Тема урока : «Свет это поток частиц»
Скачать 275.33 Kb.
|
| Учитель Пылкова Л.В., МОУ гимназия № 26 Тема урока: «Свет это поток частиц» Тип урока: Модифицированные дебаты Организация «модифицированных» дебатов допускает некоторые изменения правил, можно увеличить или уменьшить количество игроков в командах; допустимы вопросы аудитории, организуются группы поддержки, к которым команды могут обращаться во время игры, группа экспертов осуществляет функции судейства, вырабатывает компромиссное решение, когда это необходимо для реализации учебных целей. Основными этапами организации учебного процесса на основе использования методики дебатов являются: ориентация (выбор темы); подготовка к проведению; проведение дебатов; обсуждение игры. Цели урока: Обобщение и систематизация знаний по теме: «Оптика», расширение представлений о развитии взглядов на природу света; Совершенствование умений совместной учебно-познавательной деятельности обучающихся, партнерских отношений обучающихся и обучаемых, диалогического общения между учащимися в процессе добывания знаний, конкурировать, вести полемику, отстаивать свои интересы на основе знания; Развитие коммуникативной культуры общения, самостоятельности в добывании разноплановой информации по обозначенной проблеме, мышления, включая умения сопоставлять, сравнивать, анализировать, находить аналогии. Ход урока: 1. Организационный момент (приветствие, д/з) 2 мин. 2. Вступительное слово учителя (цели урока, тип урока, регламент урока, мотивация, представление таймспикера, экспертов-судей) 5мин Ответ на вопрос о природе света был получен на основе длинного ряда наблюдений над особенностями световых явлений. При этом научные представления о природе света менялись по мере того, как накапливались новые сведения и данные наблюдений. Мы с вами уже говорили о том, что свет и световые явления люди начали изучать задолго до открытия электромагнитных волн. Изучением света занимались такие известные философы как Пифагор (6 век до н.э.), Евклид (3 век до н.э.), Аристотель (4век до н.э.). Евклид в своих трактатах изложил два закона геометрической оптики, а Пифагор стоял у истоков корпускулярной теории – он предполагал, что тела излучают мельчайшие частицы, которые попадают в глаза, благодаря чему мы видим окружающий нас мир. А Аристотель, по-видимому, стоял у истоков волновой теории – он выдвигал гипотезу о свете, как о возбуждении среды. Позже, в соответствии с двумя возможными способами передачи действия от источника к приемнику возникли и начали развиваться две совершенно различные теории о том, что такое свет, какова его природа. Причем, возникли они почти одновременно в 17 веке. Одна была связана с именем Х.Гюйгенса и поддерживалась Л.Эйлером, М.Ломоносовым, В.Франклином. А другая – с именем И.Ньютона. Для развития корпускулярной теории света была более благоприятная почва. Действительно, для геометрической оптики представление о том, что свет есть поток частиц, было вполне естественным. Прямолинейное распространение света, законы отражения и преломления хорошо объяснялись с точки зрении я этой теории. Общее представление о строении вещества также не вступало в противоречие с корпускулярной теорией света – все тела состоят из атомов, между атомами существует пространство, в котором и распространяется свет в виде потоков световых частиц. Поэтому вполне естественно, что в 17 веке было много физиков, которые придерживались корпускулярной теории света. Но тогда же начинает развиваться и представление о волновой природе света. Родоначальником волновой теории света надо считать Декарта. Конечно, у Декарта нет еще представления о световых волнах. Он представляет свет не как поток частиц, а как распространение движения. Первое открытие, свидетельствующие о волновой природе света, было сделано итальянским ученым Франческо Гримальди в начале 17 века. Он заметил, что если на пути очень узкого пучка света поставить предмет, то на экране не получается резкой тени. Края тени размыты, кроме того, вдоль тени появляются цветные полосы. Открытое явление Гримальди назвал дифракцией, но объяснить его правильно не сумел. Он понимал, что наблюдаемое им явление находится в противоречии с корпускулярной теорией света, однако не решился полностью отказаться от этой теории. Вторым важным открытием было открытие интерференции света, исследованное английским физиком Р.Гуком. Он изучал цвета мыльных пленок и тонких пластинок из слюды и обнаружил, что эти цвета зависят от толщины мыльной пленки и пластинки из слюды. Однако у Гука не было правильного представления о цвете, поэтому он не смог разобрать теорию интерференции. Третьим важным открытием было сделано датским ученым Бартолином в 1669 году. Он открыл явление двойного лучепреломления в кристалле исландского шпата. Бартолин обнаружил, что если смотреть на какой-либо предмет через кристалл, то видно не одно, а два изображения, смещенных относительно друг друга. Это явление затем исследовал Гюйгенс и попытался дать ему обьяснение с точки зрения волновой теории света. Нам с вами в ходе дебатов предстоит выяснить, что же такое свет в современном представлении. Каждая из команд представит нам доказательства той или иной точки зрения. Кто будет убедительнее? Я желаю вам успехов и представляю экспертов-судей и таймспикера, который будет следить за выполнением регламента дебатов. Помните, что за перебор времени начисляются штрафные баллы! Краткость и убедительность – сестра таланта. Итак, мы начинаем дебаты. 3. Выступление первого спикера утверждающей команды «Кванты» и его группы поддержки 15 мин. Квантовая природа света. И.Ньютон-английский физик, астроном и математик. Один из основоположников современного естествознания. Член Лондонского королевского общества (1672), его президент (с 1703). Наиболее плодотворный период творческой деятельности Ньютона относится к 1660-80. В это время сложились важнейшие идеи Ньютона, приведшие к блестящим открытиям. Основные его труды были опубликованы позднее. В эти годы Ньютон заинтересовался оптикой и сделал открытие, которое как казалось сначала, говорило в пользу корпускулярной теории. Этим открытием было явление дисперсии света и простых цветов. Ньютон пришел к заключению, что белый свет разлагается на цветные лучи, которые являются простыми и призмой не разлагаются. Этот вывод казался в хорошем согласии с корпускулярной теорией света: неизменные атомы света простые лучи являются потоком однородных частиц. Смесь разнородных частиц является белым светом. Открытие дисперсии было расценено Ньютоном и его современниками как факт подтверждающий корпускулярную теорию света. Выделяя излучения одного какого-либо цвета из спектра и вторично пропуская их через призму, Ньютон нашел, что они больше не расщепляются в спектр, так как являются простыми, или однородными по составу. Основные положения корпускулярной теории Ньютона: 1) Свет состоит из малых частичек вещества, испускаемых во всех направлениях по прямым линиям, или лучам, светящимся телом, например, горящей свечой. Если эти лучи, состоящие из корпускул, попадают в наш глаз, то мы видим их источник 2) Световые корпускулы имеют разные размеры. Самые крупные частицы, попадая в глаз, дают ощущение красного цвета, самые мелкие – фиолетового. 3) Белый цвет – смесь всех цветов: красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего, фиолетового. 4) Отражение света от поверхности происходит вследствие отражения корпускул от стенки по закону абсолютного упругого удара 5) Явление преломления света объясняется тем, что корпускулы притягиваются частицами среды. Чем среда плотнее, тем угол преломления меньше угла падения. 6) Явление дисперсии света, открытое Ньютоном в 1666 г., он объяснил следующим образом. Каждый цвет уже присутствует в белом свете. Все цвета передаются через межпланетное пространство и атмосферу совместно и дают эффект в виде белого света. Белый свет – смесь разнообразных корпускул – испытывает преломление, пройдя через призму. С точки зрения механической теории, преломления обязано силам со стороны частиц стекла, действующим на световые корпускулы. Эти силы различны для разных корпускул. Они - наибольшие для фиолетового и наименьшие для красного цвета. Путь корпускул в призме для каждого цвета будет преломляться по- своему, поэтому белый сложный луч расщепится на цветные составляющие лучи. 7) Ньютон наметил пути объяснения двойного лучепреломления, высказав гипотезу о том, что лучи света обладают "различными сторонами" – особым свойством, обуславливающим их различную преломляемость при прохождении двоякопреломляющего тела. Корпускулярная теория Ньютона удовлетворительно объяснила многие оптические явления, известные в то время. Ее автор пользовался в научном мире колоссальным авторитетом, и вскоре теория Ньютона приобрела многих сторонников во всех странах. В 1913 г. датский физик Н. Бор опубликовал теорию атома, в которой объединил теорию квантов Планка-Эйнштейна с картиной ядерного строения атома. Таким образом, появилась новая квантовая теория света, родившаяся на базе корпускулярной теории Ньютона. В роли корпускулы выступает квант. Макс Планк искал универсальную формулу для абсолютно черного тела. После 2х лет напряженных размышлений, Планку удалось объединить в одной формуле разрозненные куски единой картины явления теплового излучения. В процессе вычислений он предположил, что энергия испускаемого кванта пропорциональна частоте. Основные положения: – Свет испускается, распространяется и поглощается дискретными порциями – квантами. – Квант света – фотон несет энергию, пропорциональную частоте той волны, с помощью которой он описывается электромагнитной теорией E=hV – Фотон, имеет массу, импульс и момент количества движения – Фотон, как частица, существует только в движении скорость которого –это скорость распространения света в данной среде. При всех взаимодействиях, в которых участвует фотон, справедливы общие законы сохранения энергии и импульса. – Электрон в атоме может находиться только в некоторых дискретных устойчивых стационарных состояниях. Находясь в стационарных состояниях, атом не излучает энергию. – При переходе из одного стационарного состояния в другое атом излучает (поглощает) фотон с частотой равной разности энергий. Следующим открытием, подтверждающим корпускулярную теорию явилось открытие фотоэлектрического эффекта. В 1886 г. немецкий физик Г. Герц, установил, что при освещении ультрафиолетовыми лучами отрицательно заряженного проводника, прием устойчивее. Таким образом, было открыто явление электролизации металлических поверхностей при их освещении. Позднее ученые выяснили, что под действием света часть электронов, входящих в состав тела, покидают его. Явление вырывания электронов из металла под действием света называется фотоэффектом. В дальнейшем это явление изучал русский ученый Александр Григорьевич Столетов. На основе опытов он вывел законы фотоэффекта и предложил прибор, работающий на данном явление – фотоэлемент.При неизменном спектральном составе света, падающего на фотокатод, фототок насыщения пропорционален энергетической освещенности катода (иначе: число фотоэлектронов, выбиваемых из катода за 1 с, прямо пропорционально интенсивности света). 2.Для данного фотокатода максимальная начальная скорость фотоэлектронов зависит от частоты света и не зависит от его интенсивности. 3.Для каждого фотокатода существует красная граница фотоэффекта, то есть минимальная частота света ν0 при которой фотоэффект ещё возможен. Важно заметить, что наблюдают прямую пропорциональность, а не равенство, так как часть падающих на металл фотонов отражается, а из поглощенных фотонов не все вырывают из металла свободные электроны. Энергия части поглощенных фотонов превращается во внутреннюю энергию металла. Эйнштейн предположил, что каждый фотон взаимодействует не со всем веществом, на которое падает свет и даже не с атомом в целом, а с отдельным электроном атома. Фотон отдает свою энергию электрону, а электрон, получив энергию, вырывается из металла с определенной кинетической энергией. На диаграмме показан процесс выбивания электронов из металлической пластины под действием энергии фотонов  Схема эксперимента по исследованию фотоэффекта. Из света берется узкий диапазон частот и направляется на катод внутри вакуумного прибора. Напряжением между катодом и анодом устанавливается энергетический порог между ними. По току судят о достижении электронами анода. 1923 году американским ученым Артуром Комптоном было открыто явление изменения длины волны рентгеновского излучения при встрече с электроном. Это явление было названо эффектом Комптона. В 1927 Комптон получил за это открытие Нобелевскую премию по физике. Сегодня эффект Комптона находит применение в астрофизике: гамма-лучи от космических объектов подвергаются многократному рассеянию, пока их энергия не падает до длин волн рентгеновской части спектра, после чего их можно анализировать на стандартных рентгенографических установках. Фотоэффект широко используется в науке и технике для регистрации и измерения световых потоков, для непосредственного преобразования и измерения света в энергию электрического тока, для преобразования световых сигналов в электрические сигналы. Приборы, действие которых основано на явлении фотоэлектрического эффекта, называются фотоэлементами. Фотосопротивления обладают значительно большей чувствительностью, чем фотоэлементы, в которых используется внешний фотоэффект. Фотоэлементы применяются в автоматике (автоматическое открывание дверей при подходе человека или ворот гаража въезжающему в него автомобиля, при автоматическом включении и выключении городской осветительной сети), для подачи сигналов точного времени, в химическом производстве для проверки прозрачности жидкости, в телевидении и звуковом кино. 4. Вопрос отрицающей команды «Волны» первому спикеру и его группе 3 мин. поддержки утверждающей команды «Кванты» и ответ команды Как объяснить ограниченность разрешающей способности оптического микроскопа? Ответ: При размерах исследуемого предмета менее 0,1мкм на них начинается дифракция (основная мысль, к которой приходят ребята во время обсуждения данного вопроса) 5. Выступление первого спикера отрицающей команды «Волны» и его группы поддержки 15мин Первые представления о природе света возникли у древних греков и египтян. По мере изобретения и совершенствования различных оптических приборов (параболических зеркал, микроскопа, зрительной трубы) эти представления развивались и трансформировались. В конце XVII века возникли две теории света: корпускулярная (И. Ньютон) и волновая (Р. Гук и Х. Гюйгенс). Волновая теория рассматривала свет как волновой процесс, подобный механическим волнам. В основу волновой теории был положен принцип Гюйгенса. Основные положения волновой теории света Гюйгенса 1) Свет – это распространение упругих периодичных импульсов в эфире. Эти импульсы продольны и похожи на импульсы звука в воздухе. 2) Эфир – гипотетическая среда, заполняющая небесное пространство и промежутки между частицами тел. Она невесома, не подчиняется закону всемирного тяготения, обладает большой упругостью. 3) Принцип распространения колебаний эфира таков, что каждая его точка, до которой доходит возбуждение, является центром вторичных волн. Эти волны слабы, и эффект наблюдается только там, где проходит их огибающая поверхность – фронт волны (принцип Гюйгенса). Чем дальше волновой фронт от источника, тем более плоским он становится. Световые волны, приходящие непосредственно от источника, вызывают ощущение видения. Основные положения волновой теории Френеля. Световые волны являются поперечными; Свет – распространение колебаний в эфире со скоростью V Световой эфир обладает свойствами упруго-твердого тела, абсолютно несжимаем. При переходе из одной среды в другую упругость эфира не меняется, но меняется его плотность. Поперечные колебания могут происходить одновременно по всем направлениям, перпендикулярным направлению распространению волны. Работа Френеля завоевала признание ученых. Вскоре появился целый ряд экспериментальных и теоретических работ, подтверждающих волновую природу света. ОПТОВОЛОКОННАЯ ОПТИКА И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ. СТРУКТУРА ОПТОВОЛОКНА Показатель преломления сердцевины больше показателя преломления оболочки (n1>n2), только тогда возникает эффект полного внутреннего отражения. Лучи, входящие под разными углами в оптоволокно называются модами, а волокно, поддерживающее несколько мод - многомодовым. По одномодовому волокну распространяется только один луч  а). одномодовое оптоволокно б). многомодовое оптоволокно ПРЕИМУЩЕСТВА ОПТОВОЛОКОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ 1. Уменьшенный вес 2. Уменьшение размеров 3. Устойчивость к электромагнитным помехам 4. Защищенность от искрового пробоя 5. Улучшенная безопасность 6. Высокая пропускная особенность 7. Соединение компьютеров, находящихся на значительном расстоянии друг от друга, без использования ретрансляторов и повторителей. ОПТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ Это устройства, в которых излучение какой-либо области спектра (ультрафиолетовой, видимой, инфракрасной) преобразуется (пропускается, отражается, преломляется, поляризуется). При первичной оценке качества прибора рассматриваются лишь основные его характеристики: способность концентрировать излучение – светосила; способность различать соседние детали изображения – разрешающая сила; соотношение размеров предмета и его изображения – увеличение. Для многих приборов определяющей характеристикой оказывается поле зрения – угол, под которым из центра прибора видны крайние точки предмета. Телескоп Галилея Телескоп Галилея имел в качестве объектива одну собирающую линзу, а окуляром служила рассеивающая линза. Такая оптическая схема даёт неперевернутое изображение. Главными недостатками галилеевского телескопа являются очень малое поле зрения и сильная хроматическая аберрация. Астрономический прибор, который собирает и фокусирует световое излучение от астрономических объектов. Телескоп увеличивает видимый угловой размер и видимую яркость наблюдаемых объектов  Микроскоп Лабораторная оптическая система для получения увеличенных изображений малых объектов с целью рассмотрения, изучения и применения на практике  Бинокль Оптический прибор, состоящий из двух параллельно расположенных зрительных труб, соединённых вместе, для наблюдения удалённых предметов двумя глазами. За счёт этого, в отличие от зрительной трубы, наблюдатель видит стереоскопическое изображение.  Оптические явления в атмосфере - явления, вызываемые рассеянием, поглощением, преломлением и дифракцией света. Источниками света могут быть Солнце, Луна, ионизированный воздух верхних слоев атмосферы. К оптическим явлениям относятся: радуга, гало, мираж, сумерки, зори, полярные сияния. Оптические явления тесно связаны с погодой и в ряде случаев могут быть использованы для ее предсказания. |
Похожие:
 | Вот вы и ошиблись. Я сама видела, как переходят дорогу на красный свет. Значит, «идите» — это тоже красный свет |  | Цель урока Выбор модели проекта, составление описания внешнего вида с применением полученных знаний и использовании икт |
| Цель по содержанию: создание условий для усвоения и осмысления понятий о чрезвычайных ситуациях,умения предвидеть опасность,обучения... | | Пример самоанализа урока в инновационном режиме по умк «Перспективная начальная школа» |
| Рассказывает этапы проведения урока-игры, основные моменты и оценку результатов проведения | | Ребята! К нам на почту уже давно пришло письмо. Я не знаю, что с ним делать: адрес на нём не указан, фамилия человека, которому оно... |
| Соответствие дидактической задачи урока отобранному содержанию Результативность решения дидактической задачи | | Цели урока: Обучающая формирования умений и навыков самостоятельного оформления договора на прием денежной наличности |
| Тип урока: актуализация предметных знаний и навыков, универсальных учебных действий | | Проводит вводный инструктаж по применению рейтинга урока и работы с опорным конспектом |