Урок по физике на тему «Дифракционная решётка» (11 класс)

Методическая разработка урока в 11 классе.

Тема: Дифракционная решётка.

Тип урока: комбинированный

Цель урока: познакомить учащихся с дифракционной решёткой и с её применением.

Задачи урока:

Образовательные: рассмотрение устройства дифракционной решётки, условие образования максимума дифракционной решётки, вид дифракционного спектра, понятие «период решётки».

Развивающие: развитие мышления и мировоззрения учащихся через метод научного познания; развитие познавательного интереса к физике, познавательной активности; формирование навыков исследовательской деятельности, производить наблюдения, обобщать, выделять главное, делать выводы.

Воспитательные: содействовать воспитанию интереса к предмету и как следствие - позитивному отношению к учению; воспитывать навыки культуры общения и умения работать в группах и коллективе.

Оборудование к уроку: компьютер, видеопроектор, интерактивная доска, карточки-тесты, карандаши, карточки-задания для выполнения мини-экспериментов, дифракционные решётки, оптические скамьи, экраны, лазерные указки.

Ход урока

I.Организационный момент.

II. Проверка усвоения изученного материала (в форме игры «Составляйки»)

У вас на столах лежат листочки, которые вы, пожалуйста, подпишите и на них выполняйте задания. Вы должны выбрать правильные ответы на вопросы: на листочке рядом с цифрой вопроса вы должны написать выбранную букву ответа. Вам на это отводиться 10 минут.

Вариант 1

1.На рисунке изображен ход трех световых лучей (красного, зеленого и фиолетового цветов) через призму. Какой луч (1, 2, 3) является лучом красного цвета?

Д) 1 Б) 2 А) 3 Ю) определить невозможно

2.Видимый свет какого цвета имеет наибольшую скорость в веществе?

1

2

3А) зеленого

И) красного

К) фиолетового

Г) желтого

3. Дисперсией называется зависимость

З) скорости света в веществе от плотности вещества

Р) скорости света в веществе от показателя преломления вещества

Ф) показателя преломления вещества от частоты света

А) показателя преломления вещества от плотности вещества

4.Кто из ученых открыл явление дисперсии?

Р) Ньютон

В) Юнг

Н) Фраунгофер

Л) Гюйгенс

5. После прохождения белого света через синее стекло свет становится синим. Это происходит из-за того, что световые волны отличных от синего цветов в основном

А) поглощаются

Д) преломляются

О) отражаются

Ж) рассеиваются

6. Когерентные волны - это волны, имеющие в любой точке пространства

А) одинаковые скорости и постоянную разность фаз

К) одинаковые частоты и постоянную разность фаз

Р) одинаковые скорости и частоты

Ц) постоянную разность фаз и одинаковые амплитуды

7. При выдувании мыльного пузыря при некоторой толщине пленки он приобретает радужную окраску. Какое физическое явление лежит в основе этого наблюдения?

Ф) дисперсия

У) дифракция

З) поляризация

Ц) интерференция

8. Дифракция света - это явление

Р) сложения когерентных волн, которые либо усиливают, либо ослабляют друг друга

И) огибания световыми волнами краев препятствий (непрозрачных преград)

Л) разложения сложной световой волны на отдельные волны с разными длинами волн

Г) поглощения веществом световых волн определенной длины

9. Соблюдается ли закон сохранения энергии в явлении интерференции света?

Ж) соблюдается, т.к. световая волна превращается в другие виды энергии

О) соблюдается, т.к. в области интерференции световая энергия перераспределяется

П) не соблюдается, т.к. в точки минимумов освещенности световая энергия не попадает

А) не соблюдается, т.к. в точках максимумов освещенности световая энергия возрастает относительно суммарной световой энергии

10. Верны ли следующие суждения?

1.Дифракция света определяет границу применимости геометрической оптики.

2.Дифракция света налагает предел на разрешающую способность телескопа и микроскопа.

И) верно только 1

М) верно только 2

Н) верны оба суждения

Т) оба суждения неверны

Вариант 2

1.Свет какого цвета испытывает наибольшее преломление?

Н) Фиолетовый

О) Зеленый

К) Красный

Э) Синий

2. Монохроматический свет - это

Е) Многоцветный свет

Т) Трехцветный свет

И) Двухцветный свет

А) Одноцветный свет

3.При отражении от тонкой пленки (см. рисунок) интерферируют световые лучи

В) 1 и 2 Г) 1 и 3 Я) 2 и 3 Ф) 1 и 4

4. Верны ли следующие суждения?

1) Радужная окраска изображения, даваемого линзой, объясняется дисперсией света.

2) Радужный перелив цветов тонкой пленки нефти на поверхности воды объясняется дисперсией света.

Р) верно только 1

У) верно только 2

Ж) верны оба суждения

О) оба суждения неверны

5. Радуга образуется при попадании солнечных лучей на капли дождя. Это явление объясняется тем, что белый свет состоит из электромагнитных волн с разной частотой, которые водяными каплями по-разному

П) отражаются

Е) преломляются

Б) поглощаются

Е) поляризуются

6. На белом листе бумаги синим карандашом написано слово "отлично", а красным - "хорошо". Через какое стекло (красное или синее) надо смотреть на надпись, чтобы увидеть слово "хорошо"?

С) красное

Р) любое стекло

Ш) синее

Ю) оба стекла сразу

7. Интерференция световых волн возможна, если они имеют

У) одинаковые длины волн и частоты

Г) постоянную разность фаз и одинаковые скорости

Э) одинаковые длины волн и скорости

Ё) постоянную разность фаз и одинаковые длины волн

8. Волны отклоняются от прямолинейного распространения на заметные углы, огибая препятствия, размеры которых

Щ) намного больше длины световой волны

Х) сравнимы с размерами источника света

Ф) намного меньше размеров источника света

Т) сравнимы с длиной световой волны

9.Дифракция - это

К) отклонение от прямолинейного распространения световых волн

Л) исчезновение преломленных лучей

Ю) зависимость показателя преломления вещества от частоты падающего света

М) разложение света в спектр

10.

При каком условии будет наблюдаться дифракция света, длина волны которого λ, а размер отверстия b?

А) b = λ

Я) b>> λ

Ш) Дифракция происходит при любых размерах отверстия

С) b<< λ

А теперь возьмите в руки карандаш и проверьте, правильно ли вы ответили: (ответы на доске - слайд 1); вы сравниваете со своими ответами, ставите «+» или «-» и таким образом сами себя оцениваете:

6,7 правильных ответов = «3»;

8,9 правильных ответов = «4»;

10 правильных ответов = «5».

(Листочки с ответами сдать).

Какое слово получилось? ( Дифракционная решётка) (слайд 2)

Это тема нашего урока. Откройте тетради и запишите тему урока.

Проговаривается цель урока.

III. Изучение нового материала.

Человек раскрывается в борьбе с препятствиями.

Но, чтобы преодолеть их, ему необходимы орудия.

Антуан де Сент - Экзюпери

Какое препятствие стояло перед учеными, основоположниками волновой теории природы света?

Определение длины волны. Эту задачу удалось решить при помощи дифракционной решетки.

Дифракционная решетка - это спектральный прибор, служащий для разложения света в спектр и измерения длины волны. Ее работа основана на явлении дифракции. (слайд 3)

Представляет собой совокупность большого числа параллельных штрихов одинаковой формы (узких щелей), нанесенных на плоскую или вогнутую полированную поверхность на одинаковом расстоянии друг от друга. (слайд 4) Хорошая решётка изготавливается с помощью специальной делительной машины, наносящей на стеклянной пластинке параллельные штрихи. Количество штрихов доходит до нескольких тысяч на 1 мм.

В быту также можно встретить дифракционные решетки. Например, на компакт-диске расположены чередующиеся полоски, которые представляют собой дифракционную решетку. (слайд 5)

Также грубой дифракционной решеткой являются расческа или ресницы, именно поэтому, если прищуриться и посмотреть на источник света, то можно увидеть радужные цвета.

Решетка имеет паспорт, в котором указывается ее характеристика - период решетки.

Рассмотрим плоскую прозрачную дифракционную решётку. (слайд 6) Обозначим ширину прозрачного участка через а, а ширину непрозрачного промежутка через b.

Сумму ширины прозрачного участка и непрозрачного промежутка называют постоянной дифракционной решётки или периодом дифракционной решётки.

а + b = d.

Она также обратно пропорциональна числу штрихов N на единицу длины решётки.

Пусть плоскомонохроматическая волна падает нормально к плоскости решётки. Тогда согласно принципу Гюйгенса - Френеля каждая щель будет являться источником вторичных волн, способных интерферировать друг с другом.

Если за дифракционной решёткой установить собирающую линзу, то в её фокальной плоскости, расположенном на экране, можно наблюдать дифракционную картину, т.е. систему максимумов и минимумов, полученных в результате интерференции света от различных щелей решетки.

Найдем условие, при котором идущие от щелей волны усиливают друг друга. Для этого рассмотрим волны, распространяющиеся под углом φ.

Разность хода между волнами от краев соседних щелей равна длине отрезка Δ.

Если на этом отрезке укладывается целое число длин волн, то волны от всех щелей будут усиливать друг друга:

Δ = m λ - условие максимума.

Формула дифракционной решетки:

d sin φ = m λ., m=0,1,2,…

Число m определяет номер дифракционного спектра.

При использовании белого света все максимумы (кроме центрального) имеют радужную окраску, так как различным длинам волн соответствуют различные углы, на которых наблюдается интерференционный максимум. (слайд 7)

Дифракционную решетку используют для определения длины световой волны(первым это сделал Юнг). (слайд 8)

При решении задач можно допустить, что из-за малых углов

d sin φ = m λ.

Sin φ = tg φ =

В настоящее время оптические приборы с дифракционными решётками получили широкое распространение как в физике, астрономии, так и в химии, биологии и технике. С их помощью изучаются спектры отражения и поглощения веществ, оптические свойства различных материалов. (слайд 9)

Благодаря дифракции света нам удалось глубже проникнуть в удивительный мир живых клеток, расширить наши познания о далёком прошлом и настоящим нашей Вселенной.

Итак, мы узнали устройство дифракционной решётки, понятие «период решётки», вывели формулу, по которой можно рассчитать положения главных максимумов в дифракционной картине, полученные с помощью дифракционной решётки.

4. Физминутка.

5. Выполнение практической работы.

Предлагаю вам ответить на вопросы в карточках - заданиях, проводя эксперимент.

Учащиеся работают по группам по 4 человека.

1.Какая из 4- х решёток даёт на экране более широкий спектр при равных условиях?

2. Как изменяется картина дифракционного спектра при удалении решётки от экрана?

3. Сделайте вывод.

Чем больше штрихов нанесено на решетке, тем дальше друг от друга находятся дифракционные спектры и тем меньше ширина каждой линии на экране, поэтому максимумы видны в виде раздельных точек, т.е. разрешающая сила решетки увеличивается.

Для монохроматического света мы видим только максимумы одного цвета.

V. Решение задач

1. Определите период дифракционной решётки, если при её освещении светом длиной

600 нм второй спектральный максимум виден под углом 30⁰. (слайд 10)

2. Перпендикулярно дифракционной решётке, имеющей 1000 штрихов на 1мм, падает монохроматическая волна. Какова длина падающей волны, если спектр 2- го порядка наблюдается в направлении, перпендикулярном падающим лучам? (слайд 11)

3. Какое число штрихов на каждом миллиметре длины имеет дифракционная решётка, если зелёная линия (λ=500 нм) в спектре второго порядка наблюдается под углом 30⁰?

(слайд 12)

Итог урока

Сегодня вам представилась возможность воспользоваться замечательным «орудием» для определения длины световой волны и вы убедились в том, что можно преодолевать многие препятствия на вашем пути.

Рефлексия(слайд 13)

1. На уроке мне было…

2. Тема урока мне…

3. Я работал на уроке…

4. У меня есть вопросы по теме…

5. Свою работу на уроке я оцениваю…

Домашнее задание. (слайд 14)