Урок физики "Дифракционная решетка"

Открытый урок по физике «Дифракционная решетка»

11а класс

Цель: продолжить знакомство с волновыми свойствами света.

Задачи урока:

• образовательная – ознакомить учащихся со спектральным прибором дифракционная решетка; научить использовать формулу дифракционной решетки при решении задач.

• развивающая – развивать способности анализировать увиденное, логическое мышление и творческое воображение учащихся, развитие умений по качественному и количественному описанию дифракционной картины, навыков выделения главного; развитие внимательности; развитие познавательного интереса.

• воспитательная – воспитывать ответственное отношение к учебе, любознательность, коллективная работа и товарищеская взаимопомощь.

Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор, дифракционные решетки, компакт-диск, экран, источник света.

План урока

1. Организационный момент (1мин)

2. Фронтальный опрос (3-4 мин)

3. Изложение нового материала (20 мин)

4. Закрепление нового материала

5. Домашнее задание

Ход урока

1. Организационный момент.

2. Фронтальный опрос.

• Какой раздел физики мы сейчас изучаем? (Оптика)

• Какие существуют представления о природе света?

• Какие геометрические свойства света мы изучили?

• Какие волновые явления являются доказательством волновой теории света?

• 3. Изложение нового материала.

Изучаемый нами материал урока можно записать на лазерный диск, который находится у вас на столах. Опишите пожалуйста, как он выглядит? (он круглый, пластиковый, имеет радужную окраску…). А как вы считаете, почему лазерный диск имеет радужную окраску? Основываясь на наших волновых явлениях …,

Итак, мы свами выдвинули гипотезу, а вот ответить на этот вопрос, подтвердить правильность выдвинутой гипотезы поможет тема сегодняшнего урока «Дифракционная решетка». А вот какая связь между радужной окраской лазерного диска и уникальным оптическим прибором дифракционная решетка мы узнаем через несколько минут.

Открываем тетради, записываем тему урока: Дифракционная решетка.

Итак, я уже сказала, что ДР – это уникальный оптический прибор. Мы с вами на уроках физики познакомились с различными приборами и как обычно начинаем с плана изучения прибора. Давайте вспомним основные пункты изучения прибора.

1. устройство

2. назначение

3. принцип работы.

Так скажите теперь какие же цели мы должны перед собой поставить сегодня на уроке.

Изучить назначение, принцип работы ДР, устройство, а еще я хочу добавить что мы должны научиться решать задачи по теме ДР и разобрать несколько задач из ЕГЭ. Итак, цели понятны?

1. Устройство ДР.

Давайте посмотрим на слайд. Это ДР и на партах у вас есть дифракционная решетка, возьмите увеличительное стекло и посмотрите, что же из себя представляет ДР, из чего она состоит? (из множества линий, из промежутков- какие?- темные и светлые). Посмотрите на слайд. И что же такое ДР? это большое количество разделенных промежутков темных и светлых. (щелей). Оглянитесь вокруг и скажите где у нас есть ДР?(это жалюзи…)

Записываем определение ДР.

ДР- представляет собой совокупность большого числа очень узких щелей, разделенных непрозрачными промежутками.

Если ширину прозрачных щелей обозначить через - а, а ширину непрозрачных промежутков через- b, то величина равная а+b=d называется, вы сами сейчас найдете в тексте на стр. 224. Что это за величина? Это и есть период решетки. Для каждой решетки свой период. Посмотрите, пожалуйста на ДР, которые у вас на партах. Есть советские ДР с периодом:

d=1/100 – советские ДР

и современные с периодом:

d=0,002 мм – на современных ДР

Итак, мы с вами выяснили что такое ДР (т.е. ее устройство)

Назначение ДР. Для чего это нужно? А вот чтоб понять для чего это нужно, мы с вами проведем опыт. На партах у вас есть ДР, белый картон, а источником света сегодня на уроке будет служить фонарик с вашего мобильного телефона. Его мы сегодня будем использовать в образовательных целях. Достаньте пожалуйста телефон один на парту. Работаем в паре. Один из вас держит экран, после экрана ставите ДР, а другой включает источник света. (выключить свет). Что вы увидели? Сколько спектров?

Ну а теперь скажите оптический прибор ДР служит для чего? (Для разложения белого света в спектр). Убираем телефоны.

Записываем в тетради. ДР – служит для разложения белого света в спектр. Наши ресницы тоже являются грубой дифракционной решеткой. Если прищурившись посмотреть на яркий свет, то можно обнаружить радужные цвета. Белый свет разлагается в спектр при дифракции вокруг ресниц. Итак, что мы с вами выяснили:

1. устр-во ДР

2. назначение ДР

А еще на следующем уроке мы с вами выясним при выполнении ЛР, что ДР служит для измерения длины волны.

Ну а теперь последний пункт- принцип работы.

Принцип работы ДР.

ДР здесь изображена сбоку (вид сбоку). Рассмотрим элементарную теорию ДР. Пусть на решетку падает плоская монохроматическая волна с длиной волны λ. Тогда, вспоминаем, согласно принципу Гюйгенса- Френеля, которая как гласит ?: каждая точка волновой поверхности служит источником вторичных волн.

Вторичный источник который где расположен? Вот эти щели, края – это и есть вторичные источники. Они создают световые волны, которые распространяются по всем направлениям. Найдем условия при которых идущие волны будут усиливать друг друга. Т.е. условие максимума.

Условие максимума:

∆d=кλ – условие максимума

Увеличим этот фрагмент. В этот отрезок должно укладываться целое число длин волн. Запишем в тетради условие максимума. Мы выяснили, что разность хода волн = АС

АС = ∆d (1)

Рассмотрим ∆ АВС

Как нам найти катет АС, зная угол дифракции. У нас есть угол ϕ и есть катет противолежащий. А если противолежащий, то какая тригонометрическая функция? (синус). Так как же найти катет АС

АС = АВ sinϕ=d*sinϕ (2)

d*sinϕ= кλ – формула ДР

к-порядок максимума

d –период решетки

λ – длина волны

ϕ – угол дифракции

Идем дальше. После ДР все лучи расходятся в разные стороны, чтобы их собрать мы используем собирающую линзу и линза фокусирует лучи в одной точке. В этой точке происходит сложение волн и на экране появится радужная полоса. Это у нас нулевой максимум, это первый…

Какие они максимумы? По отношению к нулевому максимуму (симметричные)

Как вы думаете угол ϕ определяет положения вот этих максимумов на экране? (да)

При решении задач, например найти наибольший порядок спектра, какой угол ϕ надо взять? При ϕ=90 ДР дает максимальный порядок спектра.

А теперь давайте вернемся к началу урока, когда мы говорили о лазерном диске. Посмотрите на его внутреннее строение и скажите, что же из себя представляет этот лазерный диск? Лазерный диск представляет собой ДР, которая является отражающей, потому что в нем нет прозрачных промежутков, вместо прозрачных промежутков в них есть зеркальные промежутки.

Итак, сегодня мы познакомились с новым понятием, которая называется ДР и вывели формулу ДР.

А теперь ребята, выпрямились. Так как мы смотрели долго на слайды, мы как обычно делаем гимнастику для глаз.(выпрямились и улыбнулись, гимнастику делаем с улыбкой)

Гимнастика для глаз.

1. Посмотрели вниз, вверх, вправо, влево, вдаль, на кончик носа – укрепляем зрительную мышцу. (3 раза повторяем). Поморгали глазами.

2. Вращение глазами по часовой стрелке и против (повторяем 6 раз). Поморгали глазами

3. Массаж глаз. (на циркуляцию крови и на нервы оказывает поглаживание закрытых глаз) Массаж двумя пальцами- указательным и средним, в виде восьмиобразного движения. По нижнему краю глаза движение к носу, по верхнему краю глаза – над бровями. Повторить 6 раз.

Мы активизировали работу мозга и приступаем к следующему этапу урока – решение задач.

4. Закрепление нового материала.

Я подобрала задачи из открытого банка ЕГЭ на сайте ФИПИ в соответствии с кодификатором и демонстрационным вариантом ЕГЭ задачи на тему ДР под номером 27, уже ближе к завершению теста. Всего 32 задания, а это 27 задача.

Задача 1.

На дифракционную решетку с периодом 1,2 мкм падает нормальный монохроматический свет с длиной волны 500 нм. Какой наибольший порядок спектра можно наблюдать при помощи ДР?

Задача 2.

Какой наибольший порядок спектра можно наблюдать на дифракционной решетке, имеющей 500 штрихов на 1 мм при освещении ее светом длиной волны 720 нм.

Будем ли мы округлять к в большую сторону. Нет, так как мы не будем видеть третий порядок при таких условиях, мы будем видеть только 2 порядка спектра.

Каждая задача учит той или иной теории. При решении данных задач мы выяснили, что

1) при нахождении наибольшего порядка угол ϕ надо брать равным 90

2) при округлении- округлять в меньшую сторону и откинуть дробную часть.

Подведем итоги урока.

1) что мы с вами сегодня повторили?

2) какие цели и задачи мы ставили перед собой? Мы изучили ДР? Принцип работы рассмотрели? Решили задачи? Достигли мы с вами цели урока?

Оценки за урок.

Домашнее задание

Открываем дневники и записываем д/з. п.72, упр. 10(1, 4); подготовиться к ЛР № 6. - для всех.

Для лиц, которые сдают ЕГЭ из сайта решу егэ выбрать и решить 3 задачи по теме ДР.