Leçon sur le thème « Histoire de l'évolution des vues sur la nature de la lumière. Vitesse de la lumière." Khramova Anna Vladimirovna, 11e année

« Par tous les moyens possibles, nous devons susciter chez les enfants un ardent désir de connaissances et de compétences. »

Y. Kamenski

Cours de physique en 11e année sur le sujet

Type de cours : leçon d'apprentissage de nouveau matériel.

Formulaire de cours : cours - recherche théorique.

Objectifs de la leçon : Familiariser les étudiants avec l'histoire du développement des idées sur la nature de la lumière et avec les méthodes permettant de trouver la vitesse de la lumière.

Objectifs de la leçon :

Pédagogique:

répétition des propriétés fondamentales de la lumière, formation de compétences pour expliquer les phénomènes physiques basées sur l'utilisation de la théorie quantique ou ondulatoire de la lumière, application de l'idée du dualisme corpusculaire-onde.

Pédagogique:

Généralisation et systématisation du matériel étudié, clarification du rôle de l'expérience et de la théorie dans le développement de la physique quantique, explication des limites d'applicabilité des théories, révélation du dualisme onde-particule.

Pédagogique:

montrer l'infinité du processus de connaissance, découvrir le monde spirituel et les qualités humaines des scientifiques, introduire l'histoire du développement de la science, considérer la contribution des scientifiques au développement de la théorie de la lumière.

Équipement : installation multimédia, polycopiés.

Types d'activités: travail de groupe, travail individuel, travail frontal, travail indépendant,travailler avec de la littérature ou des sources d'information électroniques, analyser les résultats du travail avec du texte, des conversations, des travaux écrits.

Structure d'une leçon interactive sur le sujet

« Développement de réflexions sur la nature de la lumière. Vitesse de la lumière."

Élément structurel de la leçon	Utilisez-vous méthodes conventionnelles	Rôles des enseignants	Postes étudiants	Résultat	Temps
Plonger	Je sais/je veux savoir/j'ai découvert	Concepteur et organisateur d'une situation créative problématique	Sujet d'activité créative	Tableau avec colonnes remplies « Je sais », « Je veux savoir »	5 minutes
Bloc théorique	Journal en deux parties	Modérateur des activités éducatives et de recherche des étudiants	Objet d'activités indépendantes d'enseignement et de recherche	Tableau « Évolution des vues sur la nature de la lumière »	15 minutes
Bloc théorique	Travail de groupe (en utilisant la stratégie Logbook)	Consultant sur les demandes pédagogiques des étudiants	Sujet des activités éducatives de groupe	Tableau "Détermination de la vitesse de la lumière"	20 minutes
Réflexion	Je sais/je veux savoir/j'ai découvert	Expert	Sujet d'activité indépendante	Tableau avec colonnes remplies « Je sais », « Je veux savoir », « Ce que j'ai appris »	5 minutes

Déroulement de la leçon.

Moment organisationnel. Salutation, vérification de l'état de préparation des élèves pour la leçon.
Annoncer le sujet de la leçon et mettre à jour les connaissances sur ce sujet.

Professeur:

Les gars, rappelons-nous ce que nous savons sur ce sujet ?

Donnez des exemples de sources de lumière naturelle et artificielle.

Qu'est-ce qu'une poutre ?

Loi de propagation rectiligne de la lumière.

Qu'est-ce qu'une ombre ?

Qu’est-ce que la pénombre ?

Loi de réflexion de la lumière.

Il est demandé aux étudiants de remplir la première colonne « Je sais » du tableau ZHU (Annexe 1).

Dans le langage courant, nous utilisons le mot « lumière » dans des sens variés : ma lumière, mon soleil, dis-moi..., l'apprentissage est la lumière, et l'ignorance est l'obscurité... En physique, le terme « lumière » a un sens. une signification beaucoup plus précise. Alors, qu’est-ce que la lumière ? Et qu’aimeriez-vous savoir sur les phénomènes lumineux ? Veuillez remplir vous-même la deuxième colonne du tableau ZHU.

Fixer les buts et objectifs de la leçon (sur la base du résultat d'une analyse conjointe du tableau de composition chimique).
Bloc théorique « Développement de réflexions sur la nature de la lumière ».

Les élèves reçoivent le texte « Développement de points de vue sur la nature de la lumière » (Annexe 2). La tâche consiste à se familiariser de manière autonome avec le texte, à l'analyser et à rédiger un journal en deux parties (Annexe 3).

Discussion des résultats du travail avec le texte.
Formulation de la situation problématique « Comment mesurer la vitesse de la lumière ?

Le célèbre scientifique américain Albert Michelson a consacré presque toute sa vie à mesurer la vitesse de la lumière.

Un jour, un scientifique a examiné le trajet supposé d'un faisceau lumineux le long de la voie ferrée. Il souhaitait construire une configuration encore plus avancée pour une méthode encore plus précise de mesure de la vitesse de la lumière. Il avait déjà travaillé sur ce problème auparavant

plusieurs années et atteint les valeurs les plus précises pour cette époque. Les journalistes se sont intéressés au comportement du scientifique et, perplexes, lui ont demandé ce qu’il faisait ici. Michelson a expliqué qu'il mesurait la vitesse de la lumière.

Pourquoi? - a suivi la question.

Parce que c’est diablement intéressant », a répondu Michelson.

Et personne n’aurait pu imaginer que les expériences de Michelson deviendraient la base sur laquelle serait construit le majestueux édifice de la théorie de la relativité, donnant une compréhension complètement nouvelle de l’image physique du monde.

Cinquante ans plus tard, Michelson poursuivait toujours ses mesures de la vitesse de la lumière.

Une fois que le grand Einstein lui a posé la même question,

Parce que c'est sacrément intéressant ! - Michelson et Einstein ont répondu un demi-siècle plus tard.

L’enseignant pose la question : « Est-il important de connaître la vitesse de la lumière, outre le fait que c’est juste « diablement intéressant » ?

Les opinions des étudiants sont écoutées là où les connaissances sur la vitesse de la lumière sont appliquées.

Bloc théorique « Mesure de la vitesse de la lumière ».

L'enseignant divise au préalable la classe en groupes créatifs pour étudier différentes méthodes de mesure de la vitesse de la lumière :

Groupe "Méthode Roemer"
Groupe "Méthode Fizeau"
Groupe "Méthode Foucault"
Groupe "Méthode Bradley"
Groupe "Méthode Michelson"

Chaque groupe fournit un rapport + présentation de la matière étudiée selon le plan :

Date de l'expérience
Expérimentateur
L'essence de l'expérience
La valeur trouvée de la vitesse de la lumière.

Le reste des élèves remplit le tableau de manière autonome lors des représentations collectives (Annexe 4). La disposition des tables est préparée à l’avance.

Le professeur résume.

Quelle a été la principale difficulté pour mesurer la vitesse de la lumière ?

Quelle est approximativement la vitesse de la lumière dans le vide ?

La physique moderne affirme avec force que l’histoire de la vitesse de la lumière n’est pas terminée. En témoignent les travaux menés ces dernières années sur la mesure de la vitesse de la lumière.

Un résultat définitif de la mesure de la vitesse de la lumière dans la gamme des micro-ondes a été le travail du scientifique américain K. Frum, dont les résultats ont été publiés en 1958. Le scientifique a obtenu un résultat de 299792,50 kilomètres par seconde. Pendant longtemps, cette valeur a été considérée comme la plus précise.

Afin d'augmenter la précision de la détermination de la vitesse de la lumière, il était nécessaire de créer des méthodes fondamentalement nouvelles qui permettraient des mesures dans la région des hautes fréquences et, par conséquent, des longueurs d'onde plus courtes. La possibilité de développer de telles méthodes est apparue après la création de générateurs quantiques optiques – les lasers. La précision de la détermination de la vitesse de la lumière a été près de 100 fois supérieure à celle des expériences de Froom. La méthode de détermination des fréquences à l'aide du rayonnement laser donne une vitesse de la lumière égale à 299792,462 kilomètres par seconde.

Les physiciens continuent d'étudier la question de la constance de la vitesse de la lumière dans le temps. La recherche sur la vitesse de la lumière peut fournir bien d’autres informations nouvelles pour comprendre la nature, dont la diversité est inépuisable. 300 ans d'histoire de la constante fondamentale Avec démontrer clairement ses liens avec les problèmes les plus importants de la physique.

Enseignant : - Quelle conclusion peut-on tirer sur l'importance de la vitesse de la lumière ?

Étudiants: - La mesure de la vitesse de la lumière a permis le développement ultérieur de la physique en tant que science.

Réflexion. Remplir la colonne « Appris » dans le tableau ZHU.

Devoirs.Paragraphe 59 (G.Ya. Myakishev, B.B. Bukhovtsev « Physique. 11 »)

Résolution de problèmes

1. Extrait de l'ancienne légende grecque de Persée :

« Le monstre n’était pas plus loin que le vol d’une flèche lorsque Persée s’envola haut dans les airs. Son ombre tomba dans la mer, et le monstre se précipita avec fureur sur l’ombre du héros. Persée se précipita hardiment d’en haut sur le monstre et lui enfonça profondément son épée incurvée dans le dos… »

Question : qu'est-ce qu'une ombre et à cause de quel phénomène physique se forme-t-elle ?

2. Extrait du conte africain « Élection d’un leader » :

« Frères », dit la cigogne en marchant d'un ton calme vers le milieu du cercle. - Nous nous disputons depuis le matin. Regardez, nos ombres se sont déjà raccourcies et vont bientôt disparaître complètement, car midi approche. Alors prenons une décision avant que le soleil ne passe son zénith… »

Question : pourquoi la longueur des ombres projetées par les gens a-t-elle commencé à se raccourcir ? Explique ta réponse avec un dessin. Existe-t-il un endroit sur Terre où le changement de longueur de l’ombre est minime ?

3. Extrait du conte de fées italien « L'homme qui cherchait l'immortalité » :

« Et puis Grantesta a vu quelque chose qui lui a semblé pire qu'une tempête. Un monstre approchait de la vallée, volant plus vite qu'un faisceau de lumière. Il avait des ailes coriaces, un ventre mou et verruqueux et une énorme bouche avec des dents saillantes... »

Question : Qu’est-ce qui est physiquement incorrect dans ce passage ?

4. Extrait de l'ancienne légende grecque de Persée :

« Persée se détourna rapidement des gorgones. Il a peur de voir leurs visages menaçants : après tout, un seul regard et il se transformera en pierre. Persée a pris le bouclier de Pallas Athéna - alors que les gorgones se reflétaient dans le miroir. Laquelle est Méduse ?

Tout comme un aigle tombe du ciel sur sa victime, Persée se précipita vers Méduse endormie. Il regarde dans le bouclier transparent afin de frapper avec plus de précision… »

Question : Quel phénomène physique Persée a-t-il utilisé pour décapiter Méduse ?

Annexe 1.

Tableau « Je sais/Je veux savoir/J’ai découvert »

Annexe 2

Histoire du développement des vues sur la nature de la lumière

Les premières idées sur la nature de la lumière remontent à l’Antiquité. Le philosophe grec Platon (427-327 av. J.-C.) a créé l’une des premières théories de la lumière.

Euclide et Aristote (300-250 avant JC) ont établi expérimentalement des lois fondamentales des phénomènes optiques telles que la propagation rectiligne de la lumière et l'indépendance des faisceaux lumineux, de la réflexion et de la réfraction. Aristote fut le premier à expliquer l'essence de la vision.

Malgré le fait que les positions théoriques des philosophes antiques, et plus tard des scientifiques du Moyen Âge, étaient insuffisantes et contradictoires, elles ont contribué à la formation de vues correctes sur l'essence des phénomènes lumineux et ont jeté les bases du développement ultérieur de la théorie de la lumière et la création de divers instruments d'optique. À mesure que de nouvelles recherches sur les propriétés des phénomènes lumineux s’accumulent, le point de vue sur la nature de la lumière a changé. Les scientifiques pensent que l’histoire de l’étude de la nature de la lumière devrait commencer au XVIIe siècle.

Au XVIIe siècle, l'astronome danois Roemer (1644-1710) mesura la vitesse de la lumière, le physicien italien Grimaldi (1618-1663) découvrit le phénomène de diffraction, le brillant scientifique anglais I. Newton (1642-1727) développa la théorie corpusculaire. théorie de la lumière, découvre les phénomènes de dispersion et d'interférence, E. Bartholin (1625-1698) découvre la biréfringence dans le longeron d'Islande, posant ainsi les bases de l'optique cristalline. Huygens (1629-1695) est à l’origine de la théorie ondulatoire de la lumière.

Au XVIIe siècle, les premières tentatives ont été faites pour justifier théoriquement les phénomènes lumineux observés. La théorie corpusculaire de la lumière, développée par Newton, est que le rayonnement lumineux est considéré comme un flux continu de minuscules particules - des corpuscules, qui sont émises par une source lumineuse et volent à grande vitesse dans un milieu homogène en ligne droite et uniforme.

Du point de vue de la théorie ondulatoire de la lumière, dont le fondateur est H. Huygens, le rayonnement lumineux est un mouvement ondulatoire. Huygens considérait les ondes lumineuses comme des ondes élastiques à haute fréquence, se propageant dans un milieu élastique et dense spécial - l'éther, qui remplit tous les corps matériels, les espaces entre eux et les espaces interplanétaires.

La théorie électromagnétique de la lumière a été créée au milieu du XIXe siècle par Maxwell (1831-1879). Selon cette théorie, les ondes lumineuses sont de nature électromagnétique et le rayonnement lumineux peut être considéré comme un cas particulier de phénomène électromagnétique. Les recherches de Hertz, puis de P.N. Lebedev, ont également confirmé que toutes les propriétés fondamentales des ondes électromagnétiques coïncident avec celles des ondes lumineuses.

Lorentz (1896) a établi la relation entre le rayonnement et la structure de la matière et a développé la théorie électronique de la lumière, selon laquelle les électrons contenus dans les atomes peuvent osciller avec une période connue et, dans certaines conditions, absorber ou émettre de la lumière.

La théorie électromagnétique de Maxwell, combinée à la théorie électronique de Lawrence, expliquait tous les phénomènes optiques connus à cette époque et semblait révéler complètement le problème de la nature de la lumière.

Les émissions de lumière étaient considérées comme des oscillations périodiques de forces électriques et magnétiques, se propageant dans l’espace à une vitesse de 300 000 kilomètres par seconde. Lawrence croyait que le porteur de ces vibrations, l'éther électromagnétique, possédait les propriétés d'une immobilité absolue. Cependant, la théorie électromagnétique créée s’est vite révélée intenable. Tout d’abord, cette théorie ne prenait pas en compte les propriétés de l’environnement réel dans lequel se propagent les oscillations électromagnétiques. De plus, avec l'aide de cette théorie, il était impossible d'expliquer un certain nombre de phénomènes optiques rencontrés par la physique au tournant des XIXe et XXe siècles. Ces phénomènes comprennent les processus d'émission et d'absorption de la lumière, le rayonnement du corps noir, l'effet photoélectrique et autres.

La théorie quantique de la lumière est née au début du XXe siècle. Elle a été formulée en 1900 et confirmée en 1905. Les fondateurs de la théorie quantique de la lumière sont Planck et Einstein. Selon cette théorie, le rayonnement lumineux est émis et absorbé par les particules de matière non pas de manière continue, mais discrètement, c'est-à-dire en parties séparées - les quanta de lumière.

La théorie quantique, pour ainsi dire, a relancé la théorie corpusculaire de la lumière sous une nouvelle forme, mais il s'agissait essentiellement du développement de l'unité des phénomènes ondulatoires et corpusculaires.

Grâce au développement historique, l'optique moderne dispose d'une théorie bien fondée des phénomènes lumineux, qui peut expliquer les différentes propriétés du rayonnement et nous permet de répondre à la question de savoir dans quelles conditions certaines propriétés du rayonnement lumineux peuvent se manifester. La théorie moderne de la lumière confirme sa double nature : ondulatoire et corpusculaire.

Résultat (km/s)

1676

Römer

Lunes de Jupiter

214000

1726

Bradley

Aberration stellaire

301000

1849

Fizeau

Engrenage

315000

1862

Foucault

Miroir rotatif

298000

1883

Michelson

Miroir rotatif

299910

1983

Valeur acceptée

299 792,458

Page

Diapositive 2

Premières idées sur la lumière

Les premières idées sur ce qu’est la lumière remontent également à l’Antiquité. Dans les temps anciens, les idées sur la nature de la lumière étaient très primitives, fantastiques et également très diverses. Cependant, malgré la diversité des points de vue des anciens sur la nature de la lumière, il existait déjà à cette époque trois approches principales pour résoudre le problème de la nature de la lumière. Ces trois approches ont ensuite pris forme dans deux théories concurrentes : les théories corpusculaire et ondulatoire de la lumière. La grande majorité des philosophes et scientifiques anciens considéraient la lumière comme certains rayons reliant un corps lumineux et l’œil humain.

Parallèlement, il existait trois points de vue principaux sur la nature de la lumière. Oeil->objet Objet->mouvement des yeux

Diapositive 3

Première théorie

Certains scientifiques anciens croyaient que les rayons provenaient des yeux d'une personne et qu'ils semblaient sentir l'objet en question. Ce point de vue a d’abord eu un grand nombre d’adeptes. Des scientifiques et philosophes de renom comme Euclide, Ptolémée et bien d’autres y ont adhéré. Cependant, plus tard, déjà au Moyen Âge, cette idée sur la nature de la lumière perd son sens. Il y a de moins en moins de scientifiques qui suivent ces opinions. Et au début du XVIIe siècle. ce point de vue peut être considéré comme déjà oublié. Euclide Ptolémée

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Deuxième théorie

D'autres philosophes, au contraire, croyaient que les rayons étaient émis par un corps lumineux et, atteignant l'œil humain, portaient l'empreinte de l'objet lumineux. Ce point de vue était partagé par les atomistes Démocrite, Épicure et Lucrèce. Ce point de vue sur la nature de la lumière a pris forme plus tard, au XVIIe siècle, dans la théorie corpusculaire de la lumière, selon laquelle la lumière est un flux de certaines particules émises par un corps lumineux. Démocrite Epicure Lucrèce

Diapositive 5

Troisième théorie

Le troisième point de vue sur la nature de la lumière a été exprimé par Aristote. Il considérait la lumière non pas comme l'écoulement de quelque chose d'un objet lumineux dans l'œil, et certainement pas comme des rayons émanant de l'œil et sentant l'objet, mais comme une action ou un mouvement se propageant dans l'espace (dans l'environnement). Peu de gens partageaient l’opinion d’Aristote à son époque. Mais plus tard, toujours au XVIIe siècle, son point de vue s’est développé et a jeté les bases de la théorie ondulatoire de la lumière. Aristote

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L'ouvrage le plus intéressant sur l'optique qui nous soit parvenu du Moyen Âge est celui du scientifique arabe Alhazen. Il étudie la réflexion de la lumière sur les miroirs, le phénomène de réfraction et de transmission de la lumière dans les lentilles. Le scientifique a adhéré à la théorie de Démocrite et a été le premier à exprimer l'idée que la lumière a une vitesse de propagation finie. Cette hypothèse a constitué une étape majeure dans la compréhension de la nature de la lumière. Algazène

Diapositive 7

17ème siècle

Sur la base de nombreux faits expérimentaux, au milieu du XVIIe siècle, deux hypothèses surgissent sur la nature des phénomènes lumineux : la théorie corpusculaire de Newton, qui suppose que la lumière est un flux de particules éjectées à grande vitesse par des corps lumineux. La théorie ondulatoire de Huygens, selon laquelle la lumière représente les mouvements oscillatoires longitudinaux d'un milieu lumineux spécial (éther), excités par les vibrations des particules d'un corps lumineux.

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Dispositions fondamentales de la théorie corpusculaire

La lumière est constituée de petites particules de matière émises dans toutes les directions en lignes droites, ou rayons, par un corps lumineux, comme une bougie allumée. Si ces rayons, constitués de corpuscules, tombent dans notre œil, alors nous voyons leur source. Les corpuscules légers ont des tailles différentes. Les plus grosses particules, lorsqu’elles pénètrent dans l’œil, donnent une sensation de couleur rouge, les plus petites – violettes. La couleur blanche est un mélange de toutes les couleurs : rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo, violet. La réflexion de la lumière depuis la surface se produit en raison de la réflexion des corpuscules sur le mur selon la loi de l'impact élastique absolu.

Diapositive 9

Le phénomène de réfraction de la lumière s'explique par le fait que les corpuscules sont attirés par les particules du milieu. Plus le milieu est dense, plus l'angle de réfraction ou l'angle d'incidence est petit. Le phénomène de dispersion de la lumière, découvert par Newton en 1666, il l'explique comme suit. « Chaque couleur est déjà présente dans la lumière blanche. Toutes les couleurs sont transmises ensemble à travers l’espace interplanétaire et l’atmosphère et produisent l’effet de la lumière blanche. La lumière blanche, mélange de divers corpuscules, subit une réfraction lorsqu'elle traverse un prisme. Newton a décrit des moyens d'expliquer la double réfraction, en émettant l'hypothèse que les rayons lumineux ont des « côtés différents » - une propriété spéciale qui les rend différemment réfrangibles lorsqu'ils traversent un corps biréfringent.

Diapositive 10

La théorie corpusculaire de Newton expliquait de manière satisfaisante de nombreux phénomènes optiques connus à cette époque. Son auteur jouissait d’un énorme prestige dans le monde scientifique et la théorie de Newton gagna bientôt de nombreux partisans dans tous les pays. Les plus grands scientifiques adhérant à cette théorie : Arago, Poisson, Biot, Gay-Lussac.

Sur la base de la théorie corpusculaire, il était difficile d'expliquer pourquoi les faisceaux lumineux se croisant dans l'espace n'agissent pas les uns sur les autres. Après tout, les particules lumineuses doivent entrer en collision et se disperser (les ondes se traversent sans s'influencer) Newton Arago Gay-Lussac

Diapositive 11

Principes de base de la théorie des vagues

La lumière est la propagation d'impulsions élastiques périodiques dans l'éther. Ces impulsions sont longitudinales et similaires aux impulsions sonores dans l'air. L'éther est un milieu hypothétique qui remplit l'espace céleste et les espaces entre les particules des corps. Il est en apesanteur, n'obéit pas à la loi de la gravitation universelle et possède une grande élasticité. Le principe de propagation des vibrations de l'éther est tel que chacun de ses points, auquel atteint l'excitation, est le centre des ondes secondaires. Ces ondes sont faibles et l'effet ne s'observe que là où passe leur surface enveloppe, le front d'onde (principe de Huygens). Plus le front d’onde est éloigné de la source, plus il devient plat. Les ondes lumineuses provenant directement de la source provoquent la sensation de vision. Un point très important de la théorie de Huygens était l'hypothèse selon laquelle la vitesse de propagation de la lumière est finie.

Diapositive 12

Théorie des vagues

A l'aide de la théorie, de nombreux phénomènes d'optique géométrique sont expliqués : – le phénomène de réflexion de la lumière et ses lois ; – le phénomène de réfraction de la lumière et ses lois ; – le phénomène de réflexion interne totale ; – le phénomène de double réfraction ; – le principe d'indépendance des rayons lumineux. La théorie de Huygens donnait l'expression suivante pour l'indice de réfraction du milieu : D'après la formule, il ressort clairement que la vitesse de la lumière doit dépendre inversement de l'indice absolu du milieu. Cette conclusion était à l’opposé de celle issue de la théorie de Newton.

Beaucoup doutaient de la théorie ondulatoire de Huygens, mais parmi les rares partisans de la vision ondulatoire de la nature de la lumière figuraient M. Lomonossov et L. Euler. Grâce aux recherches de ces scientifiques, la théorie de Huygens a commencé à prendre forme comme une théorie des ondes, et non plus seulement des oscillations apériodiques se propageant dans l'éther. Il était difficile d'expliquer la propagation rectiligne de la lumière, conduisant à la formation d'ombres nettes derrière les objets (selon la théorie corpusculaire, le mouvement rectiligne de la lumière est une conséquence de la loi d'inertie du phénomène de diffraction (déviation de la lumière). obstacles) et les interférences (renforcement ou affaiblissement de la lumière lorsque les faisceaux lumineux se superposent) ne peuvent s'expliquer que du point de vue de la théorie des ondes. Huygens Lomonosov Euler

Diapositive 14

XI-XX siècles

Dans la seconde moitié du XIXe siècle, Maxwell a montré que la lumière est un cas particulier des ondes électromagnétiques. Les travaux de Maxwell ont jeté les bases de la théorie électromagnétique de la lumière. Après la découverte expérimentale des ondes électromagnétiques par Hertz, il ne faisait aucun doute que lorsque la lumière se propage, elle se comporte comme une onde. Ils n'existent pas maintenant. Cependant, au début du XXe siècle, les idées sur la nature de la lumière ont commencé à changer radicalement. De manière inattendue, il s’est avéré que la théorie corpusculaire rejetée était toujours liée à la réalité. Il s’est avéré que lorsque la lumière est émise et absorbée, elle se comporte comme un flux de particules. Maxwell Hertz

Diapositive 15

Les propriétés discontinues (quantiques) de la lumière ont été découvertes. Une situation inhabituelle se présentait : les phénomènes d'interférence et de diffraction pouvaient encore s'expliquer en considérant la lumière comme une onde, et les phénomènes de rayonnement et d'absorption en considérant la lumière comme un flux de particules. Par conséquent, les scientifiques se sont mis d'accord sur la dualité onde-particule (dualité) des propriétés de la lumière. De nos jours, la théorie de la lumière continue de se développer.

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1 Ramassage 7

1.1 Développement de points de vue sur la nature de la lumière.

Ondes lumineuses 7

1.2.

Réflexion et réfraction d'une onde plane sur les faces de deux diélectriques 10

1.3.

Réflexion interne totale 11

1.4.

Relation entre l'amplitude et la phase 11

2 Interférence 14

2.1 Le phénomène d'interférence. Ajout de vibrations 14

2.2 Largeur des franges d'interférence 15

2.3 Méthodes d'observation de l'intensité en divisant le front d'onde de la vague 17

2.4 Méthodes d'obtention de faisceaux cohérents par division d'amplitude 17

2.5 Application du brouillage 20

3Diffraction 23

4 Interaction des ondes électromagnétiques avec la matière 29

4.1 Dispersion lumineuse 29

4.2 Théorie électronique de la dispersion de la lumière 31

4.3 Absorption (absorption de la lumière) 32

4.4 Diffusion de la lumière 33

5 Propriétés quantiques de la lumière 35

5.1 Types d'effet photoélectrique 35

5.2 Lois de l'effet photoélectrique externe (lois de Stoletov) 37

5.3 L'équation d'Einstein pour l'effet photoélectrique externe 38

5.4 Application de l'effet photoélectrique 39

Conclusion 40

Liste des sources utilisées 41

1 réponse

1.1 Développement de points de vue sur la nature de la lumière. Ondes lumineuses

Déjà dans les premières périodes de la recherche optique, les conséquences des quatre lois fondamentales des phénomènes optiques ont été établies expérimentalement :

Loi de diffusion rectiligne de la lumière.

La loi d'indépendance des faisceaux lumineux (valable uniquement en optique linéaire).

Loi de la réflexion.

La loi de la réfraction de la lumière aux frontières de deux milieux.

Premièrement : la lumière se propage de manière rectiligne dans un milieu optiquement homogène.

Deuxièmement : l'effet produit par un seul faisceau dépend du fait que les faisceaux restants agissent simultanément ou sont éliminés.

Le rayon réfléchi se situe dans le même plan que le rayon incident et la perpendiculaire tracée à l'interface entre les deux milieux au point d'incidence ; angle d'incidence égal à l'angle reflets.

Quatrièmement : le rayon incident, le rayon réfracté et la perpendiculaire tracée à l'interface au point d'incidence se trouvent dans le même plan ; le rapport du sinus de l'angle de réfraction est une valeur constante pour un milieu donné :

Où - l'indice de réfraction relatif du deuxième milieu par rapport au premier. L'indice de réfraction relatif de deux milieux est égal au rapport de leurs indices de réfraction absolus :

L'indice de réfraction absolu d'un milieu est appelé la quantité , égal au rapport de la vitesse des ondes électromagnétiques dans le vide à leur vitesse de phase dans l'environnement

(1.1)

Les lois fondamentales ont été établies il y a longtemps, mais le point de vue à leur sujet a changé au fil des siècles.

Ainsi, Newton a adhéré à la théorie de la sortie de particules lumineuses obéissant aux lois de la mécanique. Huygens a proposé une autre théorie de la lumière (théorie corpusculaire de la lumière). Il pensait que les excitations lumineuses devaient être considérées comme des impulsions élastiques se propageant dans un milieu spécial - l'éther (théorie ondulatoire de la lumière).

Au XVIIIe siècle, la théorie corpusculaire occupe une position dominante, même si la lutte entre les deux théories ne s’arrête pas.

Ensuite, les travaux de Young et Fresnel au XIXe siècle ont apporté de grandes contributions et ajouts à l'optique ondulatoire. Maxwell, sur la base de ses études théoriques, a formulé la conclusion selon laquelle la lumière est une onde électromagnétique. Vitesse d'une onde électromagnétique dans un milieu

(1.2)

Où - vitesse de la lumière dans le vide, - vitesse dans un milieu ayant une constante diélectrique et perméabilité magnétique .

Parce que
, Que

(1.3)

(1.3) donne un lien entre les constantes optiques, électriques et magnétiques de la matière. Longueur d'onde de la plage optique. Le module de la valeur moyenne dans le temps de la densité de flux énergétique transférée par une onde lumineuse est appelé intensité lumineuse.

,
.

Les lignes le long desquelles l’énergie lumineuse se déplace sont appelées rayons.
dirigé tangentiellement au rayon. Dans un environnement isotrope
. Une conséquence de la théorie de Maxwell est la transversalité des ondes lumineuses : vecteurs d'énergie électrique. et magnétique les champs sont mutuellement perpendiculaires et oscillent perpendiculairement au vecteur vitesse faisceau propagé, c'est-à-dire perpendiculaire à la poutre.

Habituellement en optique, tout raisonnement est effectué par rapport au vecteur lumière - le vecteur intensité champ électrique. Car lorsque la lumière agit sur une substance, la composante électrique du champ d’ondes agissant sur les électrons des atomes de la substance est d’une importance primordiale.

La lumière est le rayonnement électromagnétique total de nombreux atomes. Les atomes émettent des ondes lumineuses indépendamment les unes des autres, donc l'onde lumineuse émise par le corps dans son ensemble est caractérisée par toutes sortes de vibrations également probables du vecteur lumière (voir Fig. rayon perpendiculaire au plan de l'image).

Lumière, avec toutes les orientations vectorielles possibles également probables dit naturel. S’il y a de l’ordre, alors la lumière est dite polarisée. Si les oscillations se produisent dans un seul plan passant par le faisceau, la lumière est dite polarisée plane (linéairement).

La lumière polarisée dans le plan est le cas limite de la lumière polarisée elliptiquement - c'est-à-dire fin du vecteur décrit une ellipse dans le temps.

; Où - l'ellipticité.

Répétition du matériel appris.

Qu'est-ce que l'optique ?

Qu'est-ce que l'optique géométrique ?

Donnez des exemples de sources de lumière naturelle et artificielle.

Qu'est-ce qu'une poutre ?

Loi de propagation rectiligne de la lumière.

Qu'est-ce qu'une ombre ?

Qu’est-ce que la pénombre ?

Loi de réflexion de la lumière.

Apprendre du nouveau matériel.

Développement de l'optique et progrès technique. Création d'instruments d'optique.

La vie sur Terre est née et existe grâce à la lumière du soleil. Grâce à lui, nous percevons et comprenons le monde qui nous entoure. Les rayons de lumière nous renseignent sur la position des objets proches et lointains, leur forme et leur couleur. La lumière, amplifiée par des instruments optiques, révèle à l'homme deux mondes d'échelle polaire : le monde cosmique avec son immense étendue et le monde microscopique, habité par de minuscules organismes impossibles à distinguer à l'œil nu.

Les bases de l’optique ont été posées dans l’Antiquité. La fonte du verre transparent était connue des anciens Égyptiens et des habitants de la Mésopotamie 1600 avant JC, et dans la Rome antique, la verrerie et les décorations étaient fabriquées avec une grande perfection. Au XIIIe siècle, l'humanité reçut les premiers instruments d'optique : des lunettes et des loupes. Bien plus tard, au début du XVIIe siècle, le télescope et le microscope furent inventés.

En 1609, le scientifique italien Galilée a inventé une longue-vue avec une lentille négative comme oculaire et l'a largement utilisée pour l'observation. En Russie, les lunettes et longues-vues sont apparues au début du XVIIe siècle.

La création de la théorie des instruments optiques a commencé à la fin du XVIIe siècle grâce aux travaux de scientifiques exceptionnels : R. Descartes, P. Fermat, I. Newton, K. Gauss et autres. Les scientifiques russes M.V. Lomonossov, L. Euler, V.N. Chikolev, le mécanicien I.P. Kulibin, O.N. Malofeev ont apporté une grande contribution au développement de la science et de la technologie mondiales dans le domaine de l'optique.

En Russie, sous Pierre le Grand, l'optique a continué à se développer. En 1725, le Département d'Optique et un atelier d'optique sont organisés à l'Académie des Sciences. L'un des chefs du département d'optique était L. Euler, qui a écrit le livre « Dioptrics », dans lequel il a exposé les principes fondamentaux de l'optique géométrique.

M.V. Lomonossov fut le premier scientifique russe à utiliser un microscope pour la recherche scientifique ; il créa toute une gamme d'instruments optiques fondamentalement nouveaux, développa des méthodes de fabrication de verre coloré et de mosaïques colorées. Les œuvres des remarquables Russes M.V. Lomonossov et L. Euler au XVIIIe siècle ont jeté les bases les plus importantes du développement de la production optique en Russie. Après la révolution de 1917, l'Institut national d'optique fut créé à Petrograd en 1918, dirigé par l'académicien D.S. Rozhdestvensky. Le GOI était le centre qui détermine la politique scientifique dans le domaine de la création d'une industrie optique-mécanique nationale. Des scientifiques exceptionnels ont travaillé au GOI : S.I. Vavilov, A.A. Lebedev, I.V. Grebenshchikov, N. Kachalov et d'autres.

Dans les années d'après-guerre, notre industrie optique a maîtrisé avec succès la production d'instruments uniques de haute précision, de microscopes électroniques, d'interféromètres et d'instruments pour la recherche spatiale.

Sur la base du phénomène de l'effet photoélectrique, découvert par le scientifique russe A.G. Stoletov, le domaine photoélectrique de l'optique se développe avec succès et a trouvé des applications dans l'automatisation, la télévision et le contrôle des engins spatiaux.

Parmi les réalisations majeures de l'optique nationale figurent les travaux du professeur M.M. Rusinov. Les objectifs de photographie aérienne grand angle qu'il a créés ont propulsé la photographie aérienne soviétique à une position de leader dans le monde.

La création d'équipements pour photographier la face cachée de la Lune, invisible depuis la Terre, a marqué le début du développement d'une nouvelle direction dans l'instrumentation optique - les instruments d'optique cosmique.

Les recherches des physiciens soviétiques N.G. Basov et A.M. Prokhorov au milieu des années 50 du XXe siècle sont devenues le germe d'un nouveau domaine scientifique : l'électronique quantique. En 1971, Denis Gabor reçoit le prix Nobel pour la découverte de l'holographie.

En Allemagne, dans les années 1930, Lamm transmettait non seulement la lumière, mais aussi les images via des fibres optiques. Mais la technologie de fabrication des fibres de verre était très complexe, c’est pourquoi les idées de Lamm sont restées oubliées pendant de nombreuses années.

La science moderne a amené la fibre optique au sommet d’une vague.

Histoire du développement des vues sur la nature de la lumière

Les premières idées sur la nature de la lumière remontent à l’Antiquité. Le philosophe grec Platon (427-327 av. J.-C.) a créé l’une des premières théories de la lumière.

Vitesse de la lumière

L’un des traits caractéristiques de la physique est la nature quantitative de ses lois. De nombreuses relations exprimant les lois de la physique incluent certaines constantes, appelées constantes physiques. Il s’agit par exemple de la constante gravitationnelle dans la loi de la gravitation universelle, de la chaleur spécifique dans l’équation du bilan thermique, de la vitesse de la lumière dans la loi d’Einstein, qui relie la masse d’un corps et son énergie totale. De nombreuses constantes physiques sont nommées ainsi de manière plutôt arbitraire. En effet, l'alcool est chauffé à la place de l'eau, et dans les équations correspondantes il faut utiliser une valeur de capacité calorifique différente. Ces constantes « relatives » sont le coefficient de frottement, la résistivité, la densité, etc. Mais il existe aussi des constantes qui ne changent pas leur valeur. La constante gravitationnelle ne dépend pas du fait que les corps en interaction soient en plomb ou en acier. Les électrons du cuivre et de l’or ont la même charge. Tout aussi polyvalent et permanent Avec– vitesse de la lumière dans le vide.

C’est précisément en raison de leur universalité que de telles constantes sont appelées constantes mondiales ou fondamentales. Les valeurs des constantes fondamentales déterminent les caractéristiques les plus importantes de l'ensemble du monde physique - des particules élémentaires aux plus grands objets astronomiques.

Le fait que la vitesse de la lumière appartient à un très petit groupe de constantes mondiales explique l’intérêt porté à cette grandeur. Il faut cependant admettre que même dans ce groupe, il occupe une place privilégiée. La vitesse de la lumière est associée à des lois physiques liées aux branches apparemment les plus lointaines de la physique. Constante Avec est inclus dans la transformation de Lorentz dans la théorie de la relativité restreinte ; il relie les constantes électriques et magnétiques. La formule d'Einstein E = mc 2 permet de calculer la quantité d'énergie libérée lors des transformations nucléaires. Et partout nous rencontrons la vitesse de la lumière.

Cette prévalence de la constante Avec sert à la physique moderne comme une manifestation vivante de l'unité du monde physique et de la justesse de la voie sur laquelle se développe la science de la nature.

La compréhension de cette unité ne s’est pas produite immédiatement. Plus de 300 ans se sont écoulés depuis que la vitesse de la lumière a été déterminée pour la première fois. progressivement constant Avec a révélé ses secrets aux scientifiques. Parfois, derrière les mesures de cette quantité, il y avait des années de recherches ciblées, de travaux pour améliorer les méthodes de mesure et les instruments scientifiques. Parfois, la vitesse de la lumière apparaissait de manière inattendue dans les expériences, soulevant des questions pour les scientifiques qui concernaient les profondeurs mêmes de la science physique. La mesure des constantes a réfuté et confirmé les théories physiques et a contribué au progrès de la technologie.

Il existe des méthodes directes et indirectes pour mesurer la vitesse de la lumière. Les méthodes directes incluent les expériences de O. Roemer, A. Fizeau, L. Foucault, A. Michelson. Les méthodes indirectes incluent les expériences de D. Bradley, F. Kohlrausch, W. Weber.

La méthode directe est basée sur la mesure du chemin parcouru par la lumière et du temps qu'elle met pour parcourir ce chemin c = l/t. En 1676, Roemer observa l'éclipse de la lune Io de Jupiter. Le satellite est passé devant la planète, puis a plongé dans son ombre et a disparu de la vue. Après 42 heures et 28 minutes, Io est réapparu. Roemer a pris des mesures lorsque la Terre était la plus proche de Jupiter. Lorsqu'il a répété ses observations quelques mois plus tard, il s'est avéré que le satellite est sorti de l'ombre 22 minutes plus tard. Le scientifique a expliqué qu'il faut 22 minutes à la lumière pour se rendre du point d'observation précédent au point actuel. Connaissant le temps de retard et la distance qui le provoque, vous pouvez déterminer la vitesse de la lumière. En raison de l'imprécision des mesures et de la valeur inexacte du rayon terrestre, Roemer a obtenu une valeur pour la vitesse de la lumière égale à 215 000 kilomètres par seconde.

La vitesse de la lumière a été mesurée pour la première fois en laboratoire en 1849 par le physicien français Fizeau. Dans son expérience, la lumière d’une source, passant à travers une lentille, tombait sur une plaque de verre translucide. Réfléchi par la plaque, un faisceau étroit était dirigé vers la périphérie d'une roue en rotation rapide. En passant entre les dents, la lumière atteint un miroir situé à plusieurs kilomètres de la roue. Réfléchie par le miroir, la lumière passait entre les dents de la roue puis pénétrait dans l'œil de l'observateur. Lorsque la vitesse de rotation était faible, la lumière réfléchie par le miroir était visible à mesure que la vitesse de rotation augmentait, elle disparaissait. Avec une nouvelle augmentation de la vitesse de rotation, la lumière redevint visible. C'est-à-dire que pendant le temps de propagation de la lumière vers le miroir et vers l'arrière, la roue a eu le temps de tourner tellement qu'une nouvelle fente remplacerait la fente précédente. Connaissant ce temps et la distance entre la roue et le miroir, vous pouvez déterminer la vitesse de la lumière. Dans l'expérience de Fizeau, la distance était de 8,6 kilomètres et la vitesse de la lumière était égale à 313 000 kilomètres par seconde.

La méthode indirecte de mesure de la vitesse de la lumière est basée sur l'idée de la lumière comme une onde électromagnétique et sa vitesse est obtenue en multipliant la longueur d'onde par la fréquence d'oscillation de l'onde.

En développant la théorie électrodynamique d'Ampère, Weber et Kahlrausch ont obtenu en 1846 une valeur pour la vitesse de la lumière de 310 000 kilomètres par seconde, mais ils n'ont pas pu expliquer le résultat obtenu, car il n'y avait pas de compréhension claire du mécanisme de transmission de l'interaction des charges électriques. . Formellement, la théorie de Weber sur les forces électromagnétiques à longue portée n’a rencontré aucune opposition sérieuse, mais les idées d’action à courte portée mûrissaient déjà, dont la conséquence la plus importante est la finitude de la vitesse de propagation des interactions.

Une augmentation spectaculaire de la précision de la mesure de la vitesse des ondes électromagnétiques s'est produite après la Seconde Guerre mondiale. Les recherches menées à des fins militaires, en plus de menacer l'existence de l'humanité, ont apporté de nombreux résultats importants, purement scientifiques. L’un d’eux est le développement de la technologie des ultra-hautes fréquences. Des générateurs et des récepteurs de rayonnement ont été créés, fonctionnant dans la gamme de longueurs d'onde allant de 1 mètre à plusieurs millimètres. Dans le domaine des micro-ondes, il a été possible d'effectuer des mesures très précises et, surtout, indépendantes de la fréquence du rayonnement et de sa longueur d'onde. Cette méthode de détermination de la vitesse de la lumière est très pratique, puisque des longueurs d'onde de l'ordre du centimètre peuvent être déterminées avec une très grande précision.

Bien entendu, il ne faut pas penser que pour mesurer la quantité Avec utiliser la nouvelle technologie était très simple. Chaque scientifique travaillant dans ce domaine s'est fixé la tâche maximale : effectuer des mesures extrêmement précises de longueur d'onde et de fréquence pour obtenir la valeur la plus précise de la vitesse de la lumière, et travailler à la limite de la précision est toujours difficile.

Les physiciens continuent d'étudier la question de la constance de la vitesse de la lumière dans le temps. La recherche sur la vitesse de la lumière peut fournir bien d’autres informations nouvelles pour comprendre la nature, dont la diversité est inépuisable. 300 ans d'histoire de la constante fondamentale Avec démontrer clairement ses liens avec les problèmes les plus importants de la physique.

Résolution de problèmes

1. Extrait de l'ancienne légende grecque de Persée :

Question : qu'est-ce qu'une ombre et à cause de quel phénomène physique se forme-t-elle ? Dessinez le chemin des rayons.

2. Extrait du conte africain « Élection d’un leader » :

3. Extrait du conte de fées italien « L'homme qui cherchait l'immortalité » :

Question : Qu’est-ce qui est physiquement incorrect dans ce passage ?

4. Extrait de l'ancienne légende grecque de Persée :

Tout comme un aigle tombe du ciel sur sa victime, Persée se précipita vers Méduse endormie. Il regarde dans le bouclier transparent afin de frapper avec plus de précision… »

Question : Quel phénomène physique Persée a-t-il utilisé pour décapiter Méduse ? Dessinez le chemin possible des rayons.

Devoirs

Introduction, paragraphe 40 (G.Ya. Myakishev, B.B. Bukhovtsev « Physics. 11 »)

31. Développement de points de vue sur la nature de la lumière. Vitesse de la lumière. Le principe de Huygens. Loi de réflexion de la lumière. (Aslapovskaya S.V.)

Texte de la leçon

Abstrait

Nom du sujet : Classe de physique : 11 UMK : Physique 11e année, G. Ya Myakishev, B. B. Bukhovtsev, 2010. Niveau de formation : basique Sujet de cours : "Développement de vues sur la nature de la lumière. La vitesse de la lumière. Le principe de Huygens. La loi de la réflexion de la lumière." Nombre total d'heures allouées à l'étude du thème : 19 Place de la leçon dans le système de cours sur le thème : la première leçon d'étude du thème « Optique ». Le but de la leçon : permettre la perception et la compréhension de l'essence de la nature de la lumière. Objectifs de la leçon : Découvrez la contribution que les scientifiques de différents pays ont apportée au développement d'idées sur la nature de la lumière. Tirer des conclusions sur la nature de la lumière en fonction des informations reçues. Créer une synthèse de référence « Évolution des points de vue sur la nature de la lumière ». Résultats attendus : les étudiants doivent comprendre à quel point le chemin de la connaissance humaine des phénomènes naturels est complexe, répéter les lois de la réflexion de la lumière et comprendre le principe de Huygens. Support technique du cours : projecteur multimédia, présentation du cours, polycopiés. Support méthodologique et didactique complémentaire au cours (des liens vers des ressources Internet sont possibles) : la date et le sujet du cours sont inscrits au tableau, des tables sont disposées pour le travail en groupe (2 étudiants chacun). Préparation du cours : des groupes sont constitués, du matériel de travail est sur les tables (une archive avec la littérature nécessaire, des documents et une tâche que le MAIS doit accomplir). L'enseignant explique les buts et objectifs de la leçon. Pendant le temps imparti, les groupes préparent la tâche. Contenu de la leçon. I. Partie introductive de la leçon 1. Étape organisationnelle (1 min). La classe est divisée en 5 groupes préformés par l'enseignant (sociétés scientifiques (SS)), dont chacun comprend le chef de la SS, un assistant littéraire et un assistant de recherche. Les groupes reçoivent une tâche et les sources d'informations nécessaires pour la réaliser. 2. Actualisation de l'activité mentale (2 min). Professeur. Bonjour à tous, asseyez-vous ! Comme ce monde est beau, rempli de lumière ! Qu'est-ce qui est lumière pour toi ? Quelles associations avez-vous avec le mot lumière ? (les diapositives de présentation des numéros 1 à 8 défilent sur l'écran avec un accompagnement musical (lorsque vous cliquez sur le lien hypertexte)). Professeur. La lumière est une énergie rayonnante perçue par l’œil, rendant le monde visible. La lumière est entrée dans notre maison. Comment est-il né et a-t-il vu le jour ? Il y a un secret dans sa nature et il y a un débat depuis de nombreuses années. 3. Le but et les objectifs de la leçon (2 min). À l'écran se trouve la diapositive n° 9-12 Objectifs : Découvrez la contribution que les scientifiques de différents pays ont apportée au développement d'idées sur la nature de la lumière (pour résoudre ce problème, nous partirons en voyage scientifique virtuel). Tirez des conclusions sur la nature de la lumière sur la base des informations reçues (vous résoudrez ce problème en parlant dans l'émission «Évident et incroyable» avec les résultats de votre voyage scientifique). Créer une synthèse de référence « Évolution des points de vue sur la nature de la lumière ». Chacun de vous a une matrice OK sur son bureau, qu'il doit compléter (vous résoudrez ce problème tout au long de la leçon). J'ai déjà dit qu'aujourd'hui, nous ne travaillerons pas seulement, mais que nous travaillerons selon le plan du programme «Évident et incroyable». Je vous propose de faire un voyage scientifique virtuel dans différents pays et différentes époques afin de travailler dans les archives, d'étudier la littérature, les documents et d'établir ce que les scientifiques de différents pays ont fait pour découvrir la nature de la lumière. Vous devez également préparer et présenter les résultats de vos travaux. 5 sociétés scientifiques (SS) partent en voyage d'affaires dans les pays : Danemark, France, Angleterre, Hollande (sur l'écran, slide n°13 : une carte du Monde avec ces pays, en cliquant sur le pays nommé est marqué sur la carte). Chaque société scientifique dispose sur son bureau d'archives contenant la littérature, les documents et une tâche que la société scientifique doit accomplir. 10 minutes sont allouées pour le déplacement professionnel. Pendant ce temps, la musique jouera, et dès qu'elle se terminera, vous devrez parler dans l'émission avec les résultats de votre travail. Je vous demande donc de commencer la tâche (la musique joue après avoir cliqué sur le lien hypertexte « appeler » sur la diapositive n°13). II. La partie principale de la leçon. 1. Travail indépendant des étudiants en groupes (10 minutes, préparation des étudiants aux présentations NON) : Premier NON : Pays : Danemark, scientifique : Olaf Roemer, 1676 - méthode astronomique de mesure de la vitesse de la lumière. Responsable de l'établissement d'enseignement (rapports là où ils ont été) Personnel littéraire (sélectionner du matériel sur le scientifique) Employés scientifiques (préparer un rapport sur la méthode de mesure de la vitesse de la lumière (théorie sur la nature de la lumière)) Exemples de réponses du établissement d'enseignement : 1 étudiant. Notre MAIS a visité le Danemark. Nous avons travaillé à l'Académie des sciences dans le département où étaient rassemblés les documents sur Olaf Roemer (1644-1710), qui mesurait la vitesse de la lumière par la méthode astronomique (diapositive n°14 à l'écran). 2 étudiants. Römer Olaf Christensen (1644-1710), physicien et astronome danois. En 1676, il fit une découverte importante : il prouva le caractère fini de la vitesse de la lumière et en mesura la valeur. Cependant, le message du scientifique lors d’une réunion de l’Académie des sciences de Paris a été vivement critiqué. Malgré les critiques, ses conclusions furent acceptées par H. Huygens, Leibniz et I. Newton. La validité définitive de la théorie de Roemer fut confirmée en 1725. après que l'astronome Bradley ait découvert le phénomène d'aberration lumineuse. De retour au Danemark en 1681, il dirige le département de mathématiques de l'université de Capenhagen et crée un observatoire. Il a également participé à la vie politique et sociale du Danemark. À la fin de sa vie, il devient chef du Conseil d'État. Inventé de nouveaux instruments astronomiques. Le nom de Roemer est inscrit sur la carte de la Lune (diapositive n°15 à l'écran). 3 étudiants. En 1676, en observant l'éclipse de la lune Io de Jupiter, Roemer découvrit. Que lorsque la Terre, après six mois, se déplace de l'autre côté du Soleil, plus éloigné de Jupiter, alors Io apparaît 22 minutes plus tard que l'heure calculée. Ce retard s'explique par la distance croissante entre Jupiter et la Terre. Connaissant la taille de l'orbite terrestre et le temps de retard, Roemer a calculé la vitesse de propagation de la lumière (sur l'écran, slide n°15 : en cliquant sur l'hyperlien "schéma de la méthode", slide n°16 - schéma de la méthode de laboratoire en plein écran). C = 300 000 km/s (après les ajouts du professeur, la conclusion apparaît en cliquant sur la diapositive n°15) Deuxième MAIS : Pays : France, scientifique : Fizeau Armand Hippolyte Louis, 1849 - méthode de laboratoire pour mesurer la vitesse de la lumière 1 élève. Notre MAIS a visité la France. Nous avons travaillé à l'Académie des sciences de Paris, dans le département où étaient rassemblés les documents sur Armand Fizeau, qui mesurait la vitesse de propagation de la lumière selon une méthode de laboratoire (diapositive n°17 sur l'écran). 2 étudiants. Fizeau (1819-1896) - Physicien français. En 1863, il devient professeur à l'Ecole Polytechnique de Paris. La première réalisation majeure de Fizeau en optique fut ses expériences sur l'interférence de la lumière. En 1849, il réalisa une expérience classique pour déterminer la vitesse de la lumière. Il a conçu un certain nombre d'appareils : une bobine d'induction. Spectroscope d'interférence ; étudié les cristaux tout en faisant de la photographie. En 1875, il fut élu membre de la Royal Society de Londres et en 1866, il reçut la médaille Rumford (diapositive n° 18 à l'écran). 3 étudiants. Selon le schéma : pour la première fois, la vitesse de la lumière a été mesurée selon une méthode de laboratoire par I. Fizeau en 1849. Expérience : la lumière d'une source, passant à travers une lentille, tombe sur une plaque translucide. Après réflexion sur la plaque, un faisceau étroit focalisé était dirigé vers un engrenage à rotation rapide. Après être passée entre les dents, la lumière atteint un miroir situé à plusieurs kilomètres de la roue. Après avoir été réfléchie par le miroir, la lumière revenait à nouveau vers la roue dentée et devait à nouveau passer entre les dents. Lorsque la roue tournait lentement, la lumière réfléchie par le miroir était visible. À mesure que la vitesse augmentait, elle disparaissait progressivement. Pourquoi? Pendant que la lumière voyageait vers le miroir et revenait, la roue a eu le temps de tourner de sorte qu'une dent apparaisse à la place de la fente et la lumière a cessé d'être visible. À mesure que la vitesse de rotation de la roue augmentait encore, la lumière redevenait visible. Pendant ce temps de propagation de la lumière vers le miroir et retour, la roue a eu le temps de tourner pour qu'une nouvelle fente apparaisse à la place de la précédente. Connaissant ce temps et la distance entre la roue et le miroir, vous pouvez déterminer la vitesse de la lumière (c = 313 km/s) (après le message de l'élève, cliquez sur la diapositive n°18 à l'écran (diapositive n°19) a une démonstration de l'expérience de la collection « Cyrille et Méthode » est présentée). (après les ajouts du professeur, une conclusion apparaît en cliquant sur la diapositive n°20) Troisième MAIS : Pays : Angleterre, scientifique : Isaac Newton, théorie sur la nature de la lumière 1 élève. Notre MAIS a visité l'Angleterre. Nous avons travaillé à l'Académie anglaise des sciences dans le département où étaient collectés les documents sur I. Newton : (diapositive n°22 à l'écran) 2ème étudiant. Newton Isaac (1643-1727) - mathématicien, mécanicien, astronome et physicien anglais, créateur de la mécanique classique. Membre (1672) et président (1703) de la Royal Society of London. Ouvrages fondamentaux « Principes mathématiques de philosophie naturelle » (1687) et « Optique » (1704). Il découvre la dispersion de la lumière et étudie les interférences et la diffraction. Développé la théorie corpusculaire de la lumière. Construit un télescope à réflexion. Formulation des lois fondamentales de la mécanique classique. Il découvrit la loi de la gravitation universelle et donna une théorie du mouvement des corps célestes. Créé les fondements de la mécanique céleste (diapositive n°23 à l'écran). 3 étudiants. Newton était un partisan de la théorie corpusculaire de la lumière : la lumière est un flux de particules-corpuscules provenant d'une source dans toutes les directions. Cette théorie expliquait facilement la propagation linéaire, la réflexion et la réfraction de la lumière. L'éminent scientifique Newton avait une grande autorité parmi ses collègues, et c'est pourquoi la plupart d'entre eux soutenaient la théorie corpusculaire, estimant que la lumière se propage comme un flux de particules et non comme une onde (la diapositive n° 23 apparaît à l'écran - une conclusion apparaît sur le clic, un dessin apparaît au deuxième clic). Quatrième MAIS : Pays : Hollande, scientifique : Christian Huygens, théorie sur la nature de la lumière 1 étudiant. Nous avons visité la Hollande : (diapositive numéro 24 à l'écran) 2ème élève. H. Huygens (1629-1695) - mathématicien, physicien, astronome néerlandais. Il a inventé une horloge à pendule avec un mécanisme d'échappement et a établi les lois d'oscillation d'un pendule physique. Créé et publié la théorie ondulatoire de la lumière. Il améliore le télescope, conçoit un oculaire, découvre les anneaux de Saturne et de sa lune Titan. Il a été élu membre de la Royal Society de Londres. Une partie de ses travaux : les résultats d'une étude sur l'impact élastique et la force centrifuge ont été publiés après sa mort (diapositive n°25 à l'écran). 3 étudiants. H. Huygens s'oppose à la théorie corpusculaire de la lumière. La théorie ondulatoire de la lumière de Huygens expliquait des phénomènes optiques tels que l'interférence et la diffraction que la théorie corpusculaire ne pouvait pas expliquer. Selon la théorie ondulatoire de Huygens, la lumière est une onde se propageant dans un milieu hypothétique (élastique) spécial - l'éther, qui remplit tout l'espace et tous les corps (la diapositive n°25 apparaît à l'écran - une conclusion apparaît sur le clic, un dessin apparaît au deuxième clic). Cinquième NON : Pays : Angleterre, scientifique : Thomas Young, développement de la théorie ondulatoire de la lumière Pays : France, scientifique : Augustin Jean Fresnel, développement de la nature ondulatoire de la lumière 1 étudiant. Nous avons visité l'Angleterre et visité la France (diapositive n°26 à l'écran) 2ème élève. Jeune Thomas (1773-1829) - Physicien anglais. À l'âge de 21 ans (1794), il devient membre de la Royal Society. A obtenu un doctorat en médecine. Ouverture d'un cabinet privé à Londres. Les recherches de Young en optique constituent la base de son article « Le mécanisme de l'œil » (1800), dans lequel il explique la nature de l'accommodation, de l'astigmatisme et de la vision des couleurs. Il a été nommé professeur à la Royal Institution. L'un des créateurs de la théorie ondulatoire de la lumière. En 1803, il expliqua le phénomène des interférences lumineuses. Il a émis une hypothèse sur la nature transversale des vibrations lumineuses. Mesuré les longueurs d'onde de la lumière de différentes couleurs. Dans la théorie de l'élasticité, Young est responsable de l'étude de la déformation par cisaillement (diapositive n°27 à l'écran - une photographie apparaît au premier clic). 3 étudiants. T. Jung a été le premier à introduire le concept d'« interférence ». Young a découvert les interférences en observant ce phénomène pour les vagues d'eau. Jung rapporta les résultats de ses recherches sur l'optique lors d'une réunion scientifique de la Royal Society de Londres et les publia également au début du XIXe siècle. Mais malgré le caractère convaincant des œuvres de Jung, personne ne voulait les reconnaître parce que... cela signifiait abandonner les vues conventionnelles et, en outre, s'opposer à l'autorité de Newton. Aucune attention n'a été accordée au travail de Jung et un article est même paru dans la presse contenant des attaques grossières contre lui. 4 étudiants. Fresnel Augustin Jean (1788-1827), physicien français, l'un des créateurs de la théorie ondulatoire de la lumière. Les travaux de Fresnel étaient consacrés à l'optique physique. Il a commencé à étudier la physique par lui-même et a rapidement commencé à mener des expériences en optique. En 1815, il redécouvre le principe d’interférence et en ajoute plusieurs nouveaux aux expériences de T. Jung. En 1821, il prouva la nature transversale des ondes lumineuses et en 1823, il établit les lois de polarisation de la lumière. Inventé un certain nombre de dispositifs d'interférence. En 1823, Fresnel est élu membre de l'Académie des sciences de Paris. En 1825, il devint membre de la Royal Society de Londres. L'ingénieur français, qui deviendra plus tard le célèbre physicien O. Fresnel, commença à étudier les phénomènes d'interférence et de diffraction en 1814. Il ne connaissait pas les travaux de Jung, mais comme lui, il voyait dans ces phénomènes des preuves de la théorie ondulatoire de la lumière. Cependant, progressivement, malgré toutes les difficultés rencontrées par l'hypothèse de la transversalité des ondes lumineuses, la théorie ondulatoire de la lumière a commencé à l'emporter et à supplanter la théorie corpusculaire de la lumière (la diapositive n°27 apparaît à l'écran - une photographie apparaît au deuxième clic ). (après les ajouts de l'enseignant, la conclusion apparaît sur la diapositive n°27 en cliquant) 2. Présentation des résultats des travaux du BO (15 - 20 min.) : Enseignant. Nous commençons maintenant à présenter les résultats de notre voyage scientifique. Au début de la leçon, nous nous sommes posé un problème : découvrir la nature de la lumière. Lors des présentations, n'oubliez pas de remplir le modèle OK (sur les pupitres des étudiants se trouvent des feuilles avec un modèle pour les notes justificatives). La première grande avancée dans l’étude de la nature de la lumière fut la mesure de la vitesse de la lumière. Il s’est avéré que la vitesse de propagation de la lumière n’est pas infiniment grande. Le problème de la mesure de la vitesse de la lumière a été formulé pour la première fois par Galilée (XVIe siècle), qui a soulevé la question du caractère fini de la vitesse de la lumière. Mais il ne pouvait pas répondre à la question qu'il posait. La vitesse de la lumière a finalement été mesurée (diapositive n°21 à l'écran). I MAIS : (Danemark, Römer) - présentations d'étudiants (diapositives de présentation n° 14-16). Ajouts du professeur. Roemer lui-même, en raison de la faible précision des mesures et de la connaissance imprécise du rayon de l'orbite terrestre, a obtenu une valeur pour la vitesse de la lumière de 215 000 km/s. II MAIS : (France, Fizeau) - présentations d'étudiants (diapositives de présentation n°17-20). Ajouts du professeur. Plus précisément, la vitesse de la lumière a commencé à être mesurée après 1960, lorsque le premier laser a commencé à fonctionner. Selon les données modernes, la vitesse de la lumière dans le vide est égale à la valeur que vous voyez sur l'écran (diapositive n° 21) avec une précision de + (-) 0,2 m/s. Environ c = 3*108 m/s (à retenir). Où avez-vous trouvé ce chiffre ? (cette valeur, obtenue expérimentalement, coïncide avec la valeur prédite par Maxwell et mesurée expérimentalement pour la première fois par Hertz - la vitesse des ondes électromagnétiques). La valeur de la vitesse de la lumière permettra de déterminer la nature de la lumière. Depuis l’Antiquité, l’homme s’intéresse à la nature de la lumière. Il y avait diverses légendes, mythes, hypothèses, travaux scientifiques. Au XVIe siècle, les hommes ne connaissaient pas encore la nature de la lumière. Au XVIIe siècle, presque simultanément, des théories complètement différentes ont commencé à exister sur ce qu'est la lumière et quelle est sa nature ?! III MAIS : (Angleterre, Newton) - présentations d'étudiants (diapositives de présentation n° 22-23). IV MAIS : (Hollande, Huygens) - présentations d'étudiants (diapositives de présentation n° 24-25). Ajouts du professeur. Conclusion : la première théorie affirmait : la lumière est un flux de particules provenant d'une source dans toutes les directions ; la deuxième théorie affirmait : la lumière est une onde se propageant dans un milieu hypothétique spécial – l’éther. V MAIS : (Angleterre, T. Jung ; France, O. Fresnel) - présentations des étudiants (diapositives de présentation n°26-27). Ajouts du professeur. Ainsi, un tournant a été opéré vers la nature ondulatoire de la lumière. Un certain nombre d'expériences réalisées au XIXe siècle, ainsi que les travaux de Maxwell, confirmés plus tard par les expériences de Hertz, ont prouvé la validité de la théorie ondulatoire : la lumière se propage comme une onde électromagnétique. III. La dernière partie de la leçon Résumé (5 min) : Quel produit avons-nous obtenu ? Contactons votre OK. Veuillez noter si vous avez tout terminé. Comparons vos notes justificatives (OK) avec celle présentée à l'écran (diapositive de présentation n°28). Mais qu’en est-il de la théorie de Newton ? Il a la brillante idée que la lumière peut être considérée comme une particule. Avait-il raison ? Et il avait raison, parce que... Au 20ème siècle, les idées sur la nature de la lumière ont commencé à changer, lorsque les propriétés quantiques de la lumière ont été découvertes, les scientifiques ont dû se souvenir de la théorie corpusculaire. Quelle est la nature de la lumière ? Conclusion : la lumière a une double nature - particule-onde (diapositive de présentation n°29, au premier clic une conclusion apparaît, au deuxième clic un dessin apparaît). La lumière est un flux de particules ; la lumière est une onde. « Ce qui n'est pas clair doit être clarifié » (Confucius). Vous en apprendrez plus tard (diapositives de présentation n° 30 à 37, la musique joue après avoir cliqué sur le lien hypertexte). Devoirs : pp. 168-170, paragraphe 59, ind. Devoir p. 60. Pendant la préparation, j'ai utilisé les sites : 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