Lección sobre el tema “Historia del desarrollo de puntos de vista sobre la naturaleza de la luz. Velocidad de la luz." 11 ° grado Khramova Anna Vladimirovna

"Necesitamos de todas las formas posibles encender en los niños un deseo ardiente de conocimientos y habilidades".

Y. Kamensky

Lección de física en el grado 11 sobre el tema.

tipo de lección : lección de aprendizaje de material nuevo.

Formulario de lección : lección - investigación teórica.

Objetivos de la lección: Familiarizar a los estudiantes con la historia del desarrollo de ideas sobre la naturaleza de la luz y con los métodos para encontrar la velocidad de la luz.

Objetivos de la lección:

Educativo:

repetición de las propiedades básicas de la luz, la formación de habilidades para explicar fenómenos físicos basados ​​​​en el uso de la teoría cuántica o ondulatoria de la luz, la aplicación de la idea del dualismo corpuscular-onda.

Educativo:

Generalización y sistematización del material estudiado, aclaración del papel de la experiencia y la teoría en el desarrollo de la física cuántica, explicación de los límites de aplicabilidad de las teorías, divulgación del dualismo onda-partícula.

Educativo:

mostrar la infinidad del proceso de conocimiento, descubrir el mundo espiritual y las cualidades humanas de los científicos, presentar la historia del desarrollo de la ciencia, considerar la contribución de los científicos al desarrollo de la teoría de la luz.

Equipo : instalación multimedia, folletos.

Tipos de actividades: trabajo en grupo, trabajo individual, trabajo frontal, trabajo independiente,trabajar con literatura o fuentes electrónicas de información, analizar los resultados de trabajar con texto, conversación, trabajo escrito.

Estructura de una lección interactiva sobre el tema.

“Desarrollo de puntos de vista sobre la naturaleza de la luz. Velocidad de la luz."

Progreso de la lección.

1. Momento organizacional. Saludo, comprobando la preparación de los estudiantes para la lección.
2. Anuncio del tema de la lección y actualización de conocimientos sobre este tema.

Maestro:

Chicos, recordemos lo que sabemos sobre este tema.

Dé ejemplos de fuentes de luz naturales y artificiales.

¿Qué es una viga?

Ley de propagación rectilínea de la luz.

¿Qué es una sombra?

¿Qué es la penumbra?

Ley de reflexión de la luz.

Se pide a los estudiantes que completen la primera columna "Lo sé" de la tabla ZHU (Apéndice 1).

En el habla cotidiana utilizamos la palabra “luz” en una variedad de significados: mi luz, mi sol, dime..., el aprendizaje es luz y la ignorancia es oscuridad... En física, el término “luz” tiene un significado mucho más específico. Entonces ¿qué es la luz? ¿Y qué te gustaría saber sobre los fenómenos luminosos? Complete usted mismo la segunda columna de la tabla ZHU.

1. Establecimiento de las metas y objetivos de la lección (en base al resultado de un análisis conjunto de la tabla de composición química).
2. Bloque teórico “Desarrollo de visiones sobre la naturaleza de la luz”.

Los estudiantes reciben el texto "Desarrollo de puntos de vista sobre la naturaleza de la luz" (Apéndice 2). La tarea consiste en familiarizarse de forma independiente con el texto, analizarlo y redactar un diario de dos partes (Apéndice 3).

1. Discusión de los resultados de trabajar con el texto.
2. Formulación de la situación problemática "¿Cómo medir la velocidad de la luz?"

El famoso científico estadounidense Albert Michelson dedicó casi toda su vida a medir la velocidad de la luz.

Un día, un científico examinó la supuesta trayectoria de un rayo de luz a lo largo de la vía del tren. Quería construir una configuración aún más avanzada para un método aún más preciso para medir la velocidad de la luz. Ya había trabajado en este problema antes.

varios años y logró los valores más precisos para ese momento. Los periodistas se interesaron por el comportamiento del científico y, perplejos, le preguntaron qué estaba haciendo allí. Michelson explicó que estaba midiendo la velocidad de la luz.

¿Por qué? - siguió la pregunta.

Porque es endiabladamente interesante”, respondió Michelson.

Y nadie podría haber imaginado que los experimentos de Michelson se convertirían en la base sobre la cual se construiría el majestuoso edificio de la teoría de la relatividad, dando una comprensión completamente nueva de la imagen física del mundo.

Cincuenta años después, Michelson seguía midiendo la velocidad de la luz.

Una vez el gran Einstein le hizo la misma pregunta,

¡Porque es muy interesante! - Respondieron Michelson y Einstein medio siglo después.

El profesor hace la pregunta: “¿Es importante conocer la velocidad de la luz, además de que es simplemente “diabólicamente interesante”?

Se escuchan las opiniones de los estudiantes donde se aplican los conocimientos sobre la velocidad de la luz.

1. Bloque teórico “Midiendo la velocidad de la luz”.

El profesor divide la clase de antemano en grupos creativos para estudiar varios métodos para medir la velocidad de la luz:

1. Grupo "Método Roemer"
2. Grupo "Método Fizeau"
3. Grupo "Método Foucault"
4. Grupo "Método Bradley"
5. Grupo "Método Michelson"

Cada grupo realiza un informe + presentación sobre el material estudiado según el plan:

1. Fecha del experimento
2. Experimentador
3. La esencia del experimento.
4. El valor encontrado de la velocidad de la luz.

El resto de alumnos completan la tabla de forma independiente durante las actuaciones grupales (Anexo 4). El diseño de la mesa se prepara con antelación.

El profesor resume.

¿Cuál fue la principal dificultad para medir la velocidad de la luz?

¿Cuál es aproximadamente la velocidad de la luz en el vacío?

La física moderna afirma firmemente que la historia de la velocidad de la luz no ha terminado. Prueba de ello son los trabajos de medición de la velocidad de la luz realizados en los últimos años.

Un resultado inequívoco de la medición de la velocidad de la luz en el rango de las microondas fue el trabajo del científico estadounidense K. Frum, cuyos resultados se publicaron en 1958. El científico obtuvo un resultado de 299792,50 kilómetros por segundo. Durante mucho tiempo este valor se consideró el más exacto.

Para aumentar la precisión en la determinación de la velocidad de la luz, fue necesario crear métodos fundamentalmente nuevos que permitieran realizar mediciones en la región de altas frecuencias y, en consecuencia, longitudes de onda más cortas. La posibilidad de desarrollar tales métodos apareció después de la creación de generadores ópticos cuánticos: los láseres. La precisión para determinar la velocidad de la luz ha aumentado casi 100 veces en comparación con los experimentos de Froom. El método de determinación de frecuencias mediante radiación láser da como resultado una velocidad de la luz de 299792,462 kilómetros por segundo.

Los físicos continúan estudiando la cuestión de la constancia de la velocidad de la luz en el tiempo. La investigación sobre la velocidad de la luz puede aportar mucha más información nueva para comprender la naturaleza, que es inagotable en su diversidad. 300 años de historia de la constante fundamental Con demuestran claramente sus conexiones con los problemas más importantes de la física.

Maestro: - ¿Qué conclusión podemos sacar sobre el significado de la velocidad de la luz?

Estudiantes: - La medición de la velocidad de la luz hizo posible un mayor desarrollo de la física como ciencia.

1. Reflexión. Completar la columna "Aprendido" en la tabla ZHU.

Tarea.Párrafo 59 (G.Ya. Myakishev, B.B. Bukhovtsev “Física. 11”)

resolución de problemas

1. De la antigua leyenda griega de Perseo:

“El monstruo no estaba más allá del vuelo de una flecha cuando Perseo voló muy alto en el aire. Su sombra cayó al mar y el monstruo se abalanzó con furia hacia la sombra del héroe. Perseo se abalanzó audazmente desde arriba hacia el monstruo y le hundió su espada curva profundamente en la espalda…”

Pregunta: ¿qué es una sombra y por qué fenómeno físico se forma?

2. Del cuento africano “Elección de un líder”:

“Hermanos”, dijo la Cigüeña, caminando tranquilamente hacia el centro del círculo. - Hemos estado discutiendo desde la mañana. Mira, nuestras sombras ya se han acortado y pronto desaparecerán por completo, pues se acerca el mediodía. Así que tomemos una decisión antes de que el sol pase su cenit…”

Pregunta: ¿por qué la longitud de las sombras proyectadas por las personas comenzó a acortarse? Explica tu respuesta con un dibujo. ¿Existe algún lugar en la Tierra donde el cambio en la longitud de la sombra sea mínimo?

3. Del cuento de hadas italiano "El hombre que buscó la inmortalidad":

“Y entonces Grantesta vio algo que le pareció peor que una tormenta. Un monstruo se acercaba al valle, volando más rápido que un rayo de luz. Tenía alas coriáceas, un vientre suave y verrugoso y una boca enorme con dientes sobresalientes…”

Pregunta: ¿Qué es físicamente incorrecto en este pasaje?

4. De la antigua leyenda griega de Perseo:

“Perseo rápidamente se alejó de las gorgonas. Tiene miedo de ver sus rostros amenazadores: después de todo, una mirada y se convertirá en piedra. Perseo tomó el escudo de Palas Atenea, como se reflejaban las gorgonas en el espejo. ¿Cuál es Medusa?

Así como un águila cae del cielo sobre su víctima prevista, Perseo corrió hacia la dormida Medusa. Mira dentro del escudo transparente para atacar con mayor precisión…”

Pregunta: ¿Qué fenómeno físico utilizó Perseo para decapitar a Medusa?

Apéndice 1.

Cuadro “Lo sé/Quiero saber/Me enteré”

Apéndice 2

Historia del desarrollo de puntos de vista sobre la naturaleza de la luz.

Las primeras ideas sobre la naturaleza de la luz se formularon en la antigüedad. El filósofo griego Platón (427-327 a. C.) creó una de las primeras teorías de la luz.

Euclides y Aristóteles (300-250 a. C.) establecieron experimentalmente leyes básicas de fenómenos ópticos como la propagación rectilínea de la luz y la independencia de los haces de luz, la reflexión y la refracción. Aristóteles fue el primero en explicar la esencia de la visión.

A pesar de que las posiciones teóricas de los filósofos antiguos y más tarde de los científicos de la Edad Media eran insuficientes y contradictorias, contribuyeron a la formación de puntos de vista correctos sobre la esencia de los fenómenos luminosos y sentaron las bases para un mayor desarrollo de la teoría de la luz. la luz y la creación de diversos instrumentos ópticos. A medida que se acumulan nuevas investigaciones sobre las propiedades de los fenómenos luminosos, el punto de vista sobre la naturaleza de la luz ha cambiado. Los científicos creen que la historia del estudio de la naturaleza de la luz debería comenzar en el siglo XVII.

En el siglo XVII, el astrónomo danés Roemer (1644-1710) midió la velocidad de la luz, el físico italiano Grimaldi (1618-1663) descubrió el fenómeno de la difracción, el brillante científico inglés I. Newton (1642-1727) desarrolló el método corpuscular. teoría de la luz, descubrió los fenómenos de dispersión e interferencia, E. Bartholin (1625-1698) descubrió la birrefringencia en el mástil de Islandia, sentando así las bases de la óptica cristalina. Huygens (1629-1695) inició la teoría ondulatoria de la luz.

En el siglo XVII se hicieron los primeros intentos de fundamentar teóricamente los fenómenos luminosos observados. La teoría corpuscular de la luz, desarrollada por Newton, consiste en que la radiación luminosa se considera como un flujo continuo de pequeñas partículas, corpúsculos, que son emitidos por una fuente de luz y vuelan a gran velocidad en un medio homogéneo en línea recta y uniformemente.

Desde el punto de vista de la teoría ondulatoria de la luz, cuyo fundador es H. Huygens, la radiación luminosa es un movimiento ondulatorio. Huygens consideraba las ondas de luz como ondas elásticas de alta frecuencia que se propagaban en un medio especial, elástico y denso: el éter, que llena todos los cuerpos materiales, los espacios entre ellos y los espacios interplanetarios.

La teoría electromagnética de la luz fue creada a mediados del siglo XIX por Maxwell (1831-1879). Según esta teoría, las ondas de luz son de naturaleza electromagnética y la radiación luminosa puede considerarse un caso especial de fenómenos electromagnéticos. Las investigaciones de Hertz y más tarde de P.N. Lebedev también confirmaron que todas las propiedades básicas de las ondas electromagnéticas coinciden con las propiedades de las ondas de luz.

Lorentz (1896) estableció la relación entre la radiación y la estructura de la materia y desarrolló la teoría electrónica de la luz, según la cual los electrones contenidos en los átomos pueden oscilar con un período conocido y, bajo determinadas condiciones, absorber o emitir luz.

La teoría electromagnética de Maxwell, combinada con la teoría electrónica de Lawrence, explicó todos los fenómenos ópticos conocidos en ese momento y pareció revelar completamente el problema de la naturaleza de la luz.

Las emisiones de luz se consideraban oscilaciones periódicas de fuerza eléctrica y magnética, que se propagaban por el espacio a una velocidad de 300.000 kilómetros por segundo. Lawrence creía que el portador de estas vibraciones, el éter electromagnético, tiene propiedades de absoluta inmovilidad. Sin embargo, la teoría electromagnética creada pronto resultó insostenible. En primer lugar, esta teoría no tuvo en cuenta las propiedades del entorno real en el que se propagan las oscilaciones electromagnéticas. Además, con la ayuda de esta teoría fue imposible explicar una serie de fenómenos ópticos que la física encontró a finales del siglo XIX y XX. Estos fenómenos incluyen los procesos de emisión y absorción de luz, la radiación del cuerpo negro, el efecto fotoeléctrico y otros.

La teoría cuántica de la luz surgió a principios del siglo XX. Fue formulado en 1900 y fundamentado en 1905. Los fundadores de la teoría cuántica de la luz son Planck y Einstein. Según esta teoría, la radiación luminosa es emitida y absorbida por partículas de materia no de forma continua, sino discreta, es decir, en porciones separadas: cuantos de luz.

La teoría cuántica, por así decirlo, revivió la teoría corpuscular de la luz en una nueva forma, pero en esencia fue el desarrollo de la unidad de los fenómenos ondulatorios y corpusculares.

Como resultado del desarrollo histórico, la óptica moderna tiene una teoría bien fundada de los fenómenos luminosos, que puede explicar las diversas propiedades de la radiación y permite responder a la pregunta de en qué condiciones pueden manifestarse determinadas propiedades de la radiación luminosa. La teoría moderna de la luz confirma su doble naturaleza: ondulatoria y corpuscular.

Resultado (km/s)

1676

roemer

Lunas de Júpiter

214000

1726

bradley

Aberración estelar

301000

1849

Fizeau

Engranaje

315000

1862

foucault

espejo giratorio

298000

1883

michelson

espejo giratorio

299910

1983

Valor aceptado

299 792,458

Página

Diapositiva 2

Primeras ideas sobre la luz

Las primeras ideas sobre qué es la luz también se remontan a la antigüedad. En la antigüedad, las ideas sobre la naturaleza de la luz eran muy primitivas, fantásticas y también muy diversas. Sin embargo, a pesar de la diversidad de puntos de vista antiguos sobre la naturaleza de la luz, ya en ese momento existían tres enfoques principales para resolver la cuestión de la naturaleza de la luz. Estos tres enfoques tomaron posteriormente forma en dos teorías contrapuestas: la teoría corpuscular y ondulatoria de la luz. La gran mayoría de los filósofos y científicos antiguos veían la luz como ciertos rayos que conectaban un cuerpo luminoso y el ojo humano.

Al mismo tiempo, había tres puntos de vista principales sobre la naturaleza de la luz. Ojo->elemento Elemento->movimiento ocular

Diapositiva 3

Primera teoría

Algunos de los antiguos científicos creían que los rayos provienen de los ojos de una persona, les parece sentir el objeto en cuestión. Este punto de vista tuvo inicialmente un gran número de seguidores. A ella se adhirieron científicos y filósofos tan importantes como Euclides, Ptolomeo y muchos otros. Sin embargo, más tarde, ya en la Edad Media, esta idea de la naturaleza de la luz pierde su significado. Cada vez hay menos científicos que siguen estos puntos de vista. Y a principios del siglo XVII. Este punto de vista puede considerarse ya olvidado. Euclides Ptolomeo

Diapositiva 4

Segunda teoría

Otros filósofos, por el contrario, creían que los rayos son emitidos por un cuerpo luminoso y, al llegar al ojo humano, llevan la huella del objeto luminoso. Este punto de vista fue sostenido por los atomistas Demócrito, Epicuro y Lucrecio. Este punto de vista sobre la naturaleza de la luz más tarde, en el siglo XVII, tomó forma en la teoría corpuscular de la luz, según la cual la luz es una corriente de algunas partículas emitidas por un cuerpo luminoso. Demócrito Epicuro Lucrecio

Diapositiva 5

Tercera teoría

El tercer punto de vista sobre la naturaleza de la luz lo expresó Aristóteles. Él veía la luz no como la salida de algo de un objeto luminoso hacia el ojo, y ciertamente no como algunos rayos que emanan del ojo y sienten el objeto, sino como una acción o movimiento que se propaga en el espacio (en el medio ambiente). Pocas personas compartían la opinión de Aristóteles en su época. Pero más tarde, ya en el siglo XVII, su punto de vista se desarrolló y sentó las bases de la teoría ondulatoria de la luz. Aristóteles

Diapositiva 6

El trabajo más interesante sobre óptica que nos ha llegado de la Edad Media es el trabajo del científico árabe Alhazen. Estudió el reflejo de la luz en los espejos, el fenómeno de refracción y transmisión de la luz en lentes. El científico se adhirió a la teoría de Demócrito y fue el primero en expresar la idea de que la luz tiene una velocidad de propagación finita. Esta hipótesis fue un paso importante en la comprensión de la naturaleza de la luz. Algazen

Diapositiva 7

siglo 17

A partir de numerosos hechos experimentales, a mediados del siglo XVII surgieron dos hipótesis sobre la naturaleza de los fenómenos luminosos: la Teoría Corpuscular de Newton, que suponía que la luz es una corriente de partículas expulsadas a gran velocidad por cuerpos luminosos. La teoría ondulatoria de Huygens, que sostenía que la luz representa movimientos oscilatorios longitudinales de un medio luminífero especial (éter), excitados por las vibraciones de las partículas de un cuerpo luminoso.

Diapositiva 8

Disposiciones básicas de la teoría corpuscular.

La luz está formada por pequeñas partículas de materia emitidas en todas direcciones en líneas rectas, o rayos, por un cuerpo luminoso, como una vela encendida. Si estos rayos, que consisten en corpúsculos, caen en nuestro ojo, entonces vemos su fuente. Los corpúsculos ligeros tienen diferentes tamaños. Las partículas más grandes, al entrar en el ojo, dan una sensación de color rojo, las más pequeñas, violeta. El color blanco es una mezcla de todos los colores: rojo, naranja, amarillo, verde, azul, índigo, violeta. La reflexión de la luz desde la superficie se produce debido a la reflexión de los corpúsculos desde la pared según la ley del impacto elástico absoluto.

Diapositiva 9

El fenómeno de la refracción de la luz se explica por el hecho de que los corpúsculos son atraídos por las partículas del medio. Cuanto más denso es el medio, menor es el ángulo de refracción y el ángulo de incidencia. El fenómeno de la dispersión de la luz, descubierto por Newton en 1666, lo explicó de la siguiente manera. “Todos los colores ya están presentes en la luz blanca. Todos los colores se transmiten juntos a través del espacio interplanetario y la atmósfera y producen el efecto de la luz blanca. La luz blanca, una mezcla de varios corpúsculos, se refracta al pasar a través de un prisma”. Newton describió formas de explicar la doble refracción, planteando la hipótesis de que los rayos de luz tienen "lados diferentes", una propiedad especial que los hace ser refractables de manera diferente cuando pasan a través de un cuerpo birrefringente.

Diapositiva 10

La teoría corpuscular de Newton explicó satisfactoriamente muchos fenómenos ópticos conocidos en ese momento. Su autor gozó de enorme prestigio en el mundo científico y la teoría de Newton pronto ganó muchos partidarios en todos los países. Los científicos más importantes que se adhieren a esta teoría: Arago, Poisson, Biot, Gay-Lussac.

Basándonos en la teoría corpuscular, era difícil explicar por qué los rayos de luz, al cruzarse en el espacio, no actúan entre sí. Después de todo, las partículas de luz deben chocar y dispersarse (las ondas se atraviesan sin influirse entre sí) Newton Arago Gay-Lussac

Diapositiva 11

Principios básicos de la teoría ondulatoria.

La luz es la propagación de impulsos periódicos elásticos en el éter. Estos impulsos son longitudinales y similares a los impulsos sonoros en el aire. El éter es un medio hipotético que llena el espacio celeste y los espacios entre las partículas de los cuerpos. No pesa, no obedece la ley de la gravedad y tiene una gran elasticidad. El principio de propagación de las vibraciones del éter es tal que cada uno de sus puntos a los que llega la excitación es el centro de las ondas secundarias. Estas ondas son débiles y el efecto se observa sólo por donde pasa su superficie envolvente, el frente de onda (principio de Huygens). Cuanto más lejos está el frente de onda de la fuente, más plano se vuelve. Las ondas de luz que provienen directamente de la fuente provocan la sensación de visión. Un punto muy importante en la teoría de Huygens fue la suposición de que la velocidad de propagación de la luz es finita.

Diapositiva 12

Teoría de las ondas

Con ayuda de la teoría se explican muchos fenómenos de la óptica geométrica: – el fenómeno de la reflexión de la luz y sus leyes; – el fenómeno de la refracción de la luz y sus leyes; – el fenómeno de la reflexión interna total; – el fenómeno de la doble refracción; – el principio de independencia de los rayos de luz. La teoría de Huygens dio la siguiente expresión para el índice de refracción del medio: De la fórmula se desprende claramente que la velocidad de la luz debería depender inversamente del índice absoluto del medio. Esta conclusión era la opuesta a la conclusión que surge de la teoría de Newton.

Muchos dudaban de la teoría ondulatoria de Huygens, pero entre los pocos partidarios de las opiniones ondulatorias sobre la naturaleza de la luz se encontraban M. Lomonosov y L. Euler. Con la investigación de estos científicos, la teoría de Huygens comenzó a tomar forma como una teoría de ondas, y no simplemente como oscilaciones aperiódicas que se propagan en el éter. Era difícil explicar la propagación rectilínea de la luz, que conduce a la formación de sombras nítidas detrás de los objetos (según la teoría corpuscular, el movimiento rectilíneo de la luz es consecuencia de la ley de inercia, el fenómeno de la difracción (la luz se curva). obstáculos) y la interferencia (fortalecimiento o debilitamiento de la luz cuando los haces de luz se superponen entre sí) pueden explicarse sólo desde el punto de vista de la teoría ondulatoria. Huygens Lomonósov Euler

Diapositiva 14

Siglos XI-XX

En la segunda mitad del siglo XIX, Maxwell demostró que la luz es un caso especial de ondas electromagnéticas. El trabajo de Maxwell sentó las bases de la teoría electromagnética de la luz. Tras el descubrimiento experimental de las ondas electromagnéticas por parte de Hertz, no quedó duda de que cuando la luz se propaga se comporta como una onda. No existen ahora. Sin embargo, a principios del siglo XX, las ideas sobre la naturaleza de la luz empezaron a cambiar radicalmente. Inesperadamente, resultó que la teoría corpuscular rechazada todavía estaba relacionada con la realidad. Resultó que cuando la luz se emite y se absorbe, se comporta como una corriente de partículas. Maxwell Hertz

Diapositiva 15

Se han descubierto las propiedades discontinuas (cuánticas) de la luz. Surgió una situación inusual: los fenómenos de interferencia y difracción aún podían explicarse considerando la luz como una onda, y los fenómenos de radiación y absorción, considerando la luz como una corriente de partículas. Por lo tanto, los científicos se han puesto de acuerdo sobre la dualidad onda-partícula (dualidad) de las propiedades de la luz. Hoy en día, la teoría de la luz sigue desarrollándose.

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1 camioneta 7

1.1 Desarrollo de puntos de vista sobre la naturaleza de la luz.

Ondas de luz 7

1.2.

Reflexión y refracción de una onda plana sobre las caras de dos dieléctricos 10

1.3.

Reflexión interna total 11

1.4.

Relación entre amplitud y fase 11

2 Interferencia 14

2.1 El fenómeno de la interferencia. Adición de vibraciones 14

2.2 Anchura de las franjas de interferencia 15

2.3 Métodos para observar la intensidad dividiendo el frente de onda de la onda 17

2.4 Métodos para obtener haces coherentes por división de amplitud 17

2.5 Aplicación de interferencias 20

3 Difracción 23

4 Interacción de ondas electromagnéticas con la materia 29

4.1 Dispersión de la luz 29

4.2 Teoría electrónica de la dispersión de la luz 31

4.3 Absorción (absorción de luz) 32

4.4 Dispersión de la luz 33

5 Propiedades cuánticas de la luz 35

5.1 Tipos de efecto fotoeléctrico 35

5.2 Leyes del efecto fotoeléctrico externo (leyes de Stoletov) 37

5.3 Ecuación de Einstein para el efecto fotoeléctrico externo 38

5.4 Aplicación del efecto fotoeléctrico 39

Conclusión 40

Lista de fuentes utilizadas 41

1 respuesta

1.1 Desarrollo de puntos de vista sobre la naturaleza de la luz. Ondas de luz

Ya en los primeros períodos de la investigación óptica se establecieron experimentalmente las consecuencias de las cuatro leyes básicas de los fenómenos ópticos:

Ley de dispersión rectilínea de la luz.

La ley de independencia de los haces de luz (válida sólo en óptica lineal).

Ley de la reflexión.

La ley de refracción de la luz en los límites de dos medios.

Primero: la luz se propaga rectilíneamente en un medio ópticamente homogéneo.

Segundo: El efecto que produce un solo haz depende de si los restantes haces actúan simultáneamente o son eliminados.

El rayo reflejado se encuentra en el mismo plano que el rayo incidente y la perpendicular trazada a la interfaz entre los dos medios en el punto de incidencia; ángulo de incidencia igual al ángulo reflexiones.

Cuarto: El rayo incidente, el rayo refractado y la perpendicular trazada a la interfaz en el punto de incidencia se encuentran en el mismo plano; la relación del seno del ángulo de refracción es un valor constante para los medios dados:

Dónde - el índice de refracción relativo del segundo medio con respecto al primero. El índice de refracción relativo de dos medios es igual a la relación de sus índices de refracción absolutos:

El índice de refracción absoluto de un medio se llama cantidad. , igual a la relación entre la velocidad de las ondas electromagnéticas en el vacío y su velocidad de fase en el medio ambiente

(1.1)

Las leyes básicas se establecieron hace mucho tiempo, pero el punto de vista sobre ellas ha cambiado a lo largo de muchos siglos.

Entonces Newton se adhirió a la teoría de la salida de partículas ligeras que obedecen a las leyes de la mecánica. A Huygens se le ocurrió otra teoría de la luz (la teoría corpuscular de la luz). Creía que las excitaciones luminosas deberían considerarse impulsos elásticos que se propagan en un medio especial: el éter (teoría ondulatoria de la luz).

Durante el siglo XVIII, la teoría corpuscular ocupó una posición dominante, aunque la pugna entre ambas teorías no cesó.

Luego, los trabajos de Young y Fresnel en el siglo XIX hicieron grandes contribuciones y adiciones a la óptica ondulatoria. Maxwell, basándose en sus estudios teóricos, formuló la conclusión de que la luz es una onda electromagnética. Velocidad de una onda electromagnética en un medio.

(1.2)

Dónde - velocidad de la luz en el vacío, - velocidad en un medio que tiene una constante dieléctrica y permeabilidad magnética .

Porque
, Eso

(1.3)

(1.3) proporciona una conexión entre las constantes ópticas, eléctricas y magnéticas de la materia. Longitud de onda del rango óptico. El módulo del valor promedio en el tiempo de la densidad de flujo de energía transferida por una onda de luz se llama intensidad de la luz.

,
.

,
.

Las líneas por las que viaja la energía luminosa se llaman rayos.
dirigido tangencialmente al rayo. En un ambiente isotrópico
. Una consecuencia de la teoría de Maxwell es la transversalidad de las ondas luminosas: vectores de energía eléctrica. y magnético Los campos son mutuamente perpendiculares y oscilan perpendicularmente al vector velocidad. haz propagante, es decir perpendicular a la viga.

Por lo general, en óptica, todo el razonamiento se lleva a cabo en relación con el vector de luz: el vector de intensidad. campo eléctrico. Dado que cuando la luz actúa sobre una sustancia, la componente eléctrica del campo ondulatorio que actúa sobre los electrones de los átomos de la sustancia es de primordial importancia.

La luz es la radiación electromagnética total de muchos átomos. Los átomos emiten ondas de luz independientemente unos de otros, por lo que la onda de luz emitida por el cuerpo en su conjunto se caracteriza por todo tipo de vibraciones igualmente probables del vector de luz (ver Fig. rayo perpendicular al plano de la imagen).

Luz, con todas las orientaciones vectoriales posibles igualmente probables. llamados naturales. Si hay orden, entonces la luz se llama polarizada. Si las oscilaciones ocurren solo en un plano que pasa a través del haz, la luz se llama plana (linealmente) polarizada.

La luz polarizada plana es el caso límite de la luz polarizada elípticamente, es decir, final del vector describe una elipse en el tiempo.

; Dónde - elipticidad.

Repetición del material aprendido.

¿Qué es la óptica?

¿Qué es la óptica geométrica?

Dé ejemplos de fuentes de luz naturales y artificiales.

¿Qué es una viga?

Ley de propagación rectilínea de la luz.

¿Qué es una sombra?

¿Qué es la penumbra?

Ley de reflexión de la luz.

Aprender material nuevo.

Desarrollo de la óptica y progreso técnico. Creación de instrumentos ópticos.

La vida en la Tierra surgió y existe gracias a la luz solar. Gracias a él percibimos y entendemos el mundo que nos rodea. Los rayos de luz nos informan sobre la posición de los objetos cercanos y distantes, su forma y color. La luz, amplificada por instrumentos ópticos, revela al hombre dos mundos de escala polar: el mundo cósmico con su enorme extensión y el mundo microscópico, habitado por organismos diminutos indistinguibles a simple vista.

Las bases de la óptica se sentaron en la antigüedad. Los antiguos egipcios y mesopotámicos conocían la fusión del vidrio transparente ya en el año 1600 a. C., y en la antigua Roma la cristalería y las decoraciones se elaboraban con gran perfección. En el siglo XIII, la humanidad recibió los primeros instrumentos ópticos: gafas y lupas. Mucho más tarde, a principios del siglo XVII, se inventaron el telescopio y el microscopio.

En 1609, el científico italiano Galileo inventó un catalejo con una lente negativa a modo de ocular y lo utilizó ampliamente para la observación. En Rusia, los anteojos y los catalejos aparecieron a principios del siglo XVII.

La creación de la teoría de los instrumentos ópticos se inició a finales del siglo XVII gracias a los trabajos de destacados científicos: R. Descartes, P. Fermat, I. Newton, K. Gauss y otros. Los científicos rusos M.V. Lomonosov, L. Euler, V.N. Chikolev, los mecánicos I.P. Kulibin, O.N. Malofeev hicieron una gran contribución al desarrollo de la ciencia y la tecnología mundiales en el campo de la óptica.

En Rusia, bajo Pedro 1, la óptica recibió un mayor desarrollo. En 1725 se organizó en la Academia de Ciencias el Departamento de Óptica y un taller de óptica. Uno de los jefes del departamento de óptica fue L. Euler, quien escribió el libro "Dioptrics", donde describió los fundamentos de la óptica geométrica.

M.V. Lomonosov fue el primer científico ruso que utilizó un microscopio para la investigación científica; creó toda una gama de instrumentos ópticos fundamentalmente nuevos, desarrolló métodos para fabricar vidrio coloreado y mosaicos coloreados. Las obras de los destacados rusos M.V. Lomonosov y L. Euler en el siglo XVIII sentaron las bases más importantes para el desarrollo de la producción óptica en Rusia. Después de la revolución de 1917, en 1918 se organizó en Petrogrado el Instituto Estatal de Óptica, dirigido por el académico D.S. Rozhdestvensky. El Gobierno de la India era el centro que determina la política científica en el campo de la creación de una industria óptico-mecánica nacional. En el GOI trabajaron científicos destacados: S.I. Vavilov, A.A Lebedev, I.V. Grebenshchikov, N. Kachalov y otros.

En los años de la posguerra, nuestra industria óptica dominó con éxito la producción de instrumentos únicos de alta precisión, microscopios electrónicos, interferómetros e instrumentos para la investigación espacial.

A partir del fenómeno del efecto fotoeléctrico, descubierto por el científico ruso A.G. Stoletov, se está desarrollando con éxito el campo fotoeléctrico de la óptica, que ha encontrado aplicación en la automatización, la televisión y el control de naves espaciales.

Entre los principales logros de la óptica doméstica se encuentran los trabajos del profesor M.M. Rusinov. Las lentes de fotografía aérea gran angular que creó llevaron la fotografía aérea soviética a una posición de liderazgo en el mundo.

La creación de equipos para fotografiar la cara oculta de la Luna, invisible desde la Tierra, fue el comienzo del desarrollo de una nueva dirección en instrumentación óptica: los instrumentos ópticos cósmicos.

La investigación de los físicos soviéticos N.G. Basov y A.M. Prokhorov a mediados de los años 50 del siglo XX se convirtió en la semilla de la que surgió un nuevo campo de la ciencia: la electrónica cuántica. En 1971, Denis Gabor recibió el Premio Nobel por el descubrimiento de la holografía.

En 1930, en Alemania, Lamm transmitía no sólo luz, sino también imágenes a través de fibras ópticas. Pero la tecnología para fabricar fibras de vidrio era muy compleja, por lo que las ideas de Lamm permanecieron olvidadas durante muchos años.

La ciencia moderna ha llevado la fibra óptica a la cresta de una ola.

Historia del desarrollo de puntos de vista sobre la naturaleza de la luz.

Las primeras ideas sobre la naturaleza de la luz se formularon en la antigüedad. El filósofo griego Platón (427-327 a. C.) creó una de las primeras teorías de la luz.

Euclides y Aristóteles (300-250 a. C.) establecieron experimentalmente leyes básicas de fenómenos ópticos como la propagación rectilínea de la luz y la independencia de los haces de luz, la reflexión y la refracción. Aristóteles fue el primero en explicar la esencia de la visión.

A pesar de que las posiciones teóricas de los filósofos antiguos y más tarde de los científicos de la Edad Media eran insuficientes y contradictorias, contribuyeron a la formación de puntos de vista correctos sobre la esencia de los fenómenos luminosos y sentaron las bases para un mayor desarrollo de la teoría de la luz. la luz y la creación de diversos instrumentos ópticos. A medida que se acumulan nuevas investigaciones sobre las propiedades de los fenómenos luminosos, el punto de vista sobre la naturaleza de la luz ha cambiado. Los científicos creen que la historia del estudio de la naturaleza de la luz debería comenzar en el siglo XVII.

En el siglo XVII, el astrónomo danés Roemer (1644-1710) midió la velocidad de la luz, el físico italiano Grimaldi (1618-1663) descubrió el fenómeno de la difracción, el brillante científico inglés I. Newton (1642-1727) desarrolló el método corpuscular. teoría de la luz, descubrió los fenómenos de dispersión e interferencia, E. Bartholin (1625-1698) descubrió la birrefringencia en el mástil de Islandia, sentando así las bases de la óptica cristalina. Huygens (1629-1695) inició la teoría ondulatoria de la luz.

En el siglo XVII se hicieron los primeros intentos de fundamentar teóricamente los fenómenos luminosos observados. La teoría corpuscular de la luz, desarrollada por Newton, consiste en que la radiación luminosa se considera como un flujo continuo de pequeñas partículas, corpúsculos, que son emitidos por una fuente de luz y vuelan a gran velocidad en un medio homogéneo en línea recta y uniformemente.

Desde el punto de vista de la teoría ondulatoria de la luz, cuyo fundador es H. Huygens, la radiación luminosa es un movimiento ondulatorio. Huygens consideraba las ondas de luz como ondas elásticas de alta frecuencia que se propagaban en un medio especial, elástico y denso: el éter, que llena todos los cuerpos materiales, los espacios entre ellos y los espacios interplanetarios.

La teoría electromagnética de la luz fue creada a mediados del siglo XIX por Maxwell (1831-1879). Según esta teoría, las ondas de luz son de naturaleza electromagnética y la radiación luminosa puede considerarse un caso especial de fenómenos electromagnéticos. Las investigaciones de Hertz y más tarde de P.N. Lebedev también confirmaron que todas las propiedades básicas de las ondas electromagnéticas coinciden con las propiedades de las ondas de luz.

Lorentz (1896) estableció la relación entre la radiación y la estructura de la materia y desarrolló la teoría electrónica de la luz, según la cual los electrones contenidos en los átomos pueden oscilar con un período conocido y, bajo determinadas condiciones, absorber o emitir luz.

La teoría electromagnética de Maxwell, combinada con la teoría electrónica de Lawrence, explicó todos los fenómenos ópticos conocidos en ese momento y pareció revelar completamente el problema de la naturaleza de la luz.

Las emisiones de luz se consideraban oscilaciones periódicas de fuerza eléctrica y magnética, que se propagaban por el espacio a una velocidad de 300.000 kilómetros por segundo. Lawrence creía que el portador de estas vibraciones, el éter electromagnético, tiene propiedades de absoluta inmovilidad. Sin embargo, la teoría electromagnética creada pronto resultó insostenible. En primer lugar, esta teoría no tuvo en cuenta las propiedades del entorno real en el que se propagan las oscilaciones electromagnéticas. Además, con la ayuda de esta teoría fue imposible explicar una serie de fenómenos ópticos que la física encontró a finales del siglo XIX y XX. Estos fenómenos incluyen los procesos de emisión y absorción de luz, la radiación del cuerpo negro, el efecto fotoeléctrico y otros.

La teoría cuántica de la luz surgió a principios del siglo XX. Fue formulado en 1900 y fundamentado en 1905. Los fundadores de la teoría cuántica de la luz son Planck y Einstein. Según esta teoría, la radiación luminosa es emitida y absorbida por partículas de materia no de forma continua, sino discreta, es decir, en porciones separadas: cuantos de luz.

La teoría cuántica, por así decirlo, revivió la teoría corpuscular de la luz en una nueva forma, pero en esencia fue el desarrollo de la unidad de los fenómenos ondulatorios y corpusculares.

Como resultado del desarrollo histórico, la óptica moderna tiene una teoría bien fundada de los fenómenos luminosos, que puede explicar las diversas propiedades de la radiación y permite responder a la pregunta de en qué condiciones pueden manifestarse determinadas propiedades de la radiación luminosa. La teoría moderna de la luz confirma su doble naturaleza: ondulatoria y corpuscular.

Velocidad de la luz

Uno de los rasgos característicos de la física es el carácter cuantitativo de sus leyes. Muchas relaciones que expresan las leyes de la física incluyen algunas constantes, las llamadas constantes físicas. Estos son, por ejemplo, la constante gravitacional en la ley de la gravitación universal, el calor específico en la ecuación del balance térmico, la velocidad de la luz en la ley de Einstein, que relaciona la masa de un cuerpo y su energía total. Muchas constantes físicas se denominan de esta manera de forma bastante arbitraria. De hecho, se calienta alcohol en lugar de agua, y en las ecuaciones correspondientes es necesario utilizar un valor de capacidad calorífica diferente. Estas constantes "relativas" son el coeficiente de fricción, la resistividad, la densidad, etc. Pero también hay constantes que no cambian su valor. La constante gravitacional no depende de si los cuerpos que interactúan están hechos de plomo o acero. Los electrones del cobre y del oro tienen la misma carga. Igual de versátil y permanente Con– velocidad de la luz en el vacío.

Precisamente por su universalidad, tales constantes se denominan constantes mundiales o fundamentales. Los valores de las constantes fundamentales determinan las características más importantes de todo el mundo físico, desde las partículas elementales hasta los objetos astronómicos más grandes.

El hecho de que la velocidad de la luz pertenezca a un grupo muy pequeño de constantes mundiales explica el interés por esta cantidad. Sin embargo, hay que admitir que también en este grupo ocupa un lugar destacado. La velocidad de la luz está asociada con leyes físicas relacionadas con las ramas aparentemente más lejanas de la física. Constante Con está incluido en la transformación de Lorentz en la teoría especial de la relatividad; conecta las constantes eléctricas y magnéticas. la fórmula de einstein E=mc 2 le permite calcular la cantidad de energía liberada durante las transformaciones nucleares. Y en todas partes encontramos la velocidad de la luz.

Tal prevalencia de la constante Con Sirve para la física moderna como una vívida manifestación de la unidad del mundo físico y la corrección del camino por el que se desarrolla la ciencia de la naturaleza.

La comprensión de esta unidad no se produjo de inmediato. Han pasado más de 300 años desde que se determinó por primera vez la velocidad de la luz. Poco a poco constante Con reveló sus secretos a los científicos. A veces, detrás de las mediciones de esta cantidad se esconden años de búsquedas específicas, de trabajo para mejorar los métodos de medición y los instrumentos científicos. A veces, la velocidad de la luz aparecía inesperadamente en los experimentos, planteando a los científicos preguntas relacionadas con las profundidades de la ciencia física. La medición de constantes refutó y confirmó las teorías físicas y contribuyó al progreso de la tecnología.

Existen métodos directos e indirectos para medir la velocidad de la luz. Los métodos directos incluyen los experimentos de O. Roemer, A. Fizeau, L. Foucault, A. Michelson. Los métodos indirectos incluyen los experimentos de D. Bradley, F. Kohlrausch, W. Weber.

El método directo se basa en medir el camino recorrido por la luz y el tiempo que tarda en recorrer este camino. c=l/t. En 1676, Roemer observó el eclipse de Ío, la luna de Júpiter. El satélite pasó por delante del planeta, luego se sumergió en su sombra y desapareció de la vista. Después de 42 horas y 28 minutos, Io apareció nuevamente. Roemer tomó medidas cuando la Tierra estaba más cerca de Júpiter. Cuando repitió las observaciones unos meses más tarde, resultó que el satélite apareció de entre las sombras 22 minutos después. El científico explicó que la luz tarda 22 minutos en viajar desde el punto de observación anterior hasta el punto actual. Conociendo el tiempo de retraso y la distancia que lo provoca, se puede determinar la velocidad de la luz. Debido a la inexactitud de las mediciones y al valor inexacto del radio de la Tierra, Roemer obtuvo un valor para la velocidad de la luz igual a 215.000 kilómetros por segundo.

La velocidad de la luz fue medida por primera vez en condiciones de laboratorio en 1849 por el físico francés Fizeau. En su experimento, la luz de una fuente, que pasaba a través de una lente, incidía sobre una placa de vidrio translúcido. Tras reflejarse en la placa, se dirigió un haz estrecho hacia la periferia de una rueda que giraba rápidamente. Al pasar entre los dientes, la luz alcanzó un espejo situado a varios kilómetros de la rueda. Reflejada en el espejo, la luz pasó entre los dientes de la rueda y luego entró en el ojo del observador. Cuando la velocidad de rotación era pequeña, la luz reflejada en el espejo era visible; a medida que aumentaba la velocidad de rotación, desaparecía. Al aumentar aún más la velocidad de rotación, la luz volvió a ser visible. Es decir, durante el tiempo que la luz se propagó hacia el espejo y viceversa, la rueda logró girar tanto que una nueva ranura ocuparía el lugar de la ranura anterior. Conociendo este tiempo y la distancia entre la rueda y el espejo, se puede determinar la velocidad de la luz. En el experimento de Fizeau, la distancia era de 8,6 kilómetros y la velocidad de la luz era de 313.000 kilómetros por segundo.

El método indirecto para medir la velocidad de la luz se basa en la idea de la luz como una onda electromagnética y su velocidad se encuentra multiplicando la longitud de onda por la frecuencia de oscilación de la onda.

Desarrollando la teoría de la electrodinámica de Ampere, en 1846 Weber y Kahlrausch obtuvieron un valor para la velocidad de la luz de 310.000 kilómetros por segundo, pero no pudieron explicar el resultado obtenido, ya que no había una comprensión clara del mecanismo de transmisión de la interacción de cargas eléctricas. . Formalmente, la teoría de Weber sobre las fuerzas electromagnéticas de largo alcance no encontró ninguna oposición seria, pero ya estaban madurando las ideas de acción de corto alcance, cuya consecuencia más importante es la finitud de la velocidad de propagación de las interacciones.

La física moderna afirma firmemente que la historia de la velocidad de la luz no ha terminado. Prueba de ello son los trabajos de medición de la velocidad de la luz realizados en los últimos años.

Después de la Segunda Guerra Mundial se produjo un aumento espectacular en la precisión de la medición de la velocidad de las ondas electromagnéticas. Las investigaciones realizadas con fines militares, además de amenazar la existencia de la humanidad, arrojaron muchos resultados importantes, puramente científicos. Uno de ellos es el desarrollo de tecnología de frecuencia ultraalta. Se crearon generadores y receptores de radiación que funcionan en el rango de longitudes de onda de 1 metro a varios milímetros. En el rango de microondas fue posible realizar mediciones muy precisas y, lo más importante, independientes de la frecuencia de la radiación y su longitud de onda. Este método para determinar la velocidad de la luz es muy conveniente, ya que se pueden determinar longitudes de onda del orden de un centímetro con una precisión muy alta.

Por supuesto, no se debe pensar que para medir la cantidad Con Usar la nueva tecnología fue muy simple. Cada científico que trabaja en este campo se propone la tarea máxima: realizar mediciones extremadamente precisas de la longitud de onda y la frecuencia para obtener el valor más preciso de la velocidad de la luz, y trabajar al límite de la precisión siempre es difícil.

Un resultado inequívoco de la medición de la velocidad de la luz en el rango de las microondas fue el trabajo del científico estadounidense K. Frum, cuyos resultados se publicaron en 1958. El científico obtuvo un resultado de 299792,50 kilómetros por segundo. Durante mucho tiempo este valor se consideró el más exacto.

Para aumentar la precisión en la determinación de la velocidad de la luz, fue necesario crear métodos fundamentalmente nuevos que permitieran realizar mediciones en la región de altas frecuencias y, en consecuencia, longitudes de onda más cortas. La posibilidad de desarrollar tales métodos apareció después de la creación de generadores ópticos cuánticos: los láseres. La precisión para determinar la velocidad de la luz ha aumentado casi 100 veces en comparación con los experimentos de Froom. El método de determinación de frecuencias mediante radiación láser da como resultado una velocidad de la luz de 299792,462 kilómetros por segundo.

Los físicos continúan estudiando la cuestión de la constancia de la velocidad de la luz en el tiempo. La investigación sobre la velocidad de la luz puede aportar mucha más información nueva para comprender la naturaleza, que es inagotable en su diversidad. 300 años de historia de la constante fundamental Con demuestran claramente sus conexiones con los problemas más importantes de la física.

resolución de problemas

1. De la antigua leyenda griega de Perseo:

“El monstruo no estaba más allá del vuelo de una flecha cuando Perseo voló muy alto en el aire. Su sombra cayó al mar y el monstruo se abalanzó con furia hacia la sombra del héroe. Perseo se abalanzó audazmente desde arriba hacia el monstruo y le hundió su espada curva profundamente en la espalda…”

Pregunta: ¿qué es una sombra y por qué fenómeno físico se forma? Dibuja el camino de los rayos.

2. Del cuento africano “Elección de un líder”:

“Hermanos”, dijo la Cigüeña, caminando tranquilamente hacia el centro del círculo. - Hemos estado discutiendo desde la mañana. Mira, nuestras sombras ya se han acortado y pronto desaparecerán por completo, pues se acerca el mediodía. Así que tomemos una decisión antes de que el sol pase su cenit…”

Pregunta: ¿por qué la longitud de las sombras proyectadas por las personas comenzó a acortarse? Explica tu respuesta con un dibujo. ¿Existe algún lugar en la Tierra donde el cambio en la longitud de la sombra sea mínimo?

3. Del cuento de hadas italiano "El hombre que buscó la inmortalidad":

“Y entonces Grantesta vio algo que le pareció peor que una tormenta. Un monstruo se acercaba al valle, volando más rápido que un rayo de luz. Tenía alas coriáceas, un vientre suave y verrugoso y una boca enorme con dientes sobresalientes…”

Pregunta: ¿Qué es físicamente incorrecto en este pasaje?

4. De la antigua leyenda griega de Perseo:

“Perseo rápidamente se alejó de las gorgonas. Tiene miedo de ver sus rostros amenazadores: después de todo, una mirada y se convertirá en piedra. Perseo tomó el escudo de Palas Atenea, como se reflejaban las gorgonas en el espejo. ¿Cuál es Medusa?

Así como un águila cae del cielo sobre su víctima prevista, Perseo corrió hacia la dormida Medusa. Mira dentro del escudo transparente para atacar con mayor precisión…”

Pregunta: ¿Qué fenómeno físico utilizó Perseo para decapitar a Medusa? Dibuja el posible camino de los rayos.

Tarea

Introducción, párrafo 40 (G.Ya. Myakishev, B.B. Bukhovtsev “Física. 11”)

31. Desarrollo de puntos de vista sobre la naturaleza de la luz. Velocidad de la luz. Principio de Huygens. Ley de reflexión de la luz. (Aslapovskaya S.V.)

Texto de la lección

• Abstracto

  Nombre de la asignatura: Física Clase: 11 UMK: Física 11º grado, G. Ya. Myakishev, B. B. Bukhovtsev, 2010. Nivel de formación: básico Tema de la lección: "Desarrollo de puntos de vista sobre la naturaleza de la luz. La velocidad de la luz. Principio de Huygens. La ley de la reflexión de la luz". Número total de horas asignadas para estudiar el tema: 19 Lugar de la lección en el sistema de lecciones sobre el tema: la primera lección de estudio del tema “Óptica”. El propósito de la lección: proporcionar percepción y comprensión de la esencia de la naturaleza de la luz. Objetivos de la lección: Conocer la contribución que han hecho científicos de diferentes países al desarrollo de ideas sobre la naturaleza de la luz. Sacar conclusiones sobre la naturaleza de la luz a partir de la información recibida. Cree un resumen de referencia "Desarrollo de puntos de vista sobre la naturaleza de la luz". Resultados previstos: los estudiantes deben comprender cuán complejo es el camino del conocimiento humano de los fenómenos naturales, repetir las leyes de la reflexión de la luz y comprender el principio de Huygens. Soporte técnico de la lección: proyector multimedia, presentación de la lección, folletos. Apoyo metodológico y didáctico adicional para la lección (son posibles enlaces a recursos de Internet): la fecha y el tema de la lección están escritos en la pizarra, las mesas están dispuestas para trabajar en grupos (2 estudiantes cada uno). Preparación para la lección: se forman grupos, el material de trabajo está sobre las mesas (un archivo con la literatura necesaria, documentos y una tarea que el PERO debe completar). El profesor explica las metas y objetivos de la lección. Durante el tiempo asignado, los grupos preparan la tarea. Contenido de la lección. I. Parte introductoria de la lección 1. Etapa organizativa (1 min). La clase se divide en 5 grupos preformados por el profesor (sociedades científicas (SS)), cada uno de los cuales cuenta con el director de la SS, un asistente literario y un asistente de investigación. Los grupos reciben una tarea y las fuentes de información necesarias para completarla. 2. Actualización de la actividad mental (2 min). Maestro. Buenas tardes a todos, ¡siéntense! ¡Qué hermoso es este mundo, lleno de luz! ¿Qué es la luz para ti? ¿Qué asociaciones tienes con la palabra luz? (Las diapositivas de la presentación del 1 al 8 se desplazan por la pantalla con acompañamiento musical (al hacer clic en el hipervínculo)). Maestro. La luz es energía radiante percibida por el ojo y que hace visible el mundo. La luz entró en nuestra casa. ¿Cómo nació y llegó a existir? Hay un secreto en su naturaleza y ha habido un debate durante muchos años. 3. El propósito y objetivos de la lección (2 min). En pantalla se encuentra la diapositiva No. 9-12 Objetivos: Conocer el aporte que han hecho científicos de diferentes países al desarrollo de ideas sobre la naturaleza de la luz (para solucionar este problema realizaremos un viaje científico virtual). Saca conclusiones sobre la naturaleza de la luz a partir de la información recibida (este problema lo resolverás hablando en el programa “Obvio e Increíble” con los resultados de tu viaje científico). Cree un resumen de referencia "Desarrollo de puntos de vista sobre la naturaleza de la luz". Cada uno de ustedes tiene una matriz OK en su escritorio, que debe completar (resolverá este problema a lo largo de la lección). Ya he dicho que hoy no solo trabajaremos, sino que trabajaremos de acuerdo con el plan-asignación del programa "Obvio e Increíble". Le sugiero que realice un viaje científico virtual a diferentes países y diferentes épocas para trabajar en archivos, estudiar literatura, documentos y establecer qué han hecho científicos de diferentes países para descubrir la naturaleza de la luz. También deberás preparar y presentar los resultados de tu trabajo. 5 sociedades científicas (SS) se van de viaje de negocios a los países: Dinamarca, Francia, Inglaterra, Holanda (en la pantalla, diapositiva número 13: se marca un mapa del mundo con estos países, al hacer clic en el país nombrado en el mapa). Cada sociedad científica tiene un archivo en su escritorio con la literatura necesaria, los documentos y una tarea que la sociedad científica debe completar. Se asignan 10 minutos para el viaje de negocios. Durante este tiempo sonará música, y tan pronto como termine deberás hablar en el programa con los resultados de tu trabajo. Entonces, les pido que comiencen la tarea (la música se reproduce después de hacer clic en el hipervínculo "llamar" en la diapositiva número 13). II. La parte principal de la lección. 1. Trabajo independiente de estudiantes en grupos (10 minutos, preparando a los estudiantes para presentaciones NO): Primer NO: País: Dinamarca, científico: Olaf Roemer, 1676 - método astronómico para medir la velocidad de la luz. Jefe de la institución educativa (informa dónde estuvo) Personal literario (seleccionar material sobre el científico) Empleados científicos (preparar un informe sobre el método de medición de la velocidad de la luz (teoría sobre la naturaleza de la luz)) Ejemplos de respuestas del institución educativa: 1 estudiante. Nuestro PERO visitó Dinamarca. Trabajamos en la Academia de Ciencias en el departamento donde se recopilaron documentos sobre Olaf Roemer (1644-1710), quien midió la velocidad de la luz mediante el método astronómico (diapositiva número 14 en la pantalla). 2 estudiante. Römer Olaf Christensen (1644-1710), físico y astrónomo danés. En 1676 hizo un descubrimiento importante: demostró la finitud de la velocidad de la luz y midió su valor. Sin embargo, el mensaje del científico en una reunión de la Academia de Ciencias de París fue duramente criticado. A pesar de las críticas, sus conclusiones fueron aceptadas por H. Huygens, Leibniz e I. Newton. La validez final de la teoría de Roemer fue confirmada en 1725. después de que el astrónomo Bradley descubriera el fenómeno de la aberración lumínica. Al regresar a Dinamarca en 1681, dirigió el departamento de matemáticas de la Universidad de Capenhagen y creó un observatorio. También participó en la vida política y social de Dinamarca. Al final de su vida se convirtió en jefe del Consejo de Estado. Inventó nuevos instrumentos astronómicos. El nombre de Roemer está incluido en el mapa de la Luna (diapositiva número 15 en la pantalla). 3 estudiante. En 1676, mientras observaba el eclipse de Io, la luna de Júpiter, Roemer descubrió. Que cuando la Tierra, después de seis meses, se desplaza hacia el otro lado del Sol, más distante de Júpiter, entonces Io aparece 22 minutos más tarde que el tiempo calculado. Este retraso se explica por la creciente distancia entre Júpiter y la Tierra. Conociendo el tamaño de la órbita terrestre y el tiempo de retraso, Roemer calculó la velocidad de propagación de la luz (en la pantalla, diapositiva número 15: haciendo clic en el hipervínculo "diagrama del método", diapositiva número 16 - diagrama del método de laboratorio en pantalla completa). C = 300.000 km/s (después de las adiciones del profesor, la conclusión aparece haciendo clic en la diapositiva número 15) Segundo PERO: País: Francia, científico: Fizeau Armand Hippolyte Louis, 1849 - método de laboratorio para medir la velocidad de la luz 1 estudiante. Nuestro PERO visitó Francia. Trabajamos en la Academia de Ciencias de París, en el departamento donde se recopilaron documentos sobre Armand Fizeau, quien midió la velocidad de propagación de la luz mediante un método de laboratorio (diapositiva número 17 en la pantalla). 2 estudiante. Fizeau (1819-1896) - físico francés. En 1863 se convirtió en profesor de la Escuela Politécnica de París. El primer gran logro de Fizeau en óptica fueron sus experimentos sobre la interferencia de la luz. En 1849 realizó un experimento clásico para determinar la velocidad de la luz. Diseñó varios dispositivos: una bobina de inducción. Espectroscopio de interferencia; Estudió cristales mientras hacía fotografía. En 1875 fue elegido miembro de la Royal Society de Londres y en 1866 recibió la Medalla Rumford (diapositiva número 18 en la pantalla). 3 estudiante. Según el esquema: por primera vez I. Fizeau midió la velocidad de la luz mediante un método de laboratorio en 1849. Experimento: la luz de una fuente, que pasaba a través de una lente, incidía sobre una placa translúcida. Después de la reflexión de la placa, se dirigió un haz estrecho enfocado hacia un engranaje que giraba rápidamente. Al pasar entre los dientes, la luz alcanzó un espejo situado a varios kilómetros de la rueda. Tras reflejarse en el espejo, la luz regresaba de nuevo a la rueda dentada y tenía que pasar de nuevo entre los dientes. Cuando la rueda giraba lentamente, la luz reflejada en el espejo era visible. A medida que aumentaba la velocidad, desaparecía gradualmente. ¿Por qué? Mientras la luz viajaba hacia el espejo y regresaba, la rueda logró girar de modo que apareció un diente en el lugar de la ranura y la luz dejó de ser visible. A medida que la velocidad de rotación de la rueda aumentó aún más, la luz volvió a ser visible. Durante este tiempo de propagación de la luz hacia el espejo y viceversa, la rueda tuvo tiempo de girar para que apareciera una nueva ranura en lugar de la anterior. Conociendo este tiempo y la distancia entre la rueda y el espejo, se puede determinar la velocidad de la luz (c = 313 km/s) (después del mensaje del alumno, haga clic en la diapositiva No. 18 en la pantalla (diapositiva No. 19) a Se muestra una demostración del experimento de la colección “Cirilo y Metodio”). (después de las adiciones del maestro, aparece una conclusión al hacer clic en la diapositiva No. 20) Tercer PERO: País: Inglaterra, científico: Isaac Newton, teoría sobre la naturaleza de la luz 1 estudiante. Nuestro PERO visitó Inglaterra. Trabajamos en la Academia de Ciencias de Inglaterra en el departamento donde se recopilaron documentos sobre I. Newton: (diapositiva número 22 en la pantalla) 2do estudiante. Newton Isaac (1643-1727): matemático, mecánico, astrónomo y físico inglés, creador de la mecánica clásica. Miembro (1672) y presidente (1703) de la Royal Society de Londres. Obras fundamentales "Principios matemáticos de la filosofía natural" (1687) y "Óptica" (1704). Descubrió la dispersión de la luz y estudió la interferencia y la difracción. Desarrolló la teoría corpuscular de la luz. Construyó un telescopio reflector. Formuló las leyes básicas de la mecánica clásica. Descubrió la ley de la gravitación universal y dio una teoría del movimiento de los cuerpos celestes. Creó las bases de la mecánica celeste (diapositiva número 23 en la pantalla). 3 estudiante. Newton fue un defensor de la teoría corpuscular de la luz: la luz es una corriente de partículas-corpúsculos que provienen de una fuente en todas direcciones. Esta teoría explicaba fácilmente la propagación lineal, la reflexión y la refracción de la luz. El destacado científico Newton tenía una gran autoridad entre sus colegas y, por lo tanto, la mayoría de ellos apoyaban la teoría corpuscular, creyendo que la luz se propaga como una corriente de partículas y no como una onda (aparece la diapositiva número 23 en la pantalla; aparece una conclusión en la clic, aparece un dibujo al segundo clic). Cuarto PERO: País: Holanda, científico: Christian Huygens, teoría sobre la naturaleza de la luz 1 estudiante. Visitamos Holanda: (diapositiva número 24 en la pantalla) 2do estudiante. H. Huygens (1629-1695) - matemático, físico y astrónomo holandés. Inventó un reloj de péndulo con mecanismo de escape y estableció las leyes de oscilación de un péndulo físico. Creó y publicó la teoría ondulatoria de la luz. Mejoró el telescopio, diseñó un ocular, descubrió los anillos de Saturno y su satélite Titán. Fue elegido miembro de la Royal Society de Londres. Parte de sus trabajos: los resultados de un estudio sobre el impacto elástico y la fuerza centrífuga fueron publicados después de su muerte (diapositiva número 25 en la pantalla). 3 estudiante. H. Huygens se opuso a la teoría corpuscular de la luz. La teoría ondulatoria de la luz de Huygens explicaba fenómenos ópticos como la interferencia y la difracción que la teoría corpuscular no podía explicar. Según la teoría ondulatoria de Huygens, la luz es una onda que se propaga en un medio hipotético (elástico) especial: el éter, que llena todo el espacio y todos los cuerpos (aparece la diapositiva número 25 en la pantalla; al hacer clic aparece una conclusión, un dibujo aparece al segundo clic). Quinto NO: País: Inglaterra, científico: Thomas Young, desarrollo de la teoría ondulatoria de la luz País: Francia, científico: Augustin Jean Fresnel, desarrollo de la naturaleza ondulatoria de la luz 1 estudiante. Visitamos Inglaterra y visitamos Francia (diapositiva número 26 en la pantalla) 2do estudiante. El joven Thomas (1773-1829) - físico inglés. A la edad de 21 años (1794) se convirtió en miembro de la Royal Society. Recibió el título de Doctor en Medicina. Abrió una práctica privada en Londres. La investigación de Young en óptica formó la base de su artículo "El mecanismo del ojo" (1800), en el que explicó la naturaleza de la acomodación, el astigmatismo y la visión del color. Fue nombrado profesor de la Royal Institution. Uno de los creadores de la teoría ondulatoria de la luz. En 1803 explicó el fenómeno de la interferencia de la luz. Planteó una hipótesis sobre la naturaleza transversal de las vibraciones de la luz. Midió las longitudes de onda de la luz de diferentes colores. En teoría de la elasticidad, Young es responsable del estudio de la deformación por corte (diapositiva número 27 en la pantalla; aparece una fotografía con el primer clic). 3 estudiante. T. Jung introdujo por primera vez el concepto de "interferencia". Young descubrió la interferencia al observar este fenómeno en las ondas del agua. Jung informó sobre los resultados de su investigación sobre óptica en una reunión científica de la Royal Society de Londres y también los publicó a principios del siglo XIX. Pero, a pesar de lo convincentes de las obras de Jung, nadie quería reconocerlas porque... esto significó abandonar los puntos de vista convencionales y, además, oponerse a la autoridad de Newton. No se prestó atención al trabajo de Jung, e incluso apareció en la prensa un artículo que contenía crudos ataques contra él. 4 estudiante. Fresnel Augustin Jean (1788-1827), físico francés, uno de los creadores de la teoría ondulatoria de la luz. Las obras de Fresnel estuvieron dedicadas a la óptica física. Comenzó a estudiar física por su cuenta y pronto comenzó a realizar experimentos en óptica. En 1815, redescubrió el principio de interferencia, añadiendo varios nuevos a los experimentos de T. Jung. En 1821 demostró la naturaleza transversal de las ondas luminosas y en 1823 estableció las leyes de polarización de la luz. Inventó una serie de dispositivos de interferencia. En 1823, Fresnel fue elegido miembro de la Academia de Ciencias de París. En 1825 se convirtió en miembro de la Royal Society de Londres. El ingeniero francés, que más tarde se convertiría en el famoso físico O. Fresnel, comenzó a estudiar los fenómenos de interferencia y difracción en 1814. No conocía el trabajo de Jung, pero, al igual que él, vio en estos fenómenos evidencia de la teoría ondulatoria de la luz. Sin embargo, gradualmente, a pesar de todas las dificultades que enfrenta la hipótesis de la transversalidad de las ondas de luz, la teoría ondulatoria de la luz comenzó a ganar y desplazar a la teoría corpuscular de la luz (aparece la diapositiva número 27 en la pantalla; aparece una fotografía en el segundo clic). ). (después de los añadidos del docente, la conclusión aparece en la diapositiva No. 27 haciendo clic) 2. Presentación de los resultados del trabajo del BO (15 - 20 min.): Docente. Ahora estamos empezando a presentar los resultados de nuestro viaje científico. Al comienzo de la lección, nos planteamos un problema: descubrir la naturaleza de la luz. Durante las presentaciones, no olvides completar la plantilla OK (en los escritorios de los estudiantes hay hojas con una plantilla para las notas de apoyo). El primer gran avance en el estudio de la naturaleza de la luz fue la medición de la velocidad de la luz. Resultó que la velocidad de propagación de la luz no es infinitamente grande. El problema de medir la velocidad de la luz fue formulado por primera vez por Galileo (siglo XVI), quien planteó la cuestión de la finitud de la velocidad de la luz. Pero no pudo responder a la pregunta que planteó. Finalmente se midió la velocidad de la luz (diapositiva número 21 en la pantalla). YO PERO: (Dinamarca, Römer) - presentaciones de estudiantes (diapositivas de presentación No. 14-16). Adiciones del profesor. El propio Roemer, debido a la baja precisión de las mediciones y al conocimiento inexacto del radio de la órbita terrestre, obtuvo un valor para la velocidad de la luz de 215.000 km/s. II PERO: (Francia, Fizeau) - presentaciones de estudiantes (diapositivas de presentación No. 17-20). Adiciones del profesor. Más exactamente, la velocidad de la luz comenzó a medirse después de 1960, cuando comenzó a funcionar el primer láser. Según los datos modernos, la velocidad de la luz en el vacío es igual al valor que se ve en la pantalla (diapositiva número 21) con una precisión de + (-) 0,2 m/s. Aproximadamente c = 3*108 m/s (hay que recordarlo). ¿Dónde encontraste esta figura? (Este valor, obtenido experimentalmente, coincide con el valor predicho por Maxwell y medido experimentalmente por primera vez por Hertz: la velocidad de las ondas electromagnéticas). El valor de la velocidad de la luz ayudará a determinar la naturaleza de la luz. Desde la antigüedad, el hombre se ha interesado por la naturaleza de la luz. Hubo varias leyendas, mitos, hipótesis, trabajos científicos. En el siglo XVI la gente aún no conocía la naturaleza de la luz. En el siglo XVII, casi simultáneamente, comenzaron a existir teorías completamente diferentes sobre qué es la luz y cuál es su naturaleza. III NO: (Inglaterra, Newton) - presentaciones de estudiantes (diapositivas de presentación No. 22-23). IV PERO: (Holanda, Huygens) - presentaciones de estudiantes (diapositivas de presentación No. 24-25). Adiciones del profesor. Conclusión: la primera teoría decía: la luz es una corriente de partículas que provienen de una fuente en todas direcciones; la segunda teoría decía: la luz es una onda que se propaga en un medio hipotético especial: el éter. V PERO: (Inglaterra, T. Jung; Francia, O. Fresnel) - presentaciones de estudiantes (diapositivas de presentación No. 26-27). Adiciones del profesor. Se dio así un giro hacia la naturaleza ondulatoria de la luz. Una serie de experimentos realizados en el siglo XIX, así como los trabajos de Maxwell, que luego fueron confirmados por los experimentos de Hertz, demostraron la validez de la teoría ondulatoria: la luz se propaga como una onda electromagnética. III. La parte final de la lección Resumiendo (5 min): ¿Qué producto obtuvimos? Póngase en contacto con su OK. Tenga en cuenta si ha completado todo. Comparemos sus notas de apoyo (OK) con la que se presenta en la pantalla (diapositiva de presentación No. 28). Pero ¿qué pasa con la teoría de Newton? Tiene la brillante idea de que la luz puede considerarse una partícula. ¿Tenía razón? Y tenía razón, porque... En el siglo XX, las ideas sobre la naturaleza de la luz comenzaron a cambiar; cuando se descubrieron las propiedades cuánticas de la luz, los científicos tuvieron que recordar la teoría corpuscular. ¿Qué naturaleza tiene la luz? Conclusión: la luz tiene una naturaleza dual: partícula-onda (diapositiva de presentación número 29, en el primer clic aparece una conclusión, en el segundo clic aparece un dibujo). La luz es una corriente de partículas; la luz es una onda. “Lo que no está claro debe aclararse” (Confucio). Aprenderá sobre esto más adelante (diapositivas de presentación n.° 30 a 37, se reproduce música después de hacer clic en el hipervínculo). Tarea: págs. 168-170, párrafo 59, ind. Tarea p. 60. Durante la preparación utilicé los sitios: 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