Разработка урока по теме 'Дифракционная решетка' (11 класс, с использованием ЦОР)

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

Цель: рассмотреть практическое применение дифракции света.

Ход урока.

1. Организационный момент.

2. 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?

3. 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.

4. 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)

5. Домашнее задание.

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