від палиці виявилася ширшою, ніж вона повинна була бути при цілковито прямолінійному поширенні світла, як усередині, так і зовні, оточеній кольоровими смугами.

Звідси стало зрозумілим, що світло не тільки поширюється прямолінійно, але й проходячи поза тілом, відхиляється в сторону від тіла, а також огинає його. Таку властивість світла Грімальді назвав дифракцією. Потім, пропустивши світло через два близько розташованих отвори, він отримав на екрані два зображення, які частково перекривали одне одного, причому одна частина зображення виявилася світлішою, інша – темнішою. Із досліду Грімальді зробив такий висновок: «Освітлене тіло може зробитися темнішим, якщо до падаючого на нього світла додати нову кількість світла». Таким чином він точно охарактеризував інтерференцію світла, але так і не пояснив її.

Прямолінійне поширення світла приводило вчених до думки, що світло представляє собою потік найдрібніших частинок (корпускул), які випромінює джерело світла, що рухаються в однорідній речовині рівномірно та прямолінійно. При цьому, попавши в око корпускули викликають відчуття світла. Найбільші частинки утворюють червоне світло, найменші – фіолетове.

Такі погляди на природу світла отримали назву корпускулярної теорії або теорії випромінювання. Її прихильником був англійський фізик та математик І.Ньютон (1643-1727)
2 учень

Голландський фізик Х.Гюйгенс (1629 – 1695) був автором іншої – хвильової теорії світла, основні положення якої увійшли в сучасну фізику. Свої погляди він виклав в «Трактаті про світло», який було видано у 1690 році. Гюйгенс вважав, що корпускулярна теорія суперечить властивостям світлових променів при перетині не заважати одне одному. Дійсно, нехай промені від джерела світла, розташованого збоку від нас, перетинають промені, які ідуть до нас спереду, не дивлячись на це ми чітко бачимо предмети, які знаходяться перед нами. Отже, перетинаючись, промені світла, подібно хвилям на поверхні води, не взаємодіють одне з одним.

Гюйгенс вважав, що Всесвіт заповнений тончайшим у вищому степені рухомим пружним і легким середовищем – світовим ефіром. Якщо в будь – якому місці ефіру частинка почне коливатися (наприклад під дією джерела світла) то це коливання буде передаватися всім сусіднім частинкам і в просторі з великою швидкістю пошириться ефірна хвиля, яка матиме своїм центром першу хвилю. При попаданні в око вона викликає зорове відчуття.

Хвильові уявлення дали можливість Гюйгенсу теоретично вивести закони відбивання та заломлення світла. Він запропонував також принцип, за яким кожна точка поверхні, до якої дісталися світлові коливання, сама стає центром елементарних сферичних хвиль. Поверхня, яка доторкується до усих вторинних хвиль,представляє собою хвильову поверхню в наступний момент часу. Лінії, перпендикулярні до неї, називаються світловими променями.

Хвильова теорія Гюйгенса хоч і пояснювала явища геометричної оптики, але мала суттєві недоліки. Порівнюючи світлові хвилі із звуковими, він допускав, що світлові хвиліє прокольними і поширюються у вигляді неперіодичних «вибухових» імпульсів.

на основі таких уявлень про природу світлових хвиль не можна було пояснити явища інтерференції та дифракції світла, які обумовлені періодичністю світлових хвиль.



3 учень

Послідовником хвильової теорії був також англійський фізик Р.Гук (1635-1703). Він вважав, що світло виникає завдяки коливанням тіла, яке світиться, ці коливання передаються частинками оточуючого середовища, утворюючи в ньому сферичну хвильову поверхню, яка швидко збільшується, подібно круговим хвилям на поверхні води.

У своєму трактаті «Мікрографія» Гук уперше докладно описав інтерференційні явища, та незалежно від Грімальді, хоча й пізніше за нього, відкрив явище дифракції світла – скривлення променів при проходженні їх біля гострого краю екрану.

В 60-х роках XVII ст. почав свої оптичні досліди І.Ньютон. Його заслуги в історії розвитку оптики виключно великі. Він теоретично і експериментально досліджував всі відомі в той час оптичні явища. Результати цих досліджень та власні оптичні відкриття були описані ним в фундаментальному трактаті «Оптика», виданому в 1704 р.

Ньютона вважають захисником корпускулярної теорії світла і супротивником хвильової теорії. У зв’язку з цим слід відмітити що у своїх творах він уникав рішучих висловлювань на користь тієї чи іншої теорії, однак, корпускулярну теорію світла вважав найбільш вірогідною.

Вивчаючи дифракцію світла, Ньютон спостерігав тінь від волоса. Вона виявилася ширшою, ніж це випливало із прямолінійного поширення світла, причому по обох її сторонах утворилися темні та світлі смуги. Ньютон припустив, що світло, зустрічаючи на своєму шляху будь-яке тіло, відштовхується ним, що і викликає розширення тіні. Але, володіючи в той же час приступами, світло відхиляється в більшому або меншому степені, в результаті чого і з’являються смуги тіні.

При оцінюванні робіт Ньютона по оптиці слід врахувати наступне. Його експериментальні дослідження, відкриття, математична обробка знайдених фактів, визначення кількісних співвідношень, пояснення всіх явищ кольорів, а саме- кольорові смуги при дифракції, заломленні, інтенференціїї, виходячи із теорії про складний склад білого світла – майже все це увійшло в скарбницю науки і зберігло своє значення до наших часів.

4 учень

Практичне застосування явища дифракції світла

Дифракція світла має велике значення при виготовленні приладів для дослідження електромагнітних випромінювань атомів і молекул в спектрографах і спектрометрах, за допомогою яких здійснюється аналіз випромінювання.

В спектральних приладах з дифракційними гратками положення спектральних ліній на площині спостереження задається умовою максимумів. В одному і тому ж порядку спектра m положення спектральної лінії однозначно визначається її довжиною хвилі і лінії з різними довжинами просторово розділені.

Визначення довжини хвилі досліджуваного випромінювання в спектральних приладах найчастіше проводиться шляхом порівняння довжин хвиль двох близьких спектральних ліній (одна з яких належить еталонній речовині або випромінюванню). Положення спектральних ліній задається кутом, який визначає напрям променів.

Дифракційні решітки застосовують для аналізу складного електромагнітного випромінювання за довжинами хвиль. За довжиною хвилі, яка входить до складу даного випромінювання можна визначити склад речовини. За спектрами зірок астрономи визначають швидкість їх обертання, хімічний склад і температуру. Сучасні високоякісні решітки виготовляють із застосуванням лазерних технологій. Вони бувають прозорі та відбивні. Прозора решітка – це система, яка складається з великого числа однакових за шириною і паралельних одна одній щілин, що лежать в одній площині і відокремлені непрозорими проміжками, однаковими за шириною. У відбивних решітках роль щілин відіграють дзеркальні смужки.

Робота біля дошки

Задача

За допомогою дифракційної решітки з періодом 0,02 мм дістали дифракційне зображення першого порядку на відстані 3,6 см від центрального зображення і 1,8 м – від решітки. Знайти довжину світлової хвилі. (Відповідь : 400 нм)



Розв’язування задач

Завдання на картках у вигляді тестової перевірки знань



3. Підсумки уроку. Коментування домашнього завдання.

Оцінювання учнів.

Домашнє завдання:

§ 58, 59; Впр. 15 с.156




Умова задач до уроку «Дифракція світла»

(кожна задача оцінюється в 2,5 бали)



I варіант

Задача 1

За допомогою дифракційної решітки з періодом 0,02 мм отримали дифракційний спектр першого порядку на відстані 3,6х10-2 м від центрального зображення, а відстань від решітки до екрана 1,8 м. Визначте довжину світної хвилі.



Відповідь:

□ 0,01х10-5 м0,14х10-5 м0,04х10-5 м0,4х10-5 м



Задача 2

Дифракційну решітку освітлено світлом з довжиною хвилі 480 нм. Дифракційне зображення першого порядку утворилося на відстані 2,39 від центральної смуги. Визначте період дифракційної решітки, якщо відстань від решітки до екрана 1,2 м.



Відповідь:

□ 24 мкм10 мкм 30 мкм 13 мкм



Задача 3

При освітленні дифракційної решітки світлом, довжиною 590 нм спектр третього порядку видно під кутом 10о 12і . Визначте довжину хвилі, для якої спектр другого порядку видно під кутом 6о 18і



Відповідь:

□ 220 нм 127 нм 400 нм 550 нм



Задача 4

На дифракційну решітку з періодом 0,01 мм падає світло із довжиною хвилі 671 нм. Скільки інтерференційних смуг буде на екрані?



Відповідь:

□ 10 15 3 14


II варіант

Задача 1

За допомогою дифракційної решітки з періодом 2х10-5 отримали дифракційний спектр першого порядку на відстані 2,43х10-2 м від центрального зображення, а відстань від решітки до екрана 1 м. Визначте довжину світної хвилі.



Відповідь:

□ 5,86х10-7 м6,86х10-7 м7,86х10-7 м4,86х10-7 м



Задача 2

Визначте період дифракційної решітки, яка дає на екрані зображення першого порядку під кутом 20о при довжині хвилі 7,5х10-7 м.



Відповідь:

□ 1,2 мкм2.2 мкм 3.2 мкм 4,2 мкм



Задача 3

За допомогою дифракційної решітки, що має 40 штрихів на 1 мм, визначили довжину хвилі жовтого світла. Під час вимірювання виявилось, що четверте дифракційне зображення щілини відхилено на 6о від центрального зображення. Чому дорівнює довжина хвилі жовтого світла?



Відповідь:

□ 4,5х10-7 м 5,5х10-7 м 6,5 х10-7 м 7,5 х10-7 м



Задача 4

При освітленні дифракційної решітки світлом із довжиною хвилі 680 нм спектр другого порядку видно під кутом 8о . Визначте довжину хвилі, для якої спектр третього порядку видно під кутом 10о .



Відповідь:

□ 700 нм 332 нм 565 нм 620 нм


База даних захищена авторським правом ©lecture.in.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка