Интерференция света в тонких пленках

Задорожная С.В.

МОУ СОШ № 125 с углубленным изучением математики г. Снежинска

Тема урока:  «Интерференция света в тонких пленках  (пластинках) неравной толщины (мыльные пузыри, плоский, мыльный клин,  кольца  Ньютона)».

(11 класс, математический, урок проводится в кабинете, оборудованном АРМом учителя физики)

Цель урока:       Описать качественно и количественно наблюдаемые явления в тонких пленках (пластинках) неравной толщины.

Оборудование:  АРМ учителя физики, оцифрованный видеофрагмент «Интерференция света, отраженного от мыльной пленки» (г. Екатеринбург, УГПУ, Кренцис Р.П.),  CD-ROM АО «ИНТОС», «Курс-88», 1997г., СПбИТМО, версия 1.0,  Фрагмент «Интерференция в пленках переменной толщины (плоский клин)», графопроектор, прибор для демонстрации колец Ньютона, на партах и столе учителя стеклянные трубочки и стаканчики с мыльным раствором, круглые проволочные рамки, на столе учителя лампа мощностью 500 Вт.

Познавательные задачи:

1. Закрепить знания по  интерференции света в тонких пленках (пластинках) равной толщины.
2. Рассмотреть ход лучей естественного и квазимонохроматического света в клине на примере мыльного  и воздушного клина     (кольца Ньютона).
3. Использовать ранее изученный материал по интерференции света для качественного описания явлений в пленках (пластинках) неравной толщины и воздушном клине.
4. Вывести формулу для нахождения оптической разности хода интерферирующих лучей квазимонохроматического света для клина.

Развивающие задачи:

1. Формировать  умения

-                 применять полученные знания в новой ситуации (пленки (пластинки) неравной толщины, клин);

-                 применять ранее полученные формулы в измененной ситуации, используя методы приближения;

-                 обобщать материал при объяснении физики явления и при определении общих путей решения задач по интерференции света в природе, технике;

-                 работать с различными источниками информации (монологическая речь, физические демонстрации, видеофрагменты, анимационные схемы, чертежи и рисунки).

       2.    Развивать устную речь, внимание, память, воображение.

Воспитывающие  задачи:

1.      Воспитание культуры умственного труда, партнерских отношений;

2.      Формирование умения  видеть красоту окружающего мира, удивляться и восхищаться явлениями природы, ясностью и четкостью описания их физикой.

План урока.

1.      Постановка цели урока (цель и учебные задачи), сообщение и пояснение домашнего задания (повторить §69,70 из учебника В.А. Касьянова,  Физика 11 класс (1), записи в тетради, качественные задачи - № 1552-1558, кроме разобранных на уроке, расчетные задачи № 1588,1591 из сборника задач Г.Н. Степановой (2))

2.      Проверка домашнего задания.

§  Монологические ответы у доски на вопросы:

-                 объяснение интерференции в тонких пленках;

-                 просветление оптики.

§  Письменно по вариантам за первой партой:

1 вариант – объяснение результатов опыта Томаса Юнга.

2 вариант -  построение хода лучей в бипризме Френеля, качественное объяснение полученной картины на экране.

§  Выборочно четверо учащихся решают задачи № 1571,1576.

§  У доски проверяется домашняя задача № 1568, обязательно подробное построение хода световых лучей и вывод формулы для разности хода лучей с учетом потери половины волны при отражении луча от оптически более плотной среды (обращаю на это особое внимание, т.к. данный  факт не отражается  в учебнике В.А. Касьянова,  и не поясняется в решебнике к задачнику Г.Н. Степановой (3)).

§  Задача у доски № 1567

3.      Подведение итогов проверки домашнего задания, решения задачи №1567, переход к новой теме.

Как конечный результат проверки домашнего задания, в сознании учащихся и на  доске запечатлевается ход лучей в плоскопараллельной пластине и вывод формулы для нахождения оптической разности хода интерферирующих лучей, условие максимума и минимума интерференции.     

Если выполняется условие

то в точке О получим максимум.

Если выполняется условие

то в точке О получим минимум, где m = 0,1,2,3 и т.д.

Еще раз повторяется, что появляется в приведенной в рамочке формуле из-за того, что теряется полудлина волны при отражении света от границы раздела с оптически более плотной средой.  Если n › n_о, то потеря полудлины волны произойдет в точке А,  и в формуле перед λ/2 будет стоять знак минус, а если  n  ‹ n_{о ,} то потеря произойдет в точке В, и в формуле перед λ/2 будет стоять знак плюс (4).

Связь изученного материала с новым осуществляется через возврат к задачам  № 1567, 1568, где рассматриваются явления в тонких пленках (пластинках) равной толщины при различных вариантах изменения условий задач. Как один из вариантов – равномерное или неравномерное изменение толщины пленки (пластинки).

Как будет меняться картина?

4.      Объявление темы урока и выдвижение гипотезы.

Выдвигается гипотеза о том, что при равномерном изменении толщины пленки появятся светлые и темные полосы одинаковой ширины (в зависимости от освещения), а при неравномерном изменении толщины пленки темные и светлые разводы неправильной формы.

 Делается  попытка учащимися  качественного обоснования гипотезы.

Проверка гипотезы экспериментально:

Работа с физическими демонстрациями.

o   Опыт с выдуванием, рассматриванием (серьезное дело!) и наблюдением за  мыльными пузырями.

      Объяснение наблюдаемых явлений с точки зрения выдвинутой гипотезы.

o   Опыт с мыльным клином, полученным в рамке затянутой мыльным раствором (5). (Обязательно увидеть плывущие радужные полосы, порядок цветов, изменение толщины полос, потемнение верхней части пленки перед тем, как она лопнет.)

     Попытка объяснить все наблюдаемые явления, делая опору на чертеж, формулу для оптической разности хода лучей квазимонохроматического параллельного  пучка света, условие максимума интерференции.

o   Демонстрация похожего опыта и его объяснение в видеофрагменте «Интерференция света, отраженного от мыльной пленки» (г. Екатеринбург, УГПУ, Кренцис Р.П.

o   Демонстрация колец Ньютона через графопроектор, как пример интерференции света в воздушном клине (5).

    (Ко всем демонстрациям вопросы на доске, на которые необходимо ответить после   наблюдения:

-                 основные элементы установки?

-                 что наблюдается в опыте?

-                 почему это явление наблюдается?

-                 что можно изменить в опыте?

-                 как это отразиться на его результатах?)

   Обобщение результатов опытов на качественном уровне и, как вывод по этой части урока, подтверждение гипотезы опытным путем. 

Теоретические обоснования гипотезы.

1.      Демонстрация средствами физической анимации  и объяснение хода  лучей в клине (плоский клин, кольца Ньютона).

 Используется CD-ROM,  АО «ИНТОС», «Курс-88», 1997г., СПбИТМО, версия 1.0,  Фрагмент «Интерференция в пленках переменной толщины (плоский клин)».

2.      Выполнение чертежей  в тетради, определение условия максимума и минимума интерференции света для клина, запись формулы с учетом показателя преломления, достаточного удаления источника света, малости угла и потери половины волны от верхней или нижней поверхности клина. Для этого используется готовая формула из домашнего задания, которая преобразуется в выражение:

Полученную формулу в свою очередь, можно использовать для определения результата интерференции в точке О.

Если выполняется условие

то в точке О получим максимум.

Если выполняется условие

то в точке О получим минимум, где m = 0,1,2,3 и т.д.

3.      Анализ полученных формул, применение их к различным клинам, к естественному  и (плоскопараллельная пластина, как частный случай клина).

5.      Обобщение материала по интерференции света в тонких пленках (пластинках) равной и неравной толщины, определение условий наблюдения равномерной окраски пленки (пластинки), изменения ее цвета, цветных полос равной толщины,  колец и разводов.

6.      Закрепление материала. Разбор задач № 1555, 1556, 1562 (6).

7.      Общее подведение итогов урока.

Используемая и рекомендуемая литература

1.      Касьянов В.А.,  Физика. 11 класс, М., Дрофа, 2002г., 416с.

2.      Степанова Г.Н. , Сборник задач по физике, М, Просвещение, 2003г., 288с.

3.      Панов Н.А. и др., Домашняя работа по физике за 10-11 классы, М., Экзамен, 2001г., 320с.

4.      Годжаев Н.М., Оптика, М, «Высшая школа», 1977г., 432с.

5.      Ландсберг Г.С., Элементарный учебник физики, III том, М., Наука, 1971г., 640с.

6.      Можаев В.В., Интерференция световых волн, Журнал для старшеклассников «Потенциал»,  №3, 2006г.

7.      Гельфгат И.М. и др., 1001 задача по физике с решениями, М., Рубикон, 1997г., 592с.

8.      Касаткина И.Л. Репетитор по физике. Электромагнетизм. Колебания  и волны. Оптика. Элементы теории относительности. Физика атома и атомного ядра. Ростов-на-Дону, Феникс, 2000г., 896с.