31. Развитие взглядов на природу света. Скорость света. Принцип Гюйгенса. Закон отражения света. (Аслаповская С. В.)

Текст урока

• Конспект

  Название предмета: Физика Класс: 11 УМК: Физика 11 класс, Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, 2010 год. Уровень обучения: базовый Тема урока: "Развитие взглядов на природу света. Скорость света. Принцип Гюйгенса. Закон отражения света". Общее количество часов, отведенное на изучение темы: 19 Место урока в системе уроков по теме: первый урок изучения темы «Оптика». Цель урока: обеспечение восприятия и осмысления сущности природы света. Задачи урока: Узнать о том вкладе, который внесли ученые разных стран в развитие представлений о природе света. Сделать выводы о природе света на основании полученной информации. Создать опорный конспект "Развитие взглядов на природу света". Планируемые результаты: учащиеся должны осознать, как сложен путь познания человеком природных явлений, повторить законы отражения света, получить понятие о принципе Гюйгенса. Техническое обеспечение урока: мультимедийный проектор, презентация к уроку, раздаточный материал. Дополнительное методическое и дидактическое обеспечение урока (возможны ссылки на интернет - ресурсы): на доске написана дата и тема урока, столы расставлены для работы в группах (по 2 учащихся). Подготовка к уроку: формируются группы, на столах рабочий материал (архив с необходимой литературой, документами и задание, которое НО должно выполнить). Учитель объясняет цели и задачи урока. В течение отведенного времени группы готовят задание. Содержание урока. I. Вводная часть урока 1. Организационный этап (1 мин). Класс делится на 5 заранее сформированных учителем групп (научные общества (НО)), в каждой из которых есть руководитель НО, литературный сотрудник, научный сотрудник. Группы получают задание и необходимые для его выполнения источники информации. 2. Актуализация мыслительной деятельности (2 мин). Учитель. Всем добрый день, садитесь! Как прекрасен этот мир, наполненный светом! А что для вас свет? Какие ассоциации у вас вызывает слово свет? (на экране листаются слайды презентации с №1-8 с музыкальным сопровождением (при нажатии гиперссылки)). Учитель. Свет - это лучистая энергия, воспринимаемая глазом, делающая мир видимым. В жилище наше свет проник. Как он родился и возник? В его природе есть секрет, И велся спор немало лет. 3. Цель и задачи урока (2 мин). На экране слайд № 9-12 Задачи: Узнать о том вкладе, который внесли ученые разных стран в развитие представлений о природе света (для решения этой задачи мы отправимся в виртуальную научную командировку). Сделать выводы о природе света на основании полученной информации (эту задачу вы будете решать, выступая в передаче "Очевидное и невероятное" с результатами своей научной командировки). Создать опорный конспект "Развитие взглядов на природу света". У каждого из вас на столе лежит матрица ОК, который вы должны дополнить (эту задачу вы будете решать в течение всего урока). Я уже сказала, что сегодня мы не просто поработаем, а будем работать по плану-заданию программы "Очевидное и невероятное". Предлагаю вам отправиться в виртуальную научную командировку в разные страны и разные эпохи для того, чтобы поработать в архивах, изучить литературу, документы и установить, что сделали ученые разных стран, для того чтобы выяснить природу света. А так же вы должны подготовить и презентовать результаты своей работы. В командировку отправляются 5 научных обществ (НО) в страны: Данию, Францию, Англию, Голландию (на экране слайд №13: карта Мира с этими странами, по щелчку названная страна отмечается на карте). У каждого научного общества на столах лежит архив с необходимой литературой, документами и задание, которое НО должно выполнить. На командировку отводится 10 минут. В течение этого времени будет звучать музыка, и как только она закончится, вы должны выступить на передаче с результатами своей работы. Итак, я прошу вас приступить к заданию (звучит музыка после нажатия на слайде №13 гиперссылки "звонка"). II. Основная часть урока. 1. Самостоятельная работа учащихся в группах (10 мин, подготовка учащихся к выступлениям НО): Первое НО: Страна: Дания, ученый: Олаф Рёмер, 1676 г.- астрономический метод измерения скорости света. Руководитель НО (сообщает, где побывали) Литературные сотрудники (отбирают материал об ученом) Научные сотрудники (готовят сообщение по методу измерения скорости света (теорию о природе света)) Примеры ответов НО: 1 ученик. Наше НО побывало в Дании. Мы работали в Академии наук в том отделе, где собраны документы об Олафе Рёмере (1644-1710 гг), который измерил скорость света астрономическим методом (на экране слайд №14). 2 ученик. Рёмер Олаф Кристенсен (1644-1710гг), датский физик и астроном. В 1676 году сделал важное открытие: доказал конечность скорости света и измерил ее величину. Однако сообщение ученого на заседании Парижской Академии наук подверглось резкой критике. Несмотря на критику, выводы его были приняты Х. Гюйгенсом, Лейбницем, И. Ньютоном. Окончательная справедливость теории Рёмера была подтверждена в 1725г. после открытия астрономом Бредли явления абберации света. Вернувшись в Данию в 1681 г. возглавил кафедру математики Капенгагенского университета и создал обсерваторию. Также принимал участие в политической и общественной жизни Дании. В конце жизни стал главой Государственного совета. Изобрел новые астрономические приборы. Имя Рёмера занесено на карту Луны (на экране слайд №15). 3 ученик. В 1676г., наблюдая затмение спутника Юпитера Ио, Рёмер обнаружил. Что когда земля через полгода переходит на другую сторону от Солнца, более удаленную от Юпитера, то Ио появляется на 22 минуты позже рассчитанного времени. Эта задержка объяснялась увеличением расстояния от Юпитера до Земли. Зная размер земной орбиты и время запаздывания, Рёмер рассчитал скорость распространения света (на экране слайд №15: по щелчку по гиперссылке "схема метода", слайд №16 - схема лабораторного метода во весь экран). C = 300000 км/с (после дополнений учителя по щелчку на слайде №15 появляется вывод) Второе НО: Страна: Франция, ученый: Физо Арман Ипполит Луи, 1849г.- лабораторный метод измерения скорости света 1 ученик. Наше НО побывало во Франции. Мы работали в Парижской Академии наук, в том отделе, где собраны документы об Армане Физо, который лабораторным методом измерил скорость распространения света (на экране слайд №17). 2 ученик. Физо (1819-1896 гг) - французский физик. В 1863 году стал профессором Политехнической школы в Париже. Первым серьезным достижением Физо в оптике были опыты по интерференции света. В 1849 году поставил классический опыт по определению скорости света. Сконструировал ряд приборов: индукционную катушку. Интерференционный спектроскоп; исследовал кристаллы, занимаясь фотографией. В 1875 году был избран членом Лондонского королевского общества, в 1866 году награжден медалью Румфорда (на экране слайд №18). 3 ученик. По схеме: впервые скорость света лабораторным методом удалось измерить И.Физо в 1849г. Опыт: свет от источника, пройдя через линзу, падал на полупрозрачную пластину. После отражения от пластины сфокусированный узкий пучок направлялся к быстровращающемуся зубчатому колесу. Пройдя между зубцами, свет достигал зеркала, находящегося на расстоянии нескольких км от колеса. Отразившись от зеркала, свет возвращался опять к зубчатому колесу и должен был пройти опять между зубцами. Когда колесо вращалось медленно, свет, отраженный от зеркала был виден. При увеличении скорости он постепенно исчезал. Почему? Пока свет шел до зеркала и обратно, колесо успевало повернуться так, что на месте прорези вставал зубец, и свет переставал быть видимым. При дальнейшем увеличении скорости вращения колеса свет снова становился видимым. За это время распространения света до зеркала и обратно, колесо успевало повернуться так, чтобы на месте прежней прорези вставала уже новая прорезь. Зная это время и расстояние между колесом и зеркалом можно определить скорость света (c=313 км/с) (после сообщения ученика по щелчку на слайде № 18 на экране (слайд №19) показывается демонстрация опыта из коллекции "Кирилл и Мефодий"). (после дополнений учителя по щелчку на слайде №20 появляется вывод) Третье НО: Страна: Англия, ученый: Исаак Ньютон, теория о природе света 1 ученик. Наше НО побывало в Англии. Мы работали в Английской Академии наук в отделе, где собраны документы о И. Ньютоне: (на экране слайд №22) 2 ученик. Ньютон Исаак (1643-1727 гг) - английский математик, механик, астроном и физик, создатель классической механики. Член (1672г) и президент (1703 г.) Лондонского Королевского общества. Фундаментальные труды "Математические начала натуральной философии" (1687 г.) и "Оптика" (1704 г.). Открыл дисперсию света, исследовал интерференцию и дифракцию. Развил корпускулярную теорию света. Построил зеркальный телескоп. Сформулировал основные законы классической механики. Открыл закон всемирного тяготения, дал теорию движения небесных тел. Создал основы небесной механики (на экране слайд №23). 3 ученик. Ньютон был сторонником корпускулярной теории света - свет представляет собой поток частиц-корпускул, идущих от источника во все стороны. Эта теория легко объясняла прямолинейное распространение, отражение и преломление света. Выдающийся ученый Ньютон обладал большим авторитетом среди своих коллег, и поэтому большинство из них поддерживали корпускулярную теорию, считая, что свет распространяется как поток частиц, а не волна (на экране слайд №23 - по щелчку появляется вывод, по второму щелчку - рисунок). Четвертое НО: Страна: Голландия, ученый: Христиан Гюйгенс, теория о природе света 1 ученик. Мы побывали в Голландии: (на экране слайд № 24) 2 ученик. Х. Гюйгенс (1629-1695 гг) - голландский математик, физик, астроном. Изобрел маятниковые часы со спусковым механизмом, установил законы колебаний физического маятника. Создал и опубликовал волновую теорию света. Усовершенствовал телескоп, сконструировал окуляр, открыл кольцо у Сатурна и его спутник Титан. Был избран членом Лондонского Королевского общества. Часть его трудов: результаты исследования об упругом ударе и центробежной силе были напечатаны уже после смерти (на экране слайд №25). 3 ученик. Х.Гюйгенс выступал против корпускулярной теории света. Волновая теория света Гюйгенса объясняла такие оптические явления как интерференция и дифракция, которые не могла объяснить корпускулярная теория. Согласно волновой теории Гюйгенса свет представляет собой волну, распространяющуюся в особой гипотетической (упругой) среде-эфире, которая заполняет все пространство и все тела (на экране слайд №25- по щелчку появляется вывод, по второму щелчку - рисунок). Пятое НО: Страна: Англия, ученый: Томас Юнг, развитие волновой теории света Страна: Франция, ученый: Огюстен Жан Френель, развитие волновой природы света 1 ученик. Мы побывали в Англии и побывали во Франции (на экране слайд №26) 2 ученик. Юнг Томас (1773-1829 гг) - английский физик. В 21 год (1794 г) стал членом Королевского общества. Получил степень доктора медицины. Открыл в Лондоне частную практику. Исследования Юнга в области оптики легли в основу его статьи "Механизм глаза" (1800 г.), в которой он дал объяснение природе аккомодации, астигматизма и цветового зрения. Был назначен профессором Королевского института. Один из создателей волновой теории света. В 1803 году объяснил явление интерференции света. Высказал гипотезу о поперечности световых колебаний. Измерил длины волн света разных цветов. В теории упругости Юнгу принадлежат исследования деформации сдвига (на экране слайд №27 - по первому щелчку появляется фотография). 3 ученик. Т. Юнг впервые ввел понятие "интерференции". Интерференцию Юнг открыл, наблюдая это явление для водяных волн. Результаты своих исследований по оптике Юнг доложил на ученом заседании Лондонского Королевского общества, а также опубликовал их в начале 19 века. Но, не смотря на убедительность работ Юнга, никто не хотел их признавать т.к. это означало отказаться от привычных взглядов и, кроме того, выступить против авторитета Ньютона. На работы Юнга не обратили внимания, а в печати даже появилась статья, содержащая грубые нападки на него. 4 ученик. Френель Огюстен Жан (1788-1827 гг.), французский физик, один из создателей волновой теории света. Работы Френеля посвящены физической оптике. Стал самостоятельно изучать физику и вскоре начал проводить эксперименты по оптике. В 1815 году переоткрыл принцип интерференции, добавив к опытам Т. Юнга несколько новых. В 1821 году доказал поперечность световых волн, 1823 г. установил законы поляризации света. Изобрел ряд интерференционных приборов. В 1823 году Френель был избран членом Парижской Академии наук. В 1825 году стал членом Лондонского Королевского общества. Французский инженер, ставший впоследствии знаменитым физиком О. Френель начал заниматься изучением явлений интерференции и дифракции с 1814 года. Он не знал о работах Юнга, но подобно ему увидел в этих явлениях доказательство волновой теории света. Однако постепенно, несмотря на все трудности, стоявшие перед гипотезой о поперечности световых волн волновая теория, света стала побеждать и вытеснять корпускулярную теорию света (на экране слайд №27 - по второму щелчку появляется фотография). (после дополнений учителя на слайде №27 по щелчку появляется вывод) 2. Презентация результатов работы НО (15 - 20 мин.): Учитель. Сейчас мы приступаем к презентации результатов работы своей научной командировки. В начале урока, мы, поставили перед собой проблему - выяснить природу света. В ходе презентаций не забывайте заполнять шаблон ОК (на столах у учащихся листы с шаблоном опорного конспекта). Первым большим успехом в изучении природы света было измерение скорости света. Оказалось, что скорость распространения света не бесконечно велика. Проблема измерения скорости света впервые была сформулирована Галилеем (XVI век), который поставил вопрос о конечности скорости света. Но он не смог ответить на поставленный им вопрос. Скорость света была, в конце концов, измерена (на экране слайд №21). I НО: (Дания, Рёмер) - выступления учащихся (слайды презентации №14-16). Дополнения учителя. Сам Рёмер вследствие малой точности измерений и неточного знания радиуса орбиты Земли получил для скорости света значение 215000 км/с. II НО: (Франция, Физо) - выступления учащихся (слайды презентации № 17-20). Дополнения учителя. Более точно скорость света начали измерять после 1960 г., когда заработал первый лазер. По современным данным скорость света в вакууме равна значению, которое вы видите на экране (слайд №21) с точностью + (-) 0,2 м/с. Приближенно с = 3*108 м/с (необходимо запомнить). А где вы встречались с этой цифрой? (эта величина, полученная экспериментально, совпадает с величиной предсказанной Максвеллом и экспериментально впервые измеренной Герцем - скоростью электромагнитных волн). Значение скорости света поможет определить природу света. С давних времен человека интересовала природа света. Были различные легенды, мифы, гипотезы, научные работы. В 16 веке человек еще не знал природу света. В 17 веке почти одновременно начали свое существование, совершенно различные, теории о том, что такое свет, какова его природа?! III НО: (Англия, Ньютон) - выступления учащихся (слайды презентации № 22-23). IV НО: (Голландия, Гюйгенс) - выступления учащихся (слайды презентации №24-25). Дополнения учителя. Вывод: первая теория утверждала: свет - это поток частиц, идущих от источника по всем направлениям; вторая теория утверждала: свет - это волна, распространяющаяся в особой гипотетической среде - эфире. V НО: (Англия, Т. Юнг; Франция, О. Френель) - выступления учащихся (слайды презентации №26-27). Дополнения учителя. Таким образом, поворот был сделан к волновой природе света. Ряд экспериментов проведенных в 19 веке, а также труды Максвелла нашедшие затем подтверждение в опытах Герца, доказали справедливость волновой теории: свет распространяется как электромагнитная волна. III. Заключительная часть урока Подведение итогов (5 мин): Какой продукт мы получили? Обратимся к вашим ОК. Обратите внимание, все ли вы выполнили. Давайте сравним ваши опорные конспекты (ОК) с тем, который представлен на экране (слайд презентации №28). А как же быть с теорией Ньютона? Мысль у него гениальная, что свет можно рассматривать как частицу. Был ли он прав? А он был прав, т.к. в 20 веке представления о природе света начали меняться, когда были открыты квантовые свойства света, ученым пришлось вспомнить о корпускулярной теории. Какую же природу имеет свет? Вывод: свет имеет двойственную природу - корпускулярно-волновую (слайд презентации №29, по первому щелчку появляется вывод, по второму щелчку - рисунок). Свет - это поток частиц; свет - это волна. "То, что неясно, следует выяснить" (Конфуций). Об этом вы узнаете в дальнейшем (слайды презентации №30-37, звучит музыка после нажатия гиперссылки). Домашнее задание: стр. 168-170, п. 59, инд. Задание п. 60. При подготовке использовала сайты: 1. http://nsportal.ru 2. http://festival.1september.ru/articles/614775/ 3. https://videouroki.net/razrabotki/fizika/uroki-1/11-class/3 4. https://infourok.ru/konspekt_otkrytogo_uroka_po_fizike_otrazhenie_sveta_11_klass-565783.htm

Урок по теме «История развития взглядов на природу света. Скорость света». 11 класс Храмова Анна Владимировна

«Всеми возможными способами нужно воспламенять в детях горячее стремление к знанию и умению».

Я. Каменский

Урок по физике в 11 классе по теме

Тип урока : урок изучение нового материала.

Форма урока : урок - теоретическое исследование.

Цели урока: познакомить учащихся с историей развития представлений о природе света и со способами нахождения скорости света.

Задачи урока:

Обучающие:

повторение основных свойств света, формирование умений объяснять физические явления на основе использования квантовой или волновой теории света, применение идеи корпускулярно-волнового дуализма.

Развивающие:

Обобщение и систематизация изученного материала, выяснение роли опыта и теории в становлении квантовой физики, объяснение границы применимости теорий, раскрытие корпускулярно-волнового дуализма.

Воспитательные:

показать бесконечность процесса познания, открыть духовный мир и человеческие качества ученых, ознакомить с историей развития науки, рассмотреть вклад ученых в развитие теории света.

Оборудование : мультимедийная установка, раздаточный материал.

Виды деятельности : групповая работа, индивидуальная работа, фронтальная работа, самостоятельная работа, работа с литературой или электронными источниками информации, анализ результатов работы с текстом, беседа, письменная работа.

Структура интерактивного занятия по теме

«Развитие взглядов на природу света. Скорость света».

Структурный элемент урока	Используе мые методы	Роли преподавателя	Позиции учащихся	Результат	Время
Погружение	Знаю/Хочу узнать/Узнал	Проектировщик и организатор проблемной творческой ситуации	Субъект творческой деятельности	Таблица с заполненными столбцами «Знаю» , «Хочу узнать»	5 мин
Теоретический блок	Двухчастный дневник	Модератор учебной и исследовательской деятельности учащихся	Субъект самостоятельной учебно-исследовательской деятельности	Таблица «Развитие взглядов на природу света»	15 мин
Теоретический блок	Групповая работа (использование стратегии «Бортовой журнал»)	Консультант по образовательному запросу учещихся	Субъект групповой учебной деятельности	Таблица «Определение скорости света»	20 мин
Рефлексия	Знаю/Хочу узнать/Узнал	Эксперт	Субъект самостоятельной деятельности	Таблица с заполненными столбцами «Знаю», «Хочу узнать», «Что узнал»	5 мин

Ход урока.

1. Организационный момент. Приветствие, проверка готовности учащихся к уроку.
2. Объявление темы урока и актуализация знаний по данной теме.

Учитель:

Ребята, давайте вспомним, что же мы знаем по данной теме?

Приведите примеры естественных и искусственных источников света.

Что такое луч?

Закон прямолинейного распространения света.

Что такое тень?

Что такое полутень?

Закон отражения света.

Ученикам предлагается заполнить первую графу «Знаю» таблицы ЗХУ (Приложение1).

В обыденной речи слово "свет" мы используем в самых разных значениях: свет мой, солнышко, скажи..., ученье - свет, а неученье - тьма... В физике термин "свет" имеет гораздо более определенное значение. Так что же такое свет? И что бы вы хотели узнать о световых явлениях? Заполните, пожалуйста, самостоятельно вторую графу таблицы ЗХУ.

1. Постановка цели и задач урока (по результату совместного анализа таблицы ЗХУ).
2. Теоретический блок «Развитие взглядов на природу света».

Ученикам раздается текст «Развитие взглядов на природу света» (Приложение2). Ставиться задача самостоятельно ознакомиться с текстом, проанализировать его и составить двухчастный дневник (Приложение 3).

1. Обсуждение результата работы с текстом.
2. Формулировка проблемной ситуации «Как измерить скорость света?»

Знаменитый американский ученый Альберт Майкельсон почти всю жизнь посвятил измерению скорости света.

Однажды ученый осматривал предполагаемый путь светового луча вдоль полотна железной дороги. Он хотел построить еще более совершенную установку для еще более точного метода измерения скорости света. До этого он уже работал над этой проблемой

несколько лет и добился самых точных для того времени значений. Поведением ученого заинтересовались газетные репортеры и, недоумевая, спросили, что он тут делает. Майкельсон объяснил, что он измеряет скорость света.

А зачем? - последовал вопрос.

Потому что это дьявольски интересно,- ответил Майкельсон.

И никто не мог предполагать, что эксперименты Майкельсона станут фундаментом, на котором будет построено величественное здание теории относительности, дающей совершенно новое представление о физической картине мира.

Пятьдесят лет спустя Майкельсон все еще продолжал свои измерения скорости света.

Kaк - то раз великий Эйнштейн задал ему такой же вопрос,

Потому что это дьявольски интересно! - спустя полвека ответил Майкельсон и Эйнштейну.

Учитель задает вопрос: «А важно ли знать скорость света, кроме того что это просто «дьявольски интересно»?

Выслушиваются мнения учеников, где применяются знания о скорости света.

1. Теоретический блок «Измерение скорости света».

Учитель заранее разбивает класс на творческие группы по изучению различных методов измерения скорости света:

1. Группа «Метод Рёмера»
2. Группа «Метод Физо»
3. Группа «Метод Фуко»
4. Группа «Метод Брадли»
5. Группа «Метод Майкельсона»

Каждая группа предоставляет отчет+презентацию по изученному материалу по плану:

1. Дата проведения эксперимента
2. Экспериментатор
3. Суть эксперимента
4. Найденное значение скорости света.

Остальные учащиеся самостоятельно заполняют таблицу в ходе выступления групп(Приложение 4). Макет таблицы готовится заранее.

Учитель подводит итог.

В чём состояла основная трудность при измерении скорости света?

Чему приблизительно равна скорость света в вакууме?

Современная физика решительно утверждает, что история скорости света на закончена. Свидетельством тому служат работы по измерению скорости света, выполненные в последние годы.

Определенным итогом измерения скорости света в СВЧ-диапазоне стала работа американского ученого К.Фрума, результаты которой были опубликованы в 1958 году. Ученый получил результат 299792,50 километров в секунду. В течение длительного периода эта величина считалась наиболее точной.

Для того, чтобы повысить точность определения скорости света требовалось создание принципиально новых методов, которые позволили бы проводить измерения в области больших частот и соответственно, меньших длин волн. Возможность разработки таких методов появилась после создания оптических квантовых генераторов – лазеров. Точность определения скорости света возросла по отношению к опытам Фрума практически в 100 раз. Способ определения частот с помощью использования лазерного излучения дает величину скорости света, равную 299792,462 километра в секунду.

Физики продолжают исследовать вопрос о постоянстве скорости света во времени. Исследования скорости света могут дать еще много нового для познания природы, неисчерпаемой в своем разнообразии. 300-летняя история фундаментальной постоянной с отчетливо демонстрируют ее связи с важнейшими проблемами физики.

Учитель: - Какой вывод мы можем сделать о значимости значения скорости света?

Ученики: - Измерение скорости света дало возможность дальнейшему развитию физики как науки.

1. Рефлексия. Заполнение графы «Узнал» в таблице ЗХУ.

Домашнее задание. Параграф 59 (Г.Я. Мякишев, Б.Б.Буховцев “Физика. 11”)

Решение задач

1. Из древнегреческой легенды о Персее:

“Не далее полета стрелы было чудовище, когда Персей взлетел высоко в воздух. Тень его упала в море, и с яростью ринулось чудовище на тень героя. Персей смело бросился с высоты на чудовище и глубоко вонзил ему в спину изогнутый меч…”

Вопрос: что такое тень и благодаря какому физическому явлению она образуется?

2. Из африканской сказки “Выборы вождя”:

“Собратья, – молвил Аист, степенно выйдя в середину круга. – Мы спорим с самого утра. Смотрите, наши тени уже укоротились и скоро совсем исчезнут, ибо близится полдень. Так давайте еще до того, как солнце минует зенит, придем к какому-то решению…”

Вопрос: почему длины теней, которые отбрасывали люди стали укорачиваться? Ответ поясните рисунком. Есть ли на Земле такое место, где изменение длины тени минимально?

3. Из итальянской сказки “Человек, который искал бессмертие”:

“И тут Грантэста увидел что-то, что показалось ему страшнее бури. К долине приближалось чудовище, летевшее быстрее, чем луч света. У него были кожистые крылья, бородавчатый мягкий живот и огромная пасть с торчащими зубами…”

Вопрос: что неверно с точки зрения физики в этом отрывке?

4. Из древнегреческой легенды о Персее:

“Скорей отвернулся Персей от горгон. Боится увидеть он их грозные лица: ведь один взгляд и в камень обратится он. Взял Персей щит Афины-Паллады – как в зеркале отразились в нем горгоны. Которая же из них Медуза?

Как падает с неба орел на намеченную жертву, так ринулся Персей к спящей Медузе. Он глядит в ясный щит, чтоб верней нанести удар…”

Вопрос: какое физическое явление использовал Персей, чтобы обезглавить Медузу?

Приложение1.

Таблица «Знаю/Хочу узнать/Узнал»

Приложение 2

История развития взглядов на природу света

Первые представления о природе света были заложены в глубокой древности. Греческий философ Платон (427–327 гг до н.э.) создал одну из первых теорий света.

Евклид и Аристотель (300–250 гг до н.э.) опытным путем установили такие основные законы оптических явлений, как прямолинейное распространение света и независимость световых пучков, отражение и преломление. Аристотель впервые объяснил сущность зрения.

Несмотря на то, что теоретические положения древних философов, а позднее и ученых средних веков, были недостаточными и противоречивыми, они способствовали формированию правильных взглядов на сущность световых явлений и положили начало дальнейшему развития теории света и созданию разнообразных оптических приборов. По мере накопления новых исследований о свойствах световых явлений изменилась точка зрения на природу света. Ученые считают, что историю изучения природы света следует начинать с XVII века.

В XVII веке датский астроном Ремер (1644–1710) измерил скорость распространения света, итальянский физик Гримальди (1618–1663) открыл явление дифракции, гениальный английский ученый И.Ньютон (1642–1727) развил корпускулярную теорию света, открыл явления дисперсии и интерференции, Э.Бартолин (1625–1698) обнаружил двойное лучепреломление в исландском шпате, заложив тем самым основы кристаллооптики. Гюйгенс (1629–1695) положил начало волновой теории света.

В XVII веке делаются первые попытки теоретического обоснования наблюдаемых световых явлений. Корпускулярная теория света, развитая Ньютоном, состоит в том, что световое излучение рассматривается как непрерывный поток мельчайших частиц – корпускул, которые испускаются источником света и с большой скоростью летят в однородной среде прямолинейно и равномерно.

С точки зрения волновой теории света, основоположником которой является Х.Гюйгенс, световое излучение представляет собой волновое движение. Световые волны Гюйгенс рассматривал как упругие волны высокой частоты, распространяющиеся в особой упругой и плотной среде – эфире, заполняющем все материальные тела, промежутки между ними и межпланетные пространства.

Электромагнитная теория света была создана в середине XIX века Максвеллом (1831–1879). Согласно этой теории световые волны имеют электромагнитную природу, а световое излучение можно рассматривать как частный случай электромагнитных явлений. Исследования Герца и в дальнейшем П.Н.Лебедева также подтвердили, что все основные свойства электромагнитных волн совпадают со свойствами световых волн.

Лоренц (1896) установил взаимосвязь между излучением и структурой вещества и развил электронную теорию света, согласно которой входящие в состав атомов электроны могут совершать колебания с известным периодом и при определенных условиях поглощать или испускать свет.

Электромагнитная теория Максвелла в сочетании с электронной теорией Лоренса объясняла все известные тогда оптические явления и, казалась полностью раскрывала проблему природы света.

Световые излучения рассматривались как периодические колебания электрической и магнитной силы, распространяющейся в пространстве со скоростью 300000 километров в секунду. Лоренс полагал, что носитель этих колебаний – электромагнитный эфир, обладает свойствами абсолютной неподвижности. Однако созданная электромагнитная теория вскоре оказалась несостоятельной. Прежде всего эта теория не учитывала свойства реальной среды в которой распространяются электромагнитные колебания. Кроме того, с помощью этой теории нельзя было объяснить ряд оптических явлений, с которыми столкнулась физика на рубеже XIX и XX веков. К таким явления относятся процессы излучения и поглощения света, излучение абсолютно черного тела, фотоэлектрический эффект и другие.

Квантовая теория света возникла в начале XX века. Она была сформулирована в 1900 году, а обоснована в 1905 году. Основоположниками квантовой теории света являются Планк и Эйнштейн. Согласно этой теории, световое излучение испускается и поглощается частицами вещества не непрерывно, а дискретно, то есть отдельными порциями – квантами света.

Квантовая теория как бы в новой форме возродила корпускулярную теорию света, по существу же она явилась развитием единства волновых и корпускулярных явлений.

В результате исторического развития современная оптика располагает обоснованной теорией световых явлений, которая может объяснить различные свойства излучений и позволяет ответить на вопрос о том, в каких условиях те или иные свойства световых излучений могут проявляться. Современная теория света подтверждает его двойственную природу: волновую и корпускулярную.

Результат (км/с)

1676

Рёмер

Спутники Юпитера

214000

1726

Бредли

Звездная аберрация

301000

1849

Физо

Шестерня

315000

1862

Фуко

Вращающееся зеркало

298000

1883

Майкельсон

Вращающееся зеркало

299910

1983

Принятое значение

299 792,458

Страница

Тема:

• Развитие взглядов на природу света. Скорость света.

• (Физика.11 класс)

• Выполнила: учитель физики

• МОУ «СОШ №6»

• г. Кирова Калужской области

• Кочергина В.Э.

• 2010 год

В конце XVII века почти одновременно возникли две, казалось бы взаимоисключающие теории света.

• Они опирались на два возможных способа передачи действия от источника к приёмнику.

• И.Ньютон предложил корпускулярную теорию света, согласно которой свет - это поток частиц, идущих от источника во все стороны (перенос вещества).

• Х.Гюйгенс разработал волновую теорию, в которой свет рассматривался как волны, распространяющиеся в особой среде - эфире, заполняющем всё пространство и проникающем внутрь всех тел (изменение состояния среды).

Ньютон Гюйгенс

Что же такое свет?

• Согласно представлениям современной физики, свет обладает одновременно свойствами непрерывных электромагнитных волн и свойствами дискретных частиц, которые называют фотонами или квантами света.

• Двойственность свойств света называется корпускулярно – волновым дуализмом.

Два великих противостояния в науке. Этапы развития представлений о природе света.

Это была первая известная попытка экспериментального определения скорости света, предпринятая Галилео Галилеем. Однако обнаружить запаздывание сигнала не удалось из-за большой скорости света.

• Первое экспериментальное определение скорости света выполнил датский астроном Олаф Рёмер в 1675 году.

• Разделив диаметр земной орбиты на время запаздывания, было получено значение скорости света:

• с = 3*1011м / 1320с

• с=2,27*108м/с

• Полученный результат имел большую погрешность.

Первое лабораторное измерение скорости света было выполнено в 1849 г. французским физиком Арманом Физо.

• В его опыте свет от источника S проходил через прерыватель К (зубья вращающегося колеса) и, отразившись от зеркала З, возвращался опять к зубчатому колесу.

Метод Физо:

Параметры установки Физо таковы. Источник света и зеркало располагались в доме отца Физо близ Парижа, а зеркало - на Монмартре. Расстояние между зеркалами составляло ℓ ~ 8,66 км, колесо имело 720 зубцов. Оно вращалось под действием часового механизма, приводимого в движение опускающимся грузом. Используя счетчик оборотов и хронометр, Физо обнаружил, что первое затемнение наблюдается при скорости вращения колеса v = 12,6 об/с. Время движения света t =2 ℓ/c, поэтому дает с = 3,14 10 8 м/с

Несмотря на значительную погрешность измерений, опыт Физо имел огромное значение - возможность определения скорости света «земными» средствами была доказана.

• Американский физик А. Майкельсон разработал совершенный метод измерения скорости света с применением вращающихся зеркал.

Метод Майкельсона:

В соответствии с прямыми методами измерений скорость света в вакууме теперь принимают равной

• с =299792458+1,2 м/c

Конечность скорости света доказывается экспериментально прямым и косвенным методами.

• В настоящее время с помощью лазерной техники скорость света определяется по измерениям длины волны и частоты радиоизлучения независимыми друг от друга способами и вычисляется по формуле:

«Сколько у света скоростей?»

• Пока указаний на изменение с с течением времени нет, но физика не может безоговорочно отбросить такую возможность. Что ж, остается ждать

• сообщений о новых измерениях скорости света. Эти измерения могут дать еще много нового для познания природы, неисчерпаемой в своем разнообразии.

Вопросы о природе света и законах распространения, ставились еще греческими философами. Евклид (300 год до н.э.) объяснял зрительное восприятие зрительными лучами, исходящими из глаз, которые ощупывали предмет. Также сформулировал закон прямолинейного распространения света. Бурное развитие оптика получила в конце 16 начале 17 веков, когда голландский ученый Янсен (1590 г) построил первый двухлинзовый микроскоп, а Галилей (1609 г) с помощью своего телескопа сделал ряд астрологических открытий (фазы Винеры, спутники Юпитера, горы на Луне). В 1620 году голландский ученный Снелль окончательно установил закон преломления, который в привычной для нас форме написал французский ученный Декарт .

Большой вклад в развитие оптики внес Исаак Ньютон (конец 17 века). Исходя из прямолинейности света, а также из-законов отражения и преломления он предположил, что свет это поток корпускул, испускаемые светящимся телом и летящие с огромной скоростью по механическим законам. Он сумел объяснить прямолинейность распространения света в однородной среде, корпускулы движутся по инерции. Закон отражения: корпускулы отражаются от границы 2-х сред, как шарики от ровной поверхности. Ньютон объяснил и закон преломления, но не уменьшением, а увеличение скорости движения корпускул в более плотной среде. Также Ньютон показал, что белый свет является составным и содержит «чистые цвета», корпускулы которых отличаются массой: фиолетовый корпускул самый легких, а красный – тяжелый (не угадал).

Наряду с корпускулярной концепцией света Ньютона, в 17 веке возникла и развивалась волновая теория Гука-Гюйгенса (распространения продольных деформаций в так называемом мировом эфире). Используя принцип Гюйгенса любая точка, до которой дошла световая волна является источником вторичных волн, также удается объяснить закон отражения и преломления, и явления дифракции (огибание препятствий) и интерференции (наложение).

Таким образом, к концу 17 века в оптике сложились две противоположные системы взглядов на природу света (корпускулярная и волновая), та и другая теория объясняли основные законы геометрической оптики, но у каждой были свои недостатки. Гюйгенс не смог объяснить дисперсию различных показателей преломления для различных цветов (Ньютон смог). Но и Ньютон при объяснении того, что свет частично отражается и частично преломляется пришлось предложить, что у корпускула случаются приступы отражения и преломления. Однако авторитет Ньютона привел к тому, что весь 18 век большинство физиков склонялось к корпускулярной теории света. Ни та ни другая теории не могут объяснить двойное лучепреломление обнаруженное в 1724 году Барталимусом, а также явление корреляции света. В 1717 году Ньютон показал, что корреляцию света можно объяснить только поперечными волнами, по мнению Ньютона опровергало волновую теорию света. В начале 19 века математиками разрабатывается теория колебаний и волн, которая успешно принимается к некоторым оптическим явлениям. Так в 1801 году английский ученый Юнг устанавливает принцип интерференции, Френель (в 1815 году) уточнил принцип Гюйгенса, добавив в него то, что вторичные волны интерферируют это и позволило объяснить интерференции света. На основе опытов Фарадея и Арго по интерференции поляризованного света Юнг предложил, что свет – это поперечная волна, пришлось приписывать эфиру упругие свойства (то есть эфир – это не жидкость или газ, а твердое тело).

Опыты Фарадея в 1846 году по взаимодействию с магнитным полем, а также исследования Максвелла в 1845 году позволили доказать, что свет есть электромагнитная волна. Теория Максвелла позволила объяснить и количественно оценить скорость распространения электромагнитных волн, а значит и света в различных средах. Казалось, что волновая теория победила, но результаты исследования спектральных особенностей излучения абсолютного черного тела, которые появились к концу 19 века. В 1901 году Планк показал, что излучение и поглощение электромагнитных волн не происходит непрерывно. Электромагнитные волны излучаются порциями (квантами), причем, энергия каждой порции определяется только частотой E = hv . Эйнштейн в 1905 году объяснил законы фотоэффекта, введя световые частицы – фотоны. То есть Эйнштейн показал, что свет не только поглощается и излучается квантами, но и распространяется в виде частиц, оставаясь при этом волной. Эти открытия Планка и Эйнштейна привели к возникновению квантовой механики, которая развивалась весь 20 век.

Взгляды на природу света в XVII-XIX вв. Ньютон придерживался корпускулярной теории, согласно которой свет – это поток частиц, идущих от источника во все стороны. Гюйгенс утверждал, что свет – это волны, распространяющиеся в особой, гипотетической среде - эфире, заполняющим пространство и проникающим во внутрь всех тел.

Голландия: ГЮЙГЕНС ХРИСТИАН «Теория о природе света» Вывод: Волновая теория света: Свет – это волны, распространяющиеся в особой, гипотетической среде – эфире, заполняющем все пространство и проникающем внутрь всех тел

Скорость света в вакууме В физике скорость света является одной из фундаментальных констант. Её определение связано с целыми эпохами в развитии физики: волновой оптикой (Т. Юнг, О. Френель), электродинамикой (Дж. К. Максвелл, Г. Герц, П. Н. Лебедев), квантовой теорией (М. Планк, А. Эйнштейн, Н. Бор), специальной теорией относительности (А. Эйнштейн).

Дания: РЁМЕР ОЛЕ КРИСТЕНСЕН г. «Астрономический метод измерения скорости света» Вывод: Скорость света С = км/с (С = км/с)

Разделив диаметр земной орбиты на время запаздывания, можно получить значение скорости света: с = м: 1320 с 2,27108 м/с

Франция: ФИЗО АРМАН ИППОЛИТ ЛУИ 1819 – г. «Лабораторный метод измерения скорости света»

Параметры установки Физо таковы. Источник света и зеркало т 1 располагались в доме отца Физо близ Парижа, а зеркало т 2 на Монмартре. Расстояние между зеркалами составляло ~ 8,66 км, колесо имело 720 зубцов. Оно вращалось под действием часового механизма, приводимого в движение опускающимся грузом. Используя счетчик оборотов и хронометр, Физо обнаружил, что первое затемнение наблюдается при скорости вращения колеса v = 12,6 об/с. Время движения света t=2 /c, поэтому дает с = 3, м/с

Англия: ЮНГ ТОМАС Франция: ФРЕНЕЛЬ ОГЮСТЕН ЖАН 1788–1827Вывод: Объяснили явления интерференции и дифракции, пользуясь представлениями о волновой теории света

В соответствии с прямыми методами измерений скорость света в вакууме теперь принимают равной с= ,2 м/c

XVI век – Г.Галилей 1676 год – О. Рёмер 1849 год – И. Физо Современные данные о скорости света с 1960 года Поставил вопрос о конечности скорости света. С 3*10 8 м/с Природа света И. Ньютон Х. Гюйгенс Т. Юнг О. Френель Свет - это поток частиц. Свет – это эл/м волна. Открыли явления интерференции и дифракции света. Методы определения скорости света Астрономический метод определения скорости света: км/с Лабораторный метод определения скорости света: км/с? Какова природа света? Развитие взглядов на природу света

КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВОЙ ДУАЛИЗМ Таким образом, свет имеет корпускулярно-волновые свойства. Квантовые и волновые свойства не исключают друг друга, а дополняют. Волновые свойства ярче проявляются при малых частотах и менее ярко при больших. Корпускулярно-волновой дуализм является проявлением двух форм существования материи - вещества и поля.

С помощью каких методов измерили скорость света? Задача 1. На рисунке показана схема опыта, с помощью которого Галилей предлагал измерить скорость света. Открывая заслонку фонаря, нужно было определить, через сколько времени вернется свет, отразившись от зеркала. Покажите расчетами, приняв s= 1,5 км, в чем главная техническая трудность такого эксперимента.

Решение: Свет проходит путь, равный 2s, за время t = 2s/с =3 км/(310 5 км/с) = = с. Ответ: Обнаружить столь малый промежуток времени при таком опыте невозможно.

Задача* 2. В 1862 г. французский физик Фуко поставил следующий опыт Свет от источника S отражался вращающимся зеркалом А к неподвижному сферическому зеркалу В, центр которого совпадал с зеркалом А. На пути света ставили трубу с водой. За время t, в течение которого свет проходил в воде двойное расстояние АВ = 4 м, зеркало А поворачивалось на угол α и отраженный свет давал блик в точке S ; SAS = 72,8". Скорость вращения зеркала n = 800 об/с. Рассчитайте по этим данным скорость света с в воде. Скорость распространения электромагнитных волн зависит от среды и выражается формулой v =1/ ε с μ с с =1/ ε с μ с = м/с п = с/ v оптическая плотность среды

Решить дома: Задача. Допустим, что в опыте используют фотоаппарат с лампой- вспышкой, имеющий выдержку 1/500 с. На каком минимальном расстоянии s должно было бы находиться зеркало, чтобы отраженный им луч не засветил фотопленку? Принять условие: лампа посылает свет в тот же момент, как открывается затвор фотоаппарата.