Модульный урок на тему "Вынужденное излучение. Лазер", 11 класс

Модульный урок

на тему "Вынужденное излучение. Лазер"

11 класс

Учитель физики, , МОУ СОШ №13

Цели:

·  закрепить и проверить знания постулатов Бора;

·  сформировать понятия вынужденного излучения. Мазер;

·  ознакомить с историей создания лазера;

·  изучить свойства лазерного излучения;

·  рассмотреть применение вынужденного излучения на примере рубинового лазера;

·  изучить применение лазеров.

Задачи:

·  воспитывать аккуратность, прилежание в процессе выполнения самостоятельных заданий;

·  научить правильно, распределять время работы;

·  научить оценивать свою работу.

Приборы и материалы: карточки с заданиями, задачник, учебник, плакаты, доска, экран, мультимедийная установка.

План урока:

1.  Мотивационная беседа.

2.  Входной контроль.

3.  Первый модуль: изучение вынужденного излучения. Мазер.

4.  Второй модуль: история создания лазера. Свойства лазерного излучения.

5.  Третий модуль: изучение принципа работы рубинового лазера.

6.  Четвертый модуль: типы лазеров и их применение.

7.  Завершающий контроль.

8.  Рефлексия.

ХОД УРОКА

1. Мотивационная беседа

Учитель:

Итак, сегодня у нас необычный урок. Во-первых вам предстоит закрепить и проверить знания постулатов Бора; во-вторых ознакомиться с новым физическим явлением :

·  вынужденным (индуцированным) излучением;

·  квантовым генератором «мазер»;

·  историей создания лазера;

в - третьих изучить работу рубинового лазера и свойства лазеров;

в - четвертых изучить типы лазеров и их применение;

в-пятых научиться сопоставлять материал, обобщать и делать выводы, находить варианты решения поставленных проблем. Правильно распределять время работы над заданиями. Оценивать свою работу.

2. Входной контроль.

Учитель: раздаются карточки с заданиями А и Б. Обучающиеся выполняют одно из предложенных заданий. На выполнение отводится 8 минут. Затем работу проверяю.

Задание А (4 балла)

1.Когда происходит излучение или поглощение кванта света?

2.Что такое главное квантовое число?

3.При переходе атома водорода из 4-го стационарного состояния во 2-е энергия атома уменьшилась на 4,05*10-19 Дж. Какова частота излучения атома?

Задание Б (6 баллов)

1.  Запишите формулу для энергии стационарных состояний атома водорода. Как поглощает энергию атом, непрерывно или дискретно?

2.  Запишите формулу частоты фотона, поглощенного при переходе с уровня n на уровень k.

3.  Рассчитайте частоту излучения атома водорода при переходе электрона со второй стационарной орбиты на первую.

3. Первый модуль( изучение нового материала)

Учитель:

Атом в возбужденном состоянии может находиться очень малый промежуток времени, порядка 10-8 с. Если же атом подвергается внешнему воздействию, то время жизни его возбужденного состояния еще больше сокращается, и возникает излучение, которое называется вынужденным, или индуцированным, излучением. Введено это понятие в физику в 1917 году Эйнштейном. Это излучение происходит в результате воздействия на возбужденный атом кванта света, частота которого совпадает с частотой его самопроизвольного излучения. Атом переходит на более низкий энергетический уровень, и к первичному, распространяющемуся от внешнего источника фотону добавляется еще один фотон, ничем не отличающийся от первого.

Еще в 1940 году советский физик указал на возможность использования явления вынужденного излучения для усиления электромагнитных волн. В 1954 году ученые и в СССР и независимо от них Ч. Таунс, Д. Гордон и Х. Цейгер в США создали квантовый генератор, в котором вынужденное излучение преобладало над поглощением, в результате чего генерировались мощное электромагнитное излучение радиодиапазона с длиной волны 1,27 см. Созданный ими генератор получил название «мазер». Представляющее собой аббревиатуру английского выражения, в переводе означающего «усиление микроволн с помощью вынужденного излучения».

Учитель: Обучающимся выдаются карточки с заданием А. На выполнение работы отводится 5 минут. После выполнения задания обучающиеся проверяют себя с помощью проверочной карточки, спроецированной на экран мультимедийной установкой.

Задание А

1.  Кем было введено понятие вынужденного излучения?

2.  Является ли вынужденное излучение когерентным?

3.  Что означают слова «мазер», «лазер», «разер», «глазер»?

4.  Какова частота кванта электромагнитного излучения способного вызвать вынужденное излучение (формула)?

5.  Какие процессы возможны при поглощении атомом кванта электромагнитного излучения?

Проверочный лист задания А (каждое правильно выполненное задание оценивается в 1 балл).

1.  В 1917 году Альбертом Эйнштейном.

2.  Да.

3.  Мазер-генератор микроволн; лазер- источник волн оптического диапазона; разер – генератор рентгеновского излучения; гразер - источник гамма –излучения.

4.  v = (Е2 – Е1)/h

5.  а)Поглощение кванта не возбужденным атомом; б)Спонтанное излучение возбужденного атома; в) Вынужденное излучение.

4. Второй модуль

Выступление обучающегося с исторической справкой создания лазера и его свойствами.

В 1960 году американскому ученному Т. Мейману удалось создать квантовый генератор, в котором, в отличие от мазера, генерировалось излучение не радио-, а оптического диапазона т. е. в видимом диапазоне спектра. Новый генератор получил название «лазер» (« laser»), что является аббревиатурой того же самого английского выражения, только первым словом в нем теперь является «light». Это название впоследствии стало обобщающим для всех источников вынужденного излучения. Итак, лазер - это источник света, работающий на принципе вынужденного (индуцированного) излучения.

Свойства лазерного излучения:

·  лазерное излучение обладает исключительной монохроматичностью и когерентностью;

·  пучок света лазера имеет очень малый угол расхождения ( около 10-5 рад.);

·  лазер – наиболее мощный искусственный источник света. Напряженность электрического поля в электромагнитной волне, излучаемой лазером, превышает напряженность поля внутри атома.

5. Третий модуль

Учитель :объясняет принцип работы рубинового лазера, используя плакат. На доске решается задача.

Задача. Какова скорость и ускорение электрона на первой боровской орбите? ( Ответ : скорость -2*106 м/с; ускорение -1*1023 м/с2)

Обучающимся выдаются каточки с заданием Б. На выполнение работ отводится 5 минут. После выполнения задания обучающиеся проверяют себя с помощью проверочной карточки, спроецированной на экран мультимедийной установкой.

Задание Б

1.  В каком диапазоне электромагнитного излучения работает мазер, лазер?

2.  Какую примесь используют в рубиновом лазере?

3.  Что используют в качестве накачки в рубиновом лазере?

4.  В каком режиме работает рубиновый лазер?

5.  Перечислите свойства лазера?

Проверочный лист задания Б (каждое правильно выполненное задание оценивается в 1 балл).

1.  Мазер – в радиодиапазоне, лазер – в оптическом диапазоне

2.  Хром – 0,05%

3.  Ксеноновую спиралевидную лампу

4.  В импульсном режиме

5.  Высокая степень когерентности; острая направленность; большая мощность.

6. Четвёртый модуль

Выступления учеников с рефератами.

Темы рефератов:

1. Типы лазеров.
2. Применение лазеров.
3. Лазер обрабатывает материалы.
4. Применение лазеров в медицине.

Обучающимся выдаются карточки с заданием В. На выполнение работ отводится 5 минут. После выполнения задания ученики проверяют себя с помощью проверочной карточки, спроецированной на экран мультимедийной установкой.

Задание В

1.  Кто создал первый квантовый генератор, работающий в оптическом диапазоне?

2.  Перечислите типы лазеров?

3.  Перечислите всевозможные применения лазеров в науке и технике.

4.  Можно ли использовать квантовый генератор для связи? В каком диапазоне электромагнитных волн будет работать система связи?

Проверочная карточка задания В (каждое правильно выполненное задание оценивается в 1 балл).

1.  Американский ученый Т. Мейман.

2.  Твердотельные, газоразрядные, полупроводниковые, жидкостные химические и газодинамические.

3.  Космическая связь; светолокаторы, измеряющие большие расстояния с точностью до мк; для передачи компьютерных и телевизионных сигналов; считывание информации с компакт-дисков, со штрих-кодов товаров; хирургические операции,»прерывание» отслоившейся сетчатки;, использование во время сосудистых операций; сваривание и резание металлических листов; перспективы в использовании для осуществления управляемой термоядерной реакции.

4.  Да. В радиодиапазоне и в оптическом диапазоне (волоконная оптика).

7.Пятый модуль

Учитель: Обобщает изученный материал, выделяет главное: на основании квантовой теории изучения были построены квантовые генераторы радиоволн – мазеры, генераторы видимого света - лазеры, генераторы рентгеновского излучения - разеры, гразер - источник гамма –излучения. Лазеры создают когерентное излучение очень большой мощности. Изучение лазеров широко применяется в различных областях науки и техники.

Обучающиеся считают общий бал за три задания.

8. Завершающий контроль

Раздаются карточки с заданиями А и Б. Ученик выполняет одно из предложенных заданий. На выполнение отводится 10 минут. Работу проверяет учитель.

Задание А (4 балла)

1.  Чем отличается излучение лазера от излучения лампы накаливания?

2.  В результате чего происходит вынужденное (индуцированное) излучение?

3.  Сколько энергетических уровней используется в работе рубинового лазера?

4.  Для чего применяют лазеры в медицине?

Задание Б (6 баллов)

1.  Возможен ли самопроизвольный переход атома из возбужденного состояния в основное? Будет ли при этом излучаться квант света?

2.  Переход между какими энергетическими уровнями обуславливает возникновение когерентного лазерного излучения в квантовом генераторе?

3.  Лазер излучает на длине?=700 нм его мощность равна Р=50 мВт. Определите количество фотонов n, излучаемых лазером в секунду.

9. Рефлексия

Обучающийся оценивает свою работу на уроке, отвечая на вопросы по карточке.

1. Как я усвоил материал?

Получил прочные знания – 9-10 баллов;
Усвоил материал частично – 7-8 баллов;
Мало что понял, надо попробовать еще – 4-6 баллов;

2. Как я работал?

Сам справился со всеми заданиями – 9-10 баллов;
Допускал ошибки – 7-8 баллов;
Сделал много ошибок – 4-5 баллов;

10.Итог урока.

Домашнее задание: §96, упражнение №13(2)

Список используемой литературы

1. Блудов по физике. Ч. II. Учеб. пособие для учащихся/ Под ред. . – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Просвещение, 20с.
2. , Б,. Физика: Учеб. для 11 кл. сред. шк. – 17-е изд., дораб. – М.: Просвещение, 2008. – 280-284 с.
3. , Рымкевич задач по физике для 10-11 классов средней школы. – 9-е изд. – М.: Просвещение, 2009. – 192 с.

4., Каменецкий решения задач по физике в средней школе. Книга для учителя.3-е изд. Переработанное. М. Просвещение,1987г.