Цель пресс-конференции:
- развивать мышление;
- внести вклад в формирование умений самостоятельно приобретать и применять знания;
- наблюдать и объяснять физические явления;
- сформировать познавательный интерес;
- расширить круг знаний по физике
Воспитательные задачи:
Продолжить формирование диалектико-материалистического мировоззрения учащихся.
Содействовать эстетическому воспитанию учеников.
Формировать умение работать в коллективе, где развиваются чувства товарищества, доброжелательности и требовательности к себе и своему товарищу.
Развивающие задачи:
Развивать познавательный интерес и эмоции школьников, уметь выделять главное, сравнивать, обобщать, логически излагать мысли.
Оборудование:
Видеофильм; мультимедийное оборудование, слайды, спектрограф, интерферометр, портреты физиков, таблицы
Формы учебно-познавательной деятельности:
Групповая, индивидуальная.
Работали консультанты: окулисты, психолог, астролог, астроном,
Вступление.
Объявляю тему урока и говорю, что солнечный свет всегда был и остается для человека символом радости, юности, всего лучшего, что может быть в жизни;
“Пусть всегда будет Солнце,
Пусть всегда будет небо”,
Такие слова есть в известней песне (автор слов Л. Ошанин). Даже физик, привыкший иметь дело с фактами, с точной регистрацией явлений, подчас испытывает чувство неловкости, говоря, что свет это электромагнитные волны определенной длины и ничего больше.
Длина световой волны очень мала. Представьте себя среднюю морскую волну, которая увеличилась настолько, что заняла одна весь Атлантический океан - от Америки до Лиссабона в Европе. Длина световой волны при том же увеличении лишь не намного превысила бы ширину страницы книги. Задаю вопрос: “Откуда берутся эти электромагнитные волны? “Ответ учеников:
“Источник их - Солнце”. Получаю добавление: “Вместе с видимым излучением Солнце посылает нам тепловое излучение, инфракрасное и ультрафиолетовое. Высокая температура Солнца главная причина рождения этих электромагнитных волн”.
Основная часть урока. Я продолжаю: “Солнечный свет имеет много тайн. Одна из них - явление дисперсии. Первым его обнаружил великий английский физик Исаак Ньютон в 1666 год, занимаясь усовершенствованием телескопа.
Это открытие стало в истории науки весьма значительным. На надгробии ученого есть надпись с такими словами: “Здесь покоится сэр Исаак Ньютон, Дворянин, который... первый доказал с факелом математике движение планет, пути комет и приливы океанов”.
Он исследовал различие световых лучей и проявляющиеся при этом различные свойства, чего ранее никто не подозревал. ... Пусть смертные радуются, что существовало такое украшение рода человеческого”.
Опыт Ньютона был гениально прост: пучок солнечного света, прошедшего через отверстие в ставне, ученый направил на призму и увидел на противоположной стенке яркую цветную полоску. Эту полоску он назвал спектром ( от латинского слова “видение”), а само явление назвали “дисперсия”от латинского слова “разбрасываю”.
Объясняю, что мы воспроизвели опыт Ньютона, но с другим оборудованием. Демонстрирую эксперименты - получение радужной полоски света.
Задаю вопрос: “Сколько цветов вы увидели?”В ответ слышу: “Семь”. “Каких?”Ученики перечисляют: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. Спрашиваю:”Не напоминает ли вам увиденный спектр радугу?”, “Сколько цветов в солнечном спектре и в радуге?”Общая уверенность, что цветов семь - одно из заблуждений, всеми повторяемое и обычно не проверяемое. Предлагаю еще раз внимательно вглядеться в спектр и рассмотреть его не предвзято. Ученики теперь различают только пять цветов: красный, желтый, зеленый, голубой, фиолетовый (мы их назовем основными). Они не имеют резких границ, а переходят один в другой постепенно, так что, кроме перечисленных основных цветов, различают промежуточные оттенки: красно-желтый (оранжевый), желто-зеленый, зелено-голубой, фиолетово-голубой (синий). Значит, в солнечном спектре либо пять цветов (если ограничиться только основными), либо девять (если считать также и промежуточные). Подчеркиваю: как важно в науке, да и в жизни, быть точным, объективным. Ньютон первоначально тоже различал только пять цветов. Описывая свой знаменитый опыт ( в труде “Оптика”), он говорит: “Спектр оказался окрашенным и притом так, что часть, наименее преломленная, была красною; верхняя же, наиболее преломленная часть у конца окрашена в фиолетовый цвет. Пространство между этими крайними цветами имело жёлтую, зелёную и голубую окраску”.
Следующий мой вопрос ученикам: “Откуда же появилось число семь?”. Даю ребятам возможность пофилософствовать, проявить свою эрудицию. Завершая дискуссию, говорю: “Стремясь создать соответствие между числом цветов спектра и числом основных тонов музыкальной гаммы, Ньютон добавил к пяти перечисленным цветам спектра еще два. Это пристрастие к числу семь – в сущности отголосок астрологии и древнего учения о “музыке сфер”(вспоминаем поговорку “на седьмом небе”). Что же касается радуги, то здесь не удается заметить даже и пять оттенков. Обычно мы видим три цвета: красный, зеленый и фиолетовый; иногда различается желтый; иногда радуга заключает довольно широкую белую полосу. Строго говоря, даже 5 основных цветов спектра до известной степени условны. Можно считать, что при визуальном наблюдении “лента”спектра расчленяет только на три главные части: красную, желто-зеленую, сине-фиолетовую. Если же учитывать каждый поддающийся улавливанию с помощью приборов оттенок цвета, то в спектре, как показали опыты, можно насчитать их свыше 150.
Далее я предлагаю ученикам провести эксперимент и самим пронаблюдать разложение белого света на составляющие. На магнитной доске располагаю детали (макеты), образующие электрическую цепь для включения источника света (используя демонстрационный материал по электричеству на магнитах, выпущенный фирмой “СНАРК”).
Учащиеся на своих столах собирают установку для опыта, выбирая из имеющегося оборудования необходимые физические приборы для получения спектра. Прошу добиться возможно более четкой картины (лучше взять фирму “Флинт”), сориентировав призму относительно светового луча.
Из всех этих опытов Ньютон сделал следующие выводы:
1) Белый свет является сложным светом, состоящим их цветных лучей.
2) Для лучей света различной цветности показатели преломления данного вещества различны; вследствие этого при отклонении прямой пучок белого света разлагается в спектр.
3) При соединении цветных лучей спектра вновь образуется белый свет.
Следующий мой вопрос ученикам : Откуда же появилось, число семь? Даю ребятам возможность пофилософствовать, проявить свою эрудицию. Завершая дискуссию говорю: “Стремясь создать соответствие между числом цветов спектра и числом основных тонов музыкальной гаммы, Ньютон добавил к пяти перечисленным цветам спектра ещё два. Это пристрастие к числу семь-в сущности отголосок астрологии. Явление дисперсии света наблюдается не только при прохождении света через призму, но и во многих других случаях преломления света. Так, например, преломления солнечного света в водных каплях, образующихся в атмосфере, сопровождается разложением его на цветные лучи; этим объясняется образование радуги.
Длины волн и цветность лучей. Согласно волновой теории, цвет луча света определяется его длиной волны или частотой колебаний.
Подобно тому, как мы звуки располагаем в один непрерывный ряд по возрастающей частоте колебаний, Т.е. по убывающей длине волны.
В процессе преломления в призме из пучка белого света выделяется множество цветных пучков, и каждому из них соответствует некоторая узкая область длин волн, заключенных в интервале между 400-800 миллимикрон.
Итак, показатель преломления вещества зависит от длины световой волны. Это и является причиной преломления света.
Теперь рассмотрим, как глаз воспринимает цвет предметов.
а) Строение глаза с анатома - физиологической точки зрения.
б) Теперь рассмотрим глаз как оптическую систему. Выступления консультантов- офтальмологов. Подводя итог сказанному, учитель делает вывод о том, что глаз-это ценный, но хрупкий орган, который надо беречь. Чтобы укреплять глазные мышцы и останавливать развитие патологии, необходимо делать гимнастику глаз, соблюдать элементарные правила гигиены; во время чтения, письма надо располагать на расстоянии 25-30 см от глаз, т. к. это расстояние лучшего видения (зрения), т. е. состояние вашего зрения зависит от вас.
Может быть так, что сетчатка глаза плохо воспринимает один из основных цветов или совсем на него не реагирует; тогда у этого человека нарушается цветоощущение. Такой недостаток зрения назван дальтонизм по имени английского ученого Д.Дальтона, который сам страдал таким расстройством зрения и впервые описал его. Дальтоников не допускают к вождению транспорта. Хорошее цветоощущение очень важно для людей ряда профессий : моряков, летчиков, хирургов, художников. Созданы специальные приборы - аномалоскопы для исследования нарушений цветового зрения.
Восприятие цвета связано большими эмоциями. Слово предоставляется консультанту- психологу.
Возвращаемся к дисперсии света Вопрос: какие выводы сделал Ньютон из всех своих опытов? Ответ
- Как связаны между собой цветность световых лучей от физических характеристик световой волны: дины волны или частоты колебаний. Поэтому мы даём более глубокое определение дисперсии, чем то к которому пришёл Ньютон. Дисперсией называется зависимость показателя преломления света от частоты колебаний или от длины световой волны.
Явление дисперсии света наблюдается не только при прохождении света через призму, но И во многих других случаях преломления света. Объяснитемел образование радуги-”семицветного коромысла”Ответ учащегося.А теперь послушаем компетентный ответ компьютера. Думаю, что ответы совпадают, причиной образования радуги является дисперсия.
Теперь посмотрим на экран телевизора. Демонстрация фрагмента видеофильма”Интерференция света”Вопрос: какое явление природы вы наблюдаете? Ответ: интерференционную картину механических волн на поверхности воды. Да, интерференцию механических волн на поверхности воды.
Для того, чтобы быть уверенным в том, что свет имеет волновую природу, необходимо найти экспериментальные доказательства интерференции и дифракции света. В 1801 году Томас Юнг выполнил эксперимент, который изумил учёных мира. Рассказ ученика об опыте Т. Юнга. По теории Ньютона на экране должны появиться две светлые полоски, на самом деле появились несколько светлых и тёмных полос. А прямо против промежутка между щелями появилась светлая линия. Опыт показал, что свет волновое явление.
Юнг развил теорию Гюйгенса представлениями о колебаниях частиц, о частоте колебаний. Он сформулировал принцип интерференции, основываясь на котором, объяснил явление дифракции, интерференции и цвета тонких пластинок.
Вопрос: что такое интерференция света и при каких условиях можно
наблюдать явление интерференции света?
Ответ ученицы 11 класса.
Вспомним как в детстве развлекались пусканием мыльных пузырей или наблюдали за радужным переливом цветов тонкой керосина, бензина или нефти на поверхности воды.
Вопрос: чем объяснить цвета тонких плёнок:
Ответ ученицы 11 класса.
Слайд с изображением колец Ньютона. Простая интерференционная
картина возникает в тонкой прослойке воздуха между стеклянной пластиной и положенной на неё плоско - выпуклой линзой. Эта интерференционная картина имеет вид концентрических колец, получивших название колец Ньютона. Работа по учебнику физики на странице 115.
Вывод: наличие чередующихся тёмных и светлых полос в случае монохроматического света и наличие чередующихся сплошных спектров в случае белого света указывает на волновые свойства света.
Некоторые применения интерференции света. Просмотр фрагмента видеофильма “Интерференция света”.
Вывод: развитие оптической промышленности невозможно без интерференционных явлений. Используя современные интерферометры
можно с высокой точностью длину световой волны, показатели преломления газов и других веществ. На практическом занятий мы определили показатель преломления стекла, не используя явление интерференции. Ученик 11 класса Якупов Ильдар самостоятельно выполнил экспериментальную работу “Определение показателя преломления жидкостей”, в качестве исследуемых жидкостей он взял дистиллированную воду. Подсолнечное масло и глицерин. Ильдар изложил методику исследования и результаты эксперимента. Они оказались достаточно точными в сравнении со справочными данными.
Если свет представляет собой волновой процесс, то и для него при
определённых условиях, должно наблюдаться явление дифракции. Ученица 11 класса приготовила собственную презентацию явления дифракции.
Мы рассмотрели дифракцию света на различных структурах. Исторический
опыт Юнга относится к дифракции на двух щелях
Явление дифракции и интерференции света не оставляет сомнения, что распространяющийся свет обладает свойства волн, но каких: продольных или поперечных. Явление поляризации света доказывает поперечность световых волн. Таким образом, свет- поперечные электромагнитные волны определённой длиной.
Учитель физики сделал сообщение о истории развития оптики: Оптика - учение о природе света, световых явлениях и взаимодействии света с веществом. И почти вся её история - это история поиска ответа: что такое свет?
Одна из первых теорий света - теория зрительных лучей была выдвинута греческим философом Платоном около 400 г. до н.э. данная теория предполагала, что из глаза выходят лучи, которые, встречаясь с предметами, освещают их и создают видимость окружающего мира. Взгляды Платона поддерживали многие ученые древности и, в частности, Евклид (3 в до н.э.), исходя из теории зрительных лучей, основал учение о прямолинейности распространения света, установил закон отражения.
В те же годы были открыты следующие факты:
- Прямолинейность распространения света;
- Явление отражения света;
- Явление преломления света;
- Фокусирующее действие вогнутого зеркала.
Древние греки положили начало отрасли оптики, получившей позднее название геометрической.
Наиболее интересной работой по оптики, дошедшей до нас из средневековья, является работа арабского ученого Альгазена. Он занимался изучением отражения света от зеркал, явления преломления и прохождения света в линзах. Альзаген впервые высказал мысль о том, что свет обладает конечной скоростью распространения. Эта гипотеза явилась крупным шагом в понимании природы света.
В эпоху Возрождения было совершено множество различных открытий и изобретений; стал утверждаться экспериментальный метод, как основа изучения и познания окружающего мира. На базе многочисленных опытных фактов в середине 1 7 века возникают две гипотезы о природе световых явлений:
- Корпускулярная, предполагавшая, что свет есть поток частиц, выбрасываемых с большой скоростью светящимися телами;
- Волновая, утверждавшая, что свет представляется собой продольные колебательные движения особой светоносной среды - эфира - возбуждаемой колебаниями частиц светящегося тела.
Все дальнейшее развитие учения о свете вплоть до наших дней - эта история развития и борьбы этих гипотез, авторами которых были И.Ньютон И Х.Гюйгенс.
Работа Френеля завоевала признание учёных. Вскоре появился целый ряд экспериментальных и теоретических работ, подтверждающих волновую природу света. В середине 19 го века начали обнаруживаться факты, указывающие на связь оптических и электрических явлений. В 1846 году М. Фарадей наблюдал вращения плоскостей поляризации света в телах, помещённых в магнитное поле. Фарадей ввёл представление об электрических и магнитных полях, как о своеобразных наложениях в эфире. Появился новый”электромагнитный эфир”. Первым на эти взгляды обратил внимание английский физик Максвелл. Он развил эти представления и построил теорию электромагнитного поля.
Электромагнитная теория света не зачеркнула механическую теорию Гюйгенса- Юнга- Френеля, а поставила её на новый уровень. В 1900 году немецкий физик Планк выдвинул гипотезу о квантовом характере излучения. Суть её состояла в следующем:
- излучение носит дискретный характер;
- поглощение происходит тоже дискретно - порциями, квантами;
Через пять лет после Планка вышла работа немецкого физика Эйнштейна о фотоэффекте. Эйнштейн считал:
- свет, ещё не вступивший во взаимодействие с веществом, имеет зернистую структуру;
- структурным элементом дискретного излучения является фотон.
В 1913 году датский физик Н. Бор опубликовал теорию атома, в которой объединил теорию квантов Планка- Эйнштейна с картиной ядерного строения атома. Таким образом, появилась новая теория света, родивщаяся на базе корпускулярной теории Ньютона. В роли корпускулы выступает квант.
- Свет испускается. Распространяется и поглощается дискретными порциямиквантами.
- Квант света - фотон несёт энергию, пропорциональную частоте той волны, с помощью которой он описывается электромагнитной теорией.
- Фотон имеет массу, импульс, 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 возникновением квантовой теории выяснилось, что корпускулярные и волновые свойства являются лишь двумя сторонами, двумя взаимосвязанными проявлениями сущности света. Они не отражают диалектическое единство дискретности и континуальности материи, выражающейся в одновременном проявлении волновых и корпускулярных свойст. Один и тот же процесс излучения может быть описан, как с помощью математического аппарата для волн, распространяющихся в пространстве и во времени, так и с помощью статистических методов
предсказания появления частиц в данном месте и в данное время. Обе эти модели могут быть использованы
одновременно, и в зависимости от условий предпочтение отдаётся одной из них.
Достижения последних лет в области оптики оказались возможными благодаря развитию. Как квантовой физики, так и волновой оптики. В наши дни теория света продолжает развиваться.
Подведение итогов пресс - конференции, заключительное слово учителя.