Цель: изучить явление интерференции света.
Задачи:
Учащиеся должны знать:
- понятие явления интерференции света;
- условия интерференции света;
- методы получения интерференционной картины;
- применение интерференции света в технике.
Учащиеся должны уметь: объяснять наблюдаемые в природе явления с точки зрения интерференции света (окрашивание радужной окраской крыльев стрекоз, мыльных пузырей, нефтяной пленки на поверхности воды, поверхности лазерных дисков)
Оборудование и материал для урока: портреты Юнга, Френеля, Ллойда, Ньютона; оборудование из набора для демонстрационного эксперимента по физике "Волновая оптика", слайды со схемами демонстрационных опытов.
Этапы урока:
1) Организационный этап:
Учитель: С этого урока мы приступаем изучению нового раздела оптики - "Волновая оптика"
Опр.: Волновая оптика - это раздел оптики, в котором свет рассматривается как электромагнитная волна.
Так как мы будем рассматривать свет как электромагнитную волну давайте вспомним все, что мы знаем про этот вид волн. (ответы ребят)
На доске кратко записываются ответы ребят
Электромагнитная волна - это распространяющееся в пространстве электромагнитное поле.
Скорость распространения электромагнитных волн равна скорости света - 300000 км/с.
Характерные свойства: отражение, преломление, интерференция, дифракция, преломление.
Отражение и преломление света нами было изучено на прошлых уроках. Сегодня мы должны более подробно рассмотреть такое свойство света как интерференция.
2) Мотивационный этап:
Что такое интерференция волн? (стр. 283 учебника Касьянов В.А.)
Как можно пронаблюдать интерференцию волн, например механических? (бросить в воду одновременно два камня>от камней пойдут волны>в месте встречи можно наблюдать либо всплеск, либо гашение волн, т.е. происходит либо возрастание амплитуды колебания, либо уменьшение ее)
Как можно увидеть интерференцию света? (необходимо две световые волны, которые при встрече будут давать либо усиление, либо ослабление света, т.е. можно наблюдать чередование светлых и темных полос)
Впервые интерференцию света пронаблюдал в 1802 году Томас Юнг.
(сообщение учащегося об ученом)
Опыт Юнга (демонстрация опыта) [6, c. 25]
Каким образом появляется интерференционная картина?
Откуда появляются темные и светлые полосы?
Учитель: в ходе объяснения интерференции и условия интерференции появляется рисунок 1
рис.1
Опр.: d=d2-d1- геометрическая разность хода интерферирующих волн (разность расстояний от источников до точки их интерференции)
Условие максимума и минимума:
| Условие максимума | Условие минимума |
| (светлая полоса) | (темная полоса) |
(целое число длин волн или (нечетное число длин полуволн) четное число длин полуволн)
Как изменится интерференционная картина, если в опыте Юнга красный свет заменить на фиолетовый? (будет чередование фиолетовых и темных полос)
Как изменится интерференционная картина, если в опыте Юнга красный свет заменить на белый? (будет чередование радужных полос и темных)
Почему свет, идущий от двух электрических ламп не дает в помещении интерференционной картины?
Условия наблюдения интерференции света:
Волны должны иметь одинаковую частоту и постоянную разность фаз, т.е. волны должны быть когерентными. Источники таких волн будут называться когерентными.
Проблема: как получить когерентные волны.
Решение проблемы: необходимо каким-то образом разделить свет на несколько частей и в силу их общности они должны быть когерентными.
Методы получения интерференции света:
А) опыт Юнга: (когерентные источники света - две узкие щели; в результате деления фронта волны световые волны, идущие от щелей, будут когерентными)
Давайте определим положения максимума и минимума:
По теореме Пифагора определим d 1 и d 2
; 
Найдем разность 
Раскрывая скобки и упростив выражение,
получаем 
Используя формулу сокращенного умножения,
получаем 
.
Отсюда 
Найдем геометрическую разность хода 
Т.к. d2+d1= 2 L, следовательно разность
хода равна: 
Максимум: 
,
отсюда 
Минимум: 
,
отсюда 
Опр.: расстояние между двумя максимумами
или минимумами называется шириной
интерференционной картины (x) 
- ширина интерференционной
картины
Б) бипризма Френеля (когерентные источники - мнимые источники света, которые получились на продолжении расходящегося пучка лучей)
- ширина
интерференционной картины
Демонстрация опыта с бипризмой Френеля [6, c. 18]
В) бизеркала Френеля (свет, излучаемый источником света от обоих зеркал распространяется в виде двух пучков, исходящих из точек S1 и S2, которые являются мнимыми источниками света)
- ширина
интерференционной картины
Г) зеркало Ллойда (когерентные источники - сам источник света и его мнимое изображение)
Демонстрация опыта с зеркалом Ллойда [6, 19]
- ширина
интерференционной картины
Д) кольца Ньютона
Демонстрация колец Ньютона [6, c. 21-22]
Е) интерференция в тонких пленках (когерентные волны от одного источника возникают при отражении света от передней и задней поверхностей тонких пленок)
Учитель: Еще одним ярким примером интерференции света - это радужная окраска мыльных пузырей.
Прежде чем разбираться в появлении этой окраски, прослушайте стихотворение С.Я. Маршака "Мыльные пузыри"
Сияя гладкой пленкой,
Растягиваясь вширь,
Выходит нежный, тонкий,
Раскрашенный пузырь.
Горит, как хвост павлиний.
Каких цветов в нем нет!
Лиловый, красный, синий,
Зеленый, желтый цвет.
Взлетает шар надутый,
Прозрачнее стекла.
Внутри его как будто
Сверкают зеркала.
Огнями на просторе
Играет легкий шар.
То в нем синеет море,
То в нем горит пожар.
Он, воздухом надутый,
По воздуху плывет,
Но и одной минуты
На свете не живет.
Нарядный, разноцветный,
Пропал он навсегда,
Расплылся незаметно,
Растаял без следа:
Задание: выдуйте несколько мыльных пузырей и пронаблюдайте за явлением интерференции в мыльной пленке. [5]
Демонстрация и объяснение интерференции света в мыльной пленке[6, c. 23]
Задание: прослушайте внимательно отрывок из произведения А. Львова "мой старший брат, которого не было" и ответьте на вопрос.
":Сваи всегда окружены цветными, отливающими на солнце синевой, как чешуя скумбрии, кольцами. Эти кольца - от нефти и керосина, которые оставляют за собой огромные танкеры и морские трамваи: У них своя жизнь, совсем непохожая на нашу. Они растут, вытягиваются, ощупывают друг друга, сливаются или, наоборот, двоятся - и все это на глазах"
Почему нефть на поверхности воды окрашивается в радужные цвета? [5]
Задание: прослушайте следующий отрывок из произведения М.Ю. Лермонтова "Сон"
Я видел сон: прохладный гаснул день,
От дома длинная ложилась тень,
Луна, взойдя на небе голубом,
Играла в стеклах радужным огнем.
Как возникает радужная окраска стекла? [5]
Учитель: Благодаря этому явлению и объясняется окрашивание крыльев стрекоз и поверхности лазерных дисков.
Явление интерференции широко используется в технике.
- просветление оптики.
(сообщение учащегося о просветлении оптики)
Опр.: Просветление оптики - метод, заключающий в уменьшении отражения света от поверхности линзы в результате нанесения на нее специальной пленки.
-интерферометры.
(сообщения учащегося об интерферометрах)
Опр.: Интерферометры - приборы, служащие для точного измерения показателя преломления газов и других веществ, а также длин световых волн.
*В оставшееся время решаются задачи, следующего типа [3]
А) В опыте Юнга отверстия освещались монохроматическим светом длиной 60 мксм, расстояние между отверстиями 1 мм, расстояние от отверстия до экрана 3 м. Найти положение трех первых светлых полос.
Б) Два когерентных луча с длинами волн 404 нм пересекаются в одной точке на экране. Что будет происходить в этой точке - усиление или ослабление света, если разность хода лучей равна 17,17 мкм?
В) Длина волны желтого света натрия в вакууме равна 588 нм. Сколько длин волн этого света укладывается на отрезке 1 см?
Г) В опыте с зеркалами Френеля расстояние между мнимыми изображениями источников света равно 0,5 мм, расстояние до экрана 5 м. В зеленом свете получились интерференционные полосы на расстоянии 5 мм друг от друга. Определите длину зеленого света.
Д) На мыльную пленку с показателем преломления 1,33 падает по нормали монохроматический свет длиной волны 600 нм. Отраженный свет в результате интерференции имеет наибольшую интенсивность. Определите толщину пленки.
Е) Установка для получения колец Ньютона освещается падающим нормально монохроматическим светом длиной волны 720 нм. Радиус шестого темного кольца, наблюдаемого в отраженном свете, равен 7,2 мм. Определите радиус кривизны линзы.
Ж) При наблюдении интерференции от двух мнимых источников монохроматического света длиной волны 590 нм оказалось, что на экране длиной 3,5 см умещается 7,5 полос. Определите расстояние между источниками, если от них до экрана 2,? М.
З) Два когерентных источника испускают красный свет длиной волны 720 нм. Определите, будет ли в точке М на экране светлая полоса, если расстояние от этой полосы до центра экрана О равно 1,8 см. Экран удален от источника на 5 м, расстояние между источниками равно 0,1 см.
И) Два когерентных световых луча достигают некоторой точки с разностью хода 2 мкм. Что произойдет в этой точке: максимум или минимум, если свет желтого цвета; красного цвета? (длина волны соответственно 600 и 700 нм)
К) два когерентных источника испускают монохроматический свет с длиной волны 600 нм. На каком расстоянии от центра интерференционной картины (т. О) будет расположен первый максимум, если расстояние от источников до экрана 4 м, а расстояние между источниками 1 мм?
Используемая литература:
- В.А. Касьянов. Учебник "Физика 11"
- Л.А. Кирик, Ю.И. Дик. Сборник заданий и самостоятельных работ "Физика 11"
- Газета "Физика" приложение к газете "Первое сентября" № 3-1999.
- И.Л. Касаткина "Мы повторяем физику". том 2. 1996 изд-во "Феникс", Ростов-на-Дону.
- Е.Э. Ратбиль. "Волновая оптика. 11 класс" трудный вопрос. Изд-во "Дрофа", 2003.
- "Мир физики в художественной литературе" редактор-составитель С.А. Тихомирова. М.-"школа-Пресс", 1997.
- Демонстрационный эксперимент по физике "Волновая оптика". Руководство к выполнению экспериментов.- М.: МГИУ, 2006.-с.35