Лазеры. 11-й класс

Цели урока:

1. Общеучебные умения: учащиеся должны формулировать определение индуцированного излучения, объяснять принцип действия лазера, назначение трёхуровневой системы, свойства индуцированного и лазерного излучения, устройство рубинового лазера, другие типы лазеров и их применение.
2. Организационно-практические умения: умение ставить цели и планировать свою деятельность, работать с опорными конспектами, обобщающими схемами и таблицами, умение работать по алгоритму.
3. Интелектуальные умения: умение слышать и слушать, рецензировать и конспектировать, выдвигать и формулировать проблему, составлять и воспроизводить логические цепочки.
4. Исследовательские умения: умение определять предмет и объект исследования, выдвигать и проверять гипотезу, делать выводу и обобщения.
5. Творческие умения: умение переносить знания в новую ситуацию, видение новой функции и целостной структуры объекта, видение проблемы в стандартной ситуации, комбинирование известных способов деятельности.
6. Коммуникативные умения: умения быть лидером и исполнителем, отстаивать свою точку зрения и вести за собой, быть убедительным, выстраивая систему доказательств.
7. Благо для человека, имеющее ценностное значение через историю открытия и биографии.

1. ИНДУКЦИЯ (5 минут)

На доске: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation

Фрагмент из фильма “Крах инженера Гарина”.

Учитель: “Перед вами текст на английском языке об истории изобретения, принципе и основе работы, свойствах, устройстве и применении одного прибора.

Прочитайте его внимательно, попробуйте перевести без словаря, ответить на вопросы и заполнить таблицы и схемы”. ( Ученики получают незаполненные таблицы и схемы и работают в паре)

1. Stimulated Emission of Radiation

In 1917 Einstein predicted the possibility of stimulated emission of light via atoms. Stimulated Emission of radiation is radiation of excited atoms caused by light falling on them.

2. Lasers

In 1940 a soviet physicist B.A.Phabricant pointed out the possibility of using stimulated emission of radiation for amplification of electromagnetic waves. In 1954 soviet physicists N.G.Basov and A.M.Prokhorov and simultaneously an American physics C.H. Tawnes used the phenomenon of stimulated emission of radiation when creating a microwave generator of radiowaves with the length a=1,27 cm. N.C.Basov and A.M.Prokhorov were awarded the Lenin Prize for the inventing of the new principle of radiowaves. In 1963 Basov, Prokhorov and Townes were awarded the Nobel prize. In 1960 the first laser was invented in the USA – it was a quantum generator of electromagnetic waves in the visible diapason of the spectrum.

3. Lasers characteristics

• Lasers can produce coherent light beams with a very small angle of discrepancy.
• Laser’s light is monochromatic.
• Lasers are the most powerful sources of light.

4. The principle of laser operation

When an electromagnetic wave goes through substances its energy is adsorbed. Due to adsorbed energy of the wave some atoms become excited and change into a higher energetic level and a beam of light loses some energy, which is equal to the difference of energy between levels 2 and 1.

In picture a) you can see an unexcited atom and electromagnetic wave. In picture b) you can see an excited atom after adsorbing energy. When going through the substance of electromagnetic wave with frequency

this wave doesn’t became weak, but it is amplified due to the induction radiation. Under its influence atoms go to a lower energetic level, radiating waves, which are coherent in frequency and phase with the waves.

In picture a) there is an excited atom and a wave, and in picture b) you can see a scheme in of amplifying the wave.

5 Three level scheme.

a) Two levels are not enough for laser operation. The number of excited atoms will not be more than the number of unexcited ones.

b) There is a way out in using tree energy levels. In the picture you can see 3 energy levels. On the 3d level the life of the system is not very long, about 10^-8 s., and after that it comes to state 2 without emission of light. The period of life in state 2 is 100000 times more, that is about 10^-3 s. The transition from 2 to 1 under the influence of outer electromagnetic wave is used in lasers.

After a splash of a powerful lamp the system turns into state 3.

6. Ruby laser.

1. Ruby is a bright red crystal of aluminum oxide Al₂O₃ with atoms of chrome (about 0.05%).
2. The ends of the ruby rod are fashioned into two parallel surfaces. A gas lamp in the shape of spiral generates blue-green light. Bursts of electricity from battery condensers which have capacity thousands of microfarads cause a bright splash of the lamp.

In the cause of changing from 2 ® 1 waves are emitted in different directions.

One end of a ruby rod is a mirror and the other is partially clear. It produces an intense impulse red in color.

7. Types of lasers.

Ruby laser operates as impulse. In Gas laser the main component is gas. There are also semiconductor lasers there have been created powerful gas dynamic lasers or solid state lasers with the highest power output.

8. Laser applications.

Lasers have become valuable tools in communication in industry, in medicine when conducting surgical operations, in chemistry science research and in nuclear fusion.

А) Хронология.

Индуцированное излучение – это ……..

Свойство индуцированного излучения: ……….

В) Принцип действия. (Объяснить по схеме)

С) Трёхуровневая система.

Трёхуровневая система применяется потому, что…………

Что происходит при этих переходах?

D) Устройство рубинового лазера.

F) Применение лазеров.

Учащиеся в течение 20 минут работают в паре. Каждая пара имеет право на дополнительную информацию, т. е. попросить учителя перевести 10 слов, т.к. в тексте имеются технические термины.

2. СОЦИОКОНСТРУКЦИЯ.(20 минут)

Учащиеся объединяются в группы по 4 человека и создают совместные схемы и таблицы.

3. СОЦИОЛИЗАЦИЯ И АФИШИРОВАНИЕ.(20 минут)

По 2 человека от группы докладывают о результатах работы. Совместно заполняются таблицы и схемы. Остаются не заполненные части.

4. РАЗРЫВ. (15 минут)

Ученики осознают неполноту знаний, возникает внутренний эмоциональный конфликт, подвигающий к углублению проблемы, к поиску ответа, к сверке своего знания с литературным или научным источником.

Учитель: “ Для того чтобы полностью заполнить таблицы и схемы вы можете обратиться к учебнику физики § 93”. ( Г.Я. Мякишев “Физика – 11”)

5. РЕФЛЕКСИЯ. (10 минут)

В процессе фронтального опроса заполняются и повторяются основные положения схем и таблиц.