Электромагнитная природа света. Интерференция света

Разработка урока физики в 9 классе по теме                                                                    "Электромагнитная природа света. Интерференция света"

        Цель урока: формирование учебно-познавательной компетентности обучающихся при изучении явления интерференции света.

Задачи урока:

·     формировать у обучающихся представление о свете как электромагнитной волне, доказать волновую природу света;

·     познакомить с понятием интерференции;

развивать логическое мышление в ходе эвристической беседы;

·     показать возможность использования интерференции света в современной науке и технике.

Оборудование:

·       мультимедиапроектор, экран;

·       CD-диски, линза, по две стеклянные пластины на каждом ученическом столе, граммпластинки, мыльный раствор  для мыльных пузырей, рабочие листы.

План урока

·       формулирование цели урока (2мин);

·       актуализация знаний, повторение (12 мин);

·       изучение нового материала (12 мин);

·       фронтальный эксперимент (4 мин);

·       закрепление нового материала (8 мин);

·       подведение итогов (2мин);

·       домашнее задание, комментарии (2 мин).

Ход урока:

I. Формулирование цели урока (совместно с учащимися).

II. Актуализация знаний, полученных учащимися в 8 классе.

·     Как называется раздел физики, изучающий световые явления?

·     Что такое свет?

·     Назовите естественные и искусственные источники света?

·     Назовите различные оптические явления природы.

·     Как распространяется свет в однородной прозрачной среде?

·     Приведите примеры оптических сред.

·     Сформулируйте закон отражения света.

·     Сформулируйте закон преломления света.

·     Какова природа света? (Учитель раскрывает понятие  «Световой                дуализм»).

III.  Повторение предшествующего материала – элемент эвристической беседы (учащиеся сами формулируют вопросы).

·     Что (называют интерференцией)?

Интерференция – явление характерное для волн любой природы: механических, электромагнитных. “Интерференция волн – сложение в пространстве двух (или нескольких) волн, при котором в разных его точках получается усиление или ослабление результирующей волны”.

·Каковы условия (интерференции волн)?

Для образования устойчивой интерференционной картины необходимы когерентные (согласованные) источники волн.

·Какие (волны являются когерентными)?

Когерентными называются волны, имеющие одинаковую частоту и постоянную разность фаз.

·Запишите (условия интерференционных максимумов и минимумов).

·Что представляет собой  (интерференционная картина света)?

Интерференционная картина – регулярное чередование областей повышенной и пониженной интенсивности света.

·Кто (впервые наблюдал явление интерференции света)?

IV. Изучение нового материала.

1)     Определения: «Интерференцией света называется явление наложения световых пучков, в результате которого образуется картина чередующихся светлых и темных полос».

Интерференция света – пространственное перераспределение энергии светового излучения при наложении двух или нескольких световых волн.

2) Впервые интерференцию света наблюдал английский ученый Томас Юнг в 1802 году. Сообщение учащегося по теме:  «Томас Юнг».

3) Постановка проблемной задачи: обнаружить экспериментально интерференцию света, что послужит доказательством волнового характера света.

а) Демонстрация 1. Включаются 2 настольные лампы. Учитель просит учащихся объяснить, почему не наблюдается явление интерференции?

б) Демонстрация 2. Включаются 1 настольная лампа. Явления интерференции также не наблюдают. Следуют пояснения учащихся.

Вывод:

        Интерференционная картина наблюдается в случае сложения когерентных волн, т.е. волны должны иметь одинаковую частоту и постоянную во времени разность фаз. Существует сложность получения когерентных волн от независимых источников. Чем это объясняется?

       Для получения когерентных пучков можно разделить свет от одного источника на два пучка: одна часть излучения источника может интерферировать с другой.

4) Демонстрация 3.  Интерактивная модель «Опыты Юнга».

       Светлые полосы на экране – это интерференционные максимумы, темные полосы – интерференционные минимумы. Значит, картина, которую мы наблюдали, интерференционная. Отсюда можно сделать вывод: свет имеет волновую природу.

Кроме того, Томас Юнг измерил длины волн спектра по формуле:

где  – расстояние между светлыми полосами (зависит от цвета лучей).

5) Демонстрация 4.  Наблюдение явления интерференции в мыльных пузырях. Учащиеся должны объяснить, почему возникает явление интерференции.

6) Фронтальный эксперимент. Наблюдение интерференционной картины в точках максимума и минимума. Оборудование: CD-диски.

7) Демонстрация 5.(через документ-камеру). Аналогичную картину можно увидеть в следующих случаях: бензин на воде, масляные пятна, нефтяная пленка.

Вывод: Наблюдается при малой толщине пленки.

8) Демонстрация 6.  Интерактивная модель «Кольца Ньютона».

         Для получения колец Ньютона  используется линза с очень малой кривизной, лежащая на плоской отшлифованной стеклянной пластинке. Между линзой и пластинкой около точки их соприкосновения образуется тонкий воздушный клин. Параллельный пучок света падает на плоскую поверхность линзы и частично отражается от верхней и нижней поверхностей воздушного промежутка между линзой пластинкой. При наложении отраженных волн возникают интерференционные кольца. В центре находится темное кольцо. Оно окружено чередующимися светлыми и темными кольцами, ширина и интенсивность которых убывает по мере удаления от центрального пятна. В проходящем свете наблюдается противоположная картина – центральное пятно светлое, следующее кольцо темное, затем светлое и т. д.

Расчет интерференционной картины (в отраженном свете) приводит к следующим выражениям для радиусов светлых и темных колец:

V. Применение явления интерференции.

VI. Закрепление изученного материала

Задача.

Две когерентные волны голубого света с длиной волны 500 нм достигают некоторой точки с разностью хода 3,5 мкм. Что произойдет в этой точке: усиление или ослабление волн?

Контрольные вопросы (каждый ученик получает карточку с заданием – ответить письменно на вопросы):

1.       Что такое свет?

2.       Кем было доказано, что свет – это электромагнитная волна?

3.       Какова скорость света в вакууме?

4.       Кто открыл интерференцию света?

5.       Чем объясняется радужная окраска тонких интерференционных пленок?

6.       Могут ли интерферировать световые волны, идущие от двух электрических ламп накаливания? Почему?

7.       Почему толстый слой нефти не имеет радужной окраски?

8.       Зависит ли положение главных дифракционных максимумов от числа щелей решетки?

9.       Почему видимая радужная окраска мыльной пленки все время меняется?

10.   Чем объясняется радужная окраска крыльев стрекоз?

11.   Можно ли наблюдать интерференцию света от двух поверхностей оконного стекла?

VII. Подведение итогов урока

·  Наблюдая интерференционную картину, мы доказали, что свет- это электромагнитная волна.

·  Вы узнали способы получения когерентных источников света: разделение пучка света от одного источника, а также падающий пучок и отраженный или преломленный.

·  Познакомились с общими и частными случаями интерференции: интерференция в тонких пленках, в клине и кольца Ньютона.

VIII. Домашнее задание: §53, 54

Приложение 1.

Дидактические материалы к уроку (тест).

Вариант 1.

1.                 Две световые волны являются когерентными, если…

А. волны имеют одинаковую частоту;

Б. волны имеют постоянную разность фаз;

В. волны имеют одинаковую частоту, поляризацию и постоянную разность фаз.

2.                 При каком времени запаздывания одного колебания по отношению к другому возникает максимальная результирующая интенсивность при их интерференции?

А. При времени, кратном периоду этих колебаний.

Б. При времени, кратном нечетному числу полупериодов этих колебаний.

В. Максимальная результирующая интенсивность не зависит от времени запаздывания.

3. Два когерентных источника с длиной волны  λ  расположены на разных расстояниях  l₁ и l₂ от точки А. В точке А наблюдается…

А. интерференционный максимум;

Б. интерференционный минимум;

В. определенного ответа дать нельзя.

1.                 Две когерентные волны красного света с длиной волны 760 нм достигают некоторой точки с разностью хода Δ=2мкм. Что произойдет в этой точке-усиление или ослабление волн?

А. Усиление волн.

Б. Ослабление волн.

В. Определенного ответа дать нельзя.

2.                 Разность хода между волнами от двух когерентных источников в воздухе 2 мкм. Найдите разность хода между этими же волнами в воде.

А. 2,6 мкм.

Б. 1,5 мкм.

В. 2 мкм.

Вариант 2.

1.     Воздействуют ли световые пучки друг на друга при встрече?

А. Да.

Б. Нет.

В. Определенного ответа дать нельзя.

2. При каком времени запаздывания одного колебания по отношению к другому возникает минимальная результирующая интенсивность при их интерференции?

А. При времени, кратном периоду этих колебаний.

Б. При времени, кратном нечетному числу полупериодов этих колебаний.

В. Максимальная результирующая не зависит от времени запаздывания.

3.Два когерентных источника с длиной волны λ расположены на разных расстояниях l₁ и l₂ от точки А. В точке А наблюдается…

А. интерференционный максимум;

Б. интерференционный минимум;

В. Определенного ответа дать нельзя.

4.Две когерентные волны желтого цвета с длиной волны 600 нм достигают некоторой точки с разностью хода Δ= 2мкм. Что произойдет в этой точке- усиление или ослабление волн?

А. Усиление волн.

Б. Ослабление волн.

В. Определенного ответа дать нельзя.

5.Разность хода между волнами от двух когерентных источников в воздухе 2 мкм. Найдите разность хода между этими же волнами в воде.

А. 2,6 мкм.

Б. 1,5 мкм.

В. 2 мкм.