Урок по физике на тему «Лазеры».

МКОУ Фийская СОШ

Урок по физике на тему «Лазеры».

Провел учитель физики Балов Энвер М

Урок по теме «Лазеры».

Цель урока: ознакомить учащихся с принципом действия квантовых источников света.

План урока:

1. Проверка домашнего задания.

2. Изложение нового материала.

3. Закрепление.

4. Домашнее задание.

1. Проверка домашнего задания – было задано составить и решить задачи на следующие элементы знаний: а) энергия и импульс фотона; б) работа выхода; в) радиусы орбит, скорости и энергии электрона в атоме водорода; г) длина волны де Бройля; д) уравнение Эйнштейна для фотоэффекта; е) закон сохранения энергии в электрическом поле. Форма проверки может быть любой, в зависимости от уровня подготовленности класса.

2. План изложения нового материала:

а) Спонтанное и вынужденное излучение;

б) Квантовые генераторы;

в) Трехуровневый лазер;

г) Применение лазеров.

Учебник: Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И.

Спонтанное и вынужденное излучение.

Вопросы к учащимся для актуализации прежних знаний (слайд 5):

• В чем суть I постулата Бора? (атом может находиться только в особых стационарных стояниях, каждому из которых соответствует определенная энергия; из этих состояний одно – основное с наименьшей энергией, остальные состояния - возбужденные).

• Какое состояние называется основным, а какое – возбужденным? (основное стационарное состояние – это состояние с наименьшей энергией, все остальные стационарные состояния с энергией больше, чем в основном состоянии - возбужденные).

• В каком состоянии атом будет существовать дольше – в основном или в возбужденном? (в основном, т.к. это наиболее устойчивое состояние).

• При каких условиях атом излучает энергию? (согласно II постулату Бора излучение света атомом происходит при переходе атома из стационарного состояния с большей энергией в стационарное состояние с меньшей энергией).

• Как перевести атом из основного в возбужденное состояние? (сообщить атому квант энергии).

Таким образом, при взаимодействии атома с фотоном может происходить: 1) поглощение света атомом; 2) спонтанное (самопроизвольное) излучение; 3) индуцированное (вынужденное) излучение.

Рассмотрим механизм спонтанного излучения (слайд 6): В возбуждённом состоянии атом находится около 10^-8 с, после чего самопроизвольно (спонтанно) переходит в основное состояние, излучая при этом квант света.

Определение спонтанного излучения (слайд 7): Спонтанное излучение происходит при отсутствии внешнего воздействия на атом и объясняется неустойчивостью его возбуждённого состояния.

Понятие о вынужденном излучении (слайд 8): Если же атом подвергается внешнему воздействию, то время его жизни в возбуждённом состоянии сокращается, а излучение уже будет вынужденным или индуцированным. Понятие о вынужденном излучении было введено в 1916 г А. Эйнштейном.

Рассмотрим механизм вынужденного излучения (слайд 9). Вынужденное излучение происходит в результате воздействия на возбуждённый атом кванта света, частота которого совпадает с частотой его спонтанного излучения. Атом при этом переходит на более низкий энергетический уровень, и к первичному фотону добавляется ещё один фотон, ничем не отличающийся от первого. Падающее на атом излучение удваивается, затем может образоваться «лавина» фотонов.

Особенность индуцированного (вынужденного) излучения состоит в том, что возникающая световая волна не отличается от падающей ни частотой, ни фазой, ни поляризацией (резонансный эффект).

Квантовые генераторы (слайд 10)

Оптические квантовые генераторы, излучение которых лежит в видимой и инфракрасной области спектра, называются лазерами.

Название «лазер» - это аббревиатура от Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (усиление света посредством вынужденного излучения).

Трехуровневый лазер (слайд 11).

В качестве примера работы трёхуровневого лазера рассмотрим работу рубинового лазера (слайд 12). Основная деталь рубинового лазера – рубиновый стержень. Рубин состоит из атомов Al и O с примесью атомов Cr. Именно атомы хрома придают рубину цвет и имеют метастабильное состояние.

На стержень навита трубка газоразрядной лампы, называемой лампой накачки. Служит для передачи атомам хрома квантов энергии для перехода из основного состояния в метастабильное. Очень быстро образуется «перенаселённость» метастабильного уровня (слайд 13).

Один из торцов стержня зеркальный (для как можно большей задержки фотонов внутри стержня и вызывания как можно большего числа актов вынужденного излучения), другой – полупрозрачный (через него выходит лазерное излучение). Боковая поверхность стержня непрозрачная (слайд 14).

Свойства лазерного излучения (слайд 15):

1. Лазеры способны создавать пучки света с очень малым углом расхождения.

2. Все фотоны лазерного излучения имеют одинаковую частоту (монохроматичность) и одно и то же направление (согласованность).

3. Лазеры являются мощными источниками света (до 10⁹ Вт, т.е. больше мощности крупной электростанции).

Применение лазеров (слайд 16, 17).

Благодаря свойствам лазерное излучение имеет следующее применение:

• Обработка материалов (резание, сварка, сверление);

• В хирургии вместо скальпеля;

• В офтальмологии;

• Голография;

• Связь с помощью волоконной оптики;

• Лазерная локация;

• Использование лазерного луча в качестве носителя информации.

1. Закрепление (слайд 18) - вопросы 1 - 8 на стр. 206 учебника.

2. Домашнее задание (слайд 19) - § 28, задачник Степановой № 1697, 1703, 1723.

По желанию – презентации на темы: «Применение лазеров», «Лазеры, их виды, принцип действия», «История создания лазера».

Источники информации:

• Рисунки – http://www.mger2020.ru/files/lazer-1708.jpg,

http://kitich.ru/blog/img/rubriki/internet/211501.20710_real.jpg,

http://mirpraznik.narod.ru/laser_show_16.jpg

• Диск «Физика 7-11 классы. Библиотека наглядных пособий» из серии 1С: Образование, 2003-2006

• Учебник «Физика - 11», Л.Э. Генденштейн, Ю.И. Дик, М.: Илекса, 2007 г.