Меню
Разработки
Разработки  /  Физика  /  Уроки  /  11 класс  /  Разработка урока "Интерференция механических волн и света. Применение интерференции"

Разработка урока "Интерференция механических волн и света. Применение интерференции"

Данная разработка применяется в 11 классе при изучении темы "Интерференция механических и световых волн. Применение интерференции".

30.09.2017

Содержимое разработки

Тема урока: «Интерференция механических волн и света. Применение интерференции»

Цель урока: изучить явление интерференции света.

Задачи:

Учащиеся должны знать:

понятие явления интерференции света;

условия интерференции света;

методы получения интерференционной картины;

применение интерференции света в технике.

Учащиеся должны уметь: объяснять наблюдаемые в природе явления с точки зрения интерференции света (окрашивание радужной окраской крыльев стрекоз, мыльных пузырей, нефтяной пленки на поверхности воды, поверхности лазерных дисков).

Фронтальный опрос: В это время 2 обучающихся решают задачи на доске:

  1. Какой опыт показывает, что свет сложный? Как наблюдали это явление?

Ответ: Дисперсия или могут рассказать опыт. Если не скажут дисперсия, то новодящий вопрос.

  1. Как это явление называется?

Ответ: Дисперсия.

  1. Почему так происходит?

Ответ:Фиолетовый цвет преломляется больше, чем красный, то есть nфиолnкр.

  1. Как связан показатель преломления со скоростью света? И частотой света?

Ответ:Абсолютный показатель преломления связан со скоростью распространения света в этой среде формулой: n = . Следовательно nфиол = ; nкр = Отсюда следует: nфиол · υ фиол = nкр ·кр. Так как nфиолnкр, то υ фиол кр для одной и той же среды.

  1. Что произойдет при сложении световых лучей всех цветов радуги?

Ответ:Получится свет белого цвета, из-за обратимости световых лучей.





  1. В чем состоит явление дисперсии?

Ответ: 1) Зависимость показателя преломления света от его цвета Ньютон назвал дисперсией.

2) Дисперсией называется зависимость показателя преломления света от частоты колебаний (или длины волны).

  1. Как на опыте наблюдать явление дисперсии?

Ответ: Пропустить свет через призму (могут рассказать сам опыт).

  1. Какие выводы сделал Ньютон в результате экспериментального изучения дисперсии?

Ответ:Световые пучки, отличающиеся по цвету, отличаются по степени преломляемости.

  1. Какова причина разложения белого света в спектр при прохождении через призму?

Ответ: Белый свет является сложным (семь цветов радуги). Свет разного цвета (частоты) проходя сквозь стекло по разному преломляются (разные показатели преломления).

  1. В каких пределах длин волн заключены длины волн видимого света?

Ответ: Для красного света λкр = 8 · 10 – 7 м, для фиолетового света λфиол = 4 · 10 – 7 м.

  1. Какой свет называют монохроматичным?

Ответ: Свет одной длины волны (или одной частоты). (свет одного цвета например свет зеленого, свет красного)

  1. Для фиолетового или для красного света будет больше показатель преломления вещества призмы (стекла)?

Ответ: Если поочередно пропускать через стеклянную призму пучки монохроматического света разной цветности под одним и тем же углом падения, то увидим, что фиолетовый луч преломляется больше, чем красный. Очевидно, nфиол nкр.

  1. Какой свет будет распространятся в веществе с большой скоростью – красный или фиолетовый?

Ответ: Абсолютный показатель преломления связан со скоростью распространения света в этой среде формулой: n = . Следовательноnфиол = ; nкр = Отсюда следует:nфиол · υ фиол=nкр ·кр. Так как nфиолnкр, то υ фиолкр для одной и той же среды.

  1. Что произойдет при соединении всех световых лучей спектра?

Ответ: Получится белый свет.

  1. В чем причина возникновении радуги?

Ответ: После дождя в воздухе остаются капельки воды, которые играют роль призмачек. Когда свет проходит через них он преломляется по разному. А почему радуга, потому что капли воды имеют форму шара.

Объяснение нового материала.

Мы с вами знаем, что свет – это электромагнитная волна. А для волн любой природы характерны свойства интерференции и дифракции. И сегодня на уроке давайте мы познакомимся с явлением интерференции света. Открываем тетради и записываем тему урока: «Интерференция механических волн и света. Применение интерференции». Эпиграфом урока я выбрала слова Д. Араго.: «Кто бы мог подумать, что свет, слагаясь со светом, может вызвать мрак?» (СЛАЙД № 1). И в ходе урока попытаемся объяснить, почему же свет плюс свет дает темноту, то есть мрак!

Теперь мне бы хотелось, чтобы вы вспомнили, что называется интерференцией на примере механических волн. Но сначала смотрим опыт! ( Демонстрация опыта).

У нас есть источники волн. Сейчас мы получим волны на поверхности воды. Я ударяю по одному из источников, то есть по одному вибратору, видите идет волна. Вторым источником я возьму карандаш. От карандаша тоже идет волна. Как видим получилось 2 волны. Смотрим, что происходит на поверхности воды в разных местах (или точках). Какая-то рябь, форма неопределенная, есть какие то возмущения, картина размытая. Попробуем сделать так, чтобы вибраторы возбуждали волны согласованно. Здесь я возьму в качестве источников 2 вибратора, закрепленные на одной пластине. Снова ударяю по пластине и видим, что идут 2 согласованные волны. Вибраторы ударяют синхронно по поверхности воды. Смотрим, видите разницу? Что происходит в месте встречи волн? Наложение или сложение волн.(увидели, что 2 согласованные волны, которые накладываются друг на друга).

Теперь вспомнили, что такое интерференция механических волн?

После этого обучающиеся дают определения. Более полное определение в заключении даю я. (СЛАЙД № 2)

Интерференция волн - явление усиления колебаний в одних точках пространства и ослабление в других в результате наложения двух или нескольких волн, приходящих в эти точки.

Интерференция –(лат. Enter– взаимно; ferio – ударяю) –явление наложения волн, вследствие которого наблюдается устойчивое во времени усиление или ослабление результирующих колебаний в различных точках пространства.

Вы обратили внимание на то, что видны впадины, впучности и мы наблюдали с вами поперечную волну. Рассматривая волны на поверхности воды, не забывайте о том, что эти волны являются когерентными. Световая волна тоже поперечная, о которой мы будим сегодня говорить. Не забываем также о том, что волны при распространении несут с собой энергию.

Если вернемся снова к нашему опыту, то почему же в первом опыте просто рябь, есть возмущение волновой поверхности воды, а во втором опыте, когда вибраторы одновременно (согласованно), создавая волны мы видим усиление или ослабление колебаний (то есть гребни - усиление, впадины - ослабление).

Оказывается, складываться могут только когерентные волны. Во втором опыте они и были когерентными. (СЛАЙД № 3).

А какие же волны являются когерентными? Волны должны иметь одинаковую частоту и постоянную разность фаз. Такие волны называются когерентными. (СЛАЙД № 4) – краткое определение дать обучающимся под запись! Запомните это условие когерентности.

При наложении когерентных волн возможны два предельных случая как вы уже поняли: усиление, ослабление и давайте выясним, когда это происходит. Для этого рассмотрим сначала рисунок. СЛАЙД № 5.

Обратите внимание на рисунок. Имеем два близко расположенных когерентных источника О1 и О2. От источников идут когерентные волны, эти волны поперечные, нас интересует, что будет происходить в точке М, усиление или ослабление. d1- путь, которая проходит первая волна,d2 – путь, которая проходит вторая волна. Видно, что путь, которая проходит вторая волна больше пути, которая проходит первая волна d2d1. Пройдя различные расстояния d1и d2, волны имеют разность хода Δd = d2 -d1.

Записать Δd = d2 -d1 – разность хода.

СЛАЙД № 6 Внимание на слайд Условие максимума:

Если в разность хода волн укладывается целое число длин волн (иначе четное число длин полуволн), то наблюдается усиление волн (максимум) и волны в этом случае приходят в одинаковых фазах.

В этом случае волны в рассматриваемой точке приходят с одинаковыми фазами и усиливают друг друга – амплитуда колебаний этой точки максимальна и равна удвоенной амплитуде.

СЛАЙД № 7

Условие минимума:

Если разность хода волн равна нечетному числу длин полуволн,

то волны приходят в рассматриваемую точку в противофазе и гасят друг друга. Амплитуда колебаний данной точки равна нулю.

Вследствие интерференции происходит перераспределение энергии в пространстве. Она не распределяется равномерно по всем частицам среды, а концентрируется в максимумах за счет того, что в минимумы не поступает совсем.

Все о чем мы говорили можно отнести и к световым волнам. И если мы сейчас вернемся еще раз к условию минимума, мы сможем сделать вывод, что свет плюс свет может дать темноту, то есть мрак, если волны приходят в противофазах . Световая энергия не попадет в эту точку. ( СЛАЙД № 7)

И интерференцию света мы наблюдаем довольно часто в реальной жизни. Однако получить интерференционную картину световых волн довольно не просто (достаточно трудно). У нас, например, в классе одинаковые лампочки, частота промышленного тока 50 Гц, горят они одновременно, однако интерференцию света в данном случае мы не наблюдаем. Почему? Потому что волны не когерентны, хоть и частота колебаний одинакова, а разность фаз не постоянна.

Причина этого в том, что световые волны, излучаемые различными источниками, не согласованны друг с другом. Нам же нужны когерентные волны (или источники). Они должны иметь одинаковые длины волн и постоянную разность фаз в любой точке пространства. Вопрос может быть обучающегося А нельзя, что ли взять хорошие светофильтры? Да действительно, используя светофильтры можно достичь равенства длин волн или частоты, но ведь есть еще второе условие – разность фаз. Осуществить постоянную разность фаз невозможно, из-за того, что атомы разных источников излучают свет независимо друг от друга, то есть не согласованно.

Тем не менее интерференцию света удается наблюдать. Например, радужный перелив цветов на мыльном пузыре или на тонкой пленке керосина или нефти на воде, (СЛАЙД № 8-15) масляные пленки и пленки жира на воде, крылья насекомых и т.д.

Впервые экспериментальным путем интерференцию света наблюдал Томас Юнг в 1802 году. (СЛАЙД № 16)

СЛАЙД № 17. Обратите внимание, там где светлые полосы - максимум, темные полосы – минимум. Этот опыт мы подробнее рассмотрим на последующих уроках.

СЛАЙД № 18. Объясним цветность тонких пленок (крылья стрекоз, бензин на воде). Рассмотрим интерференцию в тонких пленках.

Одна волна разделяется на две волны. Возникла разность хода, волны когерентны, наблюдается интерференция.

Толщина пленки разная цвет тоже разный!

Если рассматривать интерференцию в тонких пленках, то цвет объясняется сложением волн, одна из которых отражается от наружней поверхности, а другая от внутренней. При этом происходит интерференция световых волн.Результат интерференции зависит от угла падения света на плёнку,её толщины и длины волны. Усиление – если преломленная волна отстанет от отраженной на целое число длин волн. Ослабление – отставание на нечётное число полуволн.

Простая интерференционная картина возникает между стеклянной пластинной и положенной на нее плосковыпуклой линзой. Эта интерференционная картина имеет вид концентрических колец, которые называют кольца Ньютона. ПРИБОР для колец Ньютона.Можно посмотреть в проходящем свете и в отраженном. В чем отличие?В проходящем свете энергия поглощается, в отраженном - больше энергии.

Сейчас мне бы хотелось рассмотреть практическое применение интерференции.

Сообщение обучающегося.

Просветление оптики. СЛАЙДЫ № 19- 21

Объективы современных фотоаппаратов или кинопроекторов, перископы и различные другие оптические устройства состоят из большого числа оптических стекол- линз, призм. Проходя через такие устройства, свет отражается от многих поверхностей. Число отражающих поверхностей в современных объективах превышает 10, а в перископах подводных лодок до 40. При падении света перпендикулярно поверхности от каждой поверхности отражается 5-9 % всей энергии. Через прибор проходит часто всего 10-20% поступающего в него света.

Для устранения этих неприятных последствий надо уменьшить долю отраженной энергии света. Даваемое прибором изображение делается при этом ярче – «просветляется». Отсюда и происходит термин «просветление оптики».

Просветление оптики основано на интерференции. На поверхность оптического стекла наносят тонкую пленку с показателем преломления nплnст.

Сообщение обучающегося.

Интерферометры СЛАЙДЫ № 22-23

Интерферометр – прибор, в котором явления интерференции используются для весьма точных измерений.

С помощью интерферометров производится точное измерение длин световых волн.

Также можно измерить коэффициенты линейного расширения твердых тел; весьма малое изменение размеров ферромагнетиков в магнитном поле или сегнетоэлектриков в электрическом поле.

Интерференционные методы позволяют проверить качество шлифовки линз и зеркал, что очень важно при изготовлении оптических приборов; с их помощью измеряются коэффициенты преломления веществ, в частности газов, измеряются весьма малые концентрации примесей в газах и жидкостях. В астрономии интерференционные методы позволяют оценить угловой диаметр звезд.

Выводы по уроку: 1) Мы рассмотрели явление интерференции световых волн

2) Условия усиления и ослабления света

3) Где с явлением интерференции сталкиваемся на практике и где применяем ее.

Домашнее задание: Изучить § 67-69, упр.10 (1,2) СЛАЙД № 24

Рис. III. Кольца Ньютона в отраженном свете: 1 - в белом; 2 - в зеленом; 3 - в красном.

Сияя гладкой пленкой,

Растягиваясь вширь,

Выходит нежный, тонкий,

Раскрашенный пузырь.

Горит, как хвост павлиний.

Каких цветов в нем нет!

Лиловый, красный, синий,

Зеленый, желтый цвет.

Взлетает шар надутый,

Прозрачнее стекла.

Внутри его как будто

Сверкают зеркала.

Огнями на просторе

Играет легкий шар.

То в нем синеет море,

То в нем горит пожар.

Он, воздухом надутый,

По воздуху плывет,

Но и одной минуты

На свете не живет.

Нарядный, разноцветный,

Пропал он навсегда,

Расплылся незаметно,

Растаял без следа:



-70%
Курсы повышения квалификации

Интерактивные методы в практике школьного образования

Продолжительность 72 часа
Документ: Удостоверение о повышении квалификации
4000 руб.
1200 руб.
Подробнее
Скачать разработку
Сохранить у себя:
Разработка урока "Интерференция механических волн и света. Применение интерференции" (338.49 KB)
0
1401
66

Комментарии 0

Чтобы добавить комментарий зарегистрируйтесь или на сайт