Конспект урока по физике на тему "Дифракция света" (11 класс)

Название предмета	Физика
Класс	11
УМК	Физика. 11 класс. В.А. Касьянов (базовый уровень), 2014 год
Уровень обучения	базовый
Тема урока	Дифракция света
Общее количество часов, отведённое на изучение темы	1
Место урока в системе уроков по теме	5 урок по теме «Волновые свойства света», 7 часов
Цель урока	познакомить обучающихся с явлением дифракции света, как доказательством волновых свойств света.
Задачи урока	Обучающие: изучить явление дифракции света, устройство дифракционной решетки.
	Развивающие: развивать логическое мышление при объяснении причин наблюдаемых явлений.
	Воспитательные: воспитание интереса к явлениям природы.
Планируемые результаты	Знание понятий: дифракция, дифракционная картина, дифракционная решетка, условие дифракции. Умение объяснять: возникновение дифракционной картины, положение дифракционных максимумов и минимумов.
Техническое обеспечение урока	Компьютер, мультимедийный проектор или интерактивная доска, демонстрационный набор «Волновая оптика»
Дополнительное методическое и дидактическое обеспечение урока	БНПЭ Физика от Кирилла и Мефодия

Содержание урока

1.                  Организационный этап.

Приветствие обучающихся. Проверка явки и готовности обучающихся к уроку.

2.                  Проверка домашнего задания.

а) Фронтальный опрос

1.      Вспомните, что называется интерференцией света.

2.      При каких условиях наблюдается интерференция света.

3.      Приведите примеры интерференции света (интерференция в тонких пленках, кольца Ньютона).

4.      Где находит применение интерференция света.

б) Найдите соответствие (с помощью мультимедийной установки на экран проецируется задание).

n	Частота	Безразмерная величина
	Скорость света	м
T	Длина волны	м/с
	Разность хода	с
	Показатель преломления	Гц
c	Период	м

Ребята, оцените, с каким багажом знаний вы пришли на урок. Выберите тот мешок, который соответствует вашим знаниям по теме «Волновая природа света».

1. 2. 3.

3.      Актуализация знаний.

Все помнят опыт из курса физики 8 класса. Если направить свет на предмет, то предмет отбрасывает тень на экран, помещенный за предметом (слайд). Ширма с отверстием, поставленная на пути светового пучка напротив дает только отчетливое светлое пятно, повторяющее контуры отверстия (повторение понятий: световой луч, тень, прямолинейность распространения света).

А что произойдет со светом, если размеры предмета или отверстия значительно уменьшить? Может ли свет огибать предметы?

Обратимся к эксперименту. Свет, встретившись с преградой в виде моей ладони, не может проникнуть за нее, поэтому ладонь отбрасывает тень. Это легко объясняется с точки зрения прямолинейности распространения света.

Что будет, если на пути луча поставить преграду малых размеров? Проверим.

Что произошло? Свет обогнул преграду. 

4.      Постановка цели и задач урока. Мотивация учебной деятельности обучающихся.

Свет хорошо знаком каждому с детства и имеет огромное значение для жизни человека. Достаточно сказать, что примерно 90% информации мы получаем с помощью зрения.

В современной физике считается общепринятым, что свет проявляет свойства, как волн, так и потока частиц (фотонов). При этом обыденные, очевидные свойства света: прямолинейность распространения, отражение от зеркальной поверхности - проще объяснить и понять, пользуясь понятием о свете как о потоке частиц. Для описания этих свойств пользуются понятием световой луч и законами геометрической оптики.

Волновые свойства света не столь очевидны. В большинстве случаев нужны специальные условия для наблюдения волновых эффектов

Доказательством в пользу волновой природы света является интерференция – явление, изученное нами на прошлом уроке. Сегодня на уроке мы рассмотрим еще одно явление, иллюстрирующее волновую природу света. В эксперименте мы пришли  к выводу, что свет может огибать препятствия – это явление называется дифракция.

5.      Первичное усвоение новых знаний.

В книге, итальянского священника, физика и астронома Ф. Гримальди, описываются опыты по пропусканию тонкого солнечного луча через маленькое отверстие, взаимодействию светового луча с различными препятствиями. Гримальди пришел к выводу, что световой луч может огибать преграду небольших размеров. В этом и заключается явление дифракции. Дифракцией называется явление огибания волнами препятствий. Лишь спустя почти два века физическую интерпретацию и количественную оценку данному явлению дали Томас Юнг и Огюстен Френель.

Дифракцию можно наблюдать для любых волн: электромагнитных (в том числе световых), упругих (звуковых), волн на поверхности воды.

Да, это звучит невероятно, и вериться с трудом, и не только вам.

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!

Наиболее заметно дифракция проявляется в условиях, когда размер препятствия соизмерим с длиной волны. Именно поэтому явление дифракции нагляднее всего демонстрируется с помощью волн на поверхности воды, которые имеют размер, заметный невооруженным глазом.   

Демонстрация: наблюдение огибания волнами препятствий (наблюдение дифракции волн на поверхности воды, с использованием анимации из БНПЭ Физика от Кирилла и Мефодия);

Вывод: На видеофрагменте представлен опыт в волновой ванне. Видно, что плоская волна, проходя через малое отверстие, становится круговой расходящейся волной и проникает в область, закрытую препятствием, то есть огибает его. Если размер объекта (отверстия или препятствия) заметно меньше длины волны, то волна с ним не взаимодействует.

Дифракционные явления были хорошо известны еще во времена Ньютона, но объяснить их на основе корпускулярной теории света оказалось невозможным. Первое качественное объяснение явления дифракции на основе волновых представлений было дано английским ученым Т. Юнгом.

В 1802 г. Т. Юнг, открывший интерференцию света, поставил классический опыт по дифракции света. Независимо от Юнга французский ученый О. Френель развил количественную теорию дифракционных явлений (1818 г.). В начале 19 века Френель не только повторяет опыты Гримальди, но и исследует дифракцию света, объединяя его с принципом Гюйгенса, с идеей интерференции вторичных волн, известного сегодня как принцип Гюйгенса-Френеля. В основе данного принципа лежит идея об интерференции вторичных волн. Принцип Гюйгенса в его первоначальном виде позволял находить только положения волновых фронтов в последующие моменты времени, т. е. определять направление распространения волны. По существу, это был принцип геометрической оптики. Гипотезу Гюйгенса обогибающей вторичных волн Френель заменил физически ясным положением, согласно которому вторичные волны, приходя в точку наблюдения, интерферируют друг с другом.

В настоящее время хорошо известно, что если свет встречает на своем пути препятствие, он огибает его. Независимо от того - что это за препятствие (объект): отверстие или наоборот преграда, дифракция происходит на его границах, и проявления дифракции наиболее заметны, когда размеры препятствия сопоставимы с длиной световой волны. Дифракция может происходить и на прозрачных объектах, не поглощающих свет (такие объекты часто встречаются в биологии) и на объектах, отражающих свет (например, металлические сферы).

Условие для существования устойчивой дифракционной картины.

 - длина волны;

D - размер препятствия;

l - расстояние от препятствия до точки наблюдения результата дифракции (дифракционной картины).

Демонстрационный эксперимент. Получим с помощью демонстрационного оборудования «Волновая оптика» дифракционные картины от различных препятствий.

Дифракционная решетка.

Из–за слабой видимости дифракционной картины и значительной ширины дифракционных максимумов на одной щели в физическом эксперименте используется спектральный прибор – дифракционная решетка.

Главные максимумы будут наблюдаться под углом α_max, определяемым условием:

dsinα=n

d- период дифракционной решетки;

n- порядок максимума;

α - угол под которым наблюдается    максимум дифракционной решетки;

- длина волны.

Наблюдаем, дифракционные спектры с помощью дифракционной решетки (используем приборы для данной демонстрации из комплекта по волновой оптике).

6.      Первичная проверка понимания.

Решение качественных задач.

1) Подумайте, как можно быстро изготовить дифракционную решетку. Пронаблюдайте. Почему такая решетка считается «грубой».  (Ответ: Если посмотреть сквозь ресницы глаз на яркий свет, то можно наблюдать спектр. Ресницы глаз можно считать «грубой» дифракционной решеткой, так как расстояние между ресничками глаза достаточно большое).

2) (Демонстрация лазерного диска). На поверхности лазерного диска видны цветные полоски. Почему?

7.      Первичное закрепление.

Решение количественных задач.

1. На дифракционную решетку, имеющую 500 штрихов на каждом миллиметре, падает свет с длиной волны 450 нм. Определите наибольший порядок максимума, который дает эта решетка (задача решается, самостоятельно, проверяется решение по слайду).

2. У некоторой решетки максимум 2-го порядка для света с длиной волны 400 нм наблюдается под углом, для которого sinα=0,04. Найдите число штрихов, имеющихся на каждом сантиметре решетки (задачу №2 один обучающийся решает на доске, остальные в тетрадях самостоятельно).

8.      Информация о домашнем задании, инструктаж по его выполнению.

1.      § 71, 72. задачи 2,3,4. Итоги главы.

2.      Экспериментальное задание:

В куске картона сделайте иглой отверстие и посмотрите через него на раскалённую нить электрической лампы. Что вы видите? Объясните.

Посмотрите на нить электрической лампы через птичье перо, батистовый платок или капроновую ткань. Что вы наблюдаете? Объясните.

9.      Рефлексия (подведение итогов занятия)

При подведении итогов урока можно ответить на вопросы:

1)      Что такое дифракция света?

2)      Каково условие возникновения дифракции света?

3)      Что такое дифракционная решетка?

Оцените свои знания, полученные на уроке.

1. 2. 3.