Тема урока: «Интерференция механических волн и света». (11кл)

Разработка урока с применением виртуального демонстрационного эксперимента.

Автор: Белякова Надежда Ивановна,

               учитель физики в ГБОУ школе №1206 г. Москвы.

        Тема урока: «Интерференция механических волн и света».  (11кл)

Цель:

1)      рассмотреть физическую сущность интерференции волн, изучить условия ее возникновения;

2)      объяснить способы получения когерентных волн;

3)      дать реальную возможность ученикам зрительно ознакомиться с явлением интерференции механических волн с помощью виртуального эксперимента;

4)      разъяснить условия наблюдения интерференции света;

5)       зрительно наблюдать интерференцию света в виртуальном эксперименте.

I.                    Повторение:

1.      Что такое волна?

2.      Какими параметрами характеризуется волна?

3.      Что называют дисперсией света?

4.      Какой свет называют монохроматическим?

II.                 Изучение:

1.        Сложение нескольких волн:

- при беседе нескольких человек в комнате звуковые волны накладываются друг на друга;

- наложение волн на поверхности воды от двух моторных лодок.

        2.  Определение:   

Интерференция - сложение в пространстве волн, при котором образуется постоянное во времени распределение амплитуд результирующих колебаний.

       3.  Демонстрация интерференции волн на поверхности воды (physics.nad.ru/physics.htm   Волны)

а) Круговая волна на поверхности жидкости, возбуждаемая точечным источником (гармонически колеблющимся шариком). Волна представляет собой набор концентрических окружностей, расходящихся во все стороны от источника.

б) Интерференция между двумя круговыми волнами от точечных источников, колеблющихся в фазе друг с другом. На поверхности жидкости образуются узловые линии, в которых колебание отсутствует. В общем случае местоположение узловых линий зависит от разницы фаз колеблющихся источников.

в) Интерференция круговой волны на поверхности жидкости с её отражением от стенки. Расстояние между точечным источником и стенкой кратно целому числу полуволн. При этом справа от источника круговая волна накладывается в фазе с волной, отражённой от стенки, увеличивая высоту гребней в интерференционной картине.

г) Интерференция круговой волны на поверхности жидкости с её отражением от стенки. Расстояние между точечным источником и стенкой кратно целому числу полуволн плюс четверть волны.

4.    Обсуждение увиденных экспериментов по их общности и различию.

5.   Наблюдение опыта «Кольца Ньютона»: (Открытая физика,2)

  Рис.1

Ньютон не смог с точки зрения корпускулярной теории объяснить, почему возникают кольца, однако он понимал, что это связано с какой-то периодичностью световых процессов

6.                  Объяснение явления интерференции.

         Первым интерференционным опытом, получившим объяснение на основе волновой теории света, явился опыт Юнга (1802 г.). В опыте Юнга свет от источника, в качестве которого служила узкая щель S, падал на экран с двумя близко расположенными щелями S₁ и S₂ (рис. 2). Проходя через каждую из щелей, световой пучок уширялся вследствие дифракции, поэтому на белом экране Э световые пучки, прошедшие через щели S₁ и S₂, перекрывались. В области перекрытия световых пучков наблюдалась интерференционная картина в виде чередующихся светлых и темных полос.

     Рис.2                Рис.3

         Относительно колец Ньютона: интерференция возникает при сложении волн, отразившихся от двух сторон воздушной прослойки. «Лучи» 1 и 2 – направления распространения волн; h – толщина воздушного зазора.

 Рис.4

Волны усиливают друг друга при наложении, если приходят в фазе, когда разность хода должна составлять целое число волн, т.е. четное число полуволн: Δ = mλ - это условие mɑx; ослабляют же волны друг друга, если приходят в точку пространства  в противофазе, что имеет место при разности хода, равной нечетному числу полуволн:

 Δd = (2    - условие min.

Под номерами «m» на экране показаны максимумы сложения волн начиная с 0-го, центрального, и далее в обе стороны симметрично

7.    Наблюдение опыта Юнга на виртуальном опыте:

 (Открытая физика 2,6)

8.      Условие наблюдения устойчивой интерференционной картины:

Интерференционную картинку можно наблюдать только тогда, когда волны когерентные (одинаковой частоты и с постоянной разностью фаз), иначе картинки будут постоянно меняться и различить их будет просто невозможно.

9.      Итоги урока:

Интерференция одно из ярких проявлений волновой природы света. Это интересное и красивое явление наблюдается при наложении двух или нескольких световых пучков. Интенсивность света в области перекрывания пучков имеет характер чередующихся светлых и темных полос, причем в максимумах интенсивность больше, а в минимумах меньше суммы интенсивностей пучков.

 При использовании белого света интерференционные полосы оказываются окрашенными в различные цвета спектра. С интерференционными явлениями мы сталкиваемся довольно часто: цвета масляных пятен на асфальте, окраска замерзающих оконных стекол, причудливые цветные рисунки на крыльях некоторых бабочек и жуков – все это проявление интерференции света.

 На основании увиденных вами опытов попробуйте ответить на вопросы:

1)      Чем объяснить радужную окраску тонких масляных и нефтяных пленок?

2)      Почему на мыльных пузырях цветная окраска?

3)      Почему толстый слой нефти не имеет радужной окраски?

4)      Что такое «интерференция?

5)      При каком условии можно наблюдать интерференционную картину?

10.  Выставление оценок. Задание на дом.

Использованы: 1) physics.nad.ru/physics.htm   Волны

                           2) диск «Открытая физика 2,6»