Дифракция света. Дифракционная решетка.

Этап урока

Деятельность учителя

Деятельность ученика

I. Организационный момент

1. Здравствуйте. Присаживайтесь. Я рада вас видеть и каждому желаю хорошего настроения. Давайте поработаем сегодня не только для ума, но и для души.

Готовят рабочее место, приветствуют учителя, настраиваются на работу.

II. Актуализация знаний

1. Сегодня на уроке мы с вами познакомимся с новой темой, но перед этим мне бы хотелось, чтобы вы вспомнили то, что мы изучали на предыдущих уроках. Итак, будьте внимательны.

1. Что такое свет? Какова его природа? (Свет – это видимое излучение и обладает корпускулярно-волновым дуализмом, т.е. обладает свойствами частиц и свойствами волн).

2. Какие свойства света являются корпускулярными? (Распространение, отражение и преломление света).

3. Какие свойства являются волновыми? (Интерференция, дифракция).

4. Что такое интерференция волн? (Интерференция – сложение двух волн, вследствие которого наблюдается устойчивая картина усиления и ослабления результирующих колебаний).

5. Какие волны дают устойчивую интерференционную картину? (Когерентные, т.е. волны, у которых одинаковая частота и постоянная разность фаз).

6. Каково условие максимума интерференции? (Разность хода равна целому числу длин волн).

7. Каково условие минимума интерференции? (Разность хода равна нечетному числу полуволн).

8. Назовите несколько примеров применения интерференции света. (Для определения качества обработки деталей, для исследования структуры атома, для просветления оптики).

9. Подумайте, почему мыльный пузырь имеет радужную окраску? (Потому что световые лучи, падающие на внутреннюю и внешнюю поверхности пузыря, отражаясь, становятся когерентными источниками вторичных волн, которые интерферируют в некоторых точках и создают интерференционную картину. Т.к. пленка неоднородна по толщине, то это приводит к неоднородности отражения волн разного цвета от нее. Это и придает пленке радужную окраску).

Отвечают на вопросы.

III. Изучение нового материала

1. Молодцы. А сегодня на уроке мы с вами поговорим еще об одном явлении, которое присуще только волнам. Это явление называется дифракцией, а именно поговорим о дифракции света. И эпиграфом к нашему уроку будут слова выдающегося советского физика и основателя научной школы физической оптики С.И.Вавилова:

Свет … такое короткое и в то же время такое ёмкое слово.

В слове «свет» заключена вся физика.

(С.И.Вавилов)

2. Итак, тема нашего урока «Дифракция света. Дифракционная решетка» и к концу урока вы сможете:

дать определение дифракции света;

знать, какое условие должно выполняться, чтобы это явление проявлялось;

объяснять принцип действия дифракционной решетки и ее применение.

3. Давайте вспомним, в чем заключается явление дифракции механических волн? Это явление представляет собой проникновение волн в тень различных встречающихся на их пути препятствий. Т.е. это огибание волнами препятствий или отклонение от прямолинейного распространения волн.

Например, волны на воде огибают камень, выступающий из воды, если его размеры сравнимы с длиной волны. Точно так же волны огибают торчащий из воды прутик, как будто его нет, а вот за большим камнем образуется место, где вода спокойная без волн, так называемая «тень».

Дифракцией обладают и звуковые волны. Поэтому мы можем услышать сигнал машины из-за угла дома.

4. Если свет представляет собой волновой процесс, то должна существовать и дифракция света, а условия ее проявления должны быть похожими с условиями в случае механических волн. Т.е. размеры препятствий должны быть соизмеримы с длиной световой волны. А это порядка 10^-6м.

5. Дифракцию света можно наблюдать, если пропускать свет через маленькое отверстие.

И мы знаем, что согласно закону прямолинейного распространения света в однородной прозрачной среде свет распространяется прямолинейно. Но! Обратите внимание на следующий опыт, который поставил ученый Юнг в 1802 г. Этот опыт заключался в следующем. В непрозрачной ширме он сделал 2 щели B и C, которые освещались световым пучком, идущим из отверстия A. Согласно закону о прямолинейности распространения света мы должны были бы получить на экране картину в виде двух светлых полосок с четкими контурами, повторяющие форму щели. Каково было изумление ученых, когда на экране появилась картина виде полос.

Объяснить это явление смог А. Френель лишь в 1818 г. Для этого он дополнил принцип Гюйгенса об интерференции вторичных волн: каждая точка среды, до которой дошел волновой фронт – ведет себя как источник сферических когерентных вторичных волн. В результате интерференции, которых возникает новый фронт волны.

Т.е. на основе этого принципа он теоретически рассчитал перераспределение освещенности в виде максимумов и минимумов в случае дифракции. Его работы содержат убедительные аргументы, которые подтверждают волновую природу света.

6. Наблюдение дифракции света от одной щели очень затруднено из-за слабой освещенности полос. Для получения более четкой и яркой картины свет надо пропустить через систему щелей. Чем больше щелей – тем больше света проходит через них, соответственно тем четче дифракционная картина. Но наблюдаемая на экране картина это не только результат дифракции, но и интерференции волн. Этот метод усиления яркости картины используется в приборе, который называется дифракционная решетка. Каково же ее устройство? Она состоит из большого числа параллельных щелей одинаковой ширины, расположенных на очень малом одинаковом расстоянии друг от друга. У лучших решеток количество штрихов достигает сотен тысяч. Штрихи не отражают и не пропускают свет, а промежутки между ними играют роль щелей. И важной характеристикой дифракционной решетки является период: d=a+b. Где а – это ширина щели, а b – ширина непрозрачного штриха. И у каждой решетки своя постоянная.

Если известно число штрихов на единицу длины, т.е. n=N/l, то период решетки d=l/N=1/n.

Пройдя через решетку благодаря дифракции, свет распространяется во всех возможных направлениях в виде когерентных волн, а интерференция волн усилит яркость только в определенных направлениях. Условие получения светлых полос (главных максимумов) можно выразить формулой дифракционной решетки:

7. Что мы получим на экране, когда на дифракционную решетку падает пучок белого света? Давайте проверим с помощью дифракционной решетки. Возьмите свои установки с дифракционными решетками и направьте их на источник света (лампочку). Обратите внимание на главные максимумы и в каком порядке распределяются волны определенной длины.

8. Для чего нужна дифракционная решетка? Дифракционную решётку применяют в спектральных приборах, также в качестве оптических датчиков линейных и угловых перемещений (измерительные дифракционные решётки), поляризаторов и фильтров инфракрасного излучения, делителей пучков в интерферометрах и так называемых «антибликовых» очках, а также для определения длины волны света.

9. Простейшей дифракционной решеткой можно считать наши реснички. Если прищуриться на свет – можно увидеть дифракцию света.

Слушают учителя.

Записывают тему урока.

Слушают учителя.

Конспектируют тему.

Смотрят на источник света через решетку. Делают выводы.

IV. Закрепление.

На следующих уроках мы с вами будем наблюдать явление дифракции и интерференции, измерим длину волны света с помощью дифракционной решетки, будем решать задачи, а сейчас давайте проверим, как вы усвоили сегодняшнюю тему. Для этого проведем тест.

1. Какое из приведенных ниже выражений определяет понятие дифракция?

А. Наложение когерентных волн

Б. Разложение света в спектр при преломлении

В. Огибание волной препятствия

2. Какое из наблюдаемых явлений объясняется дифракцией?

А.Излучение света лампой накаливания

Б. Радужная окраска компакт-дисков

В. Получение изображения на киноэкране

3. Какое из наблюдаемых явлений объясняется дифракцией?

А. Радужная окраска тонких мыльных пленок

Б. Появление светлого пятна в центре тени от малого непрозрачного диска

В. Отклонение световых лучей в область геометрической тени

4. Какое условие является необходимым для наблюдения дифракционной картины?

А. Размеры препятствия много больше длины волны

Б. Размеры препятствия сравнимы с длиной волны

В. Размеры препятствия много больше амплитуды волны

5. Свет какого цвета располагается дальше всего от центра дифракционной картины?

А. Красного

Б. Зеленого

В. Фиолетового

6. Как вы думаете, достигли ли вы цели урока?

А. Да

Б. Нет

7. Тема была раскрыта?

А. Да

Б. Нет

8. Оцените свою работу.

А. Очень хорошо

Б. Хорошо

В. Удовлетворительно

Г. Неудовлетворительно

Отвечают на вопросы теста.

V. Подведение итогов.

Упражнение «Свободный микрофон»

Сегодня на уроке меня удивило …

Сегодня на уроке меня вдохновляло …

Сегодня на уроке я узнал новое, а именно …

Отвечают на вопросы.

VI. Домашнее задание.

Параграф 3.8 выучить

Стр. 63 № 9 решить.

Записывают домашнее задание.