Розвиток уявлень про природу світла.

Мета.

Навчальна. Ознайомити з основними етапами розвитку уявлень про природу світла, іменами вчених, які зробили вагомий внесок у становлення оптики як теорії світла. Пригадати поняття джерела та приймача світла, закони поширення світла в однорідному середовищі, як утворюється тінь та півтінь, Сонячне та Місячне затемнення.

Розвиваюча. Розвивати предметну компетентність.

Виховна. Прививати цікавість до вивчення предмету.

Тип уроку. Урок засвоєння нових знань.

Дидактичні матеріали:

• Підручник. Фізика 11 кл. Рівень стандарту:/ Бар'яхтар В.Г., Довгий С.О.
• Анімація. Утворення півтіні
• Анімація. Точкові джерела світла
• Відео. Сонячне затемнення
• Відео. Сонячне затемнення

План

1. Організаційний момент.
2. Розвиток уявлень про природу світла.
3. Запитання до уроку.
4. Домашнє завдання.
5. Перевір себе.
6. Для допитливих.

Хід уроку

1. Організаційний момент.

• Введення в тему: “Поширення світла. Лінзи”.
• Інструктаж: “правила безпечної поведінки”.

2. Розвиток уявлень про природу світла.

Формування уявлень про світло. Питання «Що таке світло?» цікавило ще стародавніх філософів. Більшість із них дотримувалися тієї точки зору, що світло створюється всередині самої людини й випромінюється з її ока. Деякі філософи розглядали світло як матеріальні промені, що сполучають тіло, яке світиться, та людське око. Вони вважали, що відкрите око випромінює «флюїди» та «обмацує» ними, ніби найтоншими щупальцями, предмети, які бачить. Інші вважали, що з кожного предмета зриваються оболонки, подібні до самих предметів. Ці «образи», потрапляючи до ока, викликають відчуття форми й кольору предметів.

Першою науковою теорією, яка намагалася пояснити фізичну природу світла, стала теорія світлових частинок, розроблена І. Ньютоном і викладена ним у книзі «Оптика». Відповідно до її положень світло являє собою потік частинок, які випускаються світним тілом у всіх напрямках (перенесення речовини). Виходячи з корпускулярних уявлень Ньютон пояснив більшість відомих тоді оптичних явищ: прямолінійне поширення світла в однорідному середовищі, відбивання та заломлення світла.

Відповідно до теорії X. Гюйгенса (світло — це хвилі, що поширюються в особливому, гіпотетичному середовищі — ефірі, який заповнює весь простір і проникає всередину всіх тіл. Гюйгенс не розглядав справжнього хвильового процесу, його міркування стосувалися лише поширення хвильового фронту. Він суто математично описав явище відбивання й заломлення хвиль і показав, що швидкість світла в більш густому середовищі має бути меншою, ніж у повітрі.

У 1801 році Т. Юнг на підставі хвильових уявлень дуже просто й наочно роз'яснив інтерференцію світла та розвинув, таким чином, хвильову теорію світла.

У 1818 році О. Френель незалежно від Юнга вивів докладну теорію дифракції й інтерференції світла, показавши, що інтерференція є прямим наслідком хвильової природи світла.

Остаточний удар по корпускулярній теорії був нанесений дослідами Ж. Фуко. Він виміряв швидкість світла у воді й показав, що її значення збігається з теоретично здобутим у хвильовій теорії.

Хвильова теорія з єдиної точки зору пояснила усі відомі тоді явища й передбачила низку нових.

Понад сто років корпускулярна й хвильова гіпотези про природу світла існували паралельно. Жодна з них не могла здобути вирішальної перемоги. Лише авторитет І.Ньютона змушував більшість учених віддати перевагу корпускулярній теорії.

У другій половині XIX століття Дж. Максвелл довів, що світло являє собою окремий вид електромагнітних хвиль. Його роботи заклали підґрунтя електромагнітної теорії світла. Після експериментального виявлення електромагнітних хвиль Г.Герцем не залишилося ніяких сумнівів у тому, що під час поширення світло «поводиться» як хвиля.

У 1899 році П. М. Лебедєв навів новий доказ тотожності світлових і електромагнітних хвиль. Він виявив дослідним шляхом, що світло тисне на тіла, на які падає, й виміряв цей тиск. За теорією Максвелла електромагнітні хвилі також чинять подібний тиск. Таким чином, у другій половині XIX століття була заснована електромагнітна теорія світла.

На початку XX століття уявлення про природу світла почали докорінно змінюватися. Раптом з'ясувалося, що відкинута корпускулярна теорія все-таки має відношення до реальності. У 1900 році німецький фізик М.Планк припустив, що атоми тіл поглинають і випромінюють енергію скінченними порціями — квантами. У 1905 році А. Ейнштейн припустив, що світло поширюється в просторі у вигляді дискретних об'єктів — квантів світла.

Фотон - це корпускула світла, яка несе мінімальну порцію світлової енергії, названу квантом світла.

Таким чином, були виявлені властивості перервності, або, як кажуть, квантові властивості світла. Виникла надзвичайна ситуація: явища інтерференції та дифракції, як і раніше, можна було пояснити, вважаючи світло хвилею, а явища випромінювання й поглинання — вважаючи світло потоком частинок.

У результаті численних обговорень, пошуків і досліджень виникла сучасна теорія світла, що є синтезом корпускулярної та хвильової теорій. В основі цієї теорії лежить думка, що світло одночасно має і хвильові, й корпускулярні властивості.

Світло - відмінний від речовини вид матерії - електромагнітна хвиля. Швидкість поширення світла - найбільша у природі, у вакуумі вона становить 300 000 км/с. 

Розділ фізики у якому вивчають світлові явища називають оптикою. До оптичних явищ належать утворення веселки, гало, міражів, поширення світла, відбивання та заломлення світла, заломлення світла у лінзі, утворення тіні…

Закони оптики важливі при виготовленні дзеркал, окулярів, фотоапаратів, проекційних апаратів, телескопів та мікроскопів. За допомогою оптичних приладів люди змогли роздивитись мікроскопічні тіла та відкрили для себе космічні об’єкти. Розгадавши таємниці кольорів, люди навчились формувати кольорові зображення на екранах телевізорів, комп’ютерів, у кіно.

До оптичного діапазону спектра належать видиме світло, інфрачервоне та ультрафіолетове випромінювання. До видимого діапазону належать електромагнітні хвилі в межах частот, що сприймаються людським оком (7.5×1014 — 4×1014 Гц), тобто з довжиною хвилі від 390 до 750 нанометрів. Воно виникає внаслідок нагрівання тіл, завдяки тепловому руху атомів і молекул.

Поширення світла. Якщо світло від ліхтарика спрямувати на стіну, то на ній утворюється світна пляма. У темному запиленому приміщенні можна побачити, як від ліхтарика поширюється світловий пучок - це відбивають світло завислі в повітрі порошинки. Дуже вузькі світлові пучки можна отримати за допомогою вузьких отворів.

Світловий промінь - це уявна лінія, що вказує напрям поширення світла. Це абстрактна модель, що спрощує розгляд світлових явищ. Відповідно до принципу Ферма світло поширюється з початкової в кінцеву точку таким чином, щоб час поширення світлової хвилі був мінімальним.

        Закон прямолінійного поширення світла: в однорідному прозорому середовищі світло поширюється прямолінійно.

Якщо розміри джерела світла малі порівняно з розмірами тіла, від якого утворюється тінь, то на екрані утворюється чітка тінь. За порушення вказаних вище умов на екрані спостерігається тінь і півтінь, межі між якими розмиті.

• Анімація. Утворення півтіні
• Анімація. Точкові джерела світла

На основі закону прямолінійного поширення світла пояснюють природу сонячних та місячних затемнень.

• Відео. Сонячне затемнення

3. Запитання до уроку.

Запитання 49.1. Поясніть суть корпускулярно-хвильового дуалізму поширення світла А. Ейнштейна. Що таке фотон?

Запитання 49.2. Що вивчає оптика? Назвіть приклади оптичних явищ.

Запитання 49.3. Що таке світло? Яка швидкість світла у вакуумі?

Запитання 49.4. Що називають джерелом світла? Наведіть приклади різних джерел  світла.

Запитання 49.5. Які джерела світла розрізняють залежно від їх походження? Наведіть приклади.

Запитання 49.6. Які джерела світла розрізняють залежно від їх температури? Наведіть приклади.

Запитання 49.7. Що таке приймачі світла? Назвіть приклади різних приймачів світла.

Запитання 49.8. Що таке світловий промінь? Як поширюється світло в однорідному середовищі?

Запитання 49.9. Як утворюється тінь та півтінь? За яких розмірів джерела від предмета  утворюється чітка тінь, а за яких напівтінь?

Запитання 49.10. За яких умов спостерігають Сонячне та Місячне затемнення? Яке фізичне явище лежить в основі Сонячних і Місячних затемнень?

Запитання 49.11. Завдяки якому органу людина і більшість тварин отримують більше 90 відсотків інформації про світ?  Чому ми бачимо предмети, які не є джерелами світла?

4. Домашнє завдання.

Підручник: параграф 24.

Матеріал для повторення:

• Ф9 Урок 14. Випромінювання й поширення світла.

Усне опитування по запитаннях до уроку.

5. Перевір себе.

6. Для допитливих.