Цели урока:
- Используя компьютерное моделирование, познакомиться с понятиями интерференции, дифракции и поляризации света.
- Выявить и проанализировать зависимость интерференции, дифракции и поляризации от различных факторов.
Оборудование урока: компьютерный класс, интерактивная доска, диск ООО «Физикон» открытая физика.
План урока:
1. Организационный момент: класс делится на три группы, каждая из которых в дальнейшем получит свое задание. Внутри группы выбираются: координатор действий, экспериментатор, оформитель результатов и докладчик.
2. Объяснение нового материала.
Квантово-волновой дуализм понятия света: в одних ситуациях свет ведет себя как поток «частиц» - квантов, а в других проявляет волновые свойства. К последним относятся все свойства электромагнитных волн: интерференция, дифракция и поляризация.
Интерференция - сложение двух и более когерентных волн, вследствие которого наблюдается устойчивая картина усиления или ослабления световых колебаний в разных точках пространства. Когерентные волны это волны с одинаковой частотой и постоянной разность фаз. В природе нет когерентных источников света, так как свет излучается «обрывками» волн длиной порядка 1 метра - цугами. Синхронизировать цуги не представляется возможным. Поэтому когерентные световые волны получают путем разделения одного и того же пучка или при помощи лазеров. К способам разделения можно отнести: опыт Юнга, кольца Ньютона, зеркало Ллойда, бипризма Френеля, тонки пленки.
Дифракция - явление огибания волнами препятствий, размеры которых соизмеримы с длиной световой волны (0,1 мкм). В результате дифракции накладываются когерентные световые волны, приходящие из разных точек, и наблюдается интерференция волн.
Различают дифракцию на препятствии и на отверстиях.
Поляризация света - выделение из естественного света световых колебаний с определенным направлением электрического вектора. Естественный свет является неполяризованным, так как содержит волны со всевозможными направлениями колебаний векторов Е и В, перпендикулярными направлению распространения волны. Поляризаторы обладают способностью пропускать световые волны с колебаниями векторов Е и В только в одной плоскости. Меняя положение второго поляризатора (анализатора) можно делать вывод о плоскости поляризации.
3. Практическая часть. К доске приглашаются координаторы от каждой группы учеников. Они получают задание на группу.
Задание первой группе: исследуйте явление интерференции, результаты исследования представьте в виде таблицы.
Задание второй группе: исследуйте явление дифракции, результаты исследования представьте в виде таблицы.
Задание третий группе: исследуйте явление поляризации света, результаты исследования представьте в виде таблицы.
По возвращению в группу, координатор раздает мини задание каждому члену команды. При необходимости можно воспользоваться теоретической помощью. Для этого дети одевают наушники и в индивидуальном режиме прослушивают повторное объяснение материала с диска.
Когда мини задания в группе выполнены, их результаты сводят в таблицу, с которой докладчик и направляется к интерактивной доске. По очереди докладчики от каждой группы рассказывают всему классу о результатах своих исследований и заносят краткую информацию в сводную таблицу. Ученик делает выводы.
Результаты исследования (Сводная таблица)
Изучаемое явление |
От чего зависит |
Как зависит |
1. Интерференция а) на модели опыта Юнга |
а) от длины волны. от расстояния между щелями. |
а) При увеличении длины волны расстояние между спектральными линиями увеличивается. Положение центрального максимума не изменяется. Спектральные линии располагаются чаще, но ширина их становится меньше |
б) на модели колец Ньютона |
б) от длины волны. от радиуса кривизны линзы |
б) радиус колец увеличивается; радиус колец увеличивается |
2. Дифракция а) на шаре, |
а) от длины волны; от радиуса шара. |
а) в центре – максимум, при увеличении длины волны радиус колец незначительно уменьшается; при увеличении радиуса шара, в центре максимум, его размеры уменьшаются, а область минимума увеличивается |
б) на круглом отверстии |
б) от длины волны; от радиуса отверстия |
б) при увеличении длины волны область нулевого максимума плавно увеличивается; при увеличении радиуса отверстия размер нулевого максимума уменьшается и при определенном значении (2.6 мм) максимум превращается в минимум; при размере отверстия 3 мм минимум превращается в максимум |
3. Поляризация |
а) от положения поляризатора |
а) при увеличении угла от 0 до 90 градусов интенсивность света уменьшается до 0; при дальнейшем увеличении угла от 90 до 180 градусов интенсивность принимает прежнее значение |
б) от угла между поляризатором и анализатором |
При увеличении угла между поляризатором и анализатором от 0 до 360 градусов интенсивность дважды достигает максимального значения равного половине полной интенсивности и дважды минимального значения, когда интенсивность равна нулю. |
Анализ сводной таблицы делается всем классом под руководством учителя.
Вопросы, задаваемые учителем по таблице:
- Какие общие закономерности интерференции на модели опыта Юнга и на модели колец Ньютона мы можем отметить? Какое различие?
- Что общего мы отмечаем в дифракции на шаре и на круглом отверстии? Какое необычное явление вам встретилось? С чем на ваш взгляд связано отклонение результатов от закономерности?
- Какие сходства результатов исследований интерференции и дифракции мы можем отметить?
- Можно ли результаты опытов по интерференции и дифракции сравнить с поляризацией света?
- Какой волной продольной или поперечной является свет?
- Какова роль поляризатора в опытах по поляризации света? А анализатора?
- Справедлив ли закон сохранения энергии для опыта по поляризации света? Что это доказывает?
4. Подведение итогов: учитель анализирует работу каждой группы в целом и каждого ученика внутри группы, выставляет оценки.
Выдается домашнее задание: составить презентацию по изученному явлению.
1 слайд - название явления и его определение;
2 слайд - условия наблюдения явления;
3 слайд - историческая справка (кто и когда наблюдал данное явление, какие получил результаты, с какими трудностями столкнулся);
4 слайд – отличительные особенности явления;
5 слайд – то каких параметров и как зависит наблюдаемая картина ( по результатам проведенных на уроке экспериментов);
6 слайд – практическое использование данного явления.
Желающим предлагается взять данную тему для научно-исследовательской работы с перспективой выступления на научно-практической конференции.