Конспект урока «Интерференция механических волн» по физике для 11 класса

Деятельность учителя

Деятельность учащегося

познавательная

коммуникативная

регулятивная

действия

формируемые способы деятельности

действия

формируемые способы деятельности

действия

формируемые способы деятельности

Организационно-мотивационный этап (3 мин.)

На прошлых занятиях мы с вами научились применять принцип Гюйгенса для вывода законов отражения и преломления света. Давайте его вспомним…

То есть в понимании Х. Гюйгенса свет-это сферическая волна.

А с какой еще теорией света мы уже познакомились?

Кто ее автор? И в чем она заключается?

Длительное время эти две теории развивались параллельно, и ни одна из них не могла одержать решающей победы. Они взаимодополняли друг друга. Оказывается, что при излучении и поглощении свет ведет себя подобно потоку частиц, а при распространении свет ведет себя как волна. Ранее мы рассмотрели два свойства света - отражение и преломление, которые могут объясняться как для волновой теорией, так и корпускулярной. Таким образом, законы преломления и отражения не являются достаточным подтверждением взглядов Гюйгенса. Необходимы более веские доказательства того, что свет при распространении ведет себя как волна. Для этого необходимо выявить явления, которые свойственны только для волны. Такими явлениями являются интерференция и дифракция света. В начале изучим явление интерференции.

     Интерференция света – очень непростое явление, заключающееся в сложном перераспределении энергетических потоков. Мы не сможем увидеть, как оно происходит. Перед нами будет лишь результат взаимодействия волновых процессов. Чтобы лучше понять это явление, мы сегодня остановимся на интерференции механических волн. Таким образом тема сегодняшнего урока «Интерференция механических волн».

1. Предлагает вспомнить две теории света.

2. Предлагает доказать, что свет при распространении ведет себя как волна.

3. При помощи наводящих вопросов приводит к теме урока.

4. Формулирует цели урока.

Отвечают на вопрос преподавателя.

Испытывают затруднения в ответе.

Выдвигают предположения о теме урока.

- выделение существенной информации из слов преподавателя;

- ориентирование в своей системе знаний (определение границы знания/не знания)

Взаимодействуют с учителем

- умение с достаточной полнотой и точностью выражать свои мысли, слушание преподавателя и одногруппников

Самоконтроль

- умение слушать в соответствии с целевой установкой, принятие и сохранение учебной цели и задачи, уточнение и дополнение высказываний товарищей

Актуализация знаний (4 мин.)

Итак, целью сегодняшнего урока будет найти ответы на два важных вопроса: Что такое интерференция волн? И при каких условиях ее можно наблюдать?

Но сначала вспомним:

Что такое механическая волна?

Какие виды механических волн вам известны?

Переносится ли вещество волной?

Почему частицы среды совершают колебания?

Приведите примеры колебаний.

Беседует по вопросам.

Отвечают на вопросы преподавателя.

- компетенция обучающихся в области физики

Взаимодействуют с учителем

- умение с достаточной полнотой и точностью давать ответы на поставленные вопросы, слушание преподавателя и одногруппников

Само- и взаимоконтроль

- регуляция учебной деятельности

Первичное усвоение новых знаний (25 мин.)

Что вы видите? Слайд 4 (Поплавок то поднимается, то опускается, повторяя движения воды – совершает колебания). Почему это происходит? Вспомним уравнение бегущей волны (S= A Cos (wt-kx)). Слайд 5

Что такое амплитуда колебаний, длина волны, фаза? Что описывает это уравнение?

Вернемся к нашему примеру. Что будет, если таких волн будет две? В любом случае движение поплавка будет совершаться по гармоническому закону. При наложении двух волн их амплитуды складываются. Если их фазы равны по модулю (при этом они могут отличаться знаками), то мы увидим либо усиление (т.е. максимум), либо ослабление колебаний поплавка (т.е. минимум). /Слайд 6-7/ Здесь колебания совершаются в одинаковых фазах, наблюдаем усиление. /Слайд 8-9/ А на этом слайде колебания совершаются в противофазах (т.е. с различными знаками), наблюдаем ослабление. Если амплитуда колебаний в точке не меняется с течением времени, то мы увидим интерференционную картину. Интерференционная картина – это не меняющаяся во времени картина распределения в пространстве максимумов и минимумов амплитуд результирующих колебаний. Слайд 10 А интерференция - это сложение в пространстве волн, при котором образуется постоянное во времени распределение амплитуд результирующих колебаний. Слайд 11

След вопрос, требующий решения: каковы условия наступления интерференции?

Давайте подумаем, увидим ли мы интерференционную картину, если частоты колебаний будут отличаться. Разность фаз будет меняться и четкой картины мы не увидим. Значит, первым условием является постоянство частот. Волны, в которых соблюдается это условие называются монохроматическими. Запишите себе в тетради. Слайд 12

Пусть две волны одинаковой частоты, накладываясь друг на друга, возбуждают в некоторой точке пространства колебания одинакового направления. Запишем уравнения, описывающие эти колебания: S₁= A₁ Cos (wt-кl₁) и S₂= A₂ Cos (wt-kl₂). Амплитуду результирующего колебания при сложении колебаний, направленных вдоль одной прямой, найдем по формуле: A²= A₁²+ A₂²+2A₁A₂ Cos (φ₁- φ₂). Если разность фаз колебаний, возбужденных волнами в некоторой точке пространства, остается постоянной во времени, то и результирующая амплитуды колебаний так же останется постоянной. Т.е. наступит явление интерференции. Такие волны называются когерентными. Когерентность – это второе условие возникновения интерференционной картины. Слайд 12. А если волны некогерентны? Одна волна распространяется от источника, находящегося в состоянии покоя. А другая – от движущегося. В таком случае, разность фаз будет меняться и интерференционная картина не возникнет.

Возникает вопрос: в каких точках возникает интерференционный минимум и максимум?

Заметим, что амплитуда итогового колебания будет максимальна, когда Cos=1. И минимальна, когда Cos= -1, мин А. Слайд 13

Рассмотрим подробнее условия возникновения максимума и минимума интерференции.

Разность фаз возбуждаемых волнами колебаний в точке равна:

φ₁- φ₂=wt-k₁l₁-wt-k₂l₂=k(l₂-l₁)=(2Pi/ λ)(l₂-l₁),

где (l₂-l₁)- разность хода. Обозначим ее Δ. Получим выражение для разности фаз двух когерентных волн:

φ₁- φ₂=(2Pi/ λ) Δ.

Интерференционный максимум будет наступать, когда разность хода равна целому числу длин волн (Cos =1).

Δ=+ - k λ.

Подставляем в формулу для разности фаз:

φ₁- φ₂=(2Pi/ λ) Δ =(2Pi k λ / λ) =+ - 2k Pi, Это называется условием интерференционного максимума. Проверим: 0, 2Pi (Cos=1).

Интерференционный минимум будет наступать, когда разность хода равна целому числу полуволн (Cos = -1).

Δ=+ - (2k+1) λ/2,

Подставляем в формулу для разности фаз:

φ₁- φ₂=(2Pi/ λ) Δ=(2Pi (2k+1) λ) / 2λ= + - (2k+1) Pi. Это условие интерференционного минимума. Проверим: Pi, 3Pi (Cos= -1).

Слайд 14 Красным цветом обозначен мах интерференции, синим- минимум.

1. Создает проблемную ситуацию, используя анимации.

2. При помощи обучающихся объясняет новый материал, задает вопросы обучающимся (вместе формулируют определение интерференции; дает определение интерференционной картины, когерентности, монохромотичности; формулирует с обучающимися условия минимума и максимума).

Слушают преподавателя, изучают анимации, презентацию, участвуют в обсуждении; выделяют существенную информацию и пишут план-конспект урока.

- формирование умения наблюдать и делать выводы;

- исследовать, сравнивать, пользоваться физическими терминами, участвовать в диалоге

Обсуждают анимации, прилагают усилия для решения поставленных вопросов, участвуют в диалоге с преподавателем.

- координация усилий по решению учебной задачи;

- умение делать общие выводы, принимая во внимание мнение товарищей

Само- и взаимоконтроль

- умение внимательно слушать, организовывать себя;

- корректировать свои действия в соответствии с целевой установкой;

Первичное закрепление нового материала

(5 мин.)

Почему поплавок совершал колебания?

Что происходило, когда сталкивались две волны?

Что такое интерференция волн?

При каких условиях мы можем наблюдать интерференцию?

Какие волны называются когерентными?

В чем заключаются условия минимума и максимума?

Задает вопросы, чтобы подвести итоги. Направляет ответы обучающихся.

Отвечают на вопросы преподавателя.

- умение структурировать знания, полученные на уроке;

- построение речевого высказывания в устной форме

Участвуют в диалоге с преподавателем и в обсуждении ответов на вопросы.

- умение формулировать собственное мнение и позицию;

- аргументированнно отстаивать свою точку зрения

Контроль правильности ответов товарищей. Самоконтроль понимания вопросов и знания правильных ответов.

- умение слушать в соответствие с целевой установкой;

- осуществление самоконтроля

Контроль знаний (4 мин.)

Дает карточки с уже оформленной задачей (необходимо только вписать само решение).

Формулирует условия выполнения заданий (проверка правильности выполнения и оценивание осуществляется товарищем по парте).

Выполняют задание.

- закрепление знаний и их применение при решении задач

Осуществляют взаимопроверку; выставляют друг другу оценки.

- умение находить как свои, так и чужие ошибки;

- аргументированно исправлять их;

- умение объективно оценивать работы товарищей

Понимание заданий, планирование деятельности; контроль правильности ответов

- осуществление взаимоконтроля

Домашнее задание (2 мин.)

Формулирует домашнее задание, проводит инструктаж по его выполнению.

Слушают преподавателя и записывают д/з.

- выделение существенной информации из слов преподавателя

Взаимодействуют с преподавателем.

- слушание учителя

Регуляция учебной деятельности.

- регуляция учебной деятельности

Рефлексия деятельности (2 мин.)

Предлагает продолжить фразу «Сегодня на уроке я узнал…».

Продолжают фразу преподавателя.

- умение делать выводы

Взаимодействуют с преподавателем.

- умение формулировать собственное мнение

Проводят самоанализ деятельности, саморегуляцию эмоционального состояния.

- умение проводить самоанализ деятельности