Методическая разработка учебного занятия «Интерференция света. Дифракция света. Дисперсия света»

Методическая разработка учебного занятия «Интерференция света. Дифракция света. Дисперсия света»

Государственное автономное профессиональное образовательное учреждение

Новосибирской области «Татарский политехнический колледж»

Методическая разработка учебного занятия

«Интерференция света. Дифракция света. Дисперсия света»

Преподаватель

физики, ВКК

Золотых Л.А.

Татарск,2016

Учебная дисциплина «Физика»

Профессии: 08.01.08 «Мастер отделочных строительных работ».

Тема программы: Световые волны.

Тема учебного занятия: Интерференция света. Дифракция света. Дисперсия света.

Форма организации процесса обучения: урок.

Тип учебного занятия: изучение нового материала.

Цель урока: создание условий для деятельности студентов по наблюдению и описанию явлений интерференции и дифракции света, дисперсии.

Задачи урока.

Образовательные: познакомить с явлениями интерференции, дифракции, дисперсии света, распознавать ситуации, в которых проявляются эти явления.

Развивающие: развивать способности анализировать увиденное, логическое мышление и творческое воображение учащихся, учить устанавливать причинно-следственные связи в изучаемых явлениях, формулировать эмпирические закономерности.

Воспитательные: обеспечить условия для воспитания положительного интереса к изучаемому предмету.

Основные понятия: интерференции, дифракции, дисперсии света.

Используемые педагогические технологии: системно - деятельностный подход.

Основные методы и приёмы обучения: эвристическая беседа, экспериментальный метод, методы контроля и взаимоконтроля. постановка проблемных вопросов,

Образовательные ресурсы: Учебник: Физика. 11 класс. Мякишева Г.Я., Буховцева Б.Б., Сотского Н.Н. (под ред. Парфентьевой Н.А.) – М.: Просвещение, 2015.

Физика. 11 класс Электронное приложение (DVD) к учебнику Мякишева Г.Я., Буховцева Б.Б., Сотского Н.Н. (под ред. Парфентьевой Н.А.) – М.: Просвещение, 2014.

Презентация по теме «Волновые свойства света».

Материально – техническое оснащение учебного занятия: компьютер, проектор, прибор «Кольца Ньютона», дифракционная решётка, призма Френеля, раздвижная щель, осветитель, мыльные пузыри.

Место проведения учебного занятия: кабинет физики, урок №24

Количество часов: 1ч.

План- конспект учебного занятия.

1. Организационный момент (2 мин.)

Преподаватель: - Приветствие студентов, проверка готовности к уроку. Проверка присутствующих на уроке.

1. Подготовка к изучению нового материала (5 мин.)

Преподаватель: - Повторим рассмотренный ранее учебный материала.

Краткое фронтальное повторение по вопросам:

1. Что называется интерференцией света?

Ответ: Сложение двух волн, вследствие которого наблюдается устойчивая картина усиления, и ослабления результирующих колебаний во времени.

2. При каких условиях явление можно наблюдать?

Ответ: В различных точках пространства источники волн должны быть когерентными, т.е. у них должна быть одинаковая частота и постоянная во времени разность фаз.

3. Включите в комнате две электрические лампы, что вы будете наблюдать?

Ответ: Усиление света во всех точках пространства.

Почему в этом случае не наблюдается интерференция света?

Ответ: Интерференция наблюдается от когерентных источников света, а лампочка или свеча - источники некогерентные.

4. Как получают когерентные световые волны?

Ответ: Получить когерентные волны можно, если пучок света от источника каким-либо способом разделить на два пучка и затем оба эти пучка свести вместе.

5. Что называют дифракцией света?

Ответ: Явление огибания волнами препятствий.

6. Почему трудно наблюдать дифракцию света?

Ответ: Дело в том, что волны отклоняются от прямолинейного распространения на заметные углы только на препятствиях, размеры которых сравнимы с длиной волны, а длина световой волны очень мала.

Преподаватель подводит итог по проверки, делает обобщения по теме.

3. Сообщение темы, цели, задач урока, мотивация учебной деятельности школьников (1-5 мин.)

Мотивация к деятельности.

Преподаватель раздаёт прибор «кольца Ньютона», мыльные пузыри, лазерный диск. Просит объяснить увиденное. Студенты затрудняются.

Преподаватель: - Открываем свои рабочие тетради, записываем на полях число и тему урока по центру "Интерференция света. Дифракция света. Дисперсия света ".

Преподаватель: - Попробуйте сформулировать цель урока!

Студенты:- изучить явления интерференции света, дифракцией света, дисперсией света.

Преподаватель: - Как вы думаете, какие перед нами стоят задачи?

Студенты:- Воспроизводить определения явлений: интерференции, дифракции, дисперсии света; объяснять различные природные явления, объясняющиеся появлением интерференционных картин, дифракцией света, дисперсией света.

4. Ознакомление с новым материалом (20 мин.)

Описание и наблюдение дифракции, интерференции, дисперсии.

Преподаватель просит, пользуясь учебником, заполнить таблиц. Приложение№1

Деятельность студентов:

1.Заполняют таблицу по описанию явлений, работа с учебником.

2.Анализ результатов деятельности с преподавателем.

Преподаватель:- Почему трудно наблюдать дифракцию? Наблюдение дифракционных явлений в оптике затруднено ввиду малости длины световой волны. Так, при λ = 500 нм и размере щели a = 0,5 мм имеем: λ/a = 0,001. Такова примерно величина угла (в радианах), характеризующая расхождение пучка после дифракции. Поэтому, чтобы зафиксировать отклонение световых лучей от прямолинейного распространения, экран должен находиться достаточно далеко (на расстоянии нескольких метров, а то и нескольких десятков метров).

3.Наблюдение дифракции, интерференции, дисперсии.

Деятельность студентов: работают с розданным оборудованием, классифицируют явления, записывают в таблицу. Приложение №2

Преподаватель:-Почему мыльные пузыри имеют радужную окраску?

Объяснение: Свет, падающий на переднюю, поверхность пленки мыльного пузыря толщиной d, частично отражается (луч 1 – путь АВС) и частично преломляется. После отражения преломленного луча от задней поверхности пленки в точке D луч2 преломляется в точке Е, попадая в глаз наблюдается в точке F. Отраженные лучи 1 и 2 сходятся в точке Р на сетчатке глаза. Разность хода отраженных лучей зависит от угла падения света на пленку. Для волн разной частоты (длины волны) и, следовательно, различного света, входящих в состав падающего света, интерференционные максимумы наблюдаются, поэтому в разных местах пленки. Неоднородность пленки по толщине также приводит к неоднородности отражения волн разного цвета от нее, что придает пленке радужную окраску.

Сейчас мы пронаблюдаем за пузырями через цветное стекло. И вы объясните наблюдаемые явления.

Объяснение: Если на пути светового пучка поставить красный светофильтр, то вместо радужных полос мы увидим одноцветные красные полосы, разделенные темными полосами. Если красный светофильтр заменить зеленым, светлые полосы будут зелеными.

Наблюдение дифракции, интерференции, дисперсии.

1. В куске картона сделано отверстие иглой. Посмотрите через него на раскаленную нить электрической лампы. Что вы видите? Объясните? Сделайте рисунок.

Объяснение: Дифракционная картина от освещенного отверстия представляет собой слабо заметные радужные полосы. Свет огибает непрозрачные края отверстия и заходит в область тени. Теория дифракции света основывается на принципе Гюйгенса-Френеля, согласно которому каждую точку отверстия можно рассматривать как источник вторичных волн. Дифракционная картина, возникающая на экране - результат интерференции вторичных волн.

Поставьте перед источником света светофильтр. Что вы наблюдаете при этом? Объясните.

Объяснение: Радужные полосы становятся одноцветными.

Посмотрите на поверхность лазерного диска. Объясните причину образования радужной картины.

Объяснение: Лазерный диск, долгоиграющая пластинка – пример отражательных решеток, которые представляют собой чередование участков, отражающих свет и рассеивающих его.

5. Первичное осмысление и применение изученного (10 мин.)

Решение задач.

1.Почему в комнате с тёмными обоями темно, а со светлыми светло? (Ответ. Тёмные обои поглощают свет сильнее, чем светлые).

2.Почему при точном определении показателя преломления вещества пользуются не белым светом, а монохроматическим? (Ответ. Коэффициенты преломления лучей различного цвета неодинаковы из-за дисперсии).

3.Рассмотрим цветную вклейку в учебнике страница 192 рисунок 3. Кольца Ньютона.

Используя рисунок 2 и 3, определите длину волны зеленого света. Длина волны красного света 7,8 ·10-7 м.

Ответ: 4·10-7 м.

4.По рисунку 2 и 3 ответить на вопросы: Почему у красного света дифракционная картина шире? Как изменится дифракционная картина если дифракционную решетку заменить на другую с большим периодом?

    Для монохроматического красного света

    Для монохроматического фиолетового света

Ответ: Чем больше длина волны, тем дальше располагается тот или иной максимум от центрального максимума. Решетка с большим периодом создает уже спектр.

5. Что за маленькие расплывчатые точки, которые иногда усиливаются, а иногда уменьшаются у вас перед глазами?

Ответ: Пятнышки в глазу – это интерференционная картина, вызванная дифракцией света на круглых клетках крови, плавающих прямо перед жёлтым пятном сетчатки (область с повышенным содержанием колбочек). Клетки крови могут попасть в глаз из капилляров, разрушающихся вследствие старения, повышения кровяного давления, ударов. Под действием осмотического давления эти клетки раздуваются в шарики.

6.Почему цветные ткани выцветают на солнце?

Ответ: Ультрафиолетовое излучение, поглощаясь органическими молекулами красок, нарушает молекулярные связи. Это приводит к потере пигмента.

7.Под влиянием нагревания до температуры 220-350°C сталь покрывается ярко окрашенной разноцветной плёнкой, так называемыми «цветами побежалости». Объясните явление.

Ответ: При температуре 220-350°C сталь покрывается тонким прозрачным слоем окисла. Толщина этого слоя (следовательно, и цвет побежалости) зависит от температуры. Например, температуре 220°C соответствует светло-жёлтый цвет, температуре 285°C – фиолетовый.

8. Почему в солнечный день не следует поливать водой листья огородных и садовых растений?

Ответ: Капли фокусируют солнечный свет на поверхность листьев, и растения получают солнечные ожоги.

9. Иногда вокруг Солнца или Луны наблюдаются круги (малое Гало). Оно находится обычно на угловом расстоянии в 22° и окрашено изнутри красным, а снаружи – белым или синим цветом. Отчего оно возникает? Правда ли, что Гало считают предвестником дождя?

Ответ: Малое Гало обусловлено преломлением света в падающих кристалликах льда. Главные оси кристаллов, на которых образуется Гало, ориентированы случайным образом в плоскости, перпендикулярной лучу падающего света. Поэтому в любой точке под углом 22° имеются кристаллы, которые ориентированы так, что дают яркий свет. Сильнее всего преломляются синие лучи, поэтому внешняя сторона открашена в этот цвет.

10. Почему не всё небо имеет одинаковый оттенок, а часть окрашена в более яркий голубой цвет?

Ответ: Солнечный свет рассеивается на молекулах воздуха, причём свет с меньшей длиной волны рассеивается сильнее. Поэтому, когда Солнце близко к горизонту, небо над наблюдателем в основном голубое. Голубизна неба на расстоянии больше 90° от Солнца слабее, так как небо освещено светом, прошедшим больший путь в атмосфере и потерявшим синюю составляющую.

11. В морозный вечер обратите внимание на радужные кольца вокруг фонарей, если смотреть на них через покрытые морозными узорами стекла (ближе к источнику радужные круги имеют сине-голубой свет, дальше от источника – оранжево-красный). Объясните наблюдаемое. Если человек видит радужные кольца вокруг источников света в чистом воздухе, то доктора считают это признаком помутнения прозрачных сред глаза (начала возникновения катаракты). Почему?

Ответ: Венцы вокруг фонарей объясняются дифракцией света на препятствиях (морозных узорах), соразмерных с длиной волны света. Свет, проходя через неоднородную среду, даёт дифракционную картину.

12.Как далеко от нас образуется радуга, т.е. на каком расстоянии находятся те капли воды, благодаря которым она и возникает?

Ответ: Для радуги имеет значение лишь угол между падающим солнечным лучом и линией зрения наблюдателя. Капли же могут находиться на расстоянии от нескольких метров до нескольких километров. Можно наблюдать радугу, возникающую на фоне струй водопада или фонтана.

6. Подведение итогов урока (3 мин.)

1. Чем объяснить образование цветных пятен на поверхности воды в тех местах, где она загрязнена нефтью, бензином или смазочным маслом?

Ответ: Радужные полосы в тонких плёнках возникают в результате интерференции световых волн, отражённых от верхней и нижней границ плёнки. Волна, отражённая от нижней границы, отстаёт по фазе от волны, отражённой от верхней границы. Величина этого отставания зависит от толщины плёнки и от длины световых волн в плёнке. Вследствие интерференции будет происходить гашение одних цветов спектра и усиление других. Поэтому места плёнки, обладающие разной толщиной, будут окрашены в различные цвета.

1. Объясните яркую окраску жуков и бабочек? (Внешняя поверхность оперения у многих птиц и верхний покров тела бабочек и жуков характеризуются регулярным повторением элементов структуры с периодом от одного до нескольких микрон, образующих дифракционную решетку).

7. Сообщение домашнего задания и инструктаж ( 1 мин.)

Повторить §72.

Задачи (Рымкевич А.П.): №1170-1174.

Для желающих: изготовить дисперсионный круг.

8. Рефлексия ( 1-2 мин.)

Заполните, пожалуйста, на листочках таблицу и сдайте.

Приложение№1

Описание интерференции и дифракции света, дисперсии.

Приложение№2

Наблюдение интерференции и дифракции света, дисперсии

От куда берётся свет: Эксперименты показывают, что рецепторы человеческого глаза регистрируют не напряжённость электрического поля E световой волны, а интенсивность света I, которая пропорциональна квадрату напряжённости: I ∼ E 2 .

Откуда вообще берётся свет? Видимый свет излучается атомами различных тел. Механизм излучения света относится квантовой физике, но для понимания оптических интерференционных явлений знать хотя бы в общих чертах, как атомы излучают свет, надо обязательно Обычным состоянием атома, в котором он может пребывать неограниченно долго, является основное, или невозбуждённое состояние. Когда атом находится в основном состоянии, электроны, окружающие ядро атома, максимально заполняют ближайшие к ядру орбиты. Потенциальная энергия взаимодействия электронов с ядром принимает своё минимальное значение, и говорят, соответственно, что в основном состоянии атом обладает наименьшей энергией.

Под действием внешних факторов — например, в результате соударений с другими атомами или поглощения света — атом может перейти в возбуждённое состояние. Это значит, что какой-либо электрон покидает «насиженное место» на своей основной орбите и переходит на орбиту, расположенную дальше от ядра. Потенциальная энергия взаимодействия электрона с ядром при этом возрастает; соответственно, в возбуждённом состоянии энергия атома больше, чем в основном. Величина ∆W, на которую энергия возбуждённого состояния превышает энергию основного состояния, в точности равна энергии, поглощённой атомом.

Переход возбуждённого атома в основное состояние происходит в случайный, непредсказуемый момент времени. Это означает, что моменты испускания цугов различными атомами никак не согласованы между собой! В результате цуги, образующие свет, даже если и обладают одной частотой, имеют совершенно произвольные начальные фазы.