Lektion om ämnet "Historia om utvecklingen av åsikter om ljusets natur. Ljusets hastighet." 11:e klass Khramova Anna Vladimirovna

"På alla möjliga sätt måste vi tända ett brinnande begär efter kunskap och skicklighet hos barn."

Y. Kamensky

Fysiklektion i 11:e klass på ämnet

Lektionstyp : lektion att lära nytt material.

Lektionsformulär : lektion - teoretisk forskning.

Lektionens mål: Att bekanta eleverna med idéutvecklingens historia om ljusets natur och med metoder för att hitta ljusets hastighet.

Lektionens mål:

Utbildning:

upprepning av ljusets grundläggande egenskaper, bildandet av färdigheter för att förklara fysiska fenomen baserat på användningen av kvant- eller vågteori om ljus, tillämpningen av idén om våg-partikeldualism.

Utbildning:

Generalisering och systematisering av det studerade materialet, förtydligande av erfarenhetens och teorins roll i utvecklingen av kvantfysiken, förklaring av teoriers tillämplighetsgränser, avslöjande av våg-partikeldualism.

Utbildning:

visa oändligheten av kunskapsprocessen, upptäck forskarnas andliga värld och mänskliga egenskaper, introducera historien om vetenskapens utveckling, överväga forskarnas bidrag till utvecklingen av teorin om ljus.

Utrustning : multimediainstallation, handouts.

Typer av aktiviteter: grupparbete, individuellt arbete, frontarbete, självständigt arbete,arbeta med litteratur eller elektroniska informationskällor, analysera resultaten av arbete med text, samtal, skriftligt arbete.

Struktur för en interaktiv lektion om ämnet

”Utveckling av syn på ljusets natur. Ljusets hastighet."

Strukturell del av lektionen	Använder du konventionella metoder	Lärarroller	Studentbefattningar	Resultat	Tid
Dyka	Jag vet/jag vill veta/jag fick reda på det	Designer och arrangör av en problematisk kreativ situation	Ämnet för kreativ aktivitet	Tabell med fyllda kolumner "Jag vet", "Jag vill veta"	5 min
Teoretiskt block	Tvådelad dagbok	Moderator för studenters utbildnings- och forskningsverksamhet	Ämne för fristående utbildnings- och forskningsverksamhet	Tabell "Utveckling av åsikter om ljusets natur"	15 min
Teoretiskt block	Grupparbete (med loggboksstrategin)	Konsult på utbildningsförfrågningar från studenter	Ämne för grupppedagogisk verksamhet	Tabell "Bestämning av ljusets hastighet"	20 min
Reflexion	Jag vet/jag vill veta/jag fick reda på det	Expert	Ämne för självständig verksamhet	Tabell med fyllda kolumner "Jag vet", "Jag vill veta", "Vad jag lärde mig"	5 min

Lektionens framsteg.

Organisatoriskt ögonblick. Hälsning, kontrollera elevernas beredskap för lektionen.
Tillkännage ämnet för lektionen och uppdatera kunskap om detta ämne.

Lärare:

Killar, låt oss komma ihåg vad vi vet om detta ämne?

Ge exempel på naturliga och artificiella ljuskällor.

Vad är en balk?

Lagen om rätlinjig utbredning av ljus.

Vad är en skugga?

Vad är penumbra?

Lagen om ljusreflektion.

Eleverna uppmanas att fylla i den första kolumnen "Jag vet" i ZHU-tabellen (bilaga 1).

I dagligt tal använder vi ordet "ljus" i en mängd olika betydelser: mitt ljus, min sol, säg mig..., lärande är ljus och okunnighet är mörker... I fysiken har termen "ljus" en mycket mer specifik betydelse. Så vad är ljus? Och vad skulle du vilja veta om ljusfenomen? Vänligen fyll i den andra kolumnen i ZHU-tabellen själv.

Att sätta mål och mål för lektionen (baserat på resultatet av en gemensam analys av tabellen över kemisk sammansättning).
Teoretiskt block "Utveckling av åsikter om ljusets natur."

Eleverna får texten ”Utveckling av syn på ljusets natur” (bilaga 2). Uppgiften är att självständigt sätta dig in i texten, analysera den och sammanställa en tvådelad dagbok (bilaga 3).

Diskussion om resultatet av arbetet med texten.
Formulering av problemsituationen "Hur mäter man ljusets hastighet?"

Den berömde amerikanske vetenskapsmannen Albert Michelson ägnade nästan hela sitt liv åt att mäta ljusets hastighet.

En dag undersökte en vetenskapsman den förmodade vägen för en ljusstråle längs järnvägsspåret. Han ville bygga en ännu mer avancerad uppställning för en ännu mer exakt metod för att mäta ljusets hastighet. Han hade redan arbetat med detta problem tidigare

flera år och uppnådde de mest exakta värdena för den tiden. Tidningsreportrar blev intresserade av forskarens beteende och frågade förvånade vad han gjorde här. Michelson förklarade att han mätte ljusets hastighet.

Varför? - följde frågan.

För det är djävulskt intressant”, svarade Michelson.

Och ingen kunde ha föreställt sig att Michelsons experiment skulle bli grunden på vilken den majestätiska byggnaden av relativitetsteorin skulle byggas och ge en helt ny förståelse av den fysiska bilden av världen.

Femtio år senare fortsatte Michelson fortfarande sina mätningar av ljusets hastighet.

En gång ställde den store Einstein samma fråga till honom,

För det är jävligt intressant! – Michelson och Einstein svarade ett halvt sekel senare.

Läraren ställer frågan: "Är det viktigt att känna till ljusets hastighet, förutom att det bara är "djävulskt intressant"?

Elevernas åsikter lyssnas till där kunskap om ljusets hastighet tillämpas.

Teoretiskt block "Mätning av ljusets hastighet."

Läraren delar in klassen i förväg i kreativa grupper för att studera olika metoder för att mäta ljusets hastighet:

Grupp "Roemer Method"
Gruppen "Method Fizeau"
Gruppen "Foucault-metoden"
Grupp "Bradley Method"
Grupp "Michelson Method"

Varje grupp ger en rapport + presentation av materialet som studerats enligt planen:

Datum för experimentet
Experimentator
Kärnan i experimentet
Det hittade värdet för ljusets hastighet.

Resten av eleverna fyller i tabellen självständigt under gruppföreställningarna (bilaga 4). Bordslayouten är förberedd i förväg.

Läraren sammanfattar.

Vad var den största svårigheten att mäta ljusets hastighet?

Vad är ungefär ljusets hastighet i vakuum?

Modern fysik hävdar starkt att historien om ljusets hastighet inte är över. Ett bevis på detta är de senaste årens arbete med att mäta ljusets hastighet.

Ett definitivt resultat av att mäta ljusets hastighet i mikrovågsområdet var den amerikanske vetenskapsmannen K. Frums arbete, vars resultat publicerades 1958. Forskaren fick ett resultat på 299792,50 kilometer per sekund. Under en lång period ansågs detta värde vara det mest exakta.

För att öka noggrannheten vid bestämning av ljusets hastighet var det nödvändigt att skapa i grunden nya metoder som skulle möjliggöra mätningar i området för höga frekvenser och följaktligen kortare våglängder. Möjligheten att utveckla sådana metoder dök upp efter skapandet av optiska kvantgeneratorer - lasrar. Noggrannheten för att bestämma ljusets hastighet har ökat nästan 100 gånger jämfört med Frooms experiment. Metoden för att bestämma frekvenser med hjälp av laserstrålning ger ljusets hastighet lika med 299792,462 kilometer per sekund.

Fysiker fortsätter att studera frågan om ljusets hastighets konstanta över tid. Forskning om ljusets hastighet kan ge mycket mer ny information för att förstå naturen, som är outtömlig i sin mångfald. Grundkonstantens 300-åriga historia Med tydligt visa dess samband med fysikens viktigaste problem.

Lärare: - Vilken slutsats kan vi dra om ljusets hastighets betydelse?

Studenter: - Att mäta ljusets hastighet gjorde det möjligt för vidareutvecklingen av fysiken som vetenskap.

Reflexion. Fyller i kolumnen "Inlärt" i ZHU-tabellen.

Läxa.Paragraf 59 (G.Ya. Myakishev, B.B. Bukhovtsev "Physics. 11")

Problemlösning

1. Från den antika grekiska legenden om Perseus:

”Monstret var inte längre än en pils flykt när Perseus flög högt upp i luften. Hans skugga föll i havet och monstret rusade av raseri mot hjältens skugga. Perseus rusade djärvt uppifrån mot monstret och störtade sitt krökta svärd djupt in i hans rygg...”

Fråga: vad är en skugga och på grund av vilket fysiskt fenomen bildas den?

2. Från den afrikanska berättelsen "Val av en ledare":

"Bröder", sa storken och gick stillsamt in i mitten av cirkeln. – Vi har bråkat sedan i morse. Se, våra skuggor har redan förkortats och kommer snart att försvinna helt, för middagstid närmar sig. Så låt oss komma till ett beslut innan solen passerar sin zenit..."

Fråga: varför började längden på de skuggor som kastades av människor att förkortas? Förklara ditt svar med en ritning. Finns det en plats på jorden där förändringen i skugglängd är minimal?

3. Från den italienska sagan "Mannen som sökte odödlighet":

Och så såg Grantesta något som tycktes honom vara värre än en storm. Ett monster närmade sig dalen och flög snabbare än en ljusstråle. Den hade läderartade vingar, en vårtig mjuk mage och en enorm mun med utskjutande tänder...”

Fråga: Vad är fysiskt felaktigt i det här avsnittet?

4. Från den antika grekiska legenden om Perseus:

"Perseus vände sig snabbt bort från gorgonerna. Han är rädd för att se deras hotfulla ansikten: trots allt, en blick och han kommer att förvandlas till sten. Perseus tog skölden från Pallas Athena - när gorgonerna reflekterades i spegeln. Vilken är Medusa?

Precis som en örn faller från himlen på sitt avsedda offer, så rusade Perseus till den sovande Medusa. Han tittar in i den genomskinliga skölden för att slå mer exakt...”

Fråga: Vilket fysiskt fenomen använde Perseus för att halshugga Medusa?

Bilaga 1.

Tabell "Jag vet/jag vill veta/jag fick reda på det"

Bilaga 2

Historien om utvecklingen av åsikter om ljusets natur

De första idéerna om ljusets natur lades ner i antiken. Den grekiske filosofen Platon (427–327 f.Kr.) skapade en av de första teorierna om ljus.

Euklid och Aristoteles (300–250 f.Kr.) etablerade experimentellt sådana grundläggande lagar för optiska fenomen som ljusets rätlinjiga utbredning och ljusstrålarnas oberoende, reflektion och brytning. Aristoteles var den första som förklarade visionens väsen.

Trots att de teoretiska ståndpunkterna hos forntida filosofer och senare vetenskapsmän från medeltiden var otillräckliga och motsägelsefulla, bidrog de till bildandet av korrekta åsikter om ljusfenomenens väsen och lade grunden för vidareutvecklingen av teorin om ljus och skapandet av olika optiska instrument. I takt med att ny forskning om egenskaperna hos ljusfenomen ackumuleras har synen på ljusets natur förändrats. Forskare tror att historien om att studera ljusets natur bör börja på 1600-talet.

På 1600-talet mätte den danske astronomen Roemer (1644–1710) ljusets hastighet, den italienske fysikern Grimaldi (1618–1663) upptäckte fenomenet diffraktion, den briljante engelske vetenskapsmannen I. Newton (1642–1727) utvecklade korpuskuläret. teorin om ljus, upptäckte fenomenen dispersion och interferens, upptäckte E. Bartholin (1625–1698) dubbelbrytning i Island spar och lade därigenom grunden till kristalloptik. Huygens (1629–1695) initierade vågteorin om ljus.

På 1600-talet gjordes de första försöken att teoretiskt underbygga de observerade ljusfenomenen. Den korpuskulära teorin om ljus, utvecklad av Newton, är att ljusstrålning betraktas som ett kontinuerligt flöde av små partiklar - blodkroppar, som sänds ut av en ljuskälla och flyger med hög hastighet i ett homogent medium i en rak linje och enhetligt.

Ur vågteorin om ljus, vars grundare är H. Huygens, är ljusstrålning en vågrörelse. Huygens betraktade ljusvågor som elastiska vågor med hög frekvens, som fortplantar sig i ett speciellt elastiskt och tätt medium - eter, som fyller alla materiella kroppar, utrymmena mellan dem och interplanetära utrymmen.

Den elektromagnetiska teorin om ljus skapades i mitten av 1800-talet av Maxwell (1831–1879). Enligt denna teori är ljusvågor av elektromagnetisk natur, och ljusstrålning kan betraktas som ett specialfall av elektromagnetiska fenomen. Forskning av Hertz och senare av P.N Lebedev bekräftade också att alla de grundläggande egenskaperna hos elektromagnetiska vågor sammanfaller med egenskaperna hos ljusvågor.

Lorentz (1896) fastställde sambandet mellan strålning och materiens struktur och utvecklade den elektroniska teorin om ljus, enligt vilken elektronerna som finns i atomer kan svänga med en känd period och under vissa förhållanden absorbera eller avge ljus.

Maxwells elektromagnetiska teori, i kombination med Lawrences elektroniska teori, förklarade alla optiska fenomen som var kända vid den tiden och verkade helt avslöja problemet med ljusets natur.

Ljusemissioner betraktades som periodiska oscillationer av elektrisk och magnetisk kraft, som fortplantade sig genom rymden med en hastighet av 300 000 kilometer per sekund. Lawrence trodde att bäraren av dessa vibrationer, den elektromagnetiska etern, har egenskaperna för absolut orörlighet. Den skapade elektromagnetiska teorin visade sig dock snart vara ohållbar. Först och främst tog denna teori inte hänsyn till egenskaperna hos den verkliga miljön där elektromagnetiska svängningar utbreder sig. Dessutom var det med hjälp av denna teori omöjligt att förklara ett antal optiska fenomen som fysiken stötte på vid 1800- och 1900-talens skiftning. Dessa fenomen inkluderar processerna för emission och absorption av ljus, svart kroppsstrålning, den fotoelektriska effekten och andra.

Kvantteorin om ljus uppstod i början av 1900-talet. Den formulerades 1900 och underbyggdes 1905. Grundarna av kvantteorin om ljus är Planck och Einstein. Enligt denna teori sänds och absorberas ljusstrålning av partiklar av materia inte kontinuerligt, utan diskret, det vill säga i separata delar - ljuskvanta.

Kvantteorin, som det var, återupplivade den korpuskulära teorin om ljus i en ny form, men i huvudsak var det utvecklingen av enheten av våg- och korpuskulära fenomen.

Som ett resultat av den historiska utvecklingen har modern optik en välgrundad teori om ljusfenomen, som kan förklara strålningens olika egenskaper och låter oss svara på frågan om under vilka förhållanden vissa egenskaper hos ljusstrålning kan manifestera sig. Den moderna teorin om ljus bekräftar dess dubbla natur: våg och korpuskulär.

Resultat (km/s)

1676

Römer

Jupiters månar

214000

1726

Bradley

Stjärnaberration

301000

1849

Fizeau

Redskap

315000

1862

Foucault

Roterande spegel

298000

1883

Michelson

Roterande spegel

299910

1983

Accepterat värde

299 792,458

Sida

Bild 2

Första idéerna om ljus

De första idéerna om vad ljus är går också tillbaka till antiken. I antiken var idéer om ljusets natur mycket primitiva, fantastiska och också mycket olika. Men trots mångfalden av gamla åsikter om ljusets natur, fanns det redan vid den tiden tre huvudsakliga tillvägagångssätt för att lösa frågan om ljusets natur. Dessa tre tillvägagångssätt tog sedan form i två konkurrerande teorier - ljuskropps- och vågteorierna. De allra flesta forntida filosofer och vetenskapsmän såg ljus som vissa strålar som förbinder en lysande kropp och det mänskliga ögat.

Samtidigt fanns det tre huvudsakliga synpunkter på ljusets natur. Ögon->objekt Objekt->ögonrörelse

Bild 3

Första teorin

Några av de gamla forskarna trodde att strålarna kommer från en persons ögon, de verkar känna objektet i fråga. Denna synpunkt hade till en början ett stort antal anhängare. Sådana stora vetenskapsmän och filosofer som Euklid, Ptolemaios och många andra höll sig till den. Men senare, redan på medeltiden, förlorar denna idé om ljusets natur sin mening. Det är allt färre forskare som följer dessa åsikter. Och i början av 1600-talet. denna synpunkt kan anses redan glömd. Euklid Ptolemaios

Bild 4

Andra teorin

Andra filosofer, tvärtom, trodde att strålar sänds ut av en lysande kropp och, när de når det mänskliga ögat, bär avtrycket av det lysande föremålet. Denna synpunkt hade atomisterna Demokritos, Epikuros och Lucretius. Denna syn på ljusets natur tog senare, på 1600-talet, form i den korpuskulära teorin om ljus, enligt vilken ljus är en ström av några partiklar som sänds ut av en lysande kropp. Democritus Epicurus Lucretius

Bild 5

Tredje teorin

Den tredje synpunkten på ljusets natur uttrycktes av Aristoteles. Han såg ljuset inte som utflödet av något från ett lysande föremål in i ögat, och absolut inte som några strålar som utgår från ögat och känner föremålet, utan som en handling eller rörelse som sprider sig i rymden (i miljön). Få människor delade Aristoteles åsikt på hans tid. Men senare, återigen på 1600-talet, utvecklades hans synsätt och lade grunden för vågteorin om ljus. Aristoteles

Bild 6

Det mest intressanta arbetet om optik som har kommit till oss från medeltiden är den arabiska vetenskapsmannen Alhazens arbete. Han studerade reflektion av ljus från speglar, fenomenet brytning och överföring av ljus i linser. Forskaren höll sig till teorin om Demokrit och var den första som uttryckte idén att ljus har en begränsad utbredningshastighet. Denna hypotes var ett stort steg för att förstå ljusets natur. Algazen

Bild 7

1600-talet

Baserat på många experimentella fakta uppstod i mitten av 1600-talet två hypoteser om ljusfenomens natur: Newtons Corpuscular Theory, som antog att ljus är en ström av partiklar som skjuts ut i hög hastighet av lysande kroppar. Huygens vågteori, som hävdade att ljus representerar longitudinella oscillerande rörelser av ett speciellt lysande medium (eter), exciteras av vibrationer av partiklar i en lysande kropp.

Bild 8

Grundläggande bestämmelser i den korpuskulära teorin

Ljus består av små partiklar av materia som sänds ut i alla riktningar i raka linjer, eller strålar, av en lysande kropp, till exempel ett brinnande ljus. Om dessa strålar, bestående av blodkroppar, faller in i vårt öga, så ser vi deras källa. Ljuskroppar har olika storlekar. De största partiklarna, när de kommer in i ögat, ger en känsla av röd färg, de minsta - violett. Vit färg är en blandning av alla färger: röd, orange, gul, grön, blå, indigo, violett. Reflektion av ljus från ytan uppstår på grund av reflektion av blodkroppar från väggen enligt lagen om absolut elastisk påverkan.

Bild 9

Fenomenet ljusbrytning förklaras av det faktum att blodkroppar attraheras av partiklar av mediet. Ju tätare mediet är, desto mindre är brytningsvinkeln infallsvinkeln. Fenomenet ljusspridning, upptäckt av Newton 1666, förklarade han på följande sätt. "Varje färg finns redan i vitt ljus. Alla färger överförs genom det interplanetära rummet och atmosfären tillsammans och producerar effekten av vitt ljus. Vitt ljus, en blandning av olika blodkroppar, genomgår brytning när det passerar genom ett prisma." Newton beskrev sätt att förklara dubbel brytning, med en hypotes om att ljusstrålar har "olika sidor" - en speciell egenskap som gör att de är olika brytbara när de passerar genom en dubbelbrytande kropp.

Bild 10

Newtons korpuskulära teori förklarade på ett tillfredsställande sätt många optiska fenomen som var kända vid den tiden. Dess författare åtnjöt enorm prestige i den vetenskapliga världen, och Newtons teori fick snart många anhängare i alla länder. De största forskarna som ansluter sig till denna teori: Arago, Poisson, Biot, Gay-Lussac.

Baserat på den korpuskulära teorin var det svårt att förklara varför ljusstrålar, som skär varandra i rymden, inte verkar på varandra. När allt kommer omkring måste ljuspartiklar kollidera och spridas (vågor passerar genom varandra utan att påverka varandra) Newton Arago Gay-Lussac

Bild 11

Grundläggande principer för vågteori

Ljus är utbredningen av elastiska periodiska impulser i etern. Dessa impulser är längsgående och liknar ljudimpulser i luft. Eter är ett hypotetiskt medium som fyller himlarummet och klyftorna mellan partiklar i kroppar. Den är viktlös, följer inte lagen om universell gravitation och har stor elasticitet. Principen för utbredning av etervibrationer är sådan att var och en av dess punkter, dit excitationen når, är centrum för sekundära vågor. Dessa vågor är svaga, och effekten observeras endast där deras höljes yta, vågfronten, passerar (Huygens princip). Ju längre vågfronten är från källan, desto plattare blir den. Ljusvågor som kommer direkt från källan orsakar synkänslan. En mycket viktig punkt i Huygens teori var antagandet att ljusets utbredningshastighet är ändlig.

Bild 12

Vågteori

Med hjälp av teori förklaras många fenomen inom geometrisk optik: – Fenomenet ljusreflektion och dess lagar; – Fenomenet ljusbrytning och dess lagar; – Fenomenet total intern reflektion. – Fenomenet dubbelbrytning; – principen om ljusstrålarnas oberoende. Huygens teori gav följande uttryck för mediets brytningsindex: Av formeln är det tydligt att ljusets hastighet bör bero omvänt på mediets absoluta index. Denna slutsats var motsatsen till den slutsats som härrörde från Newtons teori.

Många tvivlade på Huygens vågteori, men bland de få anhängare av vågsyn om ljusets natur fanns M. Lomonosov och L. Euler. Med dessa forskares forskning började Huygens teori ta form som en teori om vågor, och inte bara aperiodiska svängningar som fortplantade sig i etern. Det var svårt att förklara den rätlinjiga utbredningen av ljus, vilket ledde till bildandet av skarpa skuggor bakom föremål (enligt den rätlinjiga rörelsen av ljus är en konsekvens av tröghetslagen Fenomenet diffraktion (ljus som böjer sig runt). hinder) och interferens (förstärkning eller försvagning av ljus när ljusstrålar är överlagrade på varandra) kan endast förklaras ur vågteorisk synvinkel. Huygens Lomonosov Euler

Bild 14

XI-XX århundraden

Under andra hälften av 1800-talet visade Maxwell att ljus är ett specialfall av elektromagnetiska vågor. Maxwells arbete lade grunden till den elektromagnetiska teorin om ljus. Efter den experimentella upptäckten av elektromagnetiska vågor av Hertz var det ingen tvekan om att när ljus fortplantar sig beter det sig som en våg. De finns inte nu. Men i början av 1900-talet började idéerna om ljusets natur att förändras radikalt. Oväntat visade det sig att den avvisade korpuskulära teorin fortfarande var relaterad till verkligheten. Det visade sig att när ljus sänds ut och absorberas beter det sig som en ström av partiklar. Maxwell Hertz

Bild 15

Ljusets diskontinuerliga (kvant)egenskaper har upptäckts. En ovanlig situation uppstod: fenomenen interferens och diffraktion kunde fortfarande förklaras genom att betrakta ljus som en våg, och fenomenet strålning och absorption genom att betrakta ljus som en ström av partiklar. Därför har forskare kommit överens om våg-partikeldualiteten (dualiteten) av ljusets egenskaper. Nuförtiden fortsätter teorin om ljus att utvecklas.

Visa alla bilder

1 hämtning 7

1.1 Utveckling av synpunkter på ljusets natur.

Ljusvågor 7

1.2.

Reflektion och brytning av en plan våg på sidorna av två dielektrika 10

1.3.

Total intern reflektion 11

1.4.

Förhållandet mellan amplitud och fas 11

2 Störningar 14

2.1 Fenomenet störningar. Tillägg av vibrationer 14

2.2 Bredd på interferensfransar 15

2.3 Metoder för att observera intensitet genom att dividera vågfronten för våg 17

2.4 Metoder för att erhålla koherenta strålar genom amplituddelning 17

2.5 Applicering av störningar 20

3 Diffraktion 23

4 Interaktion mellan elektromagnetiska vågor och materia 29

4.1 Ljusspridning 29

4.2 Elektronisk teori om ljusspridning 31

4.3 Absorption (ljusabsorption) 32

4.4 Ljusspridning 33

5 Ljusets kvantegenskaper 35

5.1 Typer av fotoelektrisk effekt 35

5.2 Lagar för extern fotoelektrisk effekt (Stoletovs lagar) 37

5.3 Einsteins ekvation för den externa fotoelektriska effekten 38

5.4 Tillämpning av den fotoelektriska effekten 39

Slutsats 40

Lista över använda källor 41

1 Svar

1.1 Utveckling av synpunkter på ljusets natur. Ljusvågor

Redan under de första perioderna av optisk forskning fastställdes konsekvenserna av de fyra grundläggande lagarna för optiska fenomen experimentellt:

Lagen om rätlinjig ljusspridning.

Lagen om oberoende av ljusstrålar (gäller endast i linjär optik).

reflektionslagen.

Lagen om ljusbrytning vid gränserna mellan två medier.

För det första: Ljus sprider sig rätlinjigt i ett optiskt homogent medium.

För det andra: Effekten som produceras av en enskild stråle beror på om de återstående strålarna verkar samtidigt eller elimineras.

Den reflekterade strålen ligger i samma plan som den infallande strålen och den vinkelräta som dras till gränsytan mellan de två medierna vid infallspunkten; infallsvinkel lika med vinkel reflektioner.

För det fjärde: Den infallande strålen, den brutna strålen och den vinkelräta som dras till gränsytan vid infallspunkten ligger i samma plan; förhållandet mellan sinus för brytningsvinkeln är ett konstant värde för givet media:

Där - det relativa brytningsindexet för det andra mediet i förhållande till det första. Det relativa brytningsindexet för två medier är lika med förhållandet mellan deras absoluta brytningsindex:

Det absoluta brytningsindexet för ett medium kallas kvantiteten , lika med förhållandet mellan hastigheten och elektromagnetiska vågor i vakuum och deras fashastighet i miljön

(1.1)

Grundlagarna etablerades för länge sedan, men synen på dem har förändrats under många århundraden.

Således höll Newton sig till teorin om utflödet av ljuspartiklar som lyder mekanikens lagar. Huygens kom med en annan (corpuscular theory of light) teori om ljus. Han trodde att ljusexcitationer borde betraktas som elastiska impulser som fortplantar sig i ett speciellt medium - etern (vågteorin om ljus).

Under 1700-talet intog den korpuskulära teorin en dominerande ställning, även om kampen mellan båda teorierna inte upphörde.

Sedan verk av Young och Fresnel på 1800-talet gjorde stora bidrag och tillägg till vågoptik. Maxwell, baserat på sina teoretiska studier, formulerade slutsatsen att ljus är en elektromagnetisk våg. Hastigheten för en elektromagnetisk våg i ett medium

(1.2)

Där - ljusets hastighet i vakuum, - hastighet i ett medium med en dielektrisk konstant och magnetisk permeabilitet .

Därför att
, Det

(1.3)

(1.3) ger ett samband mellan materiens optiska, elektriska och magnetiska konstanter. Våglängden för det optiska området. Modulen för tidsgenomsnittsvärdet för energiflödestätheten som överförs av en ljusvåg kallas ljusintensitet.

,
.

Linjerna längs vilka ljusenergi färdas kallas strålar.
riktad tangentiellt mot strålen. I en isotrop miljö
. En konsekvens av Maxwells teori är ljusvågornas transversalitet: elektriska vektorer och magnetiska fält är ömsesidigt vinkelräta och oscillerar vinkelrätt mot hastighetsvektorn fortplantningsstråle, dvs. vinkelrätt mot strålen.

Vanligtvis inom optiken utförs alla resonemang i förhållande till ljusvektorn - intensitetsvektorn elektriskt fält. Eftersom när ljus verkar på ett ämne är den huvudsakliga betydelsen den elektriska komponenten i vågfältet som verkar på elektronerna i ämnets atomer.

Ljus är den totala elektromagnetiska strålningen från många atomer. Atomer sänder ut ljusvågor oberoende av varandra, därför kännetecknas ljusvågen som emitteras av kroppen som helhet av alla slags lika sannolika vibrationer av ljusvektorn (se fig. strålen vinkelrät mot bildens plan).

Ljus, med alla möjliga lika troliga vektororienteringar kallas naturligt. Om det finns ordning, så kallas ljuset polariserat. Om svängningar uppstår i endast ett plan som passerar genom strålen kallas ljuset plan (linjärt) polariserat.

Planpolariserat ljus är gränsfallet för elliptiskt polariserat ljus - d.v.s. slutet av vektorn beskriver en ellips i tiden.

; Där - elliptisk.

Upprepning av lärt material.

Vad är optik?

Vad är geometrisk optik?

Ge exempel på naturliga och artificiella ljuskällor.

Vad är en balk?

Lagen om rätlinjig utbredning av ljus.

Vad är en skugga?

Vad är penumbra?

Lagen om ljusreflektion.

Att lära sig nytt material.

Utveckling av optik och tekniska framsteg. Skapande av optiska instrument.

Livet på jorden uppstod och existerar tack vare solljuset. Tack vare det uppfattar och förstår vi världen omkring oss. Ljusstrålar berättar om placeringen av nära och avlägsna föremål, deras form och färg. Ljus, förstärkt av optiska instrument, avslöjar för människor två världar som är polära i skala: den kosmiska världen med dess enorma utbredning och den mikroskopiska världen, bebodd av små organismer som inte kan urskiljas för blotta ögat.

Grunden till optik lades i antiken. Smältande klart glas var känt för de gamla egyptierna och invånarna i Mesopotamien 1600 f.Kr., och i det antika Rom tillverkades glasvaror och dekorationer med stor perfektion. På 1200-talet fick mänskligheten de första optiska instrumenten - glasögon och förstoringsglas. Långt senare, i början av 1600-talet, uppfanns teleskopet och mikroskopet.

År 1609 uppfann den italienske forskaren Galileo ett kikare med en negativ lins som okular och använde den flitigt för observationer. I Ryssland dök glasögon och spottingskop upp i början av 1600-talet.

Skapandet av teorin om optiska instrument började i slutet av 1600-talet tack vare verk av framstående vetenskapsmän: R. Descartes, P. Fermat, I. Newton, K. Gauss och andra. Ryska vetenskapsmän M.V. Lomonosov, L. Euler, V.N. Chikolev, mekanik I.P. Malofeev gjorde ett stort bidrag till utvecklingen av världens vetenskap och teknik.

I Ryssland, under Peter 1, fick optik sin vidareutveckling. År 1725 anordnades Optikavdelningen och en optisk verkstad vid Vetenskapsakademien. En av cheferna för optikavdelningen var L. Euler, som skrev boken "Dioptrics", där han beskrev grunderna för geometrisk optik.

M.V. Lomonosov var den första ryska vetenskapsmannen som använde ett mikroskop för vetenskaplig forskning, han skapade en hel rad fundamentalt nya optiska instrument, utvecklade metoder för att göra färgat glas och färgade mosaiker. Verken av enastående ryssar M.V. Lomonosov och L. Euler på 1700-talet lade de viktigaste grunderna för utvecklingen av optisk produktion i Ryssland. Efter revolutionen 1917 organiserades det statliga optiska institutet i Petrograd 1918, ledd av akademikern D.S. Rozhdestvensky. GOI var det centrum som bestämmer den vetenskapliga politiken inom området för att skapa en inhemsk optisk-mekanisk industri. Framstående forskare arbetade vid GOI: S.I. Vavilov, A.A. Grebenshchikov, N. Kachalov och andra.

Under efterkrigsåren bemästrade vår optiska industri framgångsrikt produktionen av unika högprecisionsinstrument, elektronmikroskop, interferometrar och instrument för rymdforskning.

Baserat på fenomenen med den fotoelektriska effekten, upptäckt av den ryska forskaren A.G. Stoletov, utvecklas det fotoelektriska fältet för optik framgångsrikt, vilket har funnit tillämpning inom automation, TV och rymdfarkostkontroll.

Bland de viktigaste prestationerna för inhemsk optik är verken av professor M.M. De vidvinkelflygfotolinser han skapade förde sovjetisk flygfotografering till en ledande position i världen.

Skapandet av utrustning för att fotografera månens bortre sida, osynlig från jorden, var början på utvecklingen av en ny riktning inom optisk instrumentering - kosmiska optiska instrument.

Forskningen av de sovjetiska fysikerna N.G. Basov och A.M. Prokhorov i mitten av 1900-talet blev fröet från vilket ett nytt vetenskapsområde växte fram - kvantelektronik. 1971 fick Denis Gabor Nobelpriset för upptäckten av holografi.

Redan 1930, i Tyskland, överförde Lamm inte bara ljus, utan även bilder via optiska fibrer. Men tekniken för att tillverka glasfibrer var mycket komplex, så Lamms idéer förblev bortglömda i många år.

Modern vetenskap har fört fiberoptik till toppen av en våg.

Historien om utvecklingen av åsikter om ljusets natur

De första idéerna om ljusets natur lades ner i antiken. Den grekiske filosofen Platon (427–327 f.Kr.) skapade en av de första teorierna om ljus.

Maxwells elektromagnetiska teori, i kombination med Lawrences elektroniska teori, förklarade alla optiska fenomen som var kända vid den tiden och verkade helt avslöja problemet med ljusets natur.

Kvantteorin, som det var, återupplivade den korpuskulära teorin om ljus i en ny form, men i huvudsak var det utvecklingen av enheten av våg- och korpuskulära fenomen.

Ljusets hastighet

En av fysikens karakteristiska egenskaper är den kvantitativa karaktären hos dess lagar. Många relationer som uttrycker fysikens lagar inkluderar några konstanter - de så kallade fysiska konstanterna. Dessa är till exempel gravitationskonstanten i lagen om universell gravitation, specifik värme i värmebalansekvationen, ljusets hastighet i Einsteins lag, som relaterar en kropps massa och dess totala energi. Många fysiska konstanter namnges på detta sätt ganska godtyckligt. Faktum är att alkohol värms upp istället för vatten, och i motsvarande ekvationer är det nödvändigt att använda ett annat värmekapacitetsvärde. Sådana "relativa" konstanter är friktionskoefficienten, resistiviteten, densiteten, etc. Men det finns också konstanter som inte ändrar deras värde. Gravitationskonstanten beror inte på om de samverkande kropparna är gjorda av bly eller stål. Elektronerna i koppar och guld har samma laddning. Lika mångsidig och permanent Med– ljusets hastighet i vakuum.

Det är just på grund av deras universalitet som sådana konstanter kallas världskonstanter eller fundamentala konstanter. Värdena för de grundläggande konstanterna bestämmer de viktigaste egenskaperna i hela den fysiska världen - från elementarpartiklar till de största astronomiska objekten.

Det faktum att ljusets hastighet tillhör en mycket liten grupp av världskonstanter förklarar intresset för denna kvantitet. Det måste dock erkännas att den även i denna grupp intar en enastående plats. Ljusets hastighet är förknippad med fysiska lagar som hänför sig till de mest till synes avlägsna grenarna av fysiken. Konstant Med ingår i Lorentz-transformationerna i den speciella relativitetsteorin, den förbinder de elektriska och magnetiska konstanterna. Einsteins formel E=mc 2 låter dig beräkna mängden energi som frigörs under kärnkraftsomvandlingar. Och överallt möter vi ljusets hastighet.

Denna förekomst av konstanten Med tjänar för modern fysik som en levande manifestation av den fysiska världens enhet och riktigheten av den väg längs vilken naturvetenskapen utvecklas.

Förståelsen av denna enhet inträffade inte omedelbart. Mer än 300 år har gått sedan ljusets hastighet först bestämdes. Gradvis konstant Med avslöjade sina hemligheter för forskare. Ibland låg bakom mätningarna av denna kvantitet år av riktade sökningar, arbete med att förbättra mätmetoder och vetenskapliga instrument. Ibland uppstod ljusets hastighet oväntat i experiment, vilket väckte frågor för forskare som rörde själva djupet av den fysiska vetenskapen. Mätningen av konstanter motbevisade och bekräftade fysikaliska teorier och bidrog till teknikens framsteg.

Det finns direkta och indirekta metoder för att mäta ljusets hastighet. Direkta metoder inkluderar experiment av O. Roemer, A. Fizeau, L. Foucault, A. Michelson. Indirekta metoder inkluderar experiment av D. Bradley, F. Kohlrausch, W. Weber.

Den direkta metoden bygger på att mäta vägen som ljuset färdas och den tid det tar att resa denna väg c=l/t. År 1676 observerade Roemer förmörkelsen av Jupiters måne Io. Satelliten passerade framför planeten och störtade sedan in i dess skugga och försvann från synen. Efter 42 timmar och 28 minuter dök Io upp igen. Roemer gjorde mätningar när jorden var närmast Jupiter. När han upprepade observationerna några månader senare visade det sig att satelliten dök upp från skuggorna 22 minuter senare. Forskaren förklarade att det tar 22 minuter för ljus att resa från den tidigare observationspunkten till den aktuella punkten. Genom att känna till fördröjningstiden och avståndet som orsakar den kan du bestämma ljusets hastighet. På grund av felaktigheten i mätningarna och det felaktiga värdet på jordens radie fick Roemer ett värde för ljusets hastighet lika med 215 000 kilometer per sekund.

Ljushastigheten mättes först i laboratorieförhållanden 1849 av den franske fysikern Fizeau. I hans experiment föll ljus från en källa, som passerade genom en lins, på en genomskinlig glasplatta. Efter att ha reflekterats från plattan riktades en smal stråle mot periferin av ett snabbt roterande hjul. Ljuset passerade mellan tänderna och nådde en spegel belägen flera kilometer från hjulet. Reflekterat från spegeln passerade ljuset mellan hjulets tänder och kom sedan in i betraktarens öga. När rotationshastigheten var liten var ljuset som reflekterades från spegeln synligt när rotationshastigheten ökade, det försvann. Med en ytterligare ökning av rotationshastigheten blev ljuset igen synligt. Dvs under tiden ljuset fortplantade sig till spegeln och bakåt hann hjulet svänga så mycket att en ny slits tog platsen för den tidigare slitsen. Genom att känna till denna tid och avståndet mellan hjulet och spegeln kan du bestämma ljusets hastighet. I Fizeaus experiment var avståndet 8,6 kilometer, och ljusets hastighet var lika med 313 000 kilometer per sekund.

Den indirekta metoden för att mäta ljusets hastighet är baserad på idén om ljus som en elektromagnetisk våg och dess hastighet hittas genom att multiplicera våglängden med vågens oscillationsfrekvens.

Genom att utveckla Amperes teori om elektrodynamik fick Weber och Kahlrausch 1846 ett värde för ljusets hastighet på 310 000 kilometer per sekund, men de kunde inte förklara det erhållna resultatet, eftersom det inte fanns någon tydlig förståelse av transmissionsmekanismen för interaktionen mellan elektriska laddningar . Formellt stötte inte Webers teori om långväga elektromagnetiska krafter på någon allvarlig opposition, men idéer om kortdistansverkan höll redan på att mogna, vars viktigaste konsekvens är ändligheten av hastigheten för utbredning av interaktioner.

Modern fysik hävdar starkt att historien om ljusets hastighet inte är över. Ett bevis på detta är de senaste årens arbete med att mäta ljusets hastighet.

En dramatisk ökning av noggrannheten för att mäta hastigheten på elektromagnetiska vågor inträffade efter andra världskriget. Forskning utförd i militära syften, förutom att hota mänsklighetens existens, gav många viktiga, rent vetenskapliga resultat. En av dem är utvecklingen av ultrahögfrekvensteknik. Generatorer och strålningsmottagare skapades som arbetar i våglängdsområdet från 1 meter till flera millimeter. I mikrovågsområdet var det möjligt att utföra mycket noggranna och, viktigast av allt, oberoende mätningar av strålningsfrekvensen och dess våglängd. Denna metod för att bestämma ljusets hastighet är mycket bekväm, eftersom våglängder i storleksordningen en centimeter kan bestämmas med mycket hög noggrannhet.

Naturligtvis ska man inte tro det för att mäta kvantiteten Med det var väldigt enkelt att använda den nya tekniken. Varje forskare som arbetar inom detta område satte sig den maximala uppgiften: att utföra extremt noggranna mätningar av våglängd och frekvens för att erhålla det mest exakta värdet av ljusets hastighet, och att arbeta vid gränsen för noggrannhet är alltid svårt.

Fysiker fortsätter att studera frågan om ljusets hastighets konstanta över tid. Forskning om ljusets hastighet kan ge mycket mer ny information för att förstå naturen, som är outtömlig i sin mångfald. Grundkonstantens 300-åriga historia Med tydligt visa dess samband med fysikens viktigaste problem.

Problemlösning

1. Från den antika grekiska legenden om Perseus:

Fråga: vad är en skugga och på grund av vilket fysiskt fenomen bildas den? Rita strålarnas väg.

2. Från den afrikanska berättelsen "Val av en ledare":

3. Från den italienska sagan "Mannen som sökte odödlighet":

Fråga: Vad är fysiskt felaktigt i det här avsnittet?

4. Från den antika grekiska legenden om Perseus:

Precis som en örn faller från himlen på sitt avsedda offer, så rusade Perseus till den sovande Medusa. Han tittar in i den genomskinliga skölden för att slå mer exakt...”

Fråga: Vilket fysiskt fenomen använde Perseus för att halshugga Medusa? Rita strålarnas möjliga väg.

Läxa

Inledning, stycke 40 (G.Ya. Myakishev, B.B. Bukhovtsev "Physics. 11")

31. Utveckling av synpunkter på ljusets natur. Ljusets hastighet. Huygens princip. Lagen om ljusreflektion. (Aslapovskaya S.V.)

Lektionstext

Abstrakt

Ämnets namn: Fysik Klass: 11 UMK: Fysik 11:e klass, G. Ya Myakishev, B. B. Bukhovtsev, 2010. Utbildningsnivå: grundläggande Lektionsämne: "Utveckling av åsikter om ljusets natur. Ljusets hastighet. Huygens princip. Lagen om ljusreflektion." Totalt antal timmar som tilldelats för att studera ämnet: 19 Lektionens plats i systemet med lektioner om ämnet: den första lektionen i att studera ämnet "Optik". Syftet med lektionen: att ge uppfattning och förståelse för essensen av ljusets natur. Lektionens mål: Lär dig om det bidrag som forskare från olika länder har gjort till utvecklingen av idéer om ljusets natur. Dra slutsatser om ljusets natur baserat på den mottagna informationen. Skapa en referenssammanfattning "Utveckling av synpunkter på ljusets natur." Planerade resultat: eleverna ska inse hur komplex vägen för mänsklig kunskap om naturfenomen är, upprepa lagarna för ljusreflektion och få en förståelse för Huygens princip. Lektions teknisk support: multimediaprojektor, lektionspresentation, åhörarkopior. Ytterligare metodiskt och didaktiskt stöd för lektionen (länkar till internetresurser är möjliga): datum och ämne för lektionen skrivs på tavlan, tabeller ordnas för arbete i grupp (2 elever vardera). Förberedelser inför lektionen: grupper bildas, arbetsmaterial ligger på borden (ett arkiv med nödvändig litteratur, dokument och en uppgift som MEN måste utföra). Läraren förklarar målen och målen för lektionen. Under den tilldelade tiden förbereder grupper uppgiften. Lektionens innehåll. I. Inledande del av lektionen 1. Organisationsskede (1 min). Klassen är indelad i 5 grupper som i förväg bildas av läraren (vetenskapliga sällskap (SS)), som var och en har SS-chefen, en litteraturstipendiat och en forskarstipendiat. Grupper får en uppgift och de informationskällor som behövs för att slutföra den. 2. Aktualisering av mental aktivitet (2 min). Lärare. God eftermiddag alla, sitt ner! Hur vacker den här världen är, fylld av ljus! Vad är ljus för dig? Vilka associationer har du till ordet ljus? (presentationsbilder från nr 1-8 rullar genom skärmen med musikackompanjemang (när du klickar på hyperlänken)). Lärare. Ljus är strålande energi som uppfattas av ögat och gör världen synlig. Ljus kom in i vårt hem. Hur föddes och kom den till? Det finns en hemlighet i dess natur, och det har pågått en debatt i många år. 3. Syftet med och målen med lektionen (2 min). På skärmen finns bild nr 9-12. Mål: Ta reda på det bidrag som forskare från olika länder har gjort till utvecklingen av idéer om ljusets natur (för att lösa detta problem kommer vi att åka på en virtuell vetenskaplig resa). Dra slutsatser om ljusets natur baserat på den mottagna informationen (du kommer att lösa det här problemet när du talar i programmet "Obvious and Incredible" med resultaten av din vetenskapliga resa). Skapa en referenssammanfattning "Utveckling av synpunkter på ljusets natur." Var och en av er har en OK-matris på ditt skrivbord, som du måste fylla i (du kommer att lösa det här problemet under hela lektionen). Jag har redan sagt att vi idag inte bara kommer att arbeta, utan vi kommer att arbeta enligt planuppdraget för programmet "Obvious and Incredible". Jag föreslår att du åker på en virtuell vetenskaplig resa till olika länder och olika epoker för att arbeta i arkiv, studera litteratur, dokument och fastställa vad forskare från olika länder gjorde för att ta reda på ljusets natur. Du ska också förbereda och presentera resultatet av ditt arbete. 5 vetenskapliga föreningar (SS) ska på affärsresa till länderna: Danmark, Frankrike, England, Holland (på skärmen, bild nr 13: en karta över världen med dessa länder, genom att klicka på det namngivna landet är markerat på kartan). Varje vetenskapssällskap har ett arkiv på sitt skrivbord med nödvändig litteratur, dokument och en uppgift som vetenskapssällskapet ska utföra. 10 minuter avsätts för affärsresan. Under den här tiden kommer musik att spelas, och så fort den är över måste du tala i showen med resultatet av ditt arbete. Så jag ber dig att påbörja uppgiften (musik spelas efter att du klickat på "ring"-hyperlänken på bild nr 13). II. Huvuddelen av lektionen. 1. Självständigt arbete av studenter i grupper (10 minuter, förbereder eleverna för presentationer NEJ): Första NEJ: Land: Danmark, vetenskapsman: Olaf Roemer, 1676 - astronomisk metod för att mäta ljusets hastighet. Läroanstaltschef (rapporterar var de varit) Litterär personal (välj material om vetenskapsmannen) Vetenskapliga anställda (utarbetar en rapport om metoden att mäta ljusets hastighet (teori om ljusets natur)) Exempel på svar av läroanstalt: 1 elev. Vårt MEN besökte Danmark. Vi arbetade på Vetenskapsakademien på avdelningen där dokument samlades om Olaf Roemer (1644-1710), som mätte ljusets hastighet med den astronomiska metoden (bild nr 14 på skärmen). 2 student. Römer Olaf Christensen (1644-1710), dansk fysiker och astronom. 1676 gjorde han en viktig upptäckt: han bevisade ändligheten av ljusets hastighet och mätte dess värde. Men forskarens budskap vid ett möte med Paris Academy of Sciences kritiserades skarpt. Trots kritik accepterades hans slutsatser av H. Huygens, Leibniz och I. Newton. Den slutliga giltigheten av Roemers teori bekräftades 1725. efter att astronomen Bradley upptäckte fenomenet ljusaberration. När han återvände till Danmark 1681 ledde han avdelningen för matematik vid universitetet i Kapenhagen och skapade ett observatorium. Han deltog också i det politiska och sociala livet i Danmark. I slutet av sitt liv blev han chef för statsrådet. Uppfann nya astronomiska instrument. Roemers namn finns med på månkartan (bild nr 15 på skärmen). 3 student. 1676, när han observerade förmörkelsen av Jupiters måne Io, upptäckte Roemer. Att när jorden efter ett halvår flyttar till andra sidan solen, längre bort från Jupiter, så dyker Io upp 22 minuter senare än den beräknade tiden. Denna fördröjning förklarades av det ökande avståndet från Jupiter till jorden. Genom att veta storleken på jordens omloppsbana och fördröjningstiden beräknade Roemer ljusets utbredningshastighet (på skärmen, bild nr 15: genom att klicka på hyperlänken "metoddiagram", bild nr 16 - diagram över laboratoriemetoden i helskärm). C = 300 000 km/s (efter lärarens tillägg visas slutsatsen genom att klicka på bild nr 15) Andra MEN: Land: Frankrike, vetenskapsman: Fizeau Armand Hippolyte Louis, 1849 - laboratoriemetod för att mäta ljusets hastighet 1 elev. Vårt MEN besökte Frankrike. Vi arbetade på vetenskapsakademin i Paris, på avdelningen där dokument samlades in om Armand Fizeau, som mätte ljusets utbredningshastighet med hjälp av en laboratoriemetod (bild nr 17 på skärmen). 2 student. Fizeau (1819-1896) - fransk fysiker. 1863 blev han professor vid Ecole Polytechnique i Paris. Fizeaus första stora prestation inom optik var experiment på ljusets interferens. 1849 utförde han ett klassiskt experiment för att bestämma ljusets hastighet. Han designade ett antal enheter: en induktionsspole. Interferensspektroskop; studerade kristaller medan han fotograferade. 1875 valdes han till medlem av Royal Society of London, och 1866 tilldelades han Rumford-medaljen (bild nr 18 på skärmen). 3 student. Enligt schemat: för första gången mättes ljusets hastighet med en laboratoriemetod av I. Fizeau 1849. Experiment: ljus från en källa, som passerar genom en lins, föll på en genomskinlig platta. Efter reflektion från plattan riktades en fokuserad smal stråle mot ett snabbt roterande kugghjul. Efter att ha passerat mellan tänderna nådde ljuset en spegel på flera kilometers avstånd från hjulet. Efter att ha reflekterats från spegeln återvände ljuset igen till kugghjulet och fick passera igen mellan tänderna. När hjulet roterade långsamt var ljuset som reflekterades från spegeln synligt. När hastigheten ökade försvann den gradvis. Varför? Medan ljuset färdades till spegeln och tillbaka hann hjulet svänga så att en tand dök upp i platsen för slitsen och ljuset slutade att vara synligt. När hjulets rotationshastighet ökade ytterligare blev ljuset synligt igen. Under denna tid av ljusutbredning till spegeln och bakåt hann hjulet svänga så att en ny lucka skulle dyka upp i stället för den tidigare luckan. Genom att känna till denna tid och avståndet mellan hjulet och spegeln kan du bestämma ljusets hastighet (c = 313 km/s) (efter elevens meddelande klickar du på bild nr 18 på skärmen (bild nr 19) a demonstration av experimentet från samlingen "Cyril och Methodius" visas). (efter lärarens tillägg kommer en slutsats genom att klicka på bild nr 20) Tredje MEN: Land: England, vetenskapsman: Isaac Newton, teori om ljusets natur 1 elev. Vårt MEN besökte England. Vi arbetade på engelska vetenskapsakademin på avdelningen där dokument om I. Newton samlades: (bild nr 22 på skärmen) 2:a elev. Newton Isaac (1643-1727) - engelsk matematiker, mekaniker, astronom och fysiker, skapare av klassisk mekanik. Medlem (1672) och president (1703) i Royal Society of London. Grundläggande arbeten "Naturfilosofins matematiska principer" (1687) och "Optik" (1704). Han upptäckte ljusets spridning och studerade interferens och diffraktion. Utvecklade den korpuskulära teorin om ljus. Byggde ett reflekterande teleskop. Formulerade den klassiska mekanikens grundläggande lagar. Han upptäckte lagen om universell gravitation och gav en teori om himlakropparnas rörelse. Skapat grunderna för den himmelska mekaniken (bild nr 23 på skärmen). 3 student. Newton var en förespråkare för den korpuskulära teorin om ljus - ljus är en ström av partiklar-kroppar som kommer från en källa i alla riktningar. Denna teori förklarade lätt ljusets linjära utbredning, reflektion och brytning. Den enastående vetenskapsmannen Newton hade stor auktoritet bland sina kollegor, och därför stödde de flesta av dem den korpuskulära teorin, och trodde att ljus fortplantas som en ström av partiklar, och inte en våg (bild nr 23 visas på skärmen - en slutsats visas på klick, en ritning visas vid det andra klicket). Fjärde MEN: Land: Holland, vetenskapsman: Christian Huygens, teori om ljusets natur 1 elev. Vi besökte Holland: (bild nummer 24 på skärmen) 2:a elev. H. Huygens (1629-1695) - holländsk matematiker, fysiker, astronom. Han uppfann en pendelklocka med en flyktmekanism och etablerade svängningslagarna för en fysisk pendel. Skapade och publicerade vågteorin om ljus. Han förbättrade teleskopet, designade ett okular, upptäckte Saturnus ringar och dess måne Titan. Han valdes till medlem av Royal Society of London. En del av hans verk: resultaten av en studie om elastisk stöt och centrifugalkraft publicerades efter hans död (bild nr 25 på skärmen). 3 student. H. Huygens motsatte sig den korpuskulära teorin om ljus. Huygens vågteori om ljus förklarade optiska fenomen som interferens och diffraktion som den korpuskulära teorin inte kunde förklara. Enligt Huygens vågteori är ljus en våg som fortplantar sig i ett speciellt hypotetiskt (elastiskt) medium - etern, som fyller hela rymden och alla kroppar (bild nr 25 dyker upp på skärmen - en slutsats visas på klicket, en teckning visas vid det andra klicket). Femte NR: Land: England, vetenskapsman: Thomas Young, utveckling av vågteorin om ljus Land: Frankrike, vetenskapsman: Augustin Jean Fresnel, utveckling av ljusets vågnatur 1 elev. Vi besökte England och besökte Frankrike (bild nr 26 på skärmen) 2:a elev. Young Thomas (1773-1829) - engelsk fysiker. Vid 21 års ålder (1794) blev han medlem av Royal Society. Fick en doktorsexamen. Öppnade en privat praktik i London. Youngs forskning inom optik låg till grund för hans artikel "The Mechanism of the Eye" (1800), där han förklarade karaktären av ackommodation, astigmatism och färgseende. Han utnämndes till professor vid Kungliga institutionen. En av skaparna av vågteorin om ljus. 1803 förklarade han fenomenet ljusstörning. Han lade fram en hypotes om ljusvibrationernas tvärgående natur. Mät våglängderna för ljus av olika färger. I elasticitetsteorin är Young ansvarig för studiet av skjuvdeformation (bild nr 27 på skärmen - ett fotografi visas vid första klicket). 3 student. T. Jung introducerade först begreppet "interferens". Young upptäckte störningar genom att observera detta fenomen för vattenvågor. Jung rapporterade resultaten av sin forskning om optik vid ett vetenskapligt möte i Royal Society of London, och publicerade dem även i början av 1800-talet. Men trots att Jungs verk var övertygande var det ingen som ville känna igen dem eftersom... detta innebar att man övergav konventionella åsikter och dessutom motarbetade Newtons auktoritet. Ingen uppmärksamhet ägnades åt Jungs arbete, och en artikel dök till och med upp i pressen som innehöll grova attacker mot honom. 4 student. Fresnel Augustin Jean (1788-1827), fransk fysiker, en av skaparna av vågteorin om ljus. Fresnels verk ägnades åt fysisk optik. Han började studera fysik på egen hand och började snart utföra experiment inom optik. 1815 återupptäckte han interferensprincipen och lade till flera nya till T. Jungs experiment. 1821 bevisade han ljusvågornas tvärgående natur, och 1823 fastställde han lagarna för polarisering av ljus. Uppfann ett antal störningsanordningar. År 1823 valdes Fresnel till medlem av Paris vetenskapsakademi. 1825 blev han medlem av Royal Society of London. Den franske ingenjören, som senare blev den berömde fysikern O. Fresnel, började 1814 studera fenomenen interferens och diffraktion. Han kände inte till Jungs arbete, men liksom han såg han i dessa fenomen bevis på vågteorin om ljus. Men gradvis, trots alla svårigheter med hypotesen om ljusvågornas tvärriktning, började vågteorin om ljus att vinna och förskjuta den korpuskulära teorin om ljus (bild nr 27 visas på skärmen - ett fotografi visas vid det andra klicket ). (efter lärarens tillägg visas slutsatsen på bild nr 27 genom att klicka) 2. Presentation av resultatet av BO:s arbete (15 - 20 min.): Lärare. Nu börjar vi presentera resultaten av vår vetenskapliga resa. I början av lektionen ställde vi oss själva ett problem - att ta reda på ljusets natur. Under presentationer, glöm inte att fylla i OK-mallen (på elevernas skrivbord finns det blad med en mall för stödanteckningarna). Det första stora framstegen i studiet av ljusets natur var mätningen av ljusets hastighet. Det visade sig att ljusets utbredningshastighet inte är oändligt stor. Problemet med att mäta ljusets hastighet formulerades först av Galileo (1500-talet), som tog upp frågan om ljusets hastighets ändlighet. Men han kunde inte svara på frågan han ställde. Ljushastigheten mättes slutligen (slide nr 21 på skärmen). JAG MEN: (Danmark, Römer) - studentpresentationer (presentationsbilder nr 14-16). Lärarens tillägg. Roemer själv, på grund av den låga noggrannheten i mätningarna och felaktiga kunskaper om radien för jordens bana, fick ett värde för ljusets hastighet på 215 000 km/s. II MEN: (Frankrike, Fizeau) - studentpresentationer (presentationsbilder nr 17-20). Lärarens tillägg. Mer exakt, ljusets hastighet började mätas efter 1960, när den första lasern började fungera. Enligt moderna data är ljusets hastighet i vakuum lika med värdet som du ser på skärmen (slide nr 21) med en noggrannhet på + (-) 0,2 m/s. Ungefär c = 3*108 m/s (måste komma ihåg). Var hittade du den här figuren? (detta värde, erhållet experimentellt, sammanfaller med värdet som förutspåtts av Maxwell och experimentellt uppmätts för första gången av Hertz - hastigheten för elektromagnetiska vågor). Värdet på ljusets hastighet hjälper till att bestämma ljusets natur. Sedan urminnes tider har människan varit intresserad av ljusets natur. Det fanns olika legender, myter, hypoteser, vetenskapliga verk. På 1500-talet kände människan ännu inte till ljusets natur. På 1600-talet började det nästan samtidigt existera helt andra teorier om vad ljus är, vad är dess natur?! III NO: (England, Newton) - studentpresentationer (presentationsbilder nr 22-23). IV MEN: (Holland, Huygens) - studentpresentationer (presentationsbilder nr 24-25). Lärarens tillägg. Slutsats: den första teorin angav: ljus är en ström av partiklar som kommer från en källa i alla riktningar; den andra teorin angav: ljus är en våg som fortplantar sig i ett speciellt hypotetiskt medium - etern. V MEN: (England, T. Jung; Frankrike, O. Fresnel) - studentpresentationer (presentationsbilder nr 26-27). Lärarens tillägg. Således gjordes en vändning mot ljusets vågnatur. Ett antal experiment som utfördes på 1800-talet, liksom Maxwells verk, som senare bekräftades i Hertz experiment, bevisade giltigheten av vågteorin: ljus fortplantar sig som en elektromagnetisk våg. III. Den sista delen av lektionen Sammanfattning (5 min): Vilken produkt fick vi? Låt oss kontakta din OK. Notera om du har gjort allt. Låt oss jämföra dina stödanteckningar (OK) med den som visas på skärmen (presentationsbild nr 28). Men hur är det med Newtons teori? Han har en briljant idé om att ljus kan betraktas som en partikel. Hade han rätt? Och han hade rätt, för... På 1900-talet började idéer om ljusets natur att förändras, när ljusets kvantegenskaper upptäcktes var forskarna tvungna att komma ihåg den korpuskulära teorin. Vilken natur har ljus? Slutsats: ljus har en dubbel natur - partikelvåg (presentationsbild nr 29, vid det första klicket visas en slutsats, vid det andra klicket visas en ritning). Ljus är en ström av partiklar; ljus är en våg. "Det som är oklart måste klargöras" (Konfucius). Du kommer att lära dig om detta senare (presentationsbilder nr 30-37, musik spelas efter att du klickat på hyperlänken). Läxor: s. 168-170, paragraf 59, ind. Uppgift s. 60. Under förberedelserna använde jag sajterna: 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