Тема уроку: Дифракційна гратка.
Тип уроку: Засвоєння нових знань.
Мета уроку: 1.Формувати знання про дифракційну гратку, особливості дифракційного спектра.Показати практичне застосування дифракційних граток.
2.Розвивати пізнавальні інтереси учнів, сприяти розширенню їх політехнічного кругозору, набування практичних навичок користування вимірювальними приладами.
3.Продовжити формувати вміння учнів:
а) робити теоретичні висновки на підставі експериментів та спостережуваних дослідів;
б) пояснювати явища та процеси у природі, техніці та технології.
Основні методи: Пояснювально-ілюстративний, репродуктивний.
Обладнання: мультимедійний проектор, інтерактивна дошка, комп’ютер, джерело струму, низьковольтна лампа на підставці, з’єднувальні провідники, ключ, дифракційна гратка, лазерний диск,”Бібліотека електронних наочностей.Фізика 10-11.Квазар-мікро”.
Структура уроку:
1.Актуалізація опорних знань – 10 хв.
2.Засвоєння нових знань – 20 хв.
3.Закріплення вивченого матеріалу,домашнє завдання , підсумки уроку -15 хв.
Зміст і методи роботи.
1.Методом фронтального опитування повторити матеріал попередніх уроків:
1.1 У чому полягає явище дифракції?
1.2 За яких умов можна спостерігати явище дифракції?
1.3 Як пояснити явище дифракції на основі принципу Гюйгенса?
1.4 Яке явище супроводжує явище дифракції?
1.5 Яке значення мають явища дифракції та інтерференції у вивченні природи світла?
2. Під час виконання лабораторної роботи ви спостерігали, як виглядає дифракційна картина при проходженні світла через одну щілину. Як зміниться картина дифракції, якщо світло пройде через дві, близько розташовані щілини, а через три, чотири?На це запитання ви зможете дати відповідь після того, як вивчите будову дифракційної гратки та особливості її дифракційного спектра .
(о г о л о с и т и т е м у т а м е т у у р о к у )
Дифракційною граткою називають послідовність одинакових завширшки щілин, розміщених на одинакових відстанях одна від одної.
Гратки бувають пропускними (на склі наносять непрозорі штрихи, світло проходить лише через прозорі щілини) та відбивними (на дзеркальну металеву поверхню наносять паралельні штрихи алмазним різцем. Шершаві ділянки розсіюють світло, а дзеркальні його відбивають, відіграючи роль щілин).
Якщо ширина прозорої чи дзеркальної смуги а а непрозорої b, то величина
d=а+b
називається періодом гратки. Якщо на 1мм нанесено 100 штрихів, то d=0,01мм. Нехай на гратку падає паралельний пучок монохроматичного світла довжиною (мал.1)
Всі ці щілини випромінюють вторинні хвилі в одинаковій фазі.Можна виділити один певний напрямок, який характеризується кутом .Поставивши за решіткою лінзу(око спостерігача), можна спостерігати промені, що йдуть паралельно оптичній осі лінзи і збираються в її фокальній площині.Тобто накладаються вторинні хвилі,щовиходять із щілин решітки.Мал.2
мал.1
мал.2
З’ясуєм при якій умові під кутом на екрані буде спостерігатися максимум.
АС=kде k=0,1,2,3,...
АС=АВsin=dsin
Отже dsin= k
Відповідно мінімум буде спостерігатися при умові
dsin=(2 k+1)/2
Лінза фокусує промені, які йдуть паралельно в одній точці, де вони накладаються і підсилюються.При =0,
k=0 буде спостерігатися центральний максимум.По обидва боки від центрального розташуються максимуми першого порядку (k=1), другого(k=2) третього(k=3) і т.д. порядків.Мал,.3(а),. А як буде виглядати дифракційний спектр ,якщо замість фіолетового буде червоне світло?Мал3(б)
мал.3(а) б в 
Чому максимум першого порядку фіолетового світла розташований ближче до центрального максимуму, ніж
максимум першого порядку червоного світла?
Висновок,який роблять учні:”Чим менша довжина хвилі,тим менша відстань між лініями на екрані”
Скласти електричне коло з джерела струму, ключа та низьковольтної лампи.Замкнути коло.Спостерігати через дифракційну гратку(d=0,002мм) спектр білого світла.Описати спостережувану картину.
1.Описати порядок розташування кольорів.
2.Скільки видно окремих максимумів?
3.Порівняти спостережуваний спектр із спектром білого світла , зображеним на мал.3.
4.Котра з граток краща?(перевірити за допомогою моделі, розглянувши спектри монохроматичного світла, що утворюються гратками з різними періодами при незмінній довжині хвилі)
| |
| |
| |
Висновок,який роблять учні:”Чим менший період гратки ,тим більша відстань між лініями на екрані”
За допомогою дифракційної гратки можна визначити довжину хвилі світла.( Бібліотека електронних наочностей.Фізика 10-11 кл.Квазар-Мікро)
мал.3г
dsink
sintgr/h
dr/h= k
dr/kh
Перша дифракційна гратка була виготовлена в 1785р.
американським астрономом Ріттенгаузом, але по прямому призначенню не використовувалась.В 1821р. Фраунгофер виготовив дифракційну ґратку і використав її для досліджння сонячного випромінювання.Його ґратка мала декілька сотень штрихів на сантиметр і була виготовлена шляхом намотування тонкого дроту на 2 паралельних гвинти.Сучасні дифракційні гратки містять декілька десятків тисяч штрихів на одному сантиметрі.З використанням дифракційних ґраток створені прилади для реєстрації спектрів випромінювання небесних тіл. –астроспектрографи.На мал.4 зображено астроспектрограф, який готують до встановлення на телескопі Gemini North в Австралії.Він призначення для вивчення масивних чорних дір в центрах галактик.
мал.4
Розглядаєм лазерний диск, чому його поверхня здається кольоровою?Фактично лазерний диск є відбивною дифракційною ґраткою.Відстань між сусідніми доріжками(період ґратки)1,6мкм.(мал.5) Для зчитування інформації теж використовують дифракційну ґратку, яка міститься в оптичному дисководі.Вона допомагає втримати лазерний промінь на певній доріжці компакт-диска з точністю до 1мкм.
мал.5
мал.6
За допомогою дифракційних ґраток можна досягнути цікавих ефектів при фотографуванні.(мал.6)
3.Сьогодні на уроці ви ознайомились з будовою, особливостями дифракційного спектру та застосуванням дифракційних ґраток.
1.Що називають дифракційною ґраткою?
2.Якими вони бувають.
3.Для чого застосовоють дифракційні ґратки?
4.При якій умові спостерігають дифракційний максимум?
5.Що називають періодом дифракційної ґратки?
6.Які дифракційні ґратки кращі: ті, в яких 100 чи 500 штрихів на 1мм, чому?
Домашнє завдання:
Визначити у скільки разів ґратка, що має 500 штрихів на 1мм дає ширший спектр, ніж ґратка, що має 100 штрихів на 1мм при інших одинакових умовах?