Óra a „Fény természetéről alkotott nézetek fejlődésének története” témában. A fény sebessége." 11. osztály Khramova Anna Vladimirovna

"Minden lehetséges módon fel kell gyújtanunk a gyerekekben a tudás és a készség iránti lelkes vágyat."

Y. Kamensky

Fizika óra 11. osztályban a témában

Az óra típusa : lecke új anyag tanulása.

Lecke forma : óra - elméleti kutatás.

Az óra céljai: Megismertetni a tanulókkal a fény természetére vonatkozó elképzelések kialakulásának történetét és a fénysebesség meghatározásának módszereit.

Az óra céljai:

Nevelési:

a fény alapvető tulajdonságainak megismétlése, a fizikai jelenségek magyarázatához szükséges készségek kialakítása a fény kvantum- vagy hullámelmélete alapján, a korpuszkuláris-hullám dualizmus gondolatának alkalmazása.

Nevelési:

A vizsgált anyag általánosítása, rendszerezése, a tapasztalat és az elmélet szerepének tisztázása a kvantumfizika fejlődésében, az elméletek alkalmazhatósági határainak magyarázata, a hullám-részecske dualizmus feltárása.

Nevelési:

bemutatni a tudás folyamatának végtelenségét, felfedezni a tudósok szellemi világát és emberi tulajdonságait, bemutatni a tudomány fejlődéstörténetét, figyelembe venni a tudósok hozzájárulását a fényelmélet fejlődéséhez.

Felszerelés : multimédia telepítés, segédanyagok.

A tevékenységek típusai: csoportmunka, egyéni munka, frontális munka, önálló munka,szakirodalmi vagy elektronikus információforrásokkal való munka, szöveggel, beszélgetéssel, írásbeli munkával végzett munka eredményeinek elemzése.

Interaktív óra felépítése a témában

„A fény természetével kapcsolatos nézetek kialakulása. A fény sebessége."

A lecke haladása.

1. Szervezési pillanat. Köszöntés, a tanulók órára való felkészültségének ellenőrzése.
2. Az óra témájának meghirdetése és ismeretek frissítése ebben a témában.

Tanár:

Srácok, emlékezzünk, mit tudunk erről a témáról?

Mondjon példákat természetes és mesterséges fényforrásokra!

Mi az a gerenda?

A fény egyenes vonalú terjedésének törvénye.

Mi az árnyék?

Mi az a penumbra?

A fényvisszaverődés törvénye.

Kérjük a tanulókat, hogy töltsék ki a ZHU táblázat első „Tudom” oszlopát (1. melléklet).

A mindennapi beszédben sokféle jelentésben használjuk a „fény” szót: fényem, napom, mondd meg..., a tanulás világosság, a tudatlanság pedig sötétség... A fizikában a „fény” kifejezésnek van egy sokkal konkrétabb jelentése. Tehát mi a fény? És mit szeretnél tudni a fényjelenségekről? Kérjük, saját maga töltse ki a ZHU táblázat második oszlopát.

1. Az óra céljainak és célkitűzéseinek meghatározása (a kémiai összetétel táblázatának közös elemzésének eredménye alapján).
2. Elméleti blokk „A fény természetére vonatkozó nézetek kialakulása”.

A tanulók megkapják a „Nézetek kialakulása a fény természetéről” szöveget (2. melléklet). A feladat a szöveg önálló megismerése, elemzése és kétrészes napló készítése (3. melléklet).

1. A szöveggel végzett munka eredményeinek megbeszélése.
2. Problémahelyzet megfogalmazása „Hogyan mérjük a fénysebességet?”

A híres amerikai tudós, Albert Michelson szinte egész életét a fénysebesség mérésének szentelte.

Egy nap egy tudós megvizsgálta egy fénysugár feltételezett útját a vasúti pálya mentén. Egy még fejlettebb beállítást akart építeni a fénysebesség még pontosabb mérésére. Korábban már dolgozott ezen a problémán

több éven át, és akkor érték el a legpontosabb értékeket. Az újságírók érdeklődni kezdtek a tudós viselkedése iránt, és zavartan kérdezték, mit keres itt. Michelson elmagyarázta, hogy a fénysebességet méri.

Miért? - következett a kérdés.

Mert ördögien érdekes – válaszolta Michelson.

Azt pedig senki sem gondolhatta volna, hogy Michelson kísérletei válnak majd az alapot, amelyre a relativitáselmélet fenséges építménye felépül, teljesen új megértést adva a világ fizikai képéről.

Ötven évvel később Michelson még mindig folytatta a fénysebesség mérését.

Egyszer a nagy Einstein feltette neki ugyanezt a kérdést,

Mert baromi érdekes! - válaszolta fél évszázaddal később Michelson és Einstein.

A tanár felteszi a kérdést: „Fontos-e a fénysebesség ismerete amellett, hogy „ördögien érdekes”?

A tanulók véleményét meghallgatják, ahol a fénysebességre vonatkozó ismereteket alkalmazzák.

1. Elméleti blokk „Fénysebesség mérése”.

A tanár előre felosztja az osztályt kreatív csoportokra, hogy tanulmányozza a fénysebesség mérésének különféle módszereit:

1. "Roemer-módszer" csoport
2. "Method Fizeau" csoport
3. "Foucault-módszer" csoport
4. "Bradley-módszer" csoport
5. "Michelson-módszer" csoport

Minden csoport beszámolót + prezentációt készít a terv szerint tanult anyagról:

1. A kísérlet dátuma
2. Kísérletező
3. A kísérlet lényege
4. A fénysebesség talált értéke.

A többi tanuló a csoportos előadások során önállóan tölti ki a táblázatot (4. sz. melléklet). Az asztal elrendezését előre elkészítjük.

A tanár összegzi.

Mi volt a fő nehézség a fénysebesség mérésében?

Körülbelül mekkora a fény sebessége vákuumban?

A modern fizika határozottan állítja, hogy a fénysebesség története még nem ért véget. Ennek bizonyítéka az elmúlt években a fénysebesség mérésével kapcsolatos munka.

A mikrohullámú tartományban a fénysebesség mérésének határozott eredménye volt K. Frum amerikai tudós munkája, melynek eredményeit 1958-ban publikálták. A tudós 299792,50 kilométer/másodperc eredményt ért el. Hosszú ideig ezt az értéket tartották a legpontosabbnak.

A fénysebesség meghatározásának pontosságának növelése érdekében olyan alapvetően új módszerek kidolgozására volt szükség, amelyek lehetővé teszik a magas frekvenciák és ennek megfelelően a rövidebb hullámhosszúságú tartományban történő méréseket. Az ilyen módszerek kidolgozásának lehetősége az optikai kvantumgenerátorok – lézerek – megalkotása után jelent meg. A fénysebesség meghatározásának pontossága csaknem százszorosára nőtt Froom kísérleteihez képest. A frekvenciák lézersugárzással történő meghatározásának módszere 299792,462 kilométer/s fénysebességet ad.

A fizikusok továbbra is tanulmányozzák a fénysebesség időbeli állandóságának kérdését. A fénysebesség kutatása sokkal több új információval szolgálhat a sokszínűségében kimeríthetetlen természet megértéséhez. Az alapvető állandó 300 éves története Vel világosan bemutatja összefüggéseit a fizika legfontosabb problémáival.

Tanár: - Milyen következtetést vonhatunk le a fénysebesség jelentőségéről?

Diákok: - A fénysebesség mérése lehetővé tette a fizika mint tudomány további fejlődését.

1. Visszaverődés. Töltse ki a „Tanult” oszlopot a ZHU táblázatban.

Házi feladat.59. bekezdés (G.Ya. Myakishev, B.B. Bukhovtsev „Fizika. 11”)

Problémamegoldás

1. Perseus ókori görög legendájából:

„A szörny nem volt távolabb, mint egy nyílvessző, amikor Perszeusz a magasba repült. Árnyéka a tengerbe zuhant, és a szörnyeteg dühével a hős árnyékára rohant. Perszeusz merészen odarohant felülről a szörnyre, és mélyen a hátába döntötte ívelt kardját...

Kérdés: mi az árnyék, és milyen fizikai jelenség hatására jön létre?

2. A „Vezetőválasztás” című afrikai meséből:

– Testvéreim – mondta a Gólya, és nyugodtan besétált a kör közepébe. - Reggel óta veszekedünk. Nézd, az árnyékaink már megrövidültek, és hamarosan teljesen eltűnnek, mert közeledik a dél. Tehát hozzunk egy döntést, mielőtt a nap eléri a zenitjét…”

Kérdés: miért kezdett rövidülni az emberek által vetett árnyékok hossza? Válaszát rajzzal indokolja! Van olyan hely a Földön, ahol minimális az árnyékhossz változása?

3. Az „Az ember, aki a halhatatlanságot kereste” című olasz meséből:

– És ekkor Grantesta látott valamit, ami rosszabbnak tűnt a viharnál. Egy szörnyeteg közeledett a völgy felé, és gyorsabban repült, mint egy fénysugár. Bőrszerű szárnyai, szemölcsösen puha hasa és hatalmas szája volt, kiálló fogakkal...”

Kérdés: Mi az, ami fizikailag helytelen ebben a részben?

4. Perseus ókori görög legendájából:

„Perseus gyorsan elfordult a gorgonoktól. Fél meglátni fenyegető arcukat: végül is egy pillantás, és kővé válik. Perszeusz elvette Pallas Athéné pajzsát – ahogy a gorgonok visszatükröződnek a tükörben. Melyik a Medusa?

Ahogy egy sas zuhan az égből a várt áldozatára, úgy Perseus az alvó Medúzához rohant. Belenéz a tiszta pajzsba, hogy pontosabban üthessen...”

Kérdés: Milyen fizikai jelenséget használt Perseus Medúza lefejezésére?

1. függelék.

„Tudom/tudni akarom/megtudtam” táblázat

2. függelék

A fény természetére vonatkozó nézetek fejlődésének története

Az első elképzelések a fény természetéről az ókorban születtek. Platón (Kr. e. 427–327) görög filozófus alkotta meg az egyik első fényelméletet.

Euklidész és Arisztotelész (Kr. e. 300–250) kísérleti úton megállapították az optikai jelenségek olyan alaptörvényeit, mint a fény egyenes vonalú terjedése, a fénysugarak, a visszaverődés és a fénytörés függetlensége. Arisztotelész volt az első, aki elmagyarázta a látás lényegét.

Annak ellenére, hogy az ókori filozófusok, majd a középkori tudósok elméleti álláspontjai elégtelenek és ellentmondásosak voltak, hozzájárultak a fényjelenségek lényegére vonatkozó helyes nézetek kialakításához, és megalapozták a fényjelenség elméletének további fejlődését. fény és különféle optikai eszközök létrehozása. A fényjelenségek tulajdonságaival kapcsolatos új kutatások felhalmozódásával a fény természetével kapcsolatos nézőpont megváltozott. A tudósok úgy vélik, hogy a fény természetének tanulmányozásának történetét a 17. században kell elkezdeni.

A 17. században Roemer (1644–1710) dán csillagász a fénysebességet mérte, Grimaldi olasz fizikus (1618–1663) fedezte fel a diffrakció jelenségét, a briliáns angol tudós, I. Newton (1642–1727) fejlesztette ki a korpuszkulárist. A fényelmélet felfedezte a diszperzió és interferencia jelenségét, E. Bartholin (1625–1698) felfedezte a kettős törést az izlandi sparban, ezzel lefektette a kristályoptika alapjait. Huygens (1629–1695) kezdeményezte a fény hullámelméletét.

A 17. században történtek az első kísérletek a megfigyelt fényjelenségek elméleti alátámasztására. A Newton által kidolgozott korpuszkuláris fényelmélet szerint a fénysugárzást apró részecskék – testecskék – folyamatos áramlásának tekintik, amelyeket egy fényforrás bocsát ki, és nagy sebességgel repülnek homogén közegben, egyenes vonalban és egyenletesen.

A fény hullámelmélete, melynek alapítója H. Huygens, szempontjából a fénysugárzás hullámmozgás. Huygens a fényhullámokat nagyfrekvenciás rugalmas hullámoknak tekintette, amelyek egy speciális rugalmas és sűrű közegben - éterben - terjednek, amely kitölti az összes anyagi testet, a köztük lévő tereket és a bolygóközi tereket.

A fény elektromágneses elméletét a 19. század közepén alkotta meg Maxwell (1831–1879). Ezen elmélet szerint a fényhullámok elektromágneses természetűek, és a fénysugárzás az elektromágneses jelenségek speciális esetének tekinthető. Hertz, majd P. N. Lebedev kutatása is megerősítette, hogy az elektromágneses hullámok alapvető tulajdonságai egybeesnek a fényhullámok tulajdonságaival.

Lorentz (1896) megállapította a sugárzás és az anyag szerkezete közötti összefüggést, és kidolgozta a fény elektronelméletét, amely szerint az atomokban lévő elektronok ismert periódussal oszcillálhatnak, és bizonyos körülmények között fényt nyelhetnek vagy bocsáthatnak ki.

Maxwell elektromágneses elmélete Lawrence elektronikai elméletével kombinálva megmagyarázott minden akkoriban ismert optikai jelenséget, és úgy tűnt, teljesen feltárta a fény természetének problémáját.

A fénykibocsátást elektromos és mágneses erő periodikus oszcillációinak tekintették, amelyek 300 000 kilométer/s sebességgel terjednek az űrben. Lawrence úgy vélte, hogy e rezgések hordozója, az elektromágneses éter abszolút mozdulatlanság tulajdonságokkal rendelkezik. A megalkotott elektromágneses elmélet azonban hamarosan tarthatatlannak bizonyult. Először is, ez az elmélet nem vette figyelembe a valós környezet tulajdonságait, amelyben az elektromágneses rezgések terjednek. Ráadásul ennek az elméletnek a segítségével lehetetlen volt megmagyarázni számos optikai jelenséget, amellyel a fizika a 19. és 20. század fordulóján találkozott. Ezek a jelenségek magukban foglalják a fénykibocsátási és -elnyelési folyamatokat, a fekete test sugárzását, a fotoelektromos hatást és egyebeket.

A fény kvantumelmélete a XX. század elején jelent meg. 1900-ban fogalmazták meg és 1905-ben igazolták. A fény kvantumelméletének alapítói Planck és Einstein. Ezen elmélet szerint a fénysugárzást az anyagrészecskék nem folyamatosan, hanem diszkréten bocsátják ki és abszorbeálják, azaz külön részekben - fénykvantumokban.

A kvantumelmélet mintegy új formában elevenítette fel a fény korpuszkuláris elméletét, de lényegében a hullám és a korpuszkuláris jelenségek egységének kialakítása volt.

A történeti fejlődés eredményeként a modern optikának van egy megalapozott fényjelenségelmélete, amely megmagyarázhatja a sugárzás különböző tulajdonságait, és lehetővé teszi, hogy választ adjunk arra a kérdésre, hogy a fénysugárzás bizonyos tulajdonságai milyen feltételek mellett nyilvánulhatnak meg. A modern fényelmélet megerősíti annak kettős természetét: hullám és korpuszkuláris.

Eredmény (km/s)

1676

Roemer

A Jupiter holdjai

214000

1726

Bradley

Csillagok aberrációja

301000

1849

Fizeau

Felszerelés

315000

1862

Foucault

Forgó tükör

298000

1883

Michelson

Forgó tükör

299910

1983

Elfogadott érték

299 792,458

oldal

2. dia

Az első ötletek a fényről

Az első elképzelések arról, hogy mi a fény, szintén az ókorból származnak. Az ókorban a fény természetéről alkotott elképzelések nagyon primitívek, fantasztikusak és nagyon változatosak voltak. A fény természetével kapcsolatos régiek nézeteinek sokfélesége ellenére azonban már akkoriban három fő megközelítés létezett a fény természetével kapcsolatos kérdés megoldására. Ez a három megközelítés később két versengő elméletben – a fény korpuszkuláris és hullámelméletében – formálódott. Az ókori filozófusok és tudósok túlnyomó többsége a fényt bizonyos sugaraknak tekintette, amelyek összekötik a világító testet és az emberi szemet.

Ugyanakkor három fő nézet volt a fény természetéről. Szem->elem Tétel->szemmozgás

3. dia

Első elmélet

Az ókori tudósok egy része úgy vélte, hogy a sugarak az ember szeméből származnak, úgy tűnik, hogy érzik a kérdéses tárgyat. Ennek a nézőpontnak kezdetben sok követője volt. Olyan jelentős tudósok és filozófusok, mint Eukleidész, Ptolemaiosz és sokan mások ragaszkodtak ehhez. Később azonban, már a középkorban, a fény természetének ez az elképzelése értelmét veszti. Egyre kevesebb tudós követi ezeket a nézeteket. És a 17. század elejére. ez a nézőpont már elfeledettnek tekinthető. Eukleidész Ptolemaiosz

4. dia

Második elmélet

Más filozófusok ezzel szemben úgy vélték, hogy a sugarakat egy világító test bocsátja ki, és az emberi szemhez érve a világító tárgy lenyomatát viseli. Ezt az álláspontot képviselték Démokritosz, Epikurosz és Lucretius atomisták. Ez a fény természetére vonatkozó nézőpont később, a 17. században a fény korpuszkuláris elméletében öltött testet, amely szerint a fény egy világítótest által kibocsátott részecskék áramlása. Demokritosz Epikurosz Lucretius

5. dia

Harmadik elmélet

A harmadik álláspontot a fény természetéről Arisztotelész fogalmazta meg. A fényt nem úgy tekintette, mint valaminek a világító tárgyból a szembe kiáramlását, és természetesen nem a szemből kiáramló és a tárgyat megérző néhány sugárzásnak, hanem a térben (környezetben) terjedő cselekvésnek vagy mozgásnak. Kevesen osztották Arisztotelész véleményét annak idején. De később, a 17. században ismét kifejlődött nézőpontja, és megalapozta a fény hullámelméletét. Arisztotelész

6. dia

Az optikával kapcsolatos legérdekesebb munka, amely a középkorból érkezett hozzánk, Alhazen arab tudós munkája. Tanulmányozta a fény tükrökről való visszaverődését, a lencsékben a fénytörés és a fényáteresztés jelenségét. A tudós ragaszkodott Démokritosz elméletéhez, és elsőként fejezte ki azt az elképzelést, hogy a fénynek véges terjedési sebessége van. Ez a hipotézis jelentős lépés volt a fény természetének megértésében. Algazen

7. dia

17. század

Számos kísérleti tény alapján a 17. század közepén két hipotézis merült fel a fényjelenségek természetéről: Newton korpuszkuláris elmélete, amely azt feltételezte, hogy a fény részecskék áramlása, amelyeket a világítótestek nagy sebességgel löknek ki. Huygens hullámelmélete, amely azt állította, hogy a fény egy speciális világító közeg (éter) hosszirányú oszcillációs mozgását képviseli, amelyet egy világítótest részecskéinek rezgései gerjesztenek.

8. dia

A korpuszkuláris elmélet alapelvei

A fény apró anyagrészecskékből áll, amelyeket egy világító test, például egy égő gyertya, egyenes vonalban, vagy sugarak bocsátanak ki. Ha ezek a sejttestekből álló sugarak a szemünkbe esnek, akkor látjuk a forrásukat. A fénytestek különböző méretűek. A legnagyobb részecskék a szembe jutva vörös színű érzetet keltenek, a legkisebbek pedig ibolyaszínűek. A fehér szín az összes szín keveréke: piros, narancs, sárga, zöld, kék, indigó, ibolya. A fény visszaverődése a felületről a részecskék falról való visszaverődése miatt következik be, az abszolút rugalmas hatás törvénye szerint.

9. dia

A fénytörés jelenségét az magyarázza, hogy a sejttesteket a közeg részecskéi vonzzák. Minél sűrűbb a közeg, annál kisebb a törésszög a beesési szög. A fényszóródás jelenségét, amelyet Newton fedezett fel 1666-ban, a következőképpen magyarázta. „Fehér fényben már minden szín jelen van. Minden szín a bolygóközi téren és az atmoszférán keresztül együtt sugároz, és fehér fény hatását kelt. A fehér fény, különböző testek keveréke, megtörik, amikor áthalad egy prizmán.” Newton felvázolta a kettős fénytörés magyarázatának módjait, feltételezve, hogy a fénysugaraknak „különböző oldalaik” vannak – ez egy speciális tulajdonság, amely miatt eltérően törhetők, amikor áthaladnak kettős törő testen.

10. dia

Newton korpuszkuláris elmélete kielégítően magyarázott számos akkoriban ismert optikai jelenséget. Szerzője óriási tekintélynek örvendett a tudományos világban, és Newton elmélete hamarosan sok támogatóra tett szert minden országban. A legnagyobb tudósok, akik ragaszkodnak ehhez az elmélethez: Arago, Poisson, Biot, Gay-Lussac.

A korpuszkuláris elmélet alapján nehéz volt megmagyarázni, hogy a térben metsző fénysugarak miért nem hatnak egymásra. Hiszen a fényrészecskéknek ütközniük és szét kell szóródniuk (a hullámok áthaladnak egymáson anélkül, hogy befolyásolnák egymást) Newton Arago Gay-Lussac

11. dia

A hullámelmélet alapelvei

A fény rugalmas periodikus impulzusok terjedése az éterben. Ezek az impulzusok hosszirányúak és hasonlóak a levegőben lévő hangimpulzusokhoz. Az éter egy hipotetikus közeg, amely kitölti az égi teret és a testrészecskék közötti hézagokat. Súlytalan, nem engedelmeskedik az egyetemes gravitáció törvényének, és nagy a rugalmassága. Az éterrezgések terjedésének elve olyan, hogy minden pontja, amelyhez a gerjesztés elér, a másodlagos hullámok középpontja. Ezek a hullámok gyengék, és a hatás csak ott figyelhető meg, ahol a burokfelületük, a hullámfront áthalad (Huygens-elv). Minél távolabb van a hullámfront a forrástól, annál laposabb lesz. A közvetlenül a forrásból érkező fényhullámok a látás érzését okozzák. Huygens elméletének nagyon fontos pontja volt az a feltételezés, hogy a fény terjedési sebessége véges.

12. dia

Hullámelmélet

Az elmélet segítségével a geometriai optika számos jelenségét megmagyarázzák: – a fényvisszaverődés jelensége és törvényszerűségei; – a fénytörés jelensége és törvényei; – a teljes belső reflexió jelensége; – a kettős fénytörés jelensége; – a fénysugarak függetlenségének elve. Huygens elmélete a következő kifejezést adta a közeg törésmutatójára: A képletből egyértelmű, hogy a fénysebességnek fordítottan kell függnie a közeg abszolút indexétől. Ez a következtetés az ellenkezője volt a Newton elméletéből fakadó következtetésnek.

Sokan kételkedtek Huygens hullámelméletében, de a fény természetével kapcsolatos hullámnézetek néhány támogatója között volt M. Lomonoszov és L. Euler. E tudósok kutatásával Huygens elmélete a hullámok elméleteként kezdett formát ölteni, nem csak az éterben terjedő időszakos rezgések elméleteként. Nehéz volt megmagyarázni a fény egyenes vonalú terjedését, ami éles árnyékok kialakulásához vezetett a tárgyak mögött (a korpuszkuláris elmélet szerint a fény egyenes vonalú mozgása a tehetetlenségi törvény következménye, a diffrakció jelensége (a fény körbehajlása). akadályok) és az interferencia (a fény erősödése vagy gyengülése fénysugarak egymásra helyezésekor) csak hullámelméleti szempontból magyarázható. Huygens Lomonosov Euler

14. dia

XI-XX században

A 19. század második felében Maxwell kimutatta, hogy a fény az elektromágneses hullámok speciális esete. Maxwell munkája lefektette a fény elektromágneses elméletének alapjait. Miután Hertz kísérletileg felfedezte az elektromágneses hullámokat, nem volt kétséges, hogy amikor a fény terjed, hullámként viselkedik. Most már nem léteznek. A 20. század elején azonban a fény természetéről alkotott elképzelések gyökeresen megváltoztak. Váratlanul kiderült, hogy az elutasított korpuszkuláris elmélet mégis rokonságban áll a valósággal. Kiderült, hogy amikor fényt bocsátanak ki és elnyelnek, úgy viselkedik, mint egy részecskék áramlása. Maxwell Hertz

15. dia

Felfedezték a fény nem folytonos (kvantum) tulajdonságait. Szokatlan helyzet állt elő: az interferencia és a diffrakció jelenségei továbbra is azzal magyarázhatók, hogy a fényt hullámnak, a sugárzás és az abszorpció jelenségeit pedig úgy, hogy a fényt részecskefolyamnak tekintjük. Ezért a tudósok megegyeztek a fény tulajdonságainak hullám-részecske kettősségében (kettősségében). Napjainkban a fényelmélet tovább fejlődik.

Az összes dia megtekintése

1 Pickup 7

1.1 A fény természetével kapcsolatos nézetek kialakulása.

Fényhullámok 7

1.2.

Síkhullám visszaverődése és törése két dielektrikum felületén 10

1.3.

Teljes belső visszaverődés 11

1.4.

Az amplitúdó és a 11. fázis közötti kapcsolat

2 Zavar 14

2.1 Az interferencia jelensége. Rezgések hozzáadása 14

2.2 Az interferencia peremek szélessége 15

2.3 Módszerek az intenzitás megfigyelésére a 17. hullám hullámfrontjának elosztásával

2.4 Módszerek koherens nyalábok előállítására amplitúdóosztással 17

2.5 Zavar alkalmazása 20

3 Diffrakció 23

4 Elektromágneses hullámok kölcsönhatása anyaggal 29

4.1 Fényszórás 29

4.2 A fényszórás elektronelmélete 31

4.3 Abszorpció (fényelnyelés) 32

4.4 Fényszórás 33

5 A fény kvantumtulajdonságai 35

5.1 A fotoelektromos hatás típusai 35

5.2 A külső fotoelektromos hatás törvényei (Stoletov-törvények) 37

5.3 A külső fotoelektromos hatás Einstein-egyenlete 38

5.4 A fotoelektromos hatás alkalmazása 39

40. következtetés

A felhasznált források listája 41

1 Válasz

1.1 A fény természetével kapcsolatos nézetek kialakulása. Fényhullámok

Már az optikai kutatások első periódusaiban kísérletileg megállapították az optikai jelenségek négy alaptörvényének következményeit:

Az egyenes vonalú fényszórás törvénye.

A fénysugarak függetlenségének törvénye (csak lineáris optikában érvényes).

A tükrözés törvénye.

A fénytörés törvénye két közeg határán.

Először is: A fény egyenes vonalúan terjed optikailag homogén közegben.

Másodszor: Az egyetlen sugár által keltett hatás attól függ, hogy a fennmaradó nyalábok egyidejűleg hatnak-e, vagy megszűnnek.

A visszavert sugár ugyanabban a síkban van, mint a beeső sugár és a beesési pontban a két közeg határfelületére húzott merőleges; beesési szög szöggel egyenlő tükröződések.

Negyedszer: A beeső sugár, a megtört sugár és a határfelületre a beesési pontban húzott merőleges egy síkban van; a törésszög szinuszának aránya adott közeg esetén állandó érték:

Ahol - a második közeg relatív törésmutatója az elsőhöz viszonyítva. Két közeg relatív törésmutatója megegyezik az abszolút törésmutatóik arányával:

A közeg abszolút törésmutatóját mennyiségnek nevezzük , egyenlő a vákuumban lévő elektromágneses hullámok sebességének a fázissebességéhez viszonyított arányával a környezetben

(1.1)

Az alaptörvényeket már régen megalkották, de a rájuk vonatkozó nézőpont évszázadok alatt változott.

Így Newton ragaszkodott a fényrészecskék kiáramlásának elméletéhez, amelyek engedelmeskednek a mechanika törvényeinek. Huygens egy másik (a fény korpuszkuláris elmélete) fényelmélettel állt elő. Úgy vélte, hogy a fénygerjesztéseket rugalmas impulzusoknak kell tekinteni, amelyek egy speciális közegben - az éterben - terjednek (a fény hullámelmélete).

A 18. század folyamán a korpuszkuláris elmélet domináns pozíciót foglalt el, bár a két elmélet közötti küzdelem nem szűnt meg.

Aztán Young és Fresnel munkái a 19. században nagy mértékben hozzájárultak és kiegészítették a hullámoptikát. Maxwell elméleti tanulmányai alapján azt a következtetést fogalmazta meg, hogy a fény elektromágneses hullám. Elektromágneses hullám sebessége közegben

(1.2)

Ahol - fénysebesség vákuumban, - sebesség dielektromos állandójú közegben és a mágneses permeabilitás .

Mert
, Azt

(1.3)

(1.3) összefüggést ad az anyag optikai, elektromos és mágneses állandói között. Az optikai tartomány hullámhossza. A fényhullám által átvitt energiaáram-sűrűség időbeli átlagértékének modulusát fényintenzitásnak nevezzük.

,
.

,
.

Azokat a vonalakat, amelyek mentén a fényenergia halad, sugaraknak nevezzük.
érintőlegesen a sugárra irányítva. Izotróp környezetben
. Maxwell elméletének következménye a fényhullámok transzverzalitása: az elektromosság vektorai és mágneses A mezők egymásra merőlegesek, és merőlegesen oszcillálnak a sebességvektorra terjedő nyaláb, azaz. merőleges a gerendára.

Általában az optikában minden érvelést a fényvektorhoz - az intenzitásvektorhoz - képest hajtanak végre elektromos mező. Mivel amikor a fény egy anyagra hat, a fő jelentősége a hullámtér elektromos komponense, amely az anyag atomjaiban lévő elektronokra hat.

A fény sok atom teljes elektromágneses sugárzása. Az atomok egymástól függetlenül bocsátanak ki fényhullámokat, ezért a test egésze által kibocsátott fényhullámot a fényvektor mindenféle egyformán valószínű rezgése jellemzi (lásd a kép síkjára merőleges sugár).

Világos, minden lehetséges egyformán valószínű vektororientációval természetesnek nevezik. Ha rend van, akkor a fényt polarizáltnak nevezzük. Ha csak egy, a nyalábon áthaladó síkban fordulnak elő rezgések, a fényt síkban (lineárisan) polarizáltnak nevezzük.

A sík polarizált fény az elliptikusan polarizált fény limitáló esete - azaz. a vektor vége időbeli ellipszist ír le.

; Ahol - ellipticitás.

A tanult anyag ismétlése.

Mi az optika?

Mi a geometriai optika?

Mondjon példákat természetes és mesterséges fényforrásokra!

Mi az a gerenda?

A fény egyenes vonalú terjedésének törvénye.

Mi az árnyék?

Mi az a penumbra?

A fényvisszaverődés törvénye.

Új anyagok tanulása.

Az optika fejlődése és a műszaki haladás. Optikai műszerek készítése.

A földi élet a napfénynek köszönhetően keletkezett és létezik. Ennek köszönhetően érzékeljük és megértjük a minket körülvevő világot. A fénysugarak a közeli és távoli tárgyak helyzetéről, alakjukról és színükről árulkodnak. Az optikai műszerekkel felerősített fény két poláris léptékű világot tár fel az ember elé: a hatalmas kiterjedésű kozmikus világot és a mikroszkopikus világot, amelyben szabad szemmel megkülönböztethetetlen apró élőlények laknak.

Az optika alapjait az ókorban fektették le. Az olvadó átlátszó üveget már az ókori egyiptomiak és mezopotámiaiak is ismerték Kr.e. 1600-ban, az ókori Rómában pedig az üvegedényeket és a díszítéseket nagy tökéletességgel készítették. A 13. században az emberiség megkapta az első optikai eszközöket - szemüveget és nagyítót. Jóval később, a 17. század elején feltalálták a távcsövet és a mikroszkópot.

1609-ben az olasz tudós, Galileo feltalált egy negatív lencsés távcsövet okulárként, és széles körben használta megfigyelésre. Oroszországban a szemüvegek és a távcsövek a 17. század elején jelentek meg.

Az optikai műszerek elméletének megalkotása a 17. század végén kezdődött kiváló tudósok munkáinak köszönhetően: R. Descartes, P. Fermat, I. Newton, K. Gauss és mások. Az orosz tudósok M. V., Euler, V. N. Chikolev, a mechanika I. P., O. N.

Oroszországban, Nagy Péter alatt, az optika tovább fejlődött. 1725-ben a Tudományos Akadémián Optikai Tanszéket és optikai műhelyt szerveztek. Az optikai osztály egyik vezetője L. Euler volt, aki megírta a „Dioptria” című könyvet, amelyben a geometriai optika alapjait vázolta.

M. V. Lomonoszov volt az első orosz tudós, aki mikroszkópot használt tudományos kutatásokhoz, és egy sor alapvetően új optikai műszert fejlesztett ki színes üvegek és színes mozaikok készítésére. A kiemelkedő oroszok, M. V. Lomonoszov és L. Euler munkái a 18. században lefektették az oroszországi optikai gyártás fejlődésének legfontosabb alapjait. Az 1917-es forradalom után 1918-ban Petrográdban megalakult az Állami Optikai Intézet, amelynek vezetője D. S. Rozhdestvensky akadémikus. India volt az a központ, amely meghatározza a tudományos politikát a hazai optikai-mechanikai ipar létrehozása terén. Kiváló tudósok dolgoztak az indiai kormánynál: S. I. Vavilov, A. A. Lebedev, I. V. Kachalov és mások.

A háború utáni években optikai iparunk sikeresen sajátította el az egyedi, nagy pontosságú műszerek, elektronmikroszkópok, interferométerek és űrkutatási műszerek gyártását.

Az A. G. Stoletov orosz tudós által felfedezett fotoelektromos hatás jelenségei alapján sikeresen fejlődik az optika fotoelektromos területe, amelyet az automatizálásban, a televíziózásban és az űrhajók vezérlésében találtak alkalmazásra.

A hazai optika fő eredményei közé tartoznak M. M. Rusinov professzor munkái. Az általa megalkotott nagylátószögű légifényképezési objektívek a szovjet légifotózást vezető pozícióba hozták a világon.

A Hold túlsó, a Földről láthatatlan oldalának fényképezésére szolgáló berendezések létrehozása az optikai műszerek új irányának - a kozmikus optikai műszerek - kifejlesztésének kezdete volt.

A szovjet fizikusok, N. G. Basov és A. M. Prokhorov kutatása a 20. század 50-es éveinek közepén egy új tudományterület – a kvantumelektronika – magja lett. 1971-ben Gábor Dénes Nobel-díjat kapott a holográfia felfedezéséért.

1930-ban Németországban a Lamm nemcsak fényt, hanem képeket is továbbított optikai szálakon keresztül. De az üvegszálak előállításának technológiája nagyon összetett volt, így Lamm ötletei évekig feledésbe merültek.

A modern tudomány a száloptikát a hullám csúcsára emelte.

A fény természetére vonatkozó nézetek fejlődésének története

Az első elképzelések a fény természetéről az ókorban születtek. Platón (Kr. e. 427–327) görög filozófus alkotta meg az egyik első fényelméletet.

Euklidész és Arisztotelész (Kr. e. 300–250) kísérleti úton megállapították az optikai jelenségek olyan alaptörvényeit, mint a fény egyenes vonalú terjedése, a fénysugarak, a visszaverődés és a fénytörés függetlensége. Arisztotelész volt az első, aki elmagyarázta a látás lényegét.

Annak ellenére, hogy az ókori filozófusok, majd a középkori tudósok elméleti álláspontjai elégtelenek és ellentmondásosak voltak, hozzájárultak a fényjelenségek lényegére vonatkozó helyes nézetek kialakításához, és megalapozták a fényjelenség elméletének további fejlődését. fény és különféle optikai eszközök létrehozása. A fényjelenségek tulajdonságaival kapcsolatos új kutatások felhalmozódásával a fény természetére vonatkozó nézőpont megváltozott. A tudósok úgy vélik, hogy a fény természetének tanulmányozásának történetét a 17. században kell elkezdeni.

A 17. században Roemer (1644–1710) dán csillagász a fénysebességet mérte, Grimaldi olasz fizikus (1618–1663) fedezte fel a diffrakció jelenségét, a briliáns angol tudós, I. Newton (1642–1727) fejlesztette ki a korpuszkulárist. A fényelmélet felfedezte a diszperzió és interferencia jelenségét, E. Bartholin (1625–1698) felfedezte a kettős törést az izlandi sparban, ezzel lefektette a kristályoptika alapjait. Huygens (1629–1695) kezdeményezte a fény hullámelméletét.

A 17. században történtek az első kísérletek a megfigyelt fényjelenségek elméleti alátámasztására. A Newton által kidolgozott korpuszkuláris fényelmélet szerint a fénysugárzást apró részecskék – testecskék – folyamatos áramlásának tekintik, amelyeket egy fényforrás bocsát ki, és nagy sebességgel repülnek homogén közegben, egyenes vonalban és egyenletesen.

A fény hullámelmélete, melynek alapítója H. Huygens, szempontjából a fénysugárzás hullámmozgás. Huygens a fényhullámokat nagyfrekvenciás rugalmas hullámoknak tekintette, amelyek egy speciális rugalmas és sűrű közegben - éterben - terjednek, amely kitölti az összes anyagi testet, a köztük lévő tereket és a bolygóközi tereket.

A fény elektromágneses elméletét a 19. század közepén alkotta meg Maxwell (1831–1879). Ezen elmélet szerint a fényhullámok elektromágneses természetűek, és a fénysugárzás az elektromágneses jelenségek speciális esetének tekinthető. Hertz, majd P. N. Lebedev kutatása is megerősítette, hogy az elektromágneses hullámok alapvető tulajdonságai egybeesnek a fényhullámok tulajdonságaival.

Lorentz (1896) megállapította a sugárzás és az anyag szerkezete közötti kapcsolatot, és kidolgozta a fény elektronelméletét, amely szerint az atomokat alkotó elektronok ismert periódussal oszcillálhatnak, és bizonyos körülmények között fényt nyelhetnek vagy bocsáthatnak ki.

Maxwell elektromágneses elmélete Lawrence elektronikai elméletével kombinálva megmagyarázott minden akkoriban ismert optikai jelenséget, és úgy tűnt, teljesen feltárta a fény természetének problémáját.

A fénykibocsátást elektromos és mágneses erő periodikus oszcillációinak tekintették, amelyek 300 000 kilométer/s sebességgel terjednek az űrben. Lawrence úgy vélte, hogy ezeknek a rezgéseknek a hordozója, az elektromágneses éter abszolút mozdulatlanság tulajdonságokkal rendelkezik. A megalkotott elektromágneses elmélet azonban hamarosan tarthatatlannak bizonyult. Először is, ez az elmélet nem vette figyelembe a valós környezet tulajdonságait, amelyben az elektromágneses rezgések terjednek. Ráadásul ennek az elméletnek a segítségével lehetetlen volt megmagyarázni számos optikai jelenséget, amellyel a fizika a 19. és 20. század fordulóján találkozott. Ezek a jelenségek magukban foglalják a fénykibocsátási és -elnyelési folyamatokat, a fekete test sugárzását, a fotoelektromos hatást és egyebeket.

A fény kvantumelmélete a XX. század elején jelent meg. 1900-ban fogalmazták meg és 1905-ben igazolták. A fény kvantumelméletének alapítói Planck és Einstein. Ezen elmélet szerint a fénysugárzást az anyagrészecskék nem folyamatosan, hanem diszkréten bocsátják ki és abszorbeálják, azaz külön részekben - fénykvantumokban.

A kvantumelmélet mintegy új formában elevenítette fel a fény korpuszkuláris elméletét, de lényegében a hullám és a korpuszkuláris jelenségek egységének kialakítása volt.

A történeti fejlődés eredményeként a modern optikának van egy megalapozott fényjelenségelmélete, amely megmagyarázhatja a sugárzás különböző tulajdonságait, és lehetővé teszi, hogy választ adjunk arra a kérdésre, hogy a fénysugárzás bizonyos tulajdonságai milyen feltételek mellett nyilvánulhatnak meg. A modern fényelmélet megerősíti annak kettős természetét: hullám és korpuszkuláris.

Fény sebessége

A fizika egyik jellemző vonása törvényeinek mennyiségi jellege. Számos, a fizika törvényeit kifejező összefüggés tartalmaz néhány állandót – az úgynevezett fizikai állandókat. Ilyen például a gravitációs állandó az univerzális gravitáció törvényében, a fajhő a hőmérleg egyenletében, a fénysebesség az Einstein-törvényben, amely a test tömegét és összenergiáját viszonyítja. Sok fizikai állandót meglehetősen önkényesen neveznek el így. Valójában az alkoholt víz helyett melegítik, és a megfelelő egyenletekben más hőkapacitás-értéket kell használni. Ilyen „relatív” állandók a súrlódási együttható, az ellenállás, a sűrűség stb. De vannak olyan állandók is, amelyek nem változtatják meg értéküket. A gravitációs állandó nem függ attól, hogy a kölcsönható testek ólomból vagy acélból készülnek. A rézben és az aranyban lévő elektronok töltése azonos. Ugyanolyan sokoldalú és állandó Vel– fénysebesség vákuumban.

Pontosan egyetemességük miatt nevezik az ilyen állandókat világ- vagy alapállandóknak. Az alapvető állandók értékei meghatározzák az egész fizikai világ legfontosabb jellemzőit - az elemi részecskéktől a legnagyobb csillagászati ​​objektumokig.

Az a tény, hogy a fénysebesség a világállandók nagyon kis csoportjába tartozik, magyarázza a mennyiség iránti érdeklődést. El kell azonban ismerni, hogy még ebben a csoportban is kiemelkedő helyet foglal el. A fénysebesség a fizika legtávolabbi ágaihoz kapcsolódó fizikai törvényekkel függ össze. Állandó Vel a speciális relativitáselméletben a Lorentz-transzformációk közé tartozik, összekapcsolja az elektromos és a mágneses állandókat. Einstein képlete E=mc 2 lehetővé teszi a nukleáris átalakulások során felszabaduló energia mennyiségének kiszámítását. És mindenhol találkozunk a fénysebességgel.

Ez az elterjedtsége az állandónak Vel a modern fizika számára a fizikai világ egységének és a természettudomány fejlődésének útja helyességének élénk megnyilvánulásaként szolgál.

Ennek az egységnek a megértése nem azonnal következett be. Több mint 300 év telt el azóta, hogy először meghatározták a fénysebességet. Fokozatosan állandó Vel feltárta titkait a tudósok előtt. Ennek a mennyiségnek a mérése mögött olykor évekig tartó célzott keresések, mérési módszerek és tudományos műszerek fejlesztésére irányuló munka álltak. A fénysebesség néha váratlanul jelent meg a kísérletekben, és kérdéseket vetett fel a tudósok számára, amelyek a fizikai tudomány legmélyére vonatkoztak. Az állandók mérése megcáfolta és megerősítette a fizikai elméleteket, és hozzájárult a technológia fejlődéséhez.

A fénysebesség mérésére léteznek közvetlen és közvetett módszerek. A közvetlen módszerek közé tartoznak O. Roemer, A. Fizeau, L. Foucault, A. Michelson kísérletei. A közvetett módszerek közé tartoznak D. Bradley, F. Kohlrausch, W. Weber kísérletei.

A direkt módszer a fény által megtett út és az ezen út megtételéhez szükséges idő mérésén alapul c=l/t. 1676-ban Roemer megfigyelte a Jupiter Io holdjának fogyatkozását. A műhold elhaladt a bolygó előtt, majd az árnyékába merült, és eltűnt a látómezőből. 42 óra 28 perc múlva ismét megjelent az Io. Roemer akkor végzett méréseket, amikor a Föld a legközelebb volt a Jupiterhez. Amikor néhány hónappal később megismételte megfigyeléseit, kiderült, hogy a műhold 22 perccel később jelent meg az árnyékból. A tudós elmagyarázta, hogy a fénynek 22 percre van szüksége az előző megfigyelési ponttól a jelenlegi pontig való utazáshoz. A késleltetési idő és az azt okozó távolság ismeretében meghatározhatja a fény sebességét. A mérések pontatlansága és a Föld sugarának pontatlan értéke miatt Roemer 215 000 kilométer/másodpercnek megfelelő értéket kapott a fénysebességre.

A fénysebességet először Fizeau francia fizikus mérte meg laboratóriumi körülmények között 1849-ben. Kísérletében egy forrásból származó fény egy lencsén áthaladva egy áttetsző üveglapra esett. A lemezről visszaverődő keskeny nyaláb egy gyorsan forgó kerék peremére irányult. A fogak között áthaladva a fény elérte a keréktől több kilométerre található tükröt. A tükörről visszaverődő fény áthaladt a kerék fogai között, majd bejutott a megfigyelő szemébe. Amikor a forgási sebesség kicsi volt, a tükörről visszaverődő fény a forgási sebesség növekedésével eltűnt. A forgási sebesség további növelésével a fény ismét láthatóvá vált. Vagyis a tükörbe és visszafelé terjedő fény alatt a keréknek volt ideje annyira elfordulni, hogy az előző rés helyére új rés kerüljön. Ennek az időnek és a kerék és a tükör közötti távolság ismeretében meghatározhatja a fény sebességét. Fizeau kísérletében a távolság 8,6 kilométer volt, a fénysebesség pedig 313 000 kilométer per másodperc.

A fénysebesség mérésének közvetett módszere a fénynek mint elektromágneses hullámnak az elgondolásán alapul, és sebességét a hullámhossz és a hullám oszcillációs frekvenciájának szorzatával határozzák meg.

Az Ampere-féle elektrodinamikai elméletet kidolgozva Weber és Kahlrausch 1846-ban 310 000 kilométer per másodperces fénysebesség értékre jutott, de nem tudták megmagyarázni a kapott eredményt, mivel nem volt világos az elektromos töltések kölcsönhatásának átviteli mechanizmusa. . Formálisan Weber nagy hatótávolságú elektromágneses erők elmélete nem ütközött komoly ellentétbe, de már érlelődött a rövid hatótávolságú cselekvés elképzelése, aminek legfontosabb következménye a kölcsönhatások terjedési sebességének végessége.

A modern fizika határozottan állítja, hogy a fénysebesség története még nem ért véget. Ennek bizonyítéka az elmúlt években a fénysebesség mérésével kapcsolatos munka.

Az elektromágneses hullámok sebességének mérési pontosságának drámai növekedése a második világháború után következett be. A katonai céllal végzett kutatások az emberiség létének veszélyeztetése mellett számos fontos, tisztán tudományos eredményt hoztak. Az egyik az ultramagas frekvenciájú technológia fejlesztése. Generátorokat és sugárvevőket hoztak létre, amelyek 1 métertől több milliméterig terjedő hullámhossz-tartományban működnek. A mikrohullámú tartományban nagyon pontos és legfőképpen független méréseket lehetett végezni a sugárzás frekvenciájáról és hullámhosszáról. Ez a fénysebesség-meghatározási módszer nagyon kényelmes, mivel az egy centiméteres nagyságrendű hullámhosszak nagyon nagy pontossággal határozhatók meg.

Természetesen nem szabad erre gondolni a mennyiség mérésére Vel az új technológia használata nagyon egyszerű volt. Minden ezen a területen dolgozó tudós a legnagyobb feladatot tűzte ki maga elé: rendkívül pontos hullámhossz- és frekvenciamérést végezni a fénysebesség legpontosabb értékének elérése érdekében, és a pontosság határán végzett munka mindig nehéz.

A mikrohullámú tartományban a fénysebesség mérésének határozott eredménye volt K. Frum amerikai tudós munkája, melynek eredményeit 1958-ban publikálták. A tudós 299792,50 kilométer/másodperc eredményt ért el. Hosszú ideig ezt az értéket tartották a legpontosabbnak.

A fénysebesség meghatározásának pontosságának növelése érdekében olyan alapvetően új módszerek kidolgozására volt szükség, amelyek lehetővé teszik a magas frekvenciák és ennek megfelelően a rövidebb hullámhosszúságú tartományban történő méréseket. Az ilyen módszerek kidolgozásának lehetősége az optikai kvantumgenerátorok – lézerek – megalkotása után jelent meg. A fénysebesség meghatározásának pontossága csaknem százszorosára nőtt Froom kísérleteihez képest. A frekvenciák lézersugárzással történő meghatározásának módszere 299792,462 kilométer/s fénysebességet ad.

A fizikusok továbbra is tanulmányozzák a fénysebesség időbeli állandóságának kérdését. A fénysebesség kutatása sokkal több új információval szolgálhat a sokszínűségében kimeríthetetlen természet megértéséhez. Az alapvető állandó 300 éves története Vel világosan bemutatja összefüggéseit a fizika legfontosabb problémáival.

Problémamegoldás

1. A Perseus ókori görög legendájából:

„A szörny nem volt távolabb, mint egy nyílvessző, amikor Perszeusz a magasba repült. Árnyéka a tengerbe zuhant, és a szörnyeteg dühével a hős árnyékára rohant. Perszeusz merészen odarohant felülről a szörnyre, és mélyen a hátába döntötte ívelt kardját...

Kérdés: mi az árnyék, és milyen fizikai jelenség hatására jön létre? Rajzolja meg a sugarak útját!

2. A „Vezetőválasztás” című afrikai meséből:

– Testvéreim – mondta a Gólya, és nyugodtan besétált a kör közepébe. - Reggel óta veszekedünk. Nézd, az árnyékaink már megrövidültek, és hamarosan teljesen eltűnnek, mert közeledik a dél. Tehát hozzunk egy döntést, mielőtt a nap eléri a zenitjét…”

Kérdés: miért kezdett rövidülni az emberek által vetett árnyékok hossza? Válaszát rajzzal indokolja! Van olyan hely a Földön, ahol minimális az árnyékhossz változása?

3. Az „Az ember, aki a halhatatlanságot kereste” című olasz meséből:

– És ekkor Grantesta látott valamit, ami rosszabbnak tűnt a viharnál. Egy szörnyeteg közeledett a völgy felé, és gyorsabban repült, mint egy fénysugár. Bőrszerű szárnyai, szemölcsösen puha hasa és hatalmas szája volt, kiálló fogakkal...”

Kérdés: Mi az, ami fizikailag helytelen ebben a részben?

4. Perseus ókori görög legendájából:

„Perseus gyorsan elfordult a gorgonoktól. Fél meglátni fenyegető arcukat: végül is egy pillantás, és kővé válik. Perszeusz elvette Pallas Athéné pajzsát – ahogy a gorgonok visszatükröződnek a tükörben. Melyik a Medusa?

Ahogy egy sas zuhan az égből a várt áldozatára, úgy Perseus az alvó Medúzához rohant. Belenéz a tiszta pajzsba, hogy pontosabban üthessen...”

Kérdés: Milyen fizikai jelenséget használt Perseus Medúza lefejezésére? Rajzolja meg a sugarak lehetséges útját!

Házi feladat

Bevezetés, 40. bekezdés (G.Ya. Myakishev, B.B. Bukhovtsev „Physics. 11”)

31. Nézetek kialakulása a fény természetéről. Fény sebessége. Huygens elve. A fényvisszaverődés törvénye. (Aslapovskaya S.V.)

A lecke szövege

• Absztrakt

  A tantárgy megnevezése: Fizika osztály: 11 UMK: Fizika 11. évfolyam, G. Ya Myakishev, B. B. Bukhovtsev, 2010. Képzettségi szint: alap Óra témája: "A fény természetével kapcsolatos nézetek kialakulása. A fénysebesség. Huygens-elv. A fényvisszaverődés törvénye." A téma tanulmányozására szánt összes óraszám: 19 Az óra helye a téma órarendszerében: az „Optika” témakör tanulmányozásának első órája. Az óra célja: a fény természetének lényegének érzékeltetése és megértése. Az óra célja: Ismerje meg, hogy a különböző országok tudósai milyen mértékben járultak hozzá a fény természetével kapcsolatos ötletek kidolgozásához. A kapott információk alapján vonjon le következtetéseket a fény természetére vonatkozóan. Hozzon létre egy referenciaösszefoglalót "A fény természetével kapcsolatos nézetek fejlődése". Tervezett eredmények: a tanulók felismerjék, milyen összetett az emberi természeti jelenségek megismerésének útja, ismételjék meg a fényvisszaverődés törvényeit, és ismerjék meg a Huygens-elvet. Óratechnikai támogatás: multimédiás projektor, lecke prezentációja, szóróanyag. Az óra további módszertani és didaktikai támogatása (internetes források hivatkozásai lehetségesek): az óra dátuma és témája fel van írva a táblára, asztalokat helyeznek el a csoportos munkához (2-2 tanuló). Felkészülés az órára: csoportok alakulnak, munkaanyag az asztalokon (archívum a szükséges szakirodalommal, dokumentumokkal és egy feladattal, amit a DE-nek el kell végeznie). A tanár elmagyarázza az óra céljait és célkitűzéseit. A kijelölt idő alatt a csoportok elkészítik a feladatot. Az óra tartalma. I. Az óra bevezető része 1. Szervezési szakasz (1 perc). Az osztály 5 csoportra oszlik, amelyeket a tanár alakított ki (tudományos társaságok (SS)), amelyek mindegyikében van az SS vezetője, egy irodalmár és egy kutató munkatárs. A csoportok megkapják a feladatot és az elvégzéséhez szükséges információforrásokat. 2. Szellemi tevékenység aktualizálása (2 perc). Tanár. Jó napot mindenkinek, üljön le! Milyen szép ez a világ, tele fénnyel! Neked mi a fény? Milyen asszociációid vannak a fény szóval? (az 1-8. számig bemutató diák görgeti végig a képernyőt zenei kísérettel (a hiperhivatkozásra kattintva)). Tanár. A fény a szem által érzékelt sugárzó energia, amely láthatóvá teszi a világot. A fény behatolt az otthonunkba. Hogyan született és jött létre? A természetében van egy titok, és sok éven át folyik a vita. 3. Az óra célja és célkitűzései (2 perc). A képernyőn a 9-12. dia látható. Célok: Ismerje meg, hogy a különböző országok tudósai milyen hozzájárulást adtak a fény természetével kapcsolatos ötletek kidolgozásához (a probléma megoldása érdekében virtuális tudományos kirándulásra megyünk). A kapott információk alapján vonjon le következtetéseket a fény természetére vonatkozóan (ezt a problémát meg fogja oldani, amikor a „Nyilvánvaló és hihetetlen” című műsorban beszél tudományos útja eredményeivel). Hozzon létre egy referenciaösszefoglalót "A fény természetével kapcsolatos nézetek fejlődése". Mindannyiótoknak van egy OK mátrixa az asztalán, amelyet ki kell töltenie (ezt a feladatot a leckében végig fogjátok oldani). Már mondtam, hogy ma már nem csak dolgozunk, hanem a „Nyilvánvaló és hihetetlen” program terv-feladata szerint fogunk dolgozni. Azt javaslom, menjen el egy virtuális tudományos utazásra különböző országokba és korszakokba, hogy archívumokkal dolgozzon, tanulmányozza az irodalmat, dokumentumokat, és megállapítsa, mit tettek a különböző országok tudósai a fény természetének megismerése érdekében. Fel kell készítenie és be kell mutatnia a munkája eredményét. 5 tudományos társaság (SS) utazik üzleti útra a következő országokba: Dánia, Franciaország, Anglia, Hollandia (a képernyőn 13. dia: a világtérkép ezekkel az országokkal, a megnevezett országra kattintva kijelölve a térképen). Minden tudományos társaságnak van egy archívuma az asztalán a szükséges szakirodalommal, dokumentumokkal és egy feladattal, amelyet a tudományos társaságnak el kell végeznie. Az üzleti útra 10 perc áll rendelkezésre. Ez idő alatt zene szól, és amint véget ér, beszélnie kell a műsorban munkája eredményéről. Ezért arra kérlek, kezdd el a feladatot (a 13. dián a „hívás” hivatkozásra kattintva szól a zene). II. A lecke fő része. 1. A tanulók önálló munkája csoportokban (10 perc, a tanulók felkészítése előadásokra NEM): Első NEM: Ország: Dánia, tudós: Olaf Roemer, 1676 - csillagászati ​​módszer a fénysebesség mérésére. Az oktatási intézmény vezetője (beszámol arról, ahol jártak) Irodalmi munkatársak (anyag kiválasztása a tudósról) Tudományos alkalmazottak (jelentést készítenek a fénysebesség mérési módszeréről (elmélet a fény természetéről)) Példák a oktatási intézmény: 1 tanuló. A mi DE Dániába látogattunk. A Tudományos Akadémián azon a tanszéken dolgoztunk, ahol Olaf Roemerről (1644-1710) gyűjtöttek dokumentumokat, aki csillagászati ​​módszerrel mérte a fénysebességet (14. dia a képernyőn). 2 diák. Römer Olaf Christensen (1644-1710), dán fizikus és csillagász. 1676-ban fontos felfedezést tett: bebizonyította a fénysebesség végességét és megmérte értékét. A tudós üzenetét azonban a Párizsi Tudományos Akadémia ülésén élesen bírálták. A kritika ellenére következtetéseit H. Huygens, Leibniz és I. Newton elfogadta. Roemer elméletének végleges érvényességét 1725-ben erősítették meg. miután Bradley csillagász felfedezte a fényeltérés jelenségét. 1681-ben visszatérve Dániába, a Capenhageni Egyetem matematika tanszékét vezette, és csillagvizsgálót hozott létre. Részt vett Dánia politikai és társadalmi életében is. Élete végén az Államtanács vezetője lett. Új csillagászati ​​műszereket találtak fel. Roemer neve szerepel a Hold térképén (15. dia a képernyőn). 3 diák. 1676-ban, miközben a Jupiter Io holdjának fogyatkozását figyelte, Roemer felfedezte. Hogy amikor a Föld hat hónap elteltével a Nap másik oldalára, a Jupitertől távolabbra kerül, akkor az Io 22 perccel később jelenik meg, mint a számított idő. Ezt a késést a Jupiter és a Föld közötti távolság növekedése magyarázta. Roemer a Föld keringési pályájának nagyságának és a késleltetési időnek ismeretében kiszámította a fény terjedési sebességét (a képernyőn 15. dia: a "módszer diagram" hiperhivatkozásra kattintva 16. dia - a laboratóriumi módszer diagramja a teljes képernyő). C = 300 000 km/s (a tanári kiegészítések után a 15. diára kattintva megjelenik a következtetés) Második DE: Ország: Franciaország, tudós: Fizeau Armand Hippolyte Louis, 1849 - laboratóriumi módszer a fénysebesség mérésére 1 tanuló. A mi DE-ünk Franciaországban járt. A Párizsi Tudományos Akadémián dolgoztunk, azon a tanszéken, ahol Armand Fizeau-ról gyűjtöttek dokumentumokat, aki laboratóriumi módszerrel mérte a fény terjedési sebességét (17. dia a képernyőn). 2 diák. Fizeau (1819-1896) - francia fizikus. 1863-ban a párizsi Ecole Polytechnique professzora lett. Fizeau első jelentős eredménye az optikában a fény interferencia kísérletei voltak. 1849-ben klasszikus kísérletet végzett a fénysebesség meghatározására. Számos eszközt tervezett: egy indukciós tekercset. Interferencia spektroszkóp; kristályokat tanult fotózás közben. 1875-ben a Royal Society of London tagjává választották, 1866-ban pedig Rumford-éremmel tüntették ki (18. dia a képernyőn). 3 diák. A séma szerint: először I. Fizeau mérte meg laboratóriumi módszerrel a fénysebességet 1849-ben. Kísérlet: egy forrásból származó fény egy lencsén áthaladva áttetsző lemezre esett. A lemezről való visszaverődés után egy fókuszált keskeny sugár egy gyorsan forgó fogaskerék felé irányult. A fogak között áthaladva a fény elérte a keréktől több kilométerre lévő tükröt. A tükörről visszaverődő fény ismét visszatért a fogaskerékhez, és ismét a fogak között kellett áthaladnia. Amikor a kerék lassan forgott, látható volt a tükörről visszaverődő fény. A sebesség növekedésével fokozatosan eltűnt. Miért? Amíg a fény eljutott a tükörhöz és vissza, a keréknek volt ideje elfordulni úgy, hogy a rés helyén egy fog jelent meg, és a fény megszűnt. Ahogy a kerék forgási sebessége tovább nőtt, a fény ismét láthatóvá vált. Ezalatt a tükörbe és visszafelé terjedő fény ideje alatt a keréknek volt ideje elfordulni, hogy egy új rés jelenjen meg az előző rés helyén. Ennek az időnek, valamint a kerék és a tükör távolságának ismeretében meghatározható a fénysebesség (c = 313 km/s) (a tanuló üzenete után kattintson a képernyőn a 18. számú diára (19. dia) a a „Cyril és Metód” gyűjtemény kísérletének bemutatója látható). (a tanár kiegészítései után a 20. diára kattintva megjelenik egy következtetés) Harmadik DE: Ország: Anglia, tudós: Isaac Newton, elmélet a fény természetéről 1 tanuló. A mi DE-ünk Angliában járt. Az Angol Tudományos Akadémián dolgoztunk azon a tanszéken, ahol I. Newtonról iratokat gyűjtöttünk: (22. dia a képernyőn) 2. diák. Newton Isaac (1643-1727) - angol matematikus, mechanikus, csillagász és fizikus, a klasszikus mechanika megalkotója. A Londoni Királyi Társaság tagja (1672) és elnöke (1703). Alapvető munkák "A természetfilozófia matematikai alapelvei" (1687) és az "Optika" (1704). Felfedezte a fény diszperzióját, és tanulmányozta az interferenciát és a diffrakciót. Kidolgozta a fény korpuszkuláris elméletét. Fényvisszaverő távcsövet épített. Megfogalmazta a klasszikus mechanika alaptörvényeit. Felfedezte az egyetemes gravitáció törvényét, és elméletet adott az égitestek mozgásáról. Megalkotta az égi mechanika alapjait (23. dia a képernyőn). 3 diák. Newton a fény korpuszkuláris elméletének híve volt – a fény részecskék-testek áramlata, amely egy forrásból minden irányban érkezik. Ez az elmélet könnyen megmagyarázza a fény lineáris terjedését, visszaverődését és törését. A kiváló tudósnak, Newtonnak nagy tekintélye volt kollégái körében, ezért többségük a korpuszkuláris elmélet mellett foglalt állást, hisz a fény részecskék áramlásaként terjed, és nem hullámként (a 23. dia jelenik meg a képernyőn – egy következtetés a kattintás, a második kattintásra megjelenik egy rajz). Negyedik DE: Ország: Hollandia, tudós: Christian Huygens, elmélet a fény természetéről 1 tanuló. Hollandiában jártunk: (24. dia a képernyőn) 2. tanuló. H. Huygens (1629-1695) - holland matematikus, fizikus, csillagász. Feltalált egy menekülési mechanizmussal ellátott ingaórát, és megállapította a fizikai inga lengési törvényeit. Megalkotta és közzétette a fény hullámelméletét. Javította a távcsövet, tervezett egy okulárt, felfedezte a Szaturnusz gyűrűit és műholdját, a Titánt. A Londoni Királyi Társaság tagjává választották. Munkáinak egy része: a rugalmas ütközéssel és a centrifugális erővel foglalkozó tanulmány eredményei halála után jelentek meg (25. dia a képernyőn). 3 diák. H. Huygens ellenezte a fény korpuszkuláris elméletét. Huygens fényhullámelmélete olyan optikai jelenségeket magyarázott meg, mint például az interferencia és a diffrakció, amelyeket a korpuszkuláris elmélet nem tudott megmagyarázni. Huygens hullámelmélete szerint a fény egy speciális hipotetikus (rugalmas) közegben - az éterben - terjedő hullám, amely minden teret és minden testet kitölt (a 25. dia megjelenik a képernyőn - kattintásra megjelenik egy következtetés, egy rajz a második kattintásra megjelenik). Ötödik NEM: Ország: Anglia, tudós: Thomas Young, a fény hullámelméletének fejlesztése Ország: Franciaország, tudós: Augustin Jean Fresnel, a fény hullámtermészetének fejlesztése 1 tanuló. Angliában és Franciaországban jártunk (26. dia a képernyőn) 2. tanuló. Fiatal Thomas (1773-1829) - angol fizikus. 21 évesen (1794) a Royal Society tagja lett. Orvostudományi doktori fokozatot szerzett. Magánpraxist nyitott Londonban. Young optika kutatásai alapozták meg "A szem mechanizmusa" (1800) című cikkét, amelyben kifejtette az akkomodáció, az asztigmatizmus és a színlátás természetét. A Királyi Intézet professzorává nevezték ki. A fény hullámelméletének egyik megalkotója. 1803-ban megmagyarázta a fényinterferencia jelenségét. Felállított egy hipotézist a fényrezgések keresztirányú természetéről. Megmérte a különböző színű fény hullámhosszait. A rugalmasság elméletében Young felelős a nyírási deformáció tanulmányozásáért (27. dia a képernyőn – az első kattintásra megjelenik egy fénykép). 3 diák. T. Jung először vezette be az „interferencia” fogalmát. Young az interferenciát úgy fedezte fel, hogy megfigyelte ezt a jelenséget a víz hullámainál. Jung a Londoni Királyi Társaság tudományos ülésén számolt be optikával kapcsolatos kutatásainak eredményeiről, majd a 19. század elején publikálta is. De Jung műveinek meggyőzősége ellenére senki sem akarta felismerni őket, mert... ez a konvencionális nézetek feladását, ráadásul Newton tekintélyével való szembenézést jelentette. Nem fordítottak figyelmet Jung munkásságára, sőt a sajtóban is megjelent egy cikk, amely durva támadásokat tartalmazott ellene. 4 diák. Fresnel Augustin Jean (1788-1827), francia fizikus, a fény hullámelméletének egyik megalkotója. Fresnel munkáit a fizikai optika szentelte. Egyedül kezdett el fizikát tanulni, és hamarosan optikával kezdett kísérletezni. 1815-ben újra felfedezte az interferencia elvét, és több újdonsággal egészítette ki T. Jung kísérleteit. 1821-ben bebizonyította a fényhullámok keresztirányú természetét, 1823-ban pedig megállapította a fény polarizációjának törvényeit. Számos interferencia-eszközt talált ki. 1823-ban Fresnelt a Párizsi Tudományos Akadémia tagjává választották. 1825-ben a Londoni Királyi Társaság tagja lett. A francia mérnök, aki később a híres fizikus, O. Fresnel lett, 1814-ben kezdte el tanulmányozni az interferencia és a diffrakció jelenségeit. Nem tudott Jung munkásságáról, de hozzá hasonlóan a fény hullámelméletének bizonyítékát látta ezekben a jelenségekben. Azonban fokozatosan, a fényhullámok keresztirányú hipotézisének minden nehézsége ellenére, a fény hullámelmélete nyerni kezdett, és kiszorította a fény korpuszkuláris elméletét (a 27. dia megjelenik a képernyőn - a második kattintásra megjelenik egy fénykép ). (a tanári kiegészítések után kattintásra megjelenik a 27. dián a következtetés) 2. A BO munkájának eredményeinek bemutatása (15 - 20 perc): Tanár. Most kezdjük tudományos kirándulásunk eredményeinek bemutatását. Az óra elején feltettünk magunknak egy problémát – hogy megtudjuk a fény természetét. Az előadások során ne felejtse el kitölteni az OK-sablont (a hallgatók asztalán vannak lapok, amelyeken az alátámasztó jegyzetek sablonja található). A fény természetének tanulmányozásában az első nagy előrelépés a fénysebesség mérése volt. Kiderült, hogy a fény terjedési sebessége nem végtelenül nagy. A fénysebesség mérésének problémáját először Galilei fogalmazta meg (16. század), aki felvetette a fénysebesség végességének kérdését. De a feltett kérdésre nem tudott válaszolni. Végül megmérték a fénysebességet (21. dia a képernyőn). I DE: (Dánia, Römer) - hallgatói előadások (14-16. prezentációs dia). Tanári kiegészítések. Maga Roemer a mérések alacsony pontossága és a Föld pálya sugarának pontatlan ismerete miatt 215 000 km/s-os fénysebesség értéket kapott. II DE: (Franciaország, Fizeau) - hallgatói előadások (17-20. prezentációs dia). Tanári kiegészítések. Pontosabban, a fénysebességet 1960 után kezdték el mérni, amikor az első lézer működni kezdett. A modern adatok szerint a fénysebesség vákuumban megegyezik a képernyőn látható értékkel (21. dia) + (-) 0,2 m/s pontossággal. Körülbelül c = 3*108 m/s (emlékezni kell). Hol találkoztál ezzel a figurával? (ez a kísérletileg kapott érték egybeesik a Maxwell által megjósolt és kísérletileg először a Hertz által mért értékkel - az elektromágneses hullámok sebességével). A fénysebesség értéke segít meghatározni a fény természetét. Ősidők óta az embert érdekli a fény természete. Különféle legendák, mítoszok, hipotézisek, tudományos munkák voltak. A 16. században az ember még nem ismerte a fény természetét. A 17. században szinte egyidejűleg egészen más elméletek kezdtek létezni arról, hogy mi a fény, mi a természete?! III SZ.: (Anglia, Newton) - hallgatói előadások (22-23. prezentációs dia). IV DE: (Holland, Huygens) - hallgatói előadások (24-25. prezentációs dia). Tanári kiegészítések. Következtetés: az első elmélet kijelentette: a fény egy forrásból minden irányban érkező részecskék árama; a második elmélet kijelentette: a fény egy speciális hipotetikus közegben - az éterben - terjedő hullám. V DE: (Anglia, T. Jung; Franciaország, O. Fresnel) - hallgatói előadások (26-27. prezentációs dia). Tanári kiegészítések. Így fordulat történt a fény hullámtermészete felé. A 19. században számos kísérlet, valamint Maxwell munkái, amelyeket később Hertz kísérletei is megerősítettek, igazolták a hullámelmélet érvényességét: a fény elektromágneses hullámként terjed. III. Az óra záró része Összegzés (5 perc): Milyen terméket kaptunk? Lépjünk kapcsolatba az OK-val. Kérjük, vegye figyelembe, hogy mindent befejezett. Hasonlítsuk össze az alátámasztó megjegyzéseket (OK) a képernyőn megjelenővel (28. bemutató dia). De mi a helyzet Newton elméletével? Van egy zseniális ötlete, hogy a fényt részecskeként is felfoghatjuk. igaza volt? És igaza volt, mert... A 20. században a fény természetével kapcsolatos elképzelések megváltozni kezdtek, amikor felfedezték a fény kvantumtulajdonságait, a tudósoknak emlékezniük kellett a korpuszkuláris elméletre. Milyen természete van a fénynek? Következtetés: a fénynek kettős természete van - részecske-hullám (29. bemutató dia, az első kattintásra egy következtetés, a második kattintásra egy rajz jelenik meg). A fény részecskék folyama; a fény hullám. „Amit nem világos, azt tisztázni kell” (Konfuciusz). Erről később tájékozódhat (30-37. prezentációs dia, a hiperhivatkozásra kattintás után szól a zene). Házi feladat: 168-170. o., 59. bekezdés, bev. Feladat 60. o. Az előkészítés során a következő oldalakat használtam: 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