Поляризация света - СВЕТОВЫЕ ВОЛНЫ - ОПТИКА

Задачи урока: сформировать понятия “естественный свет” и “поляризованный свет”; познакомить с экспериментальным доказательством поперечности световых волн; изучить свойства поляризованного света, показать аналогию между поляризацией механических, электромагнитных и световых волн; сообщить о примерах использования поляроидов в технике.

Ход урока

I. На первом этапе урока конкретизируют знания школьников по волновым свойствам электромагнитных волн и света. Фронтальное повторение проводится по вопросам: какие свойства электромагнитных волн нам известны? Какие из этих свойств характерны для света? Какие явления подтверждают волновую природу света? Что называют интерференцией света? Как можно наблюдать это явление? Что называют дифракцией света? Какой опыт по дифракции света можно поставить?

II. Изучение явлений интерференции и дифракции убедительно доказывает, что свет — это волна. Учебная проблема данного урока: какая это волна?

Решение поставленной проблемы проводится методом эвристической беседы с использованием элементов рассказа, постановки и обсуждения опытов.

В начале изучения нового материала необходимо подробно повторить и развить понятие о поперечной волне, восстановить представления о поляризации электромагнитных волн. Следует беседа по вопросам: на какие два типа делят все волны? Какие волны называют продольными? Какие волны называют поперечными? Что колеблется в поперечной механической волне? (Ответ. Частицы среды.) К какому типу волн относится звуковая волна? К какому типу волн относится электромагнитная волна? Что колеблется в электромагнитной волне? (Рассматривают известный рисунок электромагнитной волны.) Какое название получила электромагнитная волна, в которой векторы расположены в строго определённых плоскостях? (Следует учесть, что понятие поляризации электромагнитных волн уже введено.)

Далее учитель переходит к рассмотрению важного свойства поперечной поляризованной волны: она проходит через решётку, щели которой параллельны плоскости колебаний. Один из учеников повторяет опыт с резиновым шнуром и щелью из двух линеек. Вопросы для обсуждения: какую наблюдаем волну? Пройдёт ли волна через щель, если щель расположить перпендикулярно колебаниям шнура? Как влияет щель на распространение звуковых волн? (Ответ. Не влияет.) Может ли опыт с щелью служить доказательством поперечности волны?

Проверяют вывод на примере электромагнитных волн. Повторяют опыт (см. рис. 86). Организуется беседа по вопросам: как должна быть расположена металлическая решётка, чтобы электромагнитная волна не проходила? Можно ли утверждать, что генератор излучает поляризованную электромагнитную волну? Возможен ли приём электромагнитной волны, если генератор и приёмник расположить под углом 90°? Что может выполнять роль металлической решётки для световых волн? (При ответе на этот вопрос вводится понятие о поляроиде. Учитель показывает два поляроида — пластинки герапатита из набора по поляризации.)

Существуют вещества (кристаллы), свойства которых по разным направлениям разные. Например, пластинки кристалла герапатита могут пропускать световые колебания только в одной плоскости. Вопрос для коллективного обсуждения: почему при любом положении поляроида мы всё равно наблюдаем свет от лампы накаливания? Какую гипотезу можно высказать о плоскости и направлении колебаний векторов у обыкновенного света? (Ответ. Излучения состоят из волн, в которых векторы ориентированы по-разному.) Может быть, световые волны — не поперечные волны?

Излучение, в котором векторы колеблются в разных направлениях, называют неполяризованным или естественным светом. Если свет естественный, то один поляроид всегда пропускает какую-то часть световых волн. Два перпендикулярно расположенных поляроида не должны пропускать свет. Демонстрируется известный опыт: ДЭ-2, опыт 91. Вопросы для организации беседы: почему через два поляроида, у которых оси ОО' перпендикулярны друг другу, свет не проходит? (Выполняют рисунок 107.) Будет ли проходить свет, если оси OO' поляроидов расположены одинаково? (Для обоснования ответа учитель предлагает самостоятельно выполнить рисунок 108.) Почему при повороте одного из поляроидов освещённость экрана изменяется? (Ответ. При расположении второго поляроида под углом, меньшим 90°, световая волна через него проходит частично (рис. 109); поляризованную волну с вектором можно представить как волну, состоящую из двух поляризованных волн с векторами Первая из них пройдёт через второй поляроид, но амплитуда колебаний вектора будет меньше первоначальной с вектором .)

Учитель сообщает школьникам, что световые волны могут быть разной степени поляризованности: неполяризованные (рис. 110, а), частично поляризованные (рис. 110, б), плоскополяризованные (рис. 110, в). Рисунки заносят в тетради. Учитель задаёт вопросы: можно ли на основе опытов утверждать, что световые волны связаны с поперечными колебаниями? Что в результатах опытов изменилось бы, если бы свет был связан с продольными колебаниями? Как доказать, что в естественном свете равномерно представлены волны с колебаниями вектора в разных направлениях?

При постановке опытов желательно продемонстрировать явление фронтально: передать по рядам две пластинки герапатита, привлечь школьников к демонстрационному варианту опыта. В частности, один из учащихся может заранее подготовить демонстрацию поляризации света при его отражении или преломлении. В конце изучения нового материала учитель описывает примеры применения поляризации: метод изучения механических и других свойств тел, система поляроидов в качестве диафрагмы и др.

III. Метод подведения итогов изучения нового материала — беседа, повторение наиболее важных понятий. Учитель задаёт вопросы: в чём заключается явление поляризации? Можно ли экспериментально доказать, что световые волны поперечны? Что называют поляроидом? Чем отличается поляризатор от анализатора? Чем отличается естественный свет от поляризованного?

IV. Домашнее задание: § 60; упр. на с. 227 (ЕГЭ).