Интерференция света. Когерентность

Урок по теме «Интерференция света. Когерентность», 11 класс.
Цели:
- изучить явление интерференции, показать проявления интерференции
механических и световых волн, выявить их сходства и различия,
доказать на основе наблюдения интерференции волновую природу
света;
- совершенствовать практические навыки, развивать логическое
мышление, умение выдвигать гипотезы;
- стимулировать активность учащихся, познавательный интерес.
1. Согласно э/м теории свет - э/м волна. Одним из доказательств этого
является скорость света в вакууме. Обнаружение интерференции
можно считать еще одним доказательством волновой природы света.
Если свет обладает волновыми свойствами, то должна наблюдаться
интерференция света.
2. Рассмотрим интерференцию механических волн. Демонстрация.
Волновая ванна.
3. Интерференция – явление сложения в пространстве двух или
нескольких волн, при котором в одних точках возникают колебания
с max, а в других с min амплитудой.
max
min
Аmax = 2А0
Аmin = 0
2
Интенсивность волны ≈ А
2
2
Imax = (Amax) = 4А0 = 4I0
Imin = (Amin)2 = 0
? В точку, где образуется max, происходят две волны с
интенсивностями I0. Вместо 2I0 образуется интенсивность 4I0. Откуда
взялся избыток энергии? (обсуждение)
Интерференция – явление пространственного перераспределения
энергии, возникающего при сложении двух или нескольких волн
одинаковой частоты.
Если частота не меняется, то разность фаз колебаний в данной
точке остается неизмененной → эффект усиления или ослабления
сохраняется
с
течением
времени
(устойчивая
картина
интерференции).
Волны, имеющие одинаковую частоту и постоянную во времени
разность фаз, называются когерентными.
Если разность хода содержит четное (нечетное) число полуволн,
то волны сходятся, совпадая по фазе (в противофазе), и усиливают
(гасят) друг друга.
(Второе правило учащиеся формулируют самостоятельно).
Закрепление: задачи на использование формул (Рымкевич).
4. Перейдем к рассмотрению интерференции света.
? Почему наблюдается просто сложение интенсивностей световых
волн от двух одинаковых источников? Почему не наблюдается
интерференции? Как должна выглядеть картина интерференции, если
бы мы смогли ее наблюдать? (Обсуждение).
Свет излучается атомами и молекулами вещества независимо друг от
друга и совершенно не согласованно.→ У световых пучков от двух
независимых источников разность фаз со временем меняется
беспорядочно.→
Световые пучки от двух независимых источников некогерентны.
? Как получить когерентные пучки света?
Делением фронта волны на 2 части.
- схема Юнга
- бипризма Френеля
- тонкие пленки
- кольца Ньютона
4.
? Можно ли на основе явления интерференции объяснить радужную
окраску мыльных пузырей, тонких пленок бензина на поверхности
воды?
Фронтальные опыты. Оборудование: стакан с мыльным раствором,
кольцо проволочное, трубка стеклянная, пластинки стеклянные(2шт).
1) Получите на проволочном кольце мыльную пленку, расположите ее
вертикально и рассмотрите в отраженном свете.
- Почему на пленке появляются полосы?
- Почему они горизонтальные?
- Как изменяется ширина полос? Почему?
- В каком порядке расположены цвета?
2) Выдуйте мыльный пузырь на поверхности мыльного раствора
- Почему в верхней части пузыря возникают полосы?
- Почему полосы имеют форму окружностей?
- Почему полосы перемещаются вниз?
3) Стеклянные пластинки сложите, сожмите, рассмотрите в отраженном
свете на темном фоне.
- Почему с изменением нажима форма и расположение полос изменяются?
Отраженная волна и волна, претерпевшая преломление, когерентны. Они
интерферируют. Расположение max и min зависят от разности хода волн,
а она определяется толщиной пленки или воздушного клина. Отсюда полосы
равной толщины. Для разных длин волн max не совпадают, отсюда
образуется цветные полосы.
5. Демонстрация - кольца Ньютона. Почему полосы имеют форму колец?
6. Выводы. Итог урока.
– Свет э/м волна. Как это доказать?
- В чем различие интерференции света и интерференции механических
волн?
- Как получить когерентные световые пучки?
Домашнее задание.
Комментарии к уроку: на данном уроке реализуется принцип
единого подхода к изучению волновых процессов разной природы.
Этот принцип направлен на развитие способности учащихся
переносить знания, приобретенные при изучении одного объекта, в
новую незнакомую область. Данный подход может быть реализован
также и при изучении колебаний, и при рассмотрении другого свойства
волн – дифракции. Общие волновые свойства не ограничиваем
рассмотрением только в оптическом диапазоне. Иллюстрация
общности закономерностей способствует развитию мышления, имеет
важное значение в формировании научной картины мира. Я использую
возможности урока для развития интереса, развития логического
мышления. Постановкой вопросов добиваюсь активной работы
учащихся, возможность свободно высказывать предположения
позволяет им включиться в обсуждение учебной проблемы. Соблюдаю
логику изложения, для наглядности применяю опыты и
демонстрационные, и фронтальные. На уроке поддерживаю деловую,
психологически комфортную атмосферу.