Урок  по теме: «Дифракционная решетка» в 11 классе.

Цель: рассмотреть практическое применение дифракции света.

                                                   Ход урока.

I.                   Организационный момент.

II.                Фронтальный эксперимент: «Наблюдение дифракции света»

Оборудование:  штангенциркули.

1.      Наблюдение.

Сквозь вертикальную щель шириной 0,5 мм, образованную между губками штангенциркуля, наблюдайте источник света.

- можно ли заметить разделение светового потока на линии?

- много ли этих линий?

- какого они цвета?

- чем являются окрашенные световые линии: максимумами или минимумами интерференционной картины?

- изменяется ли наблюдаемая картина, если размер щели увеличить?

III.             Изучение нового материала.

    Дифракционная решетка представляет собой совокупность большого числа узких щелей, разделенных непрозрачными промежутками. Хорошая решетка изготавливается с помощью специальной делительной машины, наносящей на стеклянную пластинку параллельные штрихи. Количество штрихов доходит до нескольких тысяч на 1мм.

    Каждая дифракционная решетка характеризуется периодом : d = a + b, где a – ширина прозрачных щелей, b – ширина непрозрачных промежутков.

                Если на решетку нормально падает монохроматический пучок света, то после решетки свет

           распространяется по нескольким направлениям. Если за решеткой поставить собирающую

           линзу, то в ее фокальной плоскости будут наблюдаться дифракционные максимумы различных  

           порядков. Эти максимумы называются главными. Пучки света, образующие главные

           максимумы, распространяются после решетки в направлениях, определяемых формулой

           решетки:

                                                          d Sin φ = mλ

                Здесь d - период решетки,  - длина световой волны, m - целое число, называемое порядком

           дифракционного максимума.

           Расстояние от максимума нулевого порядка (m=0) до максимума m-го порядка в фокальной 

           плоскости линзы с фокусным расстоянием F при малых углах дифракции определяется

           формулой:

                                                  φ =

               Так как положение максимумов (кроме нулевого!) зависит от длины волны, то решетка 

           способна разлагать излучение в спектр, то есть она является спектральным прибором.

           С помощью дифракционной решетки можно производить очень точные измерения длины

           волны. Если период решетки известен, то определение длины волн сводится к измерению угла

           φ, соответствующего направлению на выбранный максимум m-го порядка.

           Если свет состоит из двух монохроматических волн с длинами волн λ и  λ, то решетка в   

           каждом спектральном порядке (кроме m=0) может отделить одну волну от другой.

IV.             Решение задач.

Задача № 1. Расстояние между экраном и дифракционной решеткой, имеющей 100 штрихов на 1 мм, равно 5о см. При освещении решетки светом с длиной волны 420 нм на экране видны фиолетовые линии. Определите расстояние от центральной линии до первой линии на экране.

                                       Y=  = 210 . 10 -4 м

            Проверка правильности решения задачи, а также воспроизведения дифракционной картины,

            описанной в задаче с помощью компьютерной модели  «Дифракционная решетка» из раздела

           «Оптика»  пособия  Открытая физика  (Под редакцией профессора МФТИ С. М. Козелла –

           Компания   «Физикон», 2002 г)   

           Задача № 2.  При помощи дифракционной решетки с периодом 0,02 мм получено первое

           дифракционное изображение на расстоянии  1, 15 см от центрального и на расстоянии 0, 5 м от

           решетки. Найдите длину световой волны.

                                         λ =  = 4,6 . 10 -7 м = 460 нм.

            Проверка правильности решения задачи, а также воспроизведения дифракционной картины,

            описанной в задаче с помощью компьютерной модели  «Дифракционная решетка» из раздела

           «Оптика»  пособия  Открытая физика  (Под редакцией профессора МФТИ С. М. Козелла –

           Компания   «Физикон», 2002 г)   

           Задача № 3.  Определите постоянную (период) дифракционной решетки, если при ее

           освещении светом с длиной волны 656 нм второй спектр виден под углом 2 0

                                          d =  = 2,5 .  10 -5 м.

            Проверка правильности решения задачи, а также воспроизведения дифракционной картины,

            описанной в задаче с помощью компьютерной модели  «Дифракционная решетка» из раздела

           «Оптика»  пособия  Открытая физика  (Под редакцией профессора МФТИ С. М. Козелла –

           Компания   «Физикон», 2002 г)   

V.                Домашнее задание.

    § 72, задачи 1064, 1066 из сборника А.П. Рымкевича.