Я.В.БОЧАРНИКОВА,
ДВГМИЭК, г. Хабаровск

Волновая природа света

План-конспект урока применения знаний с компьютерной
поддержкой, 1,5 ч. 11-й класс

Цели: обобщить знания по теме «Геометрическая и волновая оптика»; способствовать осознанию студентами волновой природы света; продолжить формирование умения применять теоретические знания для объяснения явлений природы; способствовать формированию интереса к физике, развитию чувства ответственности, взаимоответственности, уверенности в себе; способствовать развитию самостоятельной познавательной активности студентов, обогащению словарного запаса научной терминологией.

Оборудование: самодельные приборы для наблюдения дифракции света, мыльная жидкость, компакт-диск с записью, прибор для определения длины волны с помощью дифракционной решётки, компьютеры (компьютерные программы «Физика в картинках»), таблицы по интерференции и дифракции света, магнитофон.

Ход занятия

Студентка (читает текст ариозо Водемона из оперы «Иоланта» П.И.Чайковского).

Чудный дар природы вечной,
Дар бесценный и святой,
В нём источник бесконечный
Наслажденья красотой!
Солнце, небо, звёзд сиянье,
Море в блеске голубом, –
Всю природу и созданья
Мы лишь в свете познаём!

• Преподаватель. Свет... Такое короткое и в то же время такое ёмкое слово. «В слове „свет” заключена вся физика», – говорил С.И.Вавилов. Выдающиеся мыслители и учёные осознавали фундаментальную роль света в окружающем нас мире задолго до выявления истинной природы света. Вот только некоторые из них: Пифагор, Евклид, Птолемей, Р.Декарт, И.Ньютон, Х.Гюйгенс, Т.Юнг. Все они придерживались разных точек зрения, но вместе с тем понимали, что свет – чудный дар природы вечной... Итак, тема нашего занятия «Волновая природа света».

Мы с вами уже теоретически выяснили, что свет является электромагнитной волной. Мы знаем, что электромагнитные волны существуют в колоссальном интервале длин волн и частот (формально возможны волны сколь угодно малых и сколь угодно больших длин, но наши возможности их регистрации ограничены (обобщение преподавателем имеющихся знаний).

 

Этапы занятия	Виды деятельности
Начало занятия	Введение в тему (чтение стихотворения студентом; цитирование преподавателем слов С.И.Вавилова); определение цели и задач занятия
Повторение и обобщение изученного материала	1. Тест по теме «Геометрическая и волновая оптика» 2. Работа по карточкам, самооценка студентов
Практическая работа Физический экс-перимент       Компьютерный эксперимент	1. Формулировка вывода на основе наблюдения интерференции света 2. Формулировка вывода на основе наблюдения дифракции света 3. Определение длины световой волны с помощью дифракционной решётки с известным периодом d, самооценка студентов 1. Определение физических параметров с помощью компьютерной модели (дифракционная решётка как спектральный прибор) 2. Решение задач студентами, проверка правильности ответов с помощью компьютерной программы 3. Составление задач студентами, проверка ответов с помощью компьютерной программы, самооценка студентов
Решение расчётных задач	Решение задач студентами, самооценка студентов
Подведение итогов	Выводы по теме занятия; определение домашнего задания; оценка работы студентов преподавателем (на основе самооценки студентов); чтение стихотворения студентом

• А теперь – небольшая разминка. У каждого на парте лежит карточка, куда вы будете записывать заработанные баллы.

Тест. Поставьте в тетради только номера утверждений или вопросов и соответственно ответ – «да» или «нет».

1. Для точного определения показателя преломления вещества необходим монохроматический свет. (Да)

2. Если на пуговицу нанести штриховку, то её можно сделать «перламутровой». (Да)

3. Угол преломления всегда меньше угла падения. (Нет)

4. Расцветку крыльев стрекозы можно объяснить только дисперсией. (Нет)

5. Дисперсию можно наблюдать при прохождении белого света и через линзу. (Да)

6. Угол падения всегда равен углу отражения. (Да)

7. Различие в цвете связано с длиной волны. (Да)

8. Могут ли интерферировать световые волны, идущие от двух электрических ламп? (Нет)

9. Воздушные пузыри блестят вследствие полного отражения света от границы вода–воздух. (Да)

10. Скорость света в вакууме – самая большая в природе. (Да)

Преподаватель. На доске показаны правильные ответы. Подсчитайте количество набранных баллов (за каждый правильный ответ – 1 балл) и поставьте их в свою карточку.

Сейчас садитесь парами так, как вы хотите. Следующее задание. Каждая пара выбирает вопрос из представленных на карточках, которые у вас на партах. На обсуждение – 1 мин.

Примеры вопросов. Почему фонари, рассматриваемые через иней на стекле, кажутся окружёнными кольцами, цвета которых чередуются в таком порядке: голубой, зелёный, оранжевый, красный? Почему вокруг прищуренных ресниц видны радужные полоски? Какое явление создаёт на небе радугу? Капля бензина в лужах без красок рисует цветную картину. Как называется это явление и где оно применяется? Тонкий луч света скользнул через щель в ставне в тёмную комнату и, пролетев через графин с водой, рассыпался сотнями разноцветных искорок по стенам. Как называется это явление и где оно применяется?

За правильный ответ – 1 балл, за дополнительный – ещё 1 балл.

Дополнительный вопрос. Красным лучом длиной волны 700 нм осветили водоём, заполненный жидкостью с показателем преломления 1,4. Какого цвета свет увидит водолаз, если зелёному цвету соответствует длина волны 500 нм?

• Практическая работа

Задание 1: интерференция в тонких плёнках. «Мыльный пузырь, витая в воздухе, зажигается всеми оттенками цветов, присущими окружающим предметам. Мыльный пузырь, пожалуй, самое изысканное „чудо природы”», – писал Марк Твен.

Рассмотрите мыльный пузырь и ответьте:

– Какое явление делает мыльный пузырь достойным восхищения?

– При каком условии возможно это явление?

– В каком порядке располагаются цвета на мыльной плёнке? (Зарисуйте.) Почему?

(Ребята работают под музыку. За 3 правильных ответа – 2 балла, за 1–2 – 1 балл.)

Задание 2: наблюдение дифракции. Посмотрите сквозь лоскуток капрона, перо, узкую и широкую щели на горящую свечу и ответьте:

– Что вы наблюдаете по контуру пламени?

– Как называется наблюдаемое явление?

– В каком порядке располагаются цвета? (Зарисуйте.)

– Почему вы не видели дифракцию от широкой щели?

(Ребята работают под музыку, заполняют карточку. Критерии выставления оценок такие же, как в предыдущем случае.)

Задание 3. Мы выяснили (выводы из опытов делают сами учащиеся): белый свет – сложный, условно состоит из семи цветов; для лучей различного цвета показатель преломления вещества разный, т.е. он зависит от длины световой волны. Определим на опыте длину световой волны с помощью дифракционной решётки с известным периодом d = 10^–5 м.

(Ребята по группам под музыку рассчитывают длины волн: по красному максимуму 1-го порядка, красному 2-го порядка; жёлтому 1-го порядка; жёлтому 2-го порядка и т.д.)

Теперь перейдём в компьютерный класс и проверим в компьютерном эксперименте правильность ваших расчётов. За правильные результаты поставьте себе в карточку 2 балла. Используя компьютерную программу «Физика в картинках» или «Открытая физика 2,5» раздел «Дифракционная решётка как спектральный прибор», проведите компьютерный эксперимент и ответьте на вопросы:

– От чего зависит положение дифракционных максимумов?

– Может ли использоваться максимум нулевого порядка для разрешения спектральных линий?

– Когда дифракционные максимумы становятся более узкими?

Проверьте ваши ответы и проставьте оценку: 1 балл, если все правильные. Решите задачу (1 балл).

Пример задачи. Спектр получен с помощью дифракционной решётки с периодом 6 мкм. Дифракционный максимум 2-го порядка получен на расстояни 1,3 см от центрального и на растоянии 10 см от линзы до экрана. Определите длину световой волны.

Задание 4. В рамках данной темы придумайте, сформулируйте и решите задачу. Проведите компьютерный эксперимент и проверьте ваш ответ.

Пример задачи, придуманной ребятами. Длина волны жёлтого света равна 589 нм. Дифракционное изображение щели 3-го порядка оказалось расположенным на расстоянии 2 см от центрального изображения, а расстояние от линзы до экрана – 10 см. Каков период решётки?

• Заключительное слово. Выводы (делают сами ребята)

Преподаватель. Итак, сегодня мы убедились на практике, что свет – это электромагнитные волны, поэтому, как и в случае любых других волн, наблюдается интерференция и дифракция света. Мы измерили длину волны с помощью спектрального прибора – дифракционной решётки – и ещё раз убедились, что свет – чудный дар природы вечной...

Свет ежедневно, ежечасно дарит нам волшебные мгновения «наслажденья красотой». (Студент читает стихотворение. Ребята подсчитывают свои баллы и выставляют себе отметки: «5» за 20–22 балла; «4» – 17–19 баллов; «3» – 13–16 баллов.

ДЗ: заполнить таблицу, решить задачи.

Таблица