Введение основных понятий в оптику
Пользуясь этими сведениями, можно дать понятие об однородном свете как о свете с одной частотой колебаний и неизменной амплитудой.
Следует указать, что по длине волны или частоте можно определить цветность светового пучка, но по цвету пучка нельзя судить о длине волны. Кроме того, по цвету трудно отличить в спектре два его участка, длины волн которых разнятся между собой на несколько миллимикрон. Даже самая узкая область спектра состоит из излучения различных частот.
Затем можно поставить опыт по интерференции с бипризмой Френеля в белом свете. Обращается внимание на характер интерференционной картины: центральная полоса всегда белая; по обе стороны от неё – темные полосы; затем цветные полосы максимумов света, разделенные темными промежутками; последовательность расположения цветных полос – от фиолетового к красному, причем первая ближе к центральной белой полосе.
Объясняется, почему центральная светлая полоса белая, а другие максимумы цветные. В центр экрана (см.рис.11) от точек S1 и S2 колебания приходят в одинаковой фазе. Поэтому все колебания равных частот усиливают друг друга, а от смешения всех спектральных цветов получается белая полоса.
В точку А приходят колебания с разностью хода S2A-S1A=S2N, которая для фиолетового света может оказаться равной четному числу полуволн, а для других длин волн – нет. В другой точке экрана это условие может удовлетворяться для красного света. Поэтому в А наблюдается фиолетовая полоса, а в другом месте – красная.
Желательно рассмотреть ещё один частный случай интерференции – цвета тонких пленок – и провести следующие самостоятельные наблюдения учащихся на уроке.
Дифракция света
Принцип Гюйгенса-Френеля рассматривается до изучения дифракции. Предлагается познакомить учащихся с этим принципом лишь в связи с объяснением дифракционных явлений; поэтому здесь он приобретает служебную роль. Изучение геометрической оптики, например явлений отражения и преломления света на основе принципа Гюйгенса программа по физике для средней школы не предусматривает.
Вначале рекомендуется поставить опыты с водяными волнами, демонстрирующие дифракцию на малых экранах, а затем на малых отверстиях. Опыты с плоскими волнами ставятся в таком порядке:
· Размеры экрана велики – за экраном наблюдается резкая область геометрической тени;
· Размеры экрана во много раз меньше – наблюдается дифракция волн.
· Размеры отверстия велики – наблюдается резкая область тени;
· Размеры отверстия малы – наблюдается загибание волн в область геометрической тени;
Обращается внимание, что позади экрана в центре дифракционной картины образуется светлая точка, окруженная системой темных и светлых колец и заходящая в область геометрической тени. В случае отверстия центр дифракционных колец может быть светлым или темным в зависимости от расстояния до отверстия. При перемещении к нему центр экрана последовательно становится светлым и темным.
Желательно подчеркнуть, что дифракция получается и от больших экранов, но в этом случае она образуется далеко за ними и интенсивность света на больших расстояниях бывает недостаточной. Остается объяснить, как образуется явление дифракции в области геометрической тени и там, где, казалось, можно было бы ожидать равномерную освещенность.
Этот случай легко разъяснить с качественной стороны, пользуясь принципом Гюйгенса-Френеля.
На волновой ванне с помощью параллельных вибраторов, насажанных на одну стальную пластинку, получается несколько систем круговых волн. В проекции на экране видно, как образуется волновая поверхность, огибающая все круговые волны одинаковых радиусов. Явление желательно рассмотреть при помощи стробоскопа.
Разъясняется, что точка фронта световой волны в любой момент времени находятся в одинаковых фазах и сами являются источниками вторичных волн. Желая узнать, как дальше распространится фронт волны, из каждой её точки надо провести окружности одинаковых радиусов R=ct, изображающие вторичные волны; здесь с – скорость света; а R – расстояние, на которое он распространяется за время t. Огибающая их поверхность и является новым фронтом волны. Линии, перпендикулярные к этому фронту, совпадают с направлением распространения света.
Френель показал, что вторичные волны, интерферируя, гасят друг друга и свет обнаруживается лишь на огибающей поверхности. Поэтому фронт световой волны движется только вперед.
На доске вычерчивается график (рис 12.), на котором с помощью принципа Гюйгенса-Френеля поясняется причина загибания света в область геометрической тени и появление темных мест там, где по законам геометрической оптики должен быть свет.
Пусть плоская волна PQ падает на экран АВ (см.рис.12). Часть этой волны задерживается экраном, другая часть будет распространяться в том же направлении. Плоские волны изображены на рисунке сплошными штриховыми линиями. Точки на этих линиях колеблются в противоположных фазах.
Точки А и В плоской волны являются центрами вторичных волн, распространяющихся за малым экраном во всех направлениях. Они показаны концентрическими окружностями. За экраном, где фазы колебаний точек одинаковы, колебания усиливаются (например, в D, C, E), а если противоположны, то гасят друг друга (например, в K, L, M, N).
Заключение.
Курс физики средней школы нуждается в методическом пересмотре в соответствии с современными физическими воззрениями. Это осуществляется двумя путями параллельно.
Во-первых, вопросы классической физики в школьном курсе излагаются с учетом достижений новой физики, что обеспечивает более современную их трактовку и разъяснение природы и механизмов многих физических явлений и процессов и явлений. При этом идеи новой физики не становятся придатком к существующему курсу, а проходят через все его изложение.
Во-вторых, школьный курс обновляется сведениями, добытыми наукой в нашем веке.
Эти два пути совершенствования школьного курса физики взаимосвязаны и принципиально неотделимы друг от друга.
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6 7 8