Урок физики в 11 классе "Дисперсия света"
методическая разработка по физике (11 класс) по теме

Конспект урока «Дисперсия света»

Учитель физики Ямолтдинова Любовь Яковлевна

Тема урока: «Дисперсия света»

Урок проводится в 11-м классе при изучении темы «Волновые свойства света».

Урок сопровождается презентацией в программе Microsoft Power Point.

Цели урока:

Образовательная:

• дать понятие  дисперсии света;

• объяснить явление дисперсии;

• объяснить происхождение цветов окружающих нас тел;

• показать связь физики с другими общеобразовательными и специальными учебными предметами

1.  
   Развивающая: продолжить формирование умений устанавливать причинно-следственные связи между фактами, выдвигать гипотезы, их обосновывать и проверять достоверность.
   Воспитательная: продолжить формирование познавательного интереса к предмету «Физика»; коммуникативных умений.
   
   Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор, приборы и материалы к проведению эксперимента, компьютерная презентация «Дисперсия», кейсы

Литература:

1. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. Физика. 11 класс. 
2. Степанова Г.Н. Задачник. 10 – 11 классы.

Эпиграф на доске: «Света мы не видим, но он есть, цвет мы видим, но его нет»

Перед началом урока, на перемене провести диагностику «Цветопись класса». Каждый ученик, заходя в класс, выбирает полоску с определенным  цветом, соответствующий его настроению, составляется диаграмма  «Цветопись класса» в начале урока.  

Желтый цвет – хорошее

Оранжевый – очень хорошее

Красный – радостное

Зеленый – спокойное

Голубой – грустное

Синий – тревожное

Фиолетовый – плохое

Ход урока:

Слайд 1.
 Организационный момент. 

 Слайд 2,3,4,5
  Мотивация познавательной деятельности.

Учитель обращается к классу и гостям: «Добрый день! За окном долгожданная снежная зима, померкли яркие краски природы, уступив место торжеству белого искрящегося снега, но тема сегодняшнего урока позволяет нарушить эту цветовую монотонность
  Сегодня на уроке мы рассмотрим очень интересное и необычное явление, благодаря которому можно видеть наш окружающий мир цветным. А почему мы можем с вами видеть красивые цвета, удивительные картины? Почему мир дарит нам целую гамму различных по красоте и неповторимости пейзажей? Ответ на эти вопросы вы сами дадите в конце урока.
Слайд 6. Музыка

  Дисперсия – звучит прекрасно слово,
  Прекрасно и явление само
  Оно нам с детства близко и знакомо,
  Мы наблюдали сотни раз его!
  Гром отгремел, стих летний ливень быстрый,
  И над умытой свежею землей
  Мостом бесплотным радуга повисла,
  Пленяя нас своею красотой.
  Дисперсия здесь «руку приложила»
  Обычный белый лучик световой
  Она как будто в призме разложила,
  Во встреченной им капле дождевой.

Слайд 7. Объяснение нового материала

Свет имеет еще много тайн. Одна из них – явление дисперсии.

Тема нашего урока “Дисперсия”.

Цель урока: дать понятие о дисперсии света и объяснить ее с точки зрения электромагнитной теории, объяснить происхождение цветов окружающих нас тел.

  Явление дисперсии света первым начал изучать И.Ньютон. Эта его работа считается одной из важнейших его научных заслуг. 

Слайд 8.
Недаром на его надгробном памятнике, поставленном в 1731 году, есть слова: «Он исследовал различие световых лучей и появляющиеся при этом различные свойства, чего ранее никто не подозревал»… Занимаясь усовершенствованием телескопов, Ньютон обратил внимание на то, что изображение, даваемое объективом, по краям окрашено. Исследуя окрашенные при преломлении края, Ньютон сделал свои открытия в области оптики. Итак, что же сделал Ньютон? 

Слайд 9.

Если внимательно присмотреться к прохождению света через треугольную призму, то можно увидеть, что разложение белого света начинается сразу же, как только свет переходит из воздуха в стекло. В описанных опытах использовалась призма, изготовленная из стекла. Вместо стекла можно взять и другие прозрачные для света материалы. Замечательно, что этот опыт пережил столетия, и его методика без существенных изменений используется в лабораториях до сих пор.

Слайд 10. Начало работы с кейсами 

 Работать будем в 3 группах.
Каждая группа знакомится с содержанием своего кейса: обсуждает, отвечает на вопросы,  выполняет демонстрационный эксперимент, делает выводы.

Но перед началом работы повторим пройденный материал, который вам понадобиться при работе с кейсами.

Слайд11.Актуализация. Повторение

   Вспомним закон преломления света:
  - Какое физическое явление называется преломлением света?
  - Какой угол называют углом падения?
  - Какой угол называют углом преломления?
  - Сформулируйте закон преломления света.

  - Чем вызвано преломление волн?
  - Какую физическую величину называют абсолютным показателем преломления?
  - Каков его физический смысл?
  - Какая среда называется оптически более плотной или менее плотной?
  - Чем отличается ход луча при его преломлении в оптически более плотную среду от преломления в оптически менее плотную?
  - В чем состоит особенность прохождения светового пучка через призму?
  - Какова связь скорости волны с ее частотой?

Содержание кейсов

              Кейс 1.                          «Дисперсия»

В 1666 году англ. физик Исаак Ньютон обратил внимание на радужную окраску изображений звезд в телескопе. Он заинтересовался этим явлением и поставил опыт.  Ньютон направил световой пучок малого поперечного сечения на призму. Пучок солнечного света проходил в затемненную комнату через маленькое отверстие в ставне. Падая на стеклянную призму, он преломлялся и давал на противоположной стене удлиненное изображение с радужным чередованием цветов.  Эту радужную полоску Ньютон назвал спектром (от лат. слова spectrum - “вuдение”). Замечательно, что этот опыт пережил столетия, и его методика без существенных изменений используется до сих пор.

 Воспроизведите опыт Ньютона…. Войдите в роль ученого!

  Получите и исследуйте спектр, используя призмы из разного стекла (флинт и крон). Источник: дневной свет или эпидиаскоп со щелью.

1. Что вы наблюдаете?

2. Перечислите цвета видимого вами спектра.

3. Какие лучи отклоняются сильнее от своего первоначального пути (сильнее преломляются)?

4. Призма из какого стекла сильнее отклоняет лучи?

Сделайте выводы.

  Кейс 2.             «Дисперсия»

Аристотель объяснял появление цветов тем, что, проходя через призму, свет смешивается с тьмой и окрашивается в разные цвета. Немного темноты, добавленной к свету, дает красный свет. Большое ее количество - фиолетовый. Эта теория господствовала в науке долгое время. Но, продолжая проводить свои опыты, Исаак Ньютон изумительно просто опроверг теорию Аристотеля. Он направил на призму красный свет и тот, пройдя через призму…..

1. Изменил окраску?

2. Новые цвета  появились?  (Воспользоваться лазером и призмой)

3. Призма  раскрашивает белый свет или разделяет его на содержащиеся в нем простые составные цветовые части?

Выполните эксперимент, пользуясь эпидиаскопом, призмами, цветными фильтрами и пояснительной иллюстрацией. 

План эксперимента. Пропустите белый свет через призму и пронаблюдайте спектр. Поставьте на пути луча до призмы цветной фильтр (лучше всего красный или фиолетовый, так как они обладают узкой полосой пропускания) и опишите полученную картину Сделайте выводы из опытов и наблюдений.

Работа с иллюстрацией 

1. От чего зависит цвет луча света?

2. Какие лучи преломляются сильнее, какие слабее?

3. У какого луча наибольший показатель преломления?

4. Лучу какого цвета соответствует волна наибольшей частоты νmax?

5. Дайте определение дисперсии.

 6. Учитывая, что скорость распространения света связана с показателем преломления обратной зависимостью (n = с/v), определите, волна какого цвета распространяется в среде с наибольшей скоростью.

7. Что такое спектр?

8. Сколько цветов в спектре?

Сделайте выводы из опытов и наблюдений.

Кейс 3.             «Дисперсия»

Теорию света Ньютона подверг резкой критике выдающийся немецкий поэт И. В. Гете. Может быть, не все знают, что Гете был и видным естествоиспытателем. Он писал: “Утверждение Ньютона – чудовищное предположение. Не может быть, что самый прозрачный, самый чистый цвет – белый – оказался смесью цветных лучей”.

Гете считал, что исследованный Ньютоном свет – это уже не тот свет, с каким мы встречаемся в естественной обстановке, а свет, “замученный всякого рода орудиями пытки – щелями, призмами, линзами”. Гете призывал:

Друзья, избегайте темной комнаты,

Где вам искажают свет

И самым жалким образом

Склоняются перед искаженными образами.

Прав ли был Гете?

Пользуясь § 66 учебника [Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. Физика. 11 класс. М.: Просвещение, 2004], попробуйте объяснить физическую природу дисперсии:

1. В чём состоит явление дисперсии?

2. На каком опыте можно наблюдать явление дисперсии?

3. Какие выводы сделал Ньютон в результате экспериментального изучения дисперсии?

4. Каковы причины разложения белого света в спектр при прохождении через призму?

5. Почему мы видим многообразие красок вокруг себя?

Сделайте выводы.

 Обобщение результатов работы 

Учащиеся озвучивают результаты работы

Слайд 12, 13, 14.     1 Кейс (Обсуждение)

В 1666 году англ. физик Исаак Ньютон обратил внимание на радужную окраску изображений звезд в телескопе. Он заинтересовался этим явлением и поставил опыт. Ньютон направил световой пучок малого поперечного сечения на призму. Пучок солнечного света проходил в затемненную комнату через маленькое отверстие в ставне. Падая на стеклянную призму, он преломлялся и давал на противоположной стене удлиненное изображение с радужным чередованием цветов. Эту радужную полоску Ньютон назвал спектром (от лат. слова spectrum - “вuдение”). Замечательно, что этот опыт пережил столетия, и его методика без существенных изменений используется до сих пор.

 Учащиеся проводили эксперимент на местах по следующему плану: взять в одну руку экран со щелью и расположить его на расстояние вытянутой руки на фоне лампы дневного света, между щелью и глазом поместить призму или плоскопараллельную пластину и посмотреть через косые грани пластины на освещенную щель экрана; если спектр не виден, то надо повернуть голову вместе с пластиной в сторону преломляющего угла.

Сейчас мы посмотрим получение спектра с помощью проекционного аппарата.

Демонстрация радужной полоски света через две призмы “Крон” и “Флинт”. Обсуждение с детьми результатов опыта: почему ширина спектра в обоих случаях различна?

Проделав опыт, Ньютон сделал вывод, что белый свет состоит из семи цветов. Их совместное действие дает нам ощущение белого света, а после прохождения через призму эти цвета разделяются. Ньютон доказал это, направив эту радужную полосу на вторую призму и получив опять белый свет.

Выводы:
1. Скорость света зависит от среды.
2. Призма разлагает свет.
3. Белый свет – сложный.
4. При прохождении света через вещество, имеющее преломляющий угол, происходит разложение света на цвета.

Слайд 15,16 17,18.         2 Кейс (Обсуждение)

Раскладывать свет на цвета люди научились давно, они использовали для этого стеклянные призмы. Аристотель объяснял появление цветов тем, что, проходя через призму, свет смешивается с тьмой и окрашивается в разные цвета. Немного темноты, добавленной к свету, дает красный свет. Большое ее количество - фиолетовый. Эта теория господствовала в науке долгое время. Но, продолжая проводить свои опыты, Исаак Ньютон изумительно просто опроверг теорию Аристотеля. Он направил на призму красный свет и тот, пройдя через призму, не изменяет окраску, и новых цветов не появилось.

(Демонстрация: направляем на призму свет, пропущенный через красный светофильтр и синий светофильтр).

Значит, призма не раскрашивает белый свет, а разделяет его на содержащиеся в нем простые составные цветовые части.

Разложение белого света есть следствие дисперсии.

 В газете “Нью-Йорк Таймс” была опубликована статья сотрудника философского факультета университета Нью-Йорка Роберта Криза и историка Брукхевенской Национальной Лаборатории Стони Брук, которые провели опрос среди американских физиков, чтобы определить 10 красивейших экспериментов за всю историю этой науки. И данный опыт Исаака Ньютона вошел в эту десятку красивейших опытов

Выводы: 
 1. Только белый свет при прохождении через вещество, имеющее преломляющий угол, раскладывается на цвета.
2.Фиолетовые лучи преломляются сильнее красных: nф> nк, n=с/υ, следовательно,

υк > υф
3. Из явления дисперсии следует, что волны, входящие в состав белого света, в веществе распространяются с различными скоростями: с наибольшей скоростью распространяется волны, которые мы воспринимаем как красный свет, и с наименьшей волны, воспринимаемые нами как фиолетовый свет.

4. Цвет света зависит от частоты: υ =λν, следовательно, скорости распространения световых волн зависят от их частоты. 

Слайд 19, 20, 21, 22.      3 Кейс  (Обсуждение)

Теорию света Ньютона подверг резкой критике выдающийся немецкий поэт И. В. Гете. Может быть, не все знают, что Гете был и видным естествоиспытателем. Он писал: “Утверждение Ньютона – чудовищное предположение. Не может быть, что самый прозрачный, самый чистый цвет – белый – оказался смесью цветных лучей”.

Гете считал, что исследованный Ньютоном свет – это уже не тот свет, с каким мы встречаемся в естественной обстановке, а свет, “замученный всякого рода орудиями пытки – щелями, призмами, линзами”. Гете призывал:

Друзья, избегайте темной комнаты,

Где вам искажают свет

И самым жалким образом

Склоняются перед искаженными образами.

А что вам напоминает эта радужная полоска – спектр?

Правильно, радугу.

А сколько цветов вы видите? Каких?

То, что в радуге семь цветов – это всеобщее заблуждение, всеми повторяемое и обычно не проверяемое. Посмотрите внимательнее на радугу и рассмотрите ее не предвзято. Сколько вы видите цветов?  (5: красный, желтый, зеленый, голубой и фиолетовый)

Они не имеют резких границ, а переходят один в другой постепенно, так что, кроме перечисленных основных цветов, различаются промежуточные оттенки: красно – желтый (оранжевый), желто-зеленый, зелено-голубой, фиолетово-голубой (синий). Значит, в солнечном спектре либо 5 цветов, либо 9 (если считать промежуточные). Откуда же взялось число 7?

(Гипотезы учеников)

Ньютон первоначально тоже различал только пять цветов. Стремясь создать соответствие между числом цветов спектра и числом основных тонов музыкальной гаммы, Ньютон добавил к 5 перечисленным цветам спектра еще два. (7 чудес света, 7 дней недели, на 7 небе)

 Что же касается радуги, то здесь не удается заметить даже и 5 оттенков. Обычно мы видим 3 цвета (красный, зеленый, фиолетовый), иногда различается желтый.

Но так как Исаак Ньютон решил, что в спектре 7 цветов, то мы вынуждены тоже так считать.

Последовательность цветов в спектре легко запоминается:

Каждый Охотник Желает Знать Где Сидит Фазан;

Как Однажды Жак - Звонарь Городской Сломал Фонарь.

Каждый цвет спектра является монохроматическим. Монохроматический свет – одноцветный свет.

В: Что такое свет с точки зрения физики? (О: это электромагнитная волна)

Чем отличаются волны друг от друга? (О: длиной и частотой)

Свет разных цветов – это электромагнитные волны различной длины и частоты.

Монохроматический свет – одноцветный свет, каждой цветности соответствует своя длина и частота волны (в вакууме).

Красный        Оранжевый          Желтый        Зеленый        Голубой     Синий        Фиолетовый

760 – 620 нм 620 – 590 нм 590 – 560 нм 560 – 500 нм 500 – 480 нм 480 – 450 нм  450 – 380 нм

Зная, что белый свет имеет сложную структуру, можно объяснить удивительное многообразие красок в природе.

Давайте вспомним из 8 класса, почему мы видим окружающие тела? (О: Свет, падая на предметы, отражается и попадает в глаз человека). Откуда берется цвет непрозрачных предметов?

Трава и листья деревьев кажутся нам зелеными потому, что из всех падающих на них солнечных лучей они отражают лишь зеленые, поглощая остальные. Красный томат отражает только красные цвета, остальные же им поглощаются.

Цвета непрозрачных тел определяется цветом тех лучей, которые они отражают. Кстати, человеческий глаз способен различить 250 цветов, которые образуются при смешивании основных цветов.

Лист белой бумаги отражает все падающие на него лучи различных цветов. Лист черной бумаги поглощает все падающие на него лучи различных цветов.

Вне нас нет никаких красок, есть лишь волны разных длин.

Пробовали ли вы когда-нибудь смотреть на мир сквозь цветные стекла?

Давайте посмотрим. (Фотографии школы через разные светофильтры).

Почему мы так видим школу? (О: Из-за светофильтров)

А сейчас посмотрим на наш поселок через зеленые очки.

Как же можно объяснить цвета прозрачных тел?

При пропускании белого света через окрашенное стекло оно пропускает тот цвет, в который окрашено. Это свойство используется в различных светофильтрах.

Проделаем следующий опыт. Нам потребуются:

Белый лист бумаги с цветными рисунками

Светофильтры

На лист направить свет через разные светофильтры.

Вывод: Красный светофильтр пропускает только красные лучи, а остальные поглощает, поэтому другие картинки выглядят черными. Взглянем на эти картинки сквозь зеленое стекло. Белый цвет стал зеленым, красный – черным, а зеленый – сохранил свой цвет.

Выводы:

1. Явление дисперсии состоит в зависимости показателя преломления от цвета луча (от частоты световой волны)
2. Дисперсию можно наблюдать, прпуская белый свет через призму.
3. Белый свет является сложным.
4. Световые лучи, различающиеся по частоте,  по разному преломляются на границе двух сред.
5. Лучи разного цвета(световые волны разной частоты) по- разному отражаются, поглощаются, рассеиваются и преломляются.

Слайд 23

Общие выводы по уроку:

Дисперсия – явление разложения белого света в спектр.

Белый свет – сложный, состоит из монохроматических цветов.

Показатель преломления среды зависит от цвета света (фиолетовый, красный)

Показатель преломления света в среде зависит от его частоты.

Слайд 24

Физкультминутка!!! Танцуют все.

Слайд 25, 26, 27.

Вернемся к вопросу о радуге. Радуга является одним из самых красивых явлений. Радуга поэтизировалась многими народами.

Все лучи лесов зеленых,

Все болотные кувшинки,

На земле когда увянут,

Расцветают снова в небе.

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.

Объясните, почему возникает радуга, какие явления наблюдаются при этом?. (О: в водяной капле происходят следующие оптические явления: преломление солнечного света в водяных каплях, образующихся в атмосфере; дисперсия света, т.е. разложение белого света на цветные лучи; отражение света)

Действительно, на каплю воды падает белый свет. Преломляясь, луч проходит в каплю и благодаря дисперсии разлагается на составляющие. Свет испытывает многократное внутреннее отражение, но часть энергии при каждом отражении выходит наружу. Вышедшие лучи – цветные. Лучи, испытавшие только одно отражение образуют главную радугу; образование двойной радуги объясняется двумя внутренними отражениями и т.д. Чем больше отражений происходит, тем слабее радуга. Такие же радужные полосы можно наблюдать вокруг фонарей при тумане. Снаружи радуга всегда красная, внутри – фиолетовая.

 Увидеть радугу можно и в брызгах водопада, фонтана, на росе и т.д. Радуга бывает и ночью (после ночного дождя, когда из-за туч появляется Луна). Но ночная радуга всегда слабее и наблюдать ее можно достаточно редко).

 Именно дисперсия объясняет возникновение такого явления, как гало. Это явление можно наблюдать зимой в виде кругов, столбов, крестов вокруг Солнца и Луны. Здесь дисперсия наблюдается в ледяных кристалликах.

Слайд 28

 Синтез белого света с помощью призм, осуществленный Ньютоном:

в последующих опытах Ньютону удалось соединить цветные лучи в белый свет. Он пропустил лучи солнечного света через призму, а затем вышедшие из нее цветные лучи собрал с помощью другой призмы. В месте соединения цветовых лучей луч стал белого света.

Слайд 29

Опыт со спектральным кругом. Объясните, почему при вращении круг становится почти белым?  (Круг сделан учеником )

Слайд 30, 31.

В 1807 году Томас Юнг сделал столь же важное открытие, что белый свет можно получить сложением красного, зеленого, голубого.  Рассмотрите данную модель; действительно, сложение красного, зеленого и голубого дает белый цвет.  В детстве на уроках рисования вы часто пользовались тем, что при наложении двух цветов получается третий цвет

Слайд 32, 33.

Контрольные вопросы

1. Какие из этих явлений объясняются дисперсией?

2. Почему при запрещающем сигнале светофора включается именно красный свет?

3. На листе бумаги написано слово «свет» зеленым карандашом. Через какое цветное стекло нельзя будет прочесть надпись?

4. Не все световые волны являются монохроматическими. Выберите из списка цвета, не являющиеся таковыми.    

5. Почему Солнце в зените – ослепительно-белое, а на закате – оранжевое или красное? 

Слайд 34

Закрепление материала

• Призма не изменяет свет, а лишь         раскладывает его на составные    части.      
• Белый свет – совокупность монохроматических волн различных частот.
• Красный свет меньше преломляется, т. к. имеет наибольшую скорость в среде, а фиолетовый – наименьшую, поэтому призма и раскладывает свет.

Слайд 35.

  Составление «Синквейна» по теме «Дисперсия»

1 строка.  – Одно существительное, являющееся темой синквейна.

2 строка. – 2 прилагательных, раскрывающие тему.

3 строка. – 3 глагола, описывающие действия.

4 строка. – Фраза, в конкретной форме.

5 строка. – Слово – резюме, дающее новую интерпретацию слова (темы).

Пример:

Дисперсия

яркая, спектральная

зависеть, преломляться, изменяться

зависимость показателя преломления среды от частоты световой волны

цвет

Слайд 36, 37, 38

        Вопросы самоконтроля

• 1. Почему белый свет, проходя сквозь призму, разлагается в цветной спектр?

• 2. Какие цвета и в какой последовательности наблюдаются в спектре?

• 3. Какие волны больше всего преломляются при прохождении призмы?

• 4. Изменяется ли длина волны и частота световой волны при её переходе в среду?

• 5. Для фиолетового или для красного света показатель преломления вещества больше?

• 6. Свет какого цвета распространяется в призме из стекла с большей скоростью?

• 7. Что произойдёт при соединении лучей всех цветов спектра?

                      Ответы

• 1. Белый свет является сложным – он состоит условно из семи простых цветов, которые, проходя сквозь призму, преломляются по-разному. В результате белый свет разлагается в цветной спектр.
• 2. К, о, ж, з, г, с, ф.
• 3. Фиолетовый луч при прохождении призмы преломляется сильнее.
• 4.  При переходе волны из одной среды в другую скорость волны и длина волны изменяется, а её частота остаётся постоянной.
• 5. nф > nк.
• 6. Красный свет распространяется в призме из стекла с большей скоростью, чем фиолетовый.
• 7. При соединении всех цветных лучей спектра образуется белый свет.

Оценка:

• «5» - 7 ответов;
• «4» - 6-5 ответов;
• «3» - 4-3 ответов

Слайд 39.

Домашнее задание

1. Разложите солнечный луч в спектр. Поставьте зеркало в воду под небольшим углом. Поймайте зеркалом солнечный луч и направьте его на стену. Поворачивайте зеркало до тех пор, пока не увидите спектр. Водяной клин между свободной поверхностью воды и поверхностью погружённой части зеркала играет роль призмы, которая и разлагает солнечный свет на составляющие его простые цвета.

2. Подготовьте сообщение

      «Радуга – загадка природы или Дисперсия».

 3. Составьте опорный конспект

      с помощью учебника Г.Я.Мякишев,

      Б.Б. Буховцев «Физика 11» § 66.

 4. Отметьте проблемные места.

Подведение итогов:

Слайд 40.

Рефлексия        Мое настроение.