Submitted by Ирина Витальевна Асватова on пн, 23/01/2012 - 19:48
Дифракционная решетка.
Цели урока:
Продолжить изучение явления дифракции света.
Рассмотреть практические применения дифракции света.
Сформировать умения по качественному и количественному описанию дифракционной картины.
Этапы урока:
Повторение ранее изученного материала.
Актуализация знаний.
Объяснение нового материала.
Применение дифракционных решеток
Совершенствование знаний.
Оборудование к уроку:
1. Компьютер, с необходимыми техническими требованиями.
2. Мультимедийный курс «Открытая Физика 2.5. Часть II», ФИЗИКОН, 2007
3. Видеопроектор, экран.
Повторение ранее изученного материала.
У доски один из школьников рассказывает о явлении дифракции света по заранее известному плану: определение явления, демонстрация явления, описание явления.
При ответе используется информационный объект:
Модель 3.11. «Дифракция света» ( без звукового сопровождения).
Для письменного ответа двум-трем школьникам предлагаются задачи.
Как объяснить с точки зрения волновой теории, что частицы размером 0,3 мкм неразличимы при рассмотрении их в микроскоп?
Почему нить лампочки накаливания кажется окаймленной светлыми бликами?
Почему красный свет рассеивается туманом меньше, чем свет другого цвета?
Актуализация знаний.
Вопросы:
Где применяется явление дифракции света?
Почему, если посмотреть, прищурившись, на яркий источник света, то можно обнаружить радужные цвета?
Можно ли в природе найти тела, с помощью которых можно наблюдать дифракцию света?
Какова будет дифракционная картина, если свет пройдет через большое число параллельных щелей?
Объяснение нового материала.
На явлении дифракции основано устройство замечательного оптического прибора – дифракционной решетки.
В спектральных приборах высокого класса вместо призм применяются дифракционные решетки. Решетки представляют собой периодические структуры, выгравированные специальной делительной машиной на поверхности стеклянной или металлической пластинки (рис. 3.10.2). У хороших решеток параллельные друг другу штрихи имеют длину порядка 10 см, а на каждый миллиметр приходится до 2000 штрихов. При этом общая длина решетки достигает 10–15 см. Изготовление таких решеток требует применения самых высоких технологий. На практике применяются также и более грубые решетки с 50 – 100 штрихами на миллиметр, нанесенными на поверхность прозрачной пленки. В качестве дифракционной решетки может быть использован кусочек компакт-диска или даже осколок граммофонной пластинки.
Простейшая дифракционная решетка состоит из прозрачных участков (щелей), разделенных непрозрачными промежутками. На решетку с помощью коллиматора направляется параллельный пучок исследуемого света. Наблюдение ведется в фокальной плоскости линзы, установленной за решеткой (рис. 3.10.3).
В каждой точке P на экране в фокальной плоскости линзы соберутся лучи, которые до линзы были параллельны между собой и распространялись под определенным углом к направлению падающей волны. Колебание в точке P является результатом интерференции вторичных волн, приходящих в эту точку от разных щелей. Для того, чтобы в точке P наблюдался интерференционный максимум, разность хода Δ между волнами, испущенными соседними щелями, должна быть равна целому числу длин волн:
Δ = d sin θ= kλ (k = 0, ±1, ±2, ...).
Здесь d – период решетки, k– целое число, которое называется порядком дифракционного максимума. В тех точках экрана, для которых это условие выполнено, располагаются так называемые главные максимумыдифракционной картины.
Как следует из формулы дифракционной решетки, положение главных максимумов (кроме нулевого) зависит от длины волны λ. Поэтому решетка способна разлагать излучение в спектр, то есть она является спектральным прибором. Если на решетку падает немонохроматическое излучение, то в каждом порядке дифракции (т. е. при каждом значении k) возникает спектр исследуемого излучения, причем фиолетовая часть спектра располагается ближе к максимуму нулевого порядка. На рис. 3.10.6 изображены спектры различных порядков для белого света. Максимум нулевого порядка остается неокрашенным.
С помощью дифракционной решетки можно производить очень точные измерения длины волны. Если период d решетки известен, то определение длины сводится к измерению угла θk, соответствующего направлению на выбранную линию в спектре k-го порядка. На практике обычно используются спектры 1-го или 2-го порядков.
Применение дифракционных решеток
Просмотр презентации
Совершенствование знаний.
Информационный объект: Модель 3.14 «Дифракционная решетка».
Вопросы:
1. Как изменится дифракционная картина при увеличении длины волны, при прочих равных условиях? Проверка на модели.
2. Как изменится дифракционная картина при уменьшении периода дифракционной решетки, при прочих равных условиях? Проверка на модели.
3. Моделирование задачи. Учащиеся вместе с учителем.
Найти ширину спектра первого порядка х.
Пояснения к решению: при малых углах sinθ= tgθ=x/F.
F=0,5м
d
k
λ
x
1,8.10-5м
1
560.10-9м
?
d sin θ= kλ
dх/F =kλ
х=kλ F/d
Ответ:1,56.10-2м
Проверка ответа на модели.
Самостоятельное моделирование задачи.
Задавая х и dнайти λ.
Проверка ответов на модели
Этот компьютерный эксперимент служит хорошей пропедевтикой для лабораторной работы, которую учащиеся будут выполнять.
