Конспект урока по физике на тему "Интерференция волн" (11 класс)

Название предмета	Физика
Класс	11
УМК	Физика. 11 класс. В.А. Касьянов (базовый уровень), 2014 год
Уровень обучения	базовый
Тема урока	Интерференция волн. Взаимное усиление и ослабление волн в пространстве.
Общее количество часов, отведённое на изучение темы	1
Место урока в системе уроков по теме	3 урок по теме «Волновые свойства света», 7 часов
Цель урока	Изучить явления, в которых проявляются волновые свойства света; показать, при каких условиях они наблюдаются; научить распознавать  эти явления в жизни.
Задачи урока	Обучающие: рассмотреть явления, подтверждающие волновые свойства света: независимость распространения световых пучков и интерференцию света.
	Развивающие: развитие навыков объяснения причин наблюдаемых явлений.
	Воспитательные: воспитание интереса к явлениям природы.
Планируемые результаты	Знание явления интерференции света, условий возникновения интерференционных картин.
Техническое обеспечение урока	Мультимедийный проектор, компьютер.

Содержание урока

1.      Организационный этап.

Приветствие обучающихся. Проверка явки и готовности обучающихся к уроку.

2.      Актуализация знаний.

Фронтальный опрос:

Сформулируйте закон отражения.

Сформулируйте закон преломления

Что значит фаза колебания?

Какие могут осуществлять колебания двух различных тел (точек)?

Что такое длина волны?

Какова формула длины волны?

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

Сегодня на уроке мы познакомимся с интересным явлением, происходящим со световыми пучками и приводящим к взаимному усилению или ослаблению. В курсе физики 9 класса вы рассматривали интерференцию механических и звуковых волн (просмотр фрагмента «Интерференция механических волн» из видеотеки).

Возможна ли интерференция света как электромагнитной волны?

Почему мы не наблюдаем интерференционную картину от нескольких источников света на ваших партах?

Объяснить природу этого явления можно вспомнив, что свет представляет собой электромагнитную волну. Для успешного усвоения материала предлагаю заполнить в ходе урока таблицу №1 (явление, факты, гипотезы, величины, формулы, применение).

4.      Первичное усвоение новых знаний.

1. Сложение волн от независимых точечных источников.

      При построении изображений предметов в геометрической оптике предполагалось, что каждая точка предмета является независимым источником света, излучающим расходящую­ся сферическую электромагнитную волну. В идеальной оп­тической системе всякой точке объекта соответствует одна определенная точка изображения.

      Одним из основных принципов геометрической оптики является принцип независимости световых пучков.

Световые пучки, встречаясь, не воздействуют друг на друга.

Это свойство световых волн используют для показа кинофильмов в специальных кинотеатрах, где экраны расположены по кругу, и на каждый проецируется свой фрагмент фильма.

2. Интерференция (от лат. inter— взаимно и ferio— ударяю) — явление усиления колебаний в одних точках пространства и ослабление в других в результате наложения двух или нескольких волн, приходящих в эти токи

Интерференция — общее свойство волн любой природы.

Можно наблюдать картину интерференции волн на поверхности воды в ванне.

Для получения такой картины, когда мы наблюдаем расходящиеся лучами точки усиления и ослабления колебаний, необходимо выполнить определенные требования.

Устойчивая во времени интерференционная картина мо­жет наблюдаться только при сложении когерентных волн.

Когерентные волны — волны с одинаковой длиной волны,  и примерно с одинаковой амплитудой. Волны должны быть согласованы по фазе.

3. Опыт Юнга.

Трудность в получении картины интерференции для световых волн оказалась в выполнении этих условий.

Независимые источники естественного света не когерентны, поэтому от таких источников с помощью гла­за невозможно наблюдать устойчивую интерференционную картину.

    Однако любой источник естественного света может быть когерентен самому себе: одна часть его излучения может интерфериро­вать с другой.

Для этого световой поток, излучаемый источ­ником, следует вначале пространственно разделить на два потока, идущих как бы от двух источников. Такие источни­ки будут когерентны.

  Последующее наложение световых волн от этих источников создает устойчивую интерференционную картину.

Показать схему опыта:

    Впервые такое наблюдение интерференции света было проведено в 1800 г. английским ученым Томасом Юнгом. В опыте Юнга солнечный свет падал на экран с узкой щелью S(шириной около 1 мкм). Прошедшая через эту щель свето­вая волна падала на экран с двумя щелями S_lи S₂ такой же ширины, находящимися друг от друга на расстоянии dпо­рядка нескольких микрон.

   В результате деле­ния фронта волны световые волны, идущие от щелей S₁ и S₂, оказывались «в фазе» (когерентными), создавая на экране устойчивую интерференционную картину.

Юнг впервые измерил длины волн в различ­ных областях видимого спектра.

Рассмотрим, как это можно сделать.

На схеме опыта видим, что расстояние от одной щели до точки максимума меньше, чем от второй.

Эту разность называют разность хода и обозначают Δd.

Амплитуда колебаний среды в данной точке максимальна, если разность хода двух волн возбуждающих колебания в этой точке, равна целому числу длин волн:

 Δd = kλ            (1)                                       

Амплитуда колебаний среды в данной точке минимальна, если разность хода двух волн возбуждающих колебания в этой точке, равна нечетному числу полуволн:Δd = (2n + 1) λ /2,

где n= 0, ±1, ±2, ... .

На данной схеме мы видим, что разность хода можно выразить через тригонометрические соотношения.

ℓ– расстояние между щелями (между когерентными источниками света),

L–  расстояние от источников до экрана,

Х_n –расстояние от центрального max до n- ого.

Используем формулу (1) и определим соотношение между длиной волны, расстоянием между щелями и расстоянием от щелей до экрана.

 

5.      Первичная проверка понимания.

В ходе урока вы заполняли таблицу. Проверим записи.

Таблица №1.

Интерференция света
Явление интерференции свидетельствует о том, что свет — это волна. Интерференцией световых волн называется сложение двух когерентных волн, вследствие которого наблюдается усиление или ослабление результирующих световых колебаний в различных точках пространства.	Гипотеза, определение
Волны должны быть когерентны.  Когерентность -согласованность. В простейшем случае когерентными являются волны одинаковой длины, между которыми существует постоянная разность фаз.	Условия интерференции
Все источники света, кроме лазера, некогерентны. Т. Юнг(1802), явление интерференции. Волны интерферируют в области перекрытия, проходя разные пути: ℓ1 и ℓ2. На экране наблюдается чередование светлых и темных полос.	Опыт

6.      Первичное закрепление.

Вопросы к обучающимся.

1. Какие явления мы рассмотрели на уроке?

(Независимость распространения световых пучков и интерференцию света).

2. Какие факты доказывают существование интерференции света?

(Опыты Юнга, опыты с бипризмой Френеля, кольца Ньютона, интерференция в пленках).

3. Каким образом можно объяснить причины возникновения этого явления? При каких условиях интерференция волн проявляется осо­бенно отчетливо?

(Выполняются условия интерференции, т.е. волны создаются когерентными источниками волн).

4. Какие  формулы  можно вывести для описания картины интерференции? Для max? Для  min?

(Условие max:Δd = kλ; Условие min:Δd =(2n + 1)·λ/2,n =0,±1,±2,…)

5. Какие величины в них входят?

Δd - разность хода,  Δd = d₁ – d₂ ,  λ - длина волны

6. Как можно определить длину световой волны, используя установку для получения картины интерференции?

7. (задача) Расстояния от бипризмы Френеля до узкой щели и экрана равны соответственно a = 25 см и b = 100 см. Бипризма стеклянная с преломляющим углом θ = 20'. Найти длину волны света, если ширина интерференционной полосы на экране Δx = 0,55 мм.

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

§ 68, 68, 70. опорная таблица.

Решить задачу.

Найти минимальную толщину пленки с показателем преломления 1,27, при которой свет с длиной волны 0,32 мкм испытывает максимальное отражение, а свет с длиной волны 0,40 мкм не отражается совсем. Угол падения света равен 35°.

8.      Рефлексия (подведение итогов занятия).

Предлагаю по пятибалльной шкале (пять – доступно, один – непонятно) оценить доступность рассмотренного на уроке материала. Отметить проблемные вопросы на листе.