Дисперсия света
учебно-методический материал по физике (11 класс) по теме

Этап урока

Основные тезисы урока

Деятельность учителя

Деятельность учеников

Средства и методы обучения

Самоопределение к учебной деятельности.

1 мин.

Психологический настрой учащихся на  продуктивное взаимодействие и сотрудничество со сверстниками и учителем.

Определение целей урока.

Настрой на урок.

Слушают  учителя,  участвуют в постановке целей урока.

Метод обучения: словесный.

Мотивация познавательной деятельности

(стадия анализа и синтеза)

8 мин.

Учитель:  немецкий поэт И. В. Гете говорил «Всё живое стремится к цвету». 

Создание проблемной ситуации.

А почему мы можем видеть красивые цветы, удивительные по своей красоте картины природы?

 Почему наш мир дарит нам целую гамму различных по красоте и неповторимостей пейзажей?

Чтобы ответить на эти вопросы,  надо знать, что такое свет и какова история раскрытия тайн природы цвета.

Слушают рассказ учителя, отвечают на вопросы учителя, предполагают.

 На доске написано: «Всё живое стремится к цвету». И.В. Гёте

Метод обучения: словесный, наглядный.

Учитель пишет даты на доске. Обращает внимание учащихся на портреты и фамилии  ученых в презентации.  Дополняет сообщение учащейся.

Учитель задает вопрос:

Пришли ли ученые к единому мнению о природе возникновения света?

Опережающее задание.

Сообщение учащейся «История развития представлений о природе света»

1 теория: Подавляющее большинство древних философов и ученых рассматривало свет как некие лучи, соединяющие светящееся тело и человеческий глаз. При этом некоторые из них полагали, что лучи исходят из глаз человека, они как бы ощупывают рассматриваемый предмет. 

В 6 веке до н. э.  в школе Пифагора утверждали, что лучи Солнца «проникают через густой и холодный эфир». Впервые появляется мысль о том, что свет каким-то образом передается материальной средой — эфиром.

4 век до н. э. древнегреческий ученый Аристотель полагал, что основным является солнечный белый свет, а все остальные цвета получаются из него добавлением к нему различного количества темного цвета. Таким образом, выходило, что белый свет простой, а свет различных цветов сложный.

3 в. до н. э. Евклид писал: “Испускаемые глазами лучи распространяются по прямому пути”.

Такого же взгляда придерживался во 2 в. до н. э.  Птолемей, рассматривая  явление преломления света.  

1 век н. э. был знаменит тем, что именно тогда получили первый спектр, разлагая солнечный свет в разноцветную полоску, пропуская его через прозрачную шестиугольную призму.

2 теория: Атомисты Демокрит, Эпикур, Лукреций считали, что лучи испускаются светящимся телом и, достигая человеческого глаза, несут на себе отпечаток светящегося предмета.
3 теория была высказана в 4 в. до н.э. Аристотелем. Он рассматривал свет как распространяющееся в пространстве (в среде) действие или движение. Лучи света как бы ощупывают предметы, доставляя наблюдателю информацию об их форме и качестве. Естественно, возникал вопрос, почему же в таком случае человек не видит в темноте. Именно эта точка зрения на природу света уже позже, в XVII веке, оформилась в корпускулярную теорию света, согласно которой свет есть поток каких-то частиц, испускаемых светящимся телом. 

Вывод учащихся: ответ на вопрос «Какова природа света?» ещё не получен.

Презентация учащихся «Древние ученые о природе света»

Методы обучения: наглядный, словесный.

Сообщение учащегося: «Первые открытия в области физической оптики»

До второй половины XVII в. оптика была одним  из разделов геометрии. Были установлены законы отражения и преломления света. Закон преломления света открыли независимо друг от друга голландский ученый Виллеброд Снеллиус и французский ученый Рене Декарт. Оптика входит в практику, изобретается подзорная труба и микроскоп. Первой проблемой физической оптики была проблема цветности световых лучей.

Мариус Марци де Кронланд указал, что «различные виды призматических цветов являются частями с различными преломлениями».
Вторая проблема: объяснение явления дифракции света.  Назрела необходимость построения физической основы оптики. Наблюдение явлений дифракции навело на мысль о световых волнах.  Гук в 1675 г. заявил: «Свет есть колебательное или дрожательное движение среды, происходящее вследствие подобного же движения светящегося тела, подобно звуку, который всегда объясняется дрожанием среды, проводящей его, получающимся от дрожательного движения звучащего тела. Как в звуке пропорциональные колебания производят различные гармонии, так же и в свете получаются различные странные и приятные цвета посредством смешения пропорциональных и гармоничных движений. Одни ощущаются ухом, другие глазом». Гук обогащает аналогию света и звука намеком на связь цветов с колебательными («пропорциональными и гармоничными») движениями, намеком на периодичность света.  Дальнейшее развитие волновая гипотеза получила в «Трактате о свете» Христиана  Гюйгенса - под названием принципа Гюйгенса подразумевалось предположение о механизме распространения света. Принцип формулировался так:
«Каждая частица вещества, в котором распространяется волна, сообщает свое движение не только ближайшей частице, лежащей на прямой, проведенной от светящейся точки, но и необходимо сообщает его также всем другим частицам, которые касаются ее и препятствуют ее движению. Таким образом, вокруг каждой частицы должна образоваться волна, центром которой она является».
Итак, свет, по Гюйгенсу,— это распространение импульсов, возбуждаемых светящимся телом в упругом эфире. Так появилась волновая теория света.

Презентация учащихся «Древние ученые о природе света»

Методы обучения: наглядный, словесный.

Учитель пишет даты на доске. Дополняет сообщение учащегося.

1611 год архиепископ Антонио Доминис сделал попытку объяснения возникновения радуги. Его объяснение было отлично от библейского. Поэтому  он был отлучен от церкви и приговорен к смертной казни.

1637 год. Научное объяснение возникновения радуги было дано Рене Декартом.

«Радуга - замечательное чудо природы, и над её причинами, до сих пор столько мало известными, во все времена столь настойчиво задумывались пытливые умы, что мне трудно найти вопрос, на котором я лучше мог бы показать, как при помощи применяемого мной метода можно прийти к знаниям, которыми не обладали те, чьими сочинениями мы располагаем. Во-первых, когда я принял во внимание, что радуга может появляться не только на небе, но и также в воздухе вблизи нас каждый раз, когда в нем находятся капли воды, освещенные солнцем, как это иногда можно видеть на опыте в фонтанах, мне было легко заключить, что она зависит от того, каким образом, лучи света действуют на эти капли, и от них достигают нашего глаза. Зная, что эти капли шарообразны, и видя, что и при больших, и при малых каплях радуга появляется всегда одинаковым образом, я поставил себе цель создать очень большую каплю, чтобы иметь возможность лучше её рассмотреть». И Декарт создал большую каплю и объяснил радугу. Но только его радуга была белой.

Учащиеся слушают учителя, записывают даты и фамилии ученых в тетрадь.

Презентация учащихся «Древние ученые о природе света»

Методы обучения: наглядный, словесный.

Построение проекта выхода из затруднения. (стадия осмысления)

20 мин.

1665 - 1667 годы. 

В Англии свирепствует эпидемия чумы и молодой Исаак Ньютон решил укрыться от неё в родном поместье в Вулсторпе. С собой он взял стеклянные призмы, чтобы «произвести опыты со знаменитыми явлениями цветов». Исследуя природу цветов, Ньютон выполнил целый ряд различных экспериментов.

Работают в тетради, записывают тему урока «Дисперсия света»

Метод обучения: словесный.

1 опыт Ньютона.

 Проделав небольшое отверстие в ставне, он пропускал свет через призму. На противоположной стене заметил ряд чередующихся цветов. Ньютон выделил 7 основных цветов: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. Это и были 7 цветов радуги. Ньютон назвал это спектром, от латинского слова  “Spektrum”- видение. Ньютон провел аналогию между спектром и музыкальным звукорядом с семью нотами.

Если же рассматривать спектр повнимательнее, то полоску спектра можно разделить на 3 основных части - красную, желто - зеленую и сине-фиолетовую. Остальные цвета занимают сравнительно узкие области между этими основными. Вообще человеческий глаз способен различить 160 цветов.

Наблюдают за проведением опыта на экране;

 проводят эксперимент с помощью физ. приборов;

 делают вывод и записывают его  в тетрадь: Белый свет имеет сложную структуру. Семь основных цветов белого света:  красный, оранжевый, желтый,  зеленый,  голубой, синий, фиолетовый.

Презентация учащихся «Древние ученые о природе света»

CD «Школьный курс физики»

Опыт Ньютона по получению сплошного спектра.

Методы обучения: наглядный, словесный.

2 опыт Ньютона.

 В экране, на котором наблюдался спектр, делалось также малое отверстие. Через отверстие пропускали уже не белый свет, а свет, имеющий определенную окраску - монохроматический пучок света. На пути этого пучка Ньютон ставил новую призму, а за ней новый экран.

Вывод:  пучок монохроматического света отклоняется призмой как одно целое, под определенным углом. При этом свет не изменяет своей окраски.

 Поворачивал первую призму, Ньютон пропускал через отверстие экрана цветные лучи различных участков спектра. Во всех случаях они не разлагались второй призмой, а лишь отклонялись на определенный угол, разный для лучей различного цвета. Исаак Ньютон в своей работе «Оптика» сформулировал это так «Лучи, отличающиеся по цвету, отличаются и по степеням преломляемости... Свет, приходящий от синей половины бумаги через призму к глазу, испытывает при одинаковых обстоятельствах большее преломление, чем свет, исходящий от красной половины, и следовательно, преломляется больше»

Наблюдают за проведением опыта,  делают вывод и записывают его  в тетрадь:  этот пучок света отклоняется призмой как одно целое, под определенным углом. При этом свет не изменяет своей окраски.

1. CD «Открытая физика»

Опыт Ньютона по получению спектра от монохроматичес-кого света.

2.Видео «Прохождение монохроматического света через призму»

Методы обучения: наглядный, словесный.

После того как уч-ся сделали вывод,  учитель зачитывает вывод Ньютона из своего опыта: Белый свет разлагается на цветные лучи, которые являются простыми и призмой не разлагаются. Для каждого цвета показатель преломления имеет свое, определенное значение. Цветность этих лучей и их преломляемость не может измениться “ни преломлением, ни отражением от естественных тел, или какой-либо иной причиной”.

Уч-ся записывают вывод Ньютона в тетрадь.

3 опыт Ньютона.

 Соединение цветовых лучей в белый свет. Для этого Ньютон пропустил белый свет через призму, затем спектр собрал с помощью собирающей линзы. В месте, где лучи собрались, свет стал белым.

Вывод Ньютона:

 Белый свет имеет сложную структуру, в нем содержатся все цвета спектра, а призма их лишь выделяет.

Наблюдают за проведением опыта,  делают вывод и записывают его в тетрадь.

Предполагаемые ответы:

белый свет имеет сложную структуру, в нем содержатся все цвета спектра, а призма их лишь выделяет.

CD «Школьный курс физики»

Опыт Ньютона по получению белого света.

Методы обучения: наглядный, практический, словесный.

Вывод Ньютона казался в хорошем согласии с корпускулярной теорией света. Действительно, неизменные атомы света, простые лучи, являются потоком однородных частиц, которые, попадая в наш глаз, вызывают ощущение определенного цвета. Смесь же разнородных световых частиц является белым светом. При прохождении через призму белый свет разлагается. Призма сортирует световые частицы, отклоняя их на разный угол в соответствии с их цветностью. 

Слушают учителя, запоминают. Рассматривают рисунок в книге.   Соглашаются или не соглашаются с выводом Ньютона.

Цветная вставка в учебнике «Физика» 11 класс. Стр. 289, 290.

Методы обучения: словесный, наглядный.

Учитель задаёт вопросы.

1. Скажите, свет какого цвета преломляется меньше всего?
   

Вывод: Световые пучки, отличающиеся по цвету, преломляются по - разному: наименьший угол преломления у красных лучей, наибольший - у фиолетовых.
Каждый цвет света имеет собственный показатель преломления.

nф > nс > nг > nз > nж > n0> nк

 Это было доказано в 1860 году французским физиком Леру.

2. Почему показатель преломления света различных цветов разный и от чего он зависит?
   

Вывод: Показатель  преломления зависит от скорости света в данной среде, значит, красный свет распространяется с наибольшей скоростью, а фиолетовый с наименьшей.        

vк > vо > vж > vз > vг > vс > vф

v = λ * ν

Рассматривают рисунок в книге. Отвечают на вопросы учителя.  Записывают вывод в тетрадь.

Предполагаемые ответы:

1.  наименьший угол преломления у красных лучей, наибольший - у фиолетовых. Значит, каждый цвет имеет свой показатель преломления.
   
2. показатель  преломления зависит от скорости света в данной среде.
   

Цветная вставка в учебнике «Физика» 11 класс. Стр. 289, 290.

Методы обучения: словесный, наглядный.

Учитель даёт определение дисперсии света: Изменение показателя преломления среды в зависимости от частоты данного света называют дисперсией света.  Дисперсия в переводе с латинского «рассеяние»   

Таблица.

Учитель предлагает рассмотреть график зависимости показателя преломления света от длины волны на цветной вкладке в учебнике с. 288. и сделать вывод.

Учитель предлагает рассмотреть  картинку видимой части спектра электромагнитных волн, с. 289

Рассматривают рисунок в книге. Записывают определение в тетрадь.

По рисунку на цветной вкладке находят длины волн различных цветов света, составляют таблицу.

Цветная вставка в учебнике «Физика» 11 класс. Стр. 290.

Методы обучения: словесный, наглядный.

Учитель объясняет причину возникновение явления дисперсии: Рассмотрим распространение света в прозрачной среде. Свет – это волна. Под действием напряженности Е1 электрического поля световой волны валентные электроны атомов среды начинают совершать гармонические колебания с частотой, равной частоте колебаний вектора Е1. Колеблющиеся электроны начинают с определенным временем запаздывания излучать вторичные волны той же частоты и напряженности Е2. Результирующая волна (Е1+Е2) также запаздывает по сравнению с первичной волной. Чем больше амплитуда вторичной волны, тем больше время запаздывания, тем меньше скорость распространения волны в среде и тем больше абсолютный показатель преломления среды. Электромагнитная волна возбуждает в веществе вынужденные колебания электронов в атомах и молекулах. Так как дисперсия возникает вследствие взаимодействия частиц вещества со световой волной, то это явление связано с поглощением света – превращением энергии электромагнитной волны во внутреннюю энергию вещества.

При переходе волны из одной среды в другую изменяются и скорость, и длина волны, а частота колебаний остается неизменной.

Учащиеся записывают в тетрадь причину возникновение явления дисперсии.

Методы обучения: словесный.

Учитель задает вопрос уч-ся: Наблюдали ли вы явление дисперсии в природе или в быту? Учитель приводит пример явления дисперсии. Игра цветов в гранях алмазов и в стеклянных призмах была хорошо известна на Востоке. Так, в Китае делали украшения из стеклянных

призмочек, которые давали радужные блики.

По образному выражению американского ученого А.Фразера «Рене Декарт повесил радугу в нужном месте на небосклоне, а Ньютон расцветил её всеми цветами радуги»

Отвечают на вопросы учителя.  

Первичное закрепление знаний

(стадия понимания)

7 мин.

1.Фронтальный опрос. Закончить  письменно утверждение.

1. Призма не изменяет свет, а лишь… (разлагает)
   
2. Белый свет как электромагнитная волна состоит из… (семи цветов)
   
3. Световые пучки, отличающиеся по цвету, отличаются и по … (степени преломляемости)
   
4. Наиболее сильно преломляется … (фиолетовый свет)
   
5. Меньше преломляется… (красный свет)
   
6. Красный свет, который меньше преломляется, имеет … в среде, а фиолетовый … (наибольшую скорость, наименьшую скорость)
   
7. Фиолетовые лучи преломляются сильнее красных, следовательно, …(nф > nк)
   
8. Дисперсия – зависимость … в веществе от частоты волны (скорости света).
   
9.  Зависимость показателя преломления света от … (частоты или длины волны) также называется дисперсией.  
   

Проверка теста.  

Прослушайте и ответьте на вопрос:

Слушают учителя, рассуждают, отвечают, делают выводы.

Методы обучения: словесный, наглядный.

1. Вот как описывал возникновение радуги Ф.Тютчев:
   

Как неожиданно и ярко

На влажной неба синеве,

Воздушная воздвиглась арка

В своем минутном торжестве!

Один конец в леса вонзила,

Другим за облака ушла –

И в высоте изнемогла.

Каковы причины  возникновения  радуги?

Почему радуга имеет форму арки?

Почему радуга кратковременна?

Радуга – разделение света при преломлении капельками воды.

Условия возникновения радуги:

1. Радуга появляется, только когда выглянуло из-за туч солнце и только в стороне, противоположной солнцу.
2. Радуга возникает, когда солнце освещает завесу дождя.
3. Радуга появляется при условии, что угловая высота солнца над горизонтом не превышает 42 градуса.

Видеоролик

«Объяснение возникновения радуги»

Проблемная ситуация: Почему мы видим тела определенного цвета?

Опыт 4. Объяснение  цвета предметов.

А) через красный светофильтр смотрят на все виды бумаги

Б) через синий светофильтр смотрят на все виды бумаги

В)  через зеленый светофильтр смотрят на все виды бумаги

Учащиеся проводят эксперимент и делают вывод.

Предполагаемый вывод:

 Окраска предметов может возникать по двум причинам:

 1. Исключение какого-либо цвета (или нескольких) из состава белого света при поглощении веществом световых волн с определенной длиной волны. В результате отраженный от вещества или преломленный им свет приобретает окраску. Например, зеленый цвет листьев растений обусловлен тем, что входящий в их состав хлорофилл поглощает в основном красные лучи. Все другие цвета спектра лист отражает, но белый свет после исключения из его состава красного цвета воспринимается глазом как зеленый.

 2. Разделение цветов в пучке белого света из-за того, что волны с разной длиной волны преломляются или рассеиваются веществом по-разному. Например, вследствие того, что волны с разной длиной волны преломляются по-разному, пучок белого цвета после преломления в призме разлагается в цветной спектр; из-за того, что волны разной длины по-разному рассеиваются на скоплениях молекул в воздухе,  возникает голубой цвет неба.

Методы обучения: наглядный, практический.

2. У  М. Ю. Лермонтова есть стихотворение «Незабудка»
   

Цветок печальный с этих пор

Любови дорог; сердце бьется,

Когда его приметит взор,

Он незабудкою зовется;

В сырых местах, вблизи болот,

Как бы страшась прикосновенья,

Он ищет там уединенья,

И цветом неба он цветет,

Где смерти нет и нет забвенья…

Объясните происхождение цвета незабудки.

Почему небо имеет голубой цвет?

Слушают учителя, рассуждают, отвечают, делают выводы.

Методы обучения: словесный

3. Смотри, как облаком живым
   

Фонтан сияющий клубится;
Как пламенеет, как дробится
Его на солнце влажный дым,
Лучом поднявшись к небу, он
Коснулся высоты заветной -
И снова пылью огнецветной
Ниспасть на землю осужден.     

Ф.Тютчев «Фонтан»

Объясните происхождение огнецветной пыли.

Слушают учителя, рассуждают, делают выводы.

Предполагаемый вывод:  Проходя через капли воды, свет преломляется, а так как фиолетовые лучи преломляются сильнее, чем красные, то при выходе из капли белый свет образует спектр.

4. Правитель Изумрудного города Гудвин на вопрос Элли, где он взял, столько зеленого мрамора, ответил: «В моем городе не больше зеленого, чем во всяком другом. Тут всё дело в зеленых очках, которые мои подданные никогда не снимают»

А.Волков «Волшебник Изумрудного города»

Слушают учителя, рассуждают, делают выводы.

Рефлексия деятельности на уроке.

2 мин.

Итог урока. Домашнее задание.

2 мин.

Учитель благодарит учащихся за работу на уроке, подводит итог деятельности  обучающихся и предлагает  им оценить  свою работу.

Закончите предложения:

Я вспомнил…

Я узнал…

Я научился…

Записывает  и объясняет способы выполнения домашнего задания.

§57 учебника;

1. Найти, какие ещё природные явления появляются благодаря явлению дисперсия.

2. (Для желающих) Эксперимент с творческим отчетом. 

Разложите солнечный луч. Поставьте зеркало в воду под небольшим углом. Поймайте зеркалом солнечный луч и направьте его стену. Поворачивайте зеркало до тех пор, пока не увидите спектр. Вода выполняет роль призмы, разлагающей свет на составляющие его цвета.

Слушают учителя. Оценивают  свою работу, объясняют почему именно эту оценку выставил.

Записывают домашнее задание.

Обучающимся выдаётся инструкция по проведению эксперимента. (приложение10)

Методы обучения: словесный