Даутова Сауле Назаровна

г.Астана

«колледж транспорта т коммуникаций»ГККП

Дисциплина:физика

Специальность:учитель физики

Преподаватель:Даутова Сауле Назаровна

 

Электромагнитная природа света. Квантовая теория,

источники света. Скорость света. Опыт Майкельсона

 

Цель:обеспечение восприятия и осмысления сущности природы света.

Образовательная:повторение основных свойств света, формирование

умений объяснять физические явления на основе использования

квантовой или волновой теории света, применение идеи корпускулярно-

волнового дуализма.

Развивающая:обобщение и систематизация изученного материала,

выяснение роли опыта и теории в становлении квантовой физики,

объяснение границы применимости теорий, раскрытие корпускулярно-

волнового дуализма.

Воспитательная:показать бесконечность процесса познания, открыть

духовный мир и человеческие качества ученых, ознакомить с историей

развития науки, рассмотреть вклад ученых в развитие теории света.

Педагогические  технологии:информационно-коммуникационные технологии

Тип занятия:изучение нового материала

Методы обучения:частично-поисковая, групповая и индивидуальная работа.

Материалы и оборудование: мультимедийный проектор, презентация к занятию, раздаточный материал.
Междисциплинарные связи:математика, география.

 

План занятия

 

1. Организационный этап – 3 мин
2. Актуализация мыслительной деятельности -20 мин
3. Усвоение новых знаний (работа в группах) – 27 мин
4. Закрепление нового материала -20 мин
5. Итоги занятия – 5 мин
6. Рефлексия -3 мин
7. Домашнее задание – 2 мин

 

Ход занятия

1. Вводная часть занятия
2. Организационный этап

Группа делится на 3 заранее сформированныхпреподавателем  групп (научные общества (НО)), в каждой изкоторых есть руководитель НО, литературныйсотрудник, научный сотрудник. Группы получаютзадание и необходимые для его выполнения источники информации.

2. Актуализация мыслительной деятельности
   Преподаватель: Всем добрый день, садитесь!

Как прекрасен этот мир, наполненный светом! Ачто для вас свет? Какие ассоциации у вас вызываетслово свет? (на экране листаются слайдыпрезентации с №1-8 с музыкальным сопровождением(при нажатии гиперссылки)).

Варианты ответов студентов: свет ты мой ясный;свет мой Солнышко скажи; лицо осветилось внутренним светом; светится улыбкой; рассвет; восход Солнца; северное сияние и т.д.
Преподаватель:

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.

Вопросы по пройденному материалу:

– Что такое математический маятник?

– От чего зависит период колебаний математического маятника?

– Какие колебания называются свободными?

– Почему колебания затухают?

– Что такое вынужденные колебания?

– Что представляет собой колебательный контур?

– Назовите формулу Томсона?

Решение задач:

№1. 1. Чему равен период собственных колебаний в контуре, если его индуктивность 2,5 Гн, а емкость 1,5 мкФ?

№2.Для демонстрации медленных электромагнитных колебаний собирается колебательный контур с конденсатором, емкость которого равна 2,5 мкФ. Какова должна быть индуктивность катушки при периоде колебания 0,2 с?

№3. Какой должна быть длина математического маятника, чтобы период его колебаний был равен 1 с?

№4. Колебательный контур состоит из конденсатора емкостью 250 пФ и катушки индуктивностью 10 мГн. Определите период и частоту свободных колебаний.

3. Цель и задачи занятия

Тема нашего занятия  сегодняна экране слайд №9:

Тема: «Электромагнитная природа света. Квантовая теория, источники света. Скорость света. Опыт Майкельсона».

На экране слайд №10:

Цель: восприятие и осмысление сущностиприроды света.

Давайте поставим перед собой проблему, которуюв конце занятия мы должны решить.

Проблема: выяснить природу света

Задачи:

-узнать о том вкладе, который внесли ученыеразных стран в развитие представлений о природесвета(для решения этой задачи мы отправимся ввиртуальную научную командировку).
-сделать выводы о природе света на основании
полученной информации (эту задачу вы будетерешать, выступая в передаче «Очевидное иневероятное» с результатами своей научнойкомандировки).
-создать опорный конспект «Развитие взглядовна природу света».

У каждого из вас на столележит матрица ОК, который вы должны дополнить
(эту задачу вы будете решать в течение всегозанятия).

Я уже сказала, что сегодня мы не простопоработаем, а будем работать по плану-заданиюпрограммы «Очевидное и невероятное». Предлагаювам отправиться в виртуальную научнуюкомандировку в разные страны и разные эпохи длятого, чтобы поработать в архивах, изучитьлитературу, документы и установить, что сделалиученые разных стран, для того чтобы выяснитьприроду света. А так же вы должны подготовить ипрезентовать результаты своей работы. Вкомандировку отправляются 3 научных обществ (НО)в страны: Данию, Францию, Англию, Голландию.
У каждого научного общества на столах лежитархив с необходимой литературой, документами изадание, которое НО должно выполнить. Накомандировку отводится 10 минут. В течение этоговремени будет звучать музыка, и как только оназакончится, вы должны выступить на передаче срезультатами своей работы. Итак, я прошу васприступить к заданию.

1. Основная часть занятия
2. Самостоятельная работа студентов в группах(5 мин, подготовка студентов к выступлениям НО):
   Первое НО: Страна: Дания, ученый: Олаф Рёмер, 1676г.- астрономический метод измерения скоростисвета. Руководитель НО (сообщает, где побывали)
   Литературные сотрудники (отбирают материал об ученом)
   Научные сотрудники(готовят сообщение пометоду измерения скорости света (теорию оприроде света))
   Примеры ответов НО:

1  студент.

Наше НО благодаря информационным технологиям побывало в Дании. Мы побывалив Академии наук в том отделе, где собраныдокументы об Олафе Рёмере (1644-1710гг), которыйизмерил скорость света астрономическим методом.А сейчас я предоставляю слово
следующему студенту, который познакомит вас с биографией Ремера.

2 студент.

Рёмер Олаф Кристенсен (1644-1710гг),датский физик и астроном. В 1676 году сделал важноеоткрытие: доказал конечность скорости света иизмерил ее величину. Однако сообщение ученого назаседании Парижской Академии наук подверглосьрезкой критике. Несмотря на критику, выводы егобыли приняты Х.Гюйгенсом, Лейбницем, И. Ньютоном.
Окончательная справедливость теории Рёмера былаподтверждена в 1725г. после открытия астрономомБредли явления абберации света. Вернувшись вДанию в 1681г. возглавил кафедру математикиКапенгагенского университета и создалобсерваторию. Также принимал участие вполитической и общественной жизни Дании. В концежизни стал главой Государственного совета.Изобрел новые астрономические приборы. ИмяРёмера занесено на карту Луны. А сейчас нам студент …… расскажет об опыте Ремера.

3 студент.

В 1676г., наблюдая затмение спутникаЮпитера Ио, Рёмер обнаружил. Что когда землячерез полгода переходит на другую сторону отСолнца, более удаленную от Юпитера, то Иопоявляется на 22 минуты позже рассчитанноговремени. Эта задержка объяснялась увеличениемрасстояния от Юпитера до Земли. Зная размерземной орбиты и время запаздывания, Рёмеррассчитал скорость распространения света. C = 300000 км/с(после дополнений учителя по щелчку на слайде№15 появляется вывод)
Второе НО:

Страна: Франция, ученый: Физо АрманИпполит Луи, 1849г.- лабораторный методизмерения скорости света

1 студент:

Наше НО побывало во Франции. Мыработали в Парижской Академии наук, в том отделе,где собраны документы об Армане Физо, которыйлабораторным методом измерил скоростьраспространения света. А сейчас я предоставляю слово следующему студенту…, который познакомит с биографией Физо.
2 студент:

Физо (1819-1896гг)-французский физик. В 1863году стал профессором Политехнической школы вПариже. Первым серьезным достижением Физо воптике были опыты по интерференции света. В 1849году поставил классический опыт по определениюскорости света. Сконструировал ряд приборов:индукционную катушку. Интерференционныйспектроскоп; исследовал кристаллы, занимаясьфотографией. В 1875 году был избран членомЛондонского королевского общества, в 1866 годунагражден медалью Румфорда.

3 студент:

По схеме: впервые скорость светалабораторным методом удалось измерить И.Физо в1849г.Опыт: свет от источника, пройдя через линзу,падал на полупрозрачную пластину. Послеотражения от пластины сфокусированный узкийпучок направлялся к быстровращающемусязубчатому колесу. Пройдя между зубцами, светдостигал зеркала, находящегося на расстояниинескольких км от колеса. Отразившись от зеркала,свет возвращался опять к зубчатому колесу идолжен был пройти опять между зубцами. Когдаколесо вращалось медленно, свет, отраженный отзеркала был виден. При увеличении скорости онпостепенно исчезал. Почему? Пока свет шел дозеркала и обратно, колесо успевало повернутьсятак, что на месте прорези вставал зубец, и светпереставал быть видимым. При дальнейшемувеличении скорости вращения колеса свет сновастановился видимым. За это время распространениясвета до зеркала и обратно, колесо успевалоповернуться так, чтобы на месте прежней прорезивставала уже новая прорезь. Зная это время ирасстояние между колесом и зеркалом можноопределить скорость света (c=313000 км/с).

Третье НО

 1 студент:

Наше НО побывало в Англии. Мыработали в Английской Академии наук в отделе, где собраны документы о И.Ньютоне:(на экранеслайд №22)
2  студент:

Ньютон Исаак (1643-1727гг) — английскийматематик, механик, астроном и физик, создательклассической механики. Член (1672г) и президент(1703г) Лондонского Королевского общества.Фундаментальные труды «Математические началанатуральной философии» (1687г) и «Оптика» (1704г).Открыл дисперсию света, исследовалинтерференцию и дифракцию. Развилкорпускулярную теорию света. Построилзеркальный телескоп. Сформулировал основныезаконы классической механики. Открыл законвсемирного тяготения, дал теорию движениянебесных тел. Создал основы небесной механики.
3  студент:

Ньютон был сторонникомкорпускулярной теории света — свет представляет
собой поток частиц-корпускул, идущих отисточника во все стороны. Эта теория легкообъясняла прямолинейное распространение,отражение и преломление света. Выдающийся ученый Ньютон обладал большимавторитетом среди своих коллег, и поэтомубольшинство из них поддерживали корпускулярнуютеорию, считая, что свет распространяется какпоток частиц, а не волна.

Первое НО:

Страна: Голландия, ученый: ХристианГюйгенс, теория о природе света

1 ученик. Мы побывали в Голландии:(наэкране слайд № 24)

2  студент

Х.Гюйгенс (1629-1695гг) — голландскийматематик, физик, астроном. Изобрел маятниковыечасы со спусковым механизмом, установил законыколебаний физического маятника. Создал иопубликовал волновую теорию света.Усовершенствовал телескоп, сконструировалокуляр, открыл кольцо у Сатурна и его спутникТитан. Был избран членом ЛондонскогоКоролевского общества. Часть его трудов:результаты исследования об упругом ударе ицентробежной силе были напечатаны уже послесмерти.
3 студент.

Х.Гюйгенс выступал противкорпускулярной теории света. Волновая теориясвета Гюйгенса объясняла такие оптическиеявления как интерференция и дифракция, которыене могла объяснить корпускулярная теория.Согласно волновой теории Гюйгенса светпредставляет собой волну, распространяющуюся вособой гипотетической (упругой) среде-эфире,которая заполняет все пространство и все тела.
Второе НО:

Страна: Англия, ученый: Томас Юнг, развитиеволновой теории света

Страна: Франция, ученый: Огюстен ЖанФренель, развитие волновой природы света

1  студент

Мы побывали в Англии:и побывали воФранции (на экране слайд №26)
2  студент

Юнг Томас (1773-1829гг) — английскийфизик. В 21 год (1794г) стал членом Королевскогообщества. Получил степень доктора медицины.Открыл в Лондоне частную практику. ИсследованияЮнга в области оптики легли в основу его статьи«Механизм глаза» (1800г), в которой он далобъяснение природе аккомодации, астигматизма и
цветового зрения. Был назначен профессоромКоролевского института. Один из создателейволновой теории света. В 1803 году объяснил явлениеинтерференции света. Высказал гипотезу опоперечности световых колебаний. Измерил длиныволн света разных цветов. В теории упругости Юнгупринадлежат исследования деформации сдвига.
3  студент

Т.Юнг впервые ввел понятие«интерференции». Интерференцию Юнг открыл,наблюдая это явление для водяных волн.Результаты своих исследований по оптике Юнгдоложил на ученом заседании ЛондонскогоКоролевского общества, а также опубликовал их в
начале 19 века. Но, не смотря на убедительностьработ Юнга, никто не хотел их признавать т.к. этоозначало отказаться от привычных взглядов и,кроме того, выступить против авторитета Ньютона.На работы Юнга не обратили внимания, а в печатидаже появилась статья, содержащая грубые нападкина него.
4  студент

Френель Огюстен Жан (1788-1827гг),французский физик, один из создателей волновойтеории света. Работы Френеля посвященыфизической оптике. Стал самостоятельно изучатьфизику и вскоре начал проводить эксперименты пооптике. В 1815 году переоткрыл принципинтерференции, добавив к опытам Т. Юнга нескольконовых. В 1821 году доказал поперечность световыхволн, 1823г. установил законы поляризации света.Изобрел ряд интерференционных приборов. В 1823году Френель был избран членом ПарижскойАкадемии наук. В 1825 году стал членом ЛондонскогоКоролевского общества. Французский инженер,ставший впоследствии знаменитым физикомО.Френель начал заниматься изучением явленийнтерференции и дифракции с 1814года. Он не знал оработах Юнга, но подобно ему увидел в этихявлениях доказательство волновой теории света.Однако постепенно, несмотря на все трудности,стоявшие перед гипотезой о поперечностисветовых волн волновая теория, света сталапобеждать и вытеснять корпускулярную теориюсвета.

Третье НО

Альберт Абрахам Майкельсон

1  студент

Физик девятнадцатого века, Альберт Абрахам Майкельсон, был первым американцем, удостоенным Нобелевской премии по физике.

Жизнь Альберта Абрахама Майкельсона:

Родился в еврейской семье 19 декабря 1852 года в Стрельне в Королевстве Пруссия, (ныне Стшельно, Польша). Когда Майкельсону было всего два года, его родители эмигрировали в Соединённые Штаты, где отец был поставщиком сухих продуктов во время золотой лихорадки в Калифорнии и Неваде. Майкельсона отослали к родственникам в Сан-Франциско, там он стал учеником мужской средней школы. Позже он перешёл на пансион к директору школы, который пробудил в нём интерес к естественным наукам и посоветовал поступить в Военно-морскую академию Соединённых Штатов в Аннаполисе (штат Мэриленд). Майкельсон обратился к президенту Улиссу С. Гранту с просьбой о зачислении в академию и хотя свободных вакансий не было, его настойчивость произвела сильное впечатление на официальных лиц и в 1869 году специально для него было выделено одно место слушателя. В 1873 году он окончил академию и два года служил мичманом, а в 1875 году был назначен преподавателем физики и химии в академии. В течение следующих четырёх лет он занимал этот пост.

2 студент

На центробежной машине он укрепил барабан с зеркальными  боковыми гранями, число которых обозначим K. На одну из этих граней направлялся луч света от фонаря Ф. Затем после отражения от нее и от зеркал З_1, З₂ и З₃ луч попадал на другую грань барабана и, отразившись от нее, шел в глаз наблюдателя. Расстояние l от барабана до зеркал   З_1, З₂ составляло около 35 км и было тщательно измерено. Наблюдатель настраивал трубу Т так, чтобы отчетливо видеть изображение источника света Ф, а затем барабан приводил во вращение. При этом изображение источника Ф в трубе исчезло. Когда скорость вращения барабана постепенно увеличивали, то при некотором числе n оборотов в минуту наблюдатель снова отчетливо видел изображение источника Ф. Это означало, что, пока свет шел между зеркалами, барабан успевал повернуться ровно на одну грань.

Для скорости света получаем формулу

C=2l/t=lnk/30

В настоящее время установлено, что  c = (2999796 ± 4) км/с = 3·10⁸ м/с

3 студент

Заслуги Майкельсона:

В 1907 году Майкельсон был удостоен Нобелевской премии по физике «за его точные оптические инструменты, а также спектроскопические и метрологические исследования, проведенные с их помощью». В том же году он также был награжден медалью Копли, в 1916 году – медалью Генри Дрейпера, и золотой медалью Королевского астрономического общества в 1923 г. Кроме того, кратер на Луне также назван в его честь.

Он прославился созданием фундаментальной константы – скорость света и другими спектроскопическими и метеорологическими исследованиями. У него была запоминающаяся карьера, которая включала учебные и исследовательские должности в Военно-морской академии, Школе прикладных наук, Университете Кларка и Чикагском университете.

2. Презентация результатов работы НО:
   Преподаватель:

Сейчас мы приступаем к презентациирезультатов работы своей научной командировки. Вначале занятия, мы, поставили перед собой проблему- выяснить природу света. В ходе презентаций не забывайте заполнятьшаблон ОК (на столах у студентов  листы с шаблономопорного конспекта).Первым большим успехом в изучении природысвета
было измерение скорости света. Оказалось,что скорость распространения света небесконечно велика. Проблема измерения скоростисвета впервые была сформулирована Галилеем (16век), который поставил вопрос о конечностискорости света. Но он не смог ответить напоставленный им вопрос. Скорость света была, вконце концов, измерена.

I НО: (Дания, Рёмер)— выступления студентов.

Дополнения студента.

Сам Рёмер вследствиемалой точности измерений и неточного знаниярадиуса орбиты Земли получил для скорости светазначение 215000 км/с.
II НО: (Франция, Физо)— выступления студентов.
Дополнения  преподавателя:

Более точно скоростьсвета начали измерять после 1960г., когда заработалпервый лазер. По современным данным скоростьсвета в вакууме равна значению, которое вы видитена экране (слайд №21) с точностью +(-) 0,2м/с. Приближенно с = 3*10⁸ м/с (необходимозапомнить).

А где вы встречались с этой цифрой? (этавеличина, полученная экспериментально,совпадает с величиной предсказанной Максвелломи экспериментально впервые измеренной Герцем -скоростью электромагнитных волн).

Значение скорости света поможет определитьприроду света. С давних времен человекаинтересовала природа света. Были различныелегенды, мифы, гипотезы, научные работы.В 16 веке человек еще не знал природу света. В 17веке почти одновременно начали своесуществование, совершенно различные, теории отом, что такое свет, какова его природа?!

III НО: (Англия, Ньютон) — выступления студентов.

I НО: (Голландия, Гюйгенс)— выступления студентов.
Дополнения преподавателя.

Вывод: первая теорияутверждала: свет — это поток частиц, идущих отисточника по всем направлениям; вторая теорияутверждала: свет — это волна, распространяющаясяв особой гипотетической среде — эфире.
II НО: (Англия, Т.Юнг; Франция, О.Френель)— выступления студентов (слайды презентации №26-27).
Дополнения  преподавателя.

Таким образом, поворотбыл сделан к волновой природе света. Рядэкспериментов проведенных в 19 веке, а также трудыМаксвелла нашедшие затем подтверждение в опытахГерца, доказали справедливость волновой теории:свет распространяется как электромагнитнаяволна.
III НО: Страна: Англия, ученый: Исаак Ньютон,теория о природе света– выступление студентов.

III. Заключительная часть  занятия

Подведение итогов:

Теперь давайте подведем итог:

Какой продукт мы получили? Обратимся к вашим ОК.Обратите внимание, все ли вы выполнили. Давайтесравним ваши опорные конспекты (ОК) с тем, которыйпредставлен на экране.А как же быть с теорией Ньютона? Мысль у негогениальная, что свет можно рассматривать какчастицу. Был ли он прав? А он был прав, т.к. в 20 векепредставления 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 №30, попервому щелчку появляется вывод, по второмущелчку — рисунок).

Свет — это поток частиц; свет — это волна.

«То, что неясно, следует выяснить» (Конфуций).Об этом вы узнаете в дальнейшем.

О свет! Ты чудо из чудес.
И вызываешь интерес.
Еще не раз умы людей.
Займешь теорией своей.

Я хочу всех поблагодарить за хорошую работу. Взаключение я прошу вас выразить свое отношение к занятию,как вам было на нем комфортно, легко, солнечно,выразить цветами лучиков солнечного света (надоске прикреплен диск Солнца, вы, пожалуйста, спомощью лучиков (лучики-полоски из самоклеющейсябумаги синего и желтого цветов), которые лежат увас на столе, определитесь).

Домашнее задание: Кронгарт Б.А., Кем В.И. Физика 11 класс. П.3.1-3.3