План-конспект урока физики в 11 «А» классе

Тема урока: «Интерференция света».

Цель урока: познакомить школьников с явлениями, в которых проявляются волновые свойства света; указать, при каких условиях они наблюдаются; научить распознавать  эти явления в жизни.

Задачи урока:

·        Образовательная. Рассмотреть явления, подтверждающие волновые свойства света: независимость распространения световых пучков и интерференцию света.

·        Развивающая. Развитие навыков объяснения причин наблюдаемых явлений.

·        Воспитательная. Воспитание интереса к явлениям природы.

Тип урока: изучение нового материала. Учебная лекция.

Этапы урока:

1. Организационный этап;

2. Изучение нового материала;

3. Закрепление изученного материала;

4. Домашнее задание.

Ход урока:

1. Организационный этап.

Приветствие. Тема урока. Эпиграф к уроку.

Для учащихся цели урока, задача: заполнение в ходе лекции структурной схемы (явление, факты, гипотезы, величины, формулы, применение.

2. Изучение нового материала.

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 Slи 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,

Хn –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.

4.Наблюдение интерференции света.

  1. Разделение светового потока от источника естественного света для получения когерентных источников возможно и другими способами:

например с помощью  бипризмы Френеля (показать схему).

 2. Получение картины интерференции при помощи установки «Кольца Ньютона».

Когерентные волны возникают при отражении света от верхней поверхности линзы и от верхней поверхности пластины.

 Можно рассмотреть картину при освещении установки светом разного цвета, т.е имеющим разную длину волны.

Таким образом можно проверять качество обработанной поверхности. Если кольца имеют правильную форму  и нет искажений , то нет и неровностей.

3. Картину интерференции можно наблюдать при наложении двух стеклянных пластин так, чтобы между ними возник воздушный клин.

4. Когерентные волны от одного источника воз­никают при отражении света от передней и задней   поверхностей   тонких   пленок   ( крылья насекомых, разноцветная переливающаяся окраска перьев птиц, перламутровая поверхность раковин и жемчужин, мыльные пузыри, линзы оптических приборов).

Интерференционная картина в тонкой пленке резко зави­сит от ее толщины.

3. Закрепление изученного материала.

В ходе урока вы заполняли таблицу. Проверим записи.

ВОПРОСЫ К УЧАЩИМСЯ.

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?

4. Домашнее задание.

§ - 22, упражнение 16 (2, 5, 8)