Цели:
- Образовательная: познакомить обучающихся с историей возникновения, устройством и принципом действия лазера, раскрыть его основные свойства; рассмотреть применение лазера на примерах профессионального содержания.
- Развивающая: Продолжать развивать элементы логического мышления, память; информационные и коммуникативные компетенции обучающихся.
- Воспитательная: Развивать интерес к обучению предмета через интеграцию физики и предметов специальных дисциплин.
Тип урока: комбинированный
Форма обучения: групповая
Материалы к уроку: задачи группам, бланки с критериями оценивания работы групп, рефлексивная мишень, маркеры
Оборудование: лампа дневного света, лазерная указка.
Презентация к уроку (Приложение 1), задание в тестовой форме в программе «My Test Pro»
ТСО: компьютеры, проектор
Пояснение к уроку: Общие представления о лазерах были получены обучающимися в профессиональном модуле «Ввод и обработка цифровой информации» по теме «Периферийные устройства». Обучающиеся заранее были разделены на 4 группы, получили опережающее домашнее задание по темам и подготовили материал к уроку. Предлагаемые темы для рассмотрения:
- История создания лазера - 1 группа;
- Применение лазера:
- 2.1) при записи и чтении компакт – дисков - 2 группа;
- 2.2) в лазерных принтерах - 3 группа;
- 2.3) в лазерной мыши и лазерной клавиатуре - 4 группа
Ход урока
1. Организационно-мотивационный этап - 2 мин.
Данное устройство находит широкое применение во многих областях человеческой деятельности. Его появление и внедрение во многие отрасли промышленности и науки произвело в буквальном смысле революцию. Благодаря этому устройству стало возможным развитие новых эффективных информационных технологий, точности измерений и качества обработки материалов, медицина шагнула на новый уровень. Поражает своей зрелищностью активное использование устройства в индустрии развлечений.
Вопрос: О каком устройстве мы будем говорить?
Ответ: О лазере
Объявление темы, постановка целей и задач урока.
2. Актуализация прежних знаний – 10 мин
Прежде, чем начнём изучать новую тему, повторим материал. Каждой группе задаётся по 2 вопроса (Слайд 2).
Вопросы:
- Сформулируйте первый постулат Бора.
(Атомная система находится в особых стационарных состояниях, каждому из которых соответствует определённая энергия: в стационарном состоянии атом не излучает) - Объясните устойчивое существование атома.
(Атом в невозбуждённом состоянии не излучает электромагнитные волы) - В чём суть второго постулата Бора?
(При переходе атома из одного стационарного состояния в другое испускается или поглощается квант электромагнитного излучения, энергия которого равна разности энергий атома в двух стационарных состояниях) - В каком случае наблюдается поглощение кванта электромагнитного излучения, а в каком испускание?
(Поглощение кванта происходит при переходе атома из стационарного состояния с меньшей энергией в состояние с большей энергией. Испускание кванта наблюдается при переходе атома из состояния с большей энергией в состояние с меньшей) - Какой свет называется монохроматическим?
(Свет строго определённой длины волны) - Какие волны называются когерентными?
(Волны, испускаемые источниками, имеющими одинаковую частоту и постоянную разность фаз) - Как определить энергию кванта света?
(Энергия кванта определяется по формуле ) - От каких физических величин зависит частота электромагнитной волны?
(Частота зависит от длины световой волны и скорости света, определяется по формуле )
3. Изучение нового материала - 45 мин.
Демонстрационный вопрос: Перед вами два работающих источника света - лампа дневного света и лазерная указка. Обратите внимание на свет, испускаемый источниками. Что вы можете сказать о нём?
Ответ: Свет от лампы рассеянный, белый, а свет лазерной указки насыщенный, узконаправленный, цветной.
Вопрос: Как объяснить различие в структуре света при помощи квантовой теории?
Ответ: В обычных источниках света - в лампах, атомы излучают свет различной длины волны спонтанно и независимо друг от друга. В лазерах же световая волна имеет определённую длину.
Итак, познакомимся с лазером!
Слово лазер образовано первыми буквами английского выражения и переводится как «усиление света при помощи индуцированного излучения». (Слайд 3)
Индуцированное излучение – это излучение возбуждённых атомов под действием падающего на них света.
В основе технологии лазерной записи информации на компакт - диски лежит изобретение советских учёных Александра Прохорова и Николая Басова. Познакомимся с историей возникновения лазеров. (Слайды 4 - 9), (Приложение 2)
Рассмотрим подробнее процессы, проходящие в лазере. Принцип действия лазера представлен на слайде (Слайд 10).
Невозбуждённый атом при прохождении электромагнитной волны поглощает энергию и переходит в высшее энергетическое состояние. При этом он передаёт свою энергию соседним атомам, либо испускает фотон. Возможен и спонтанный переход, заключающийся в самопроизвольном переходе атома из одного состояния в другое.
При падении волны на возбуждённый атом она не будет поглощаться, а вызовет переход атома в начальное состояние и испусканием ещё одной волны. Особенностью индуцированного излучения является возникновение световой волны одинаковой длины, частоты и фазы с волной, падающей на атом. В результате возникает усиленное индуцированное излучение. [3]
Для того, чтобы мощность светового излучения увеличивалась после прохождения через вещество, в веществе больше половины атомов должны находиться в возбуждённом состоянии. Такое состояние называется состояние с инверсной населённостью. [2]
Вопрос: Достаточно ли двух энергетических уровней для работы лазера?
Ответ: Нет, т.к. при использовании двух уровней энергии наблюдается в среднем одинаковое количество возбуждённых и невозбуждённых атомов.
3.1. Самостоятельная работа обучающихся по группам -15 мин.
Задание: Сейчас вы, используя материал Интернет – ресурса http://ru.wikipedia.org/ -Лазеры,
ответите на вопросы. (Слайд 11)
Каждая группа разбирает один вопрос, даёт краткие ответы:
- Какой прибор называют оптическим квантовым генератором?
- Укажите основные части лазера.
- Какие вещества относятся к активной среде лазера?
- Объясните принцип действия трёхуровневой системы.
Применение трёхуровневой системы мы можем пронаблюдать на примере рубинового лазера (Слайд 12)
Активная среда - кристалл рубина представляет собой стержень с плоскопараллельными торцами.
Газоразрядная лампа в форме спирали даёт вспышку света при помощи кратковременного импульса тока от батареи конденсаторов.
В результате возникает лавина фотонов. Усиливают излучение те волны, которые идут вдоль оси кристалла. Они многократно отражаются от торцов кристалла, вызывая индуцированное излучение ионов хрома. Процесс высвечивания всех возбуждённых атомов хрома завершается за Мощность излучения при этом Вт, превышает мощность крупной электростанции.
Вопрос: Обобщая рассмотренный материал, какие свойства лазера вы можете отметить?
Ответы обучающихся:
Лазерное излучение обладает свойствами:
- Лазеры создают пучки света с очень малым углом расхождения.
- Лазерный луч обладает исключительной монохроматичностью, т. е. он имеет только одну длину волны, один цвет.
- Лазер - самый мощный источник света. Лазер ярче тысячи солнц.
Существуют следующие виды лазеров в зависимости от активной среды (Слайд 13):
- Твердотельные;
- Газовые. К разновидностям относятся газодинамический, химический и эксимерный лазеры:
- Полупроводниковые;
- Лазеры на парах металлов;
- Лазеры на свободных электронах.
3.2. Презентация работ групп -25 мин.
Лазеры получили широкое применение во всех областях человеческой деятельности. Исключение не составляют и компьютерные технологии. Сейчас мы послушаем и посмотрим домашнее задание групп. Каждой группе предлагается представить материал в виде сообщения, презентации или буклета. Время презентации материала - не более 5 минут. Представители остальных групп во время презентации оценивают работу выступающих по критериям. (Приложение 3)
Представлять выполненную работу будем в соответствии с планом. (Слайд 15 -16)
Результаты работ групп:(Приложение 4) , (Приложение 5) – 2 группа;
(Приложение 6) – (Слайд 16 -17) – 3 группа;
(Приложение 7), (Приложение 8) – 4 группа;
Подводя итоги выступлений групп, следует отметить, что в компьютерной технике и периферийных устройствах широкое применение получили полупроводниковые лазеры.
Лазерная компьютерная техника имеет 1 класс опасности, и 3 b непосредственно для полупроводникового лазера. Работая с техникой, необходимо помнить о лазерной опасности. (Слайд 18 ).
Лазеры применяют (Слайд 19):
- В науке: интерферометрия, проведение исследований, лазерный термоядерный синтез, археология, спектроскопия, материаловедение, голография.
Примерами могут являться разработки учёных Иркутского филиала Института лазерной физики: создание объёмных светящихся «картин» при помощи фемтосекундного лазера. От люминесцирующих картин один шаг до технологий многослойной объёмной записи на кристаллах-носителях, когда в одном миллиметре толщины материала можно будет сделать 100 слоёв записи — в десятки раз больше, чем на обычном DVD-диске.
Учёными Института осуществляется постоянный технический контроль за работой лазерного деформографа, установленного на сейсмостанции Талая (г. Слюдянка) для мониторинга деформации земной поверхности.
- В промышленности: Обработка материалов (резка, сварка, гравировка), термораскалывание, получение поверхностных покрытий.
- Медицина: Хирургия (бескоровный скальпель), косметология, коррекция зрения, диагностика заболеваний.
- Военная техника: Лазерное вооружение: лазерный прицел лазерные дальномеры.
4. Закрепление материала – 10 мин.
Продолжаем работать в группах. Вам предлагается решить по 1 задаче [4], [6]. (Приложение 9)
5. Контроль знаний - 5 мин.
Контроль знаний обучающихся осуществляется индивидуальным компьютерным тестированием в программе «My Test Pro» (Приложение 10)
6. Подведение итогов – 3 мин.
Оценка работы групп
Постоянное совершенствование конструкции современных лазеров приводит к расширению областей их применения. В ближайшее время этот процесс будет продолжаться ещё более быстрыми темпами.
«Пришёл технический прогресс,
И продолжается процесс,
Кто за него стоит горой,
Тех поведёт он за собой!»
Марк Львовский
7. Домашнее задание - 2 мин.
Подготовить материал о полупроводниковых лазерах
8. Рефлексия – 2 мин.
Заполнение рефлексивной мишени «На пути к успеху». На стене, на листе бумаги висит мишень, разделённая на 4 сектора. Задача обучающихся - оценить свои успехи на уроке, поставив знак (круг) в каждом секторе: активность в группе, усвоение материала, мотивация, багаж знаний.
Список литературы:
- Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика 11 класс. – М.: «Просвещение», 2007. – 399 с.
- Кабардин О.Ф. Физика. - М.: «Просвещение», 1988. -367 с.
- Блудов М.И. Беседы по физике. - М.: «Просвещение», 1985. -208 с.
- Рымкевич А.П. Сборник задач по физике, - М: «Дрофа», 1999.
- Кисилёв С.В. Оператор ЭВМ. - М.: Академия, 2006-352 с.
- Гендельштейн Л.Э., Л.А. Кирик, И.М. Гельфгат, И.Ю. Ненашев, Физика, задачник 11 класс. - М.: Мнемозина, 2012. – 96 с.
Ссылки на интернет источники:
- http://ru.wikipedia.org/
- http://physicsbook.narod.ru/interactive/active_lk/optika/las.htm
- http://polkay.com/index.php/20…
- http://www.ateko.ru/blog/posle…
- http://brkauto.ru/fun/44669-ru…
- laser-mart.narod.ru
- http://images.yandex.ru/
- http://www-sbras.nsc.ru/HBC/hbc.phtml?4+648+1
- http://www.vashpsixolog.ru