Урок-конференция на тему "Удивительный мир света"

“В слове “свет” заключена вся физика и тем самым все науки”.

У. Брегг.

1. Создать у учащихся целостную картину о природе света.
2. Ознакомить учащихся с основными проявлениями свойств света.
3. Ознакомить с устройством ряда оптических приборов: лупы, микроскопа, телескопа, фотоаппарата.
4. Расширить знания учащихся о свойствах зрения человека и животных.
5. Показать важную роль света в жизни растений и человека.

1. Воспитывать чувство коллективизма при работе в группах.
2. Формировать компетентность в сфере самостоятельной познавательной деятельности навыки самостоятельной работы с большим объемом информации.

1. Развитие умений образно и логично выражать свои мысли.
2. Развитие творческих способностей, речевых навыков учащихся.

Экран, компьютер, мультимедиа проектор, компьютерные презентации.

Подготовительная работа.

За месяц до проведения урока учащимся предлагаются следующие темы сообщений:

1. Развитие взглядов на природу света.
2. Распространение света. Закон отражения и преломления света.
3. Мираж.
4. Волновые свойства света.
5. Радуга.
6. Видимый свет.
7. Химическое действие света.
8. Спектры и спектральные закономерности.
9. Оптические приборы.
10. Глаз – как оптическая система.
11. Биологическая оптика.

Подготовка и проведение этой конференции способствуют развитию у учащихся активности и самостоятельности, воспитанию интереса к знаниям, умению самостоятельно приобретать их.

Вступительное слово учителя:

Без света немыслима жизнь человека. Поэтому, вопрос о том, что такое свет, возник у людей, видимо сразу, как только человек начал размышлять над окружающим его миром. Свет всегда очаровывал человека и в то же время представлялся ему неразрешимой загадкой. Ничто в природе не было так неуловимо, ни один секрет природа не охраняла так тщательно, как секрет о том, что же представляет свет в действительности. На этом основании свет часто называют самым темным пятном в физике. Однако, несмотря на это, свет позволил нам познать окружающий мир при помощи нашего зрения в гораздо большей степени, чем мы могли бы это сделать при помощи всех остальных чувств, вместе взятых. А теперь слово предоставим нашим докладчикам, которые также попытаются приоткрыть тайны световых явлений.

Докладчик № 1 “Развитие взглядов на природу света”

Свет – это величайшая ценность, которой одарила нас природа, это необходимое условие существования растений, животных и человека.

Одним из первых гипотезу о свете как возбуждении среды выдвинул Аристотель. Форму теории о световых волнах эта гипотеза приобрела в трудах голландского физика Христиана Гюйгенса. Модель этой теории такова: “Свет – поток мельчайших частиц (корпускул), испускаемых светящимися телами и распространяющихся в соответствии с законами механики”. Теория Гюйгенса хорошо объясняла такие явления как интерференция и дифракция. В современной физике корпускулярные и волновые модели о свете согласованы между собой: “Свет – сложный физический объект, для объяснения которого нужны разные представления. (См. презентацию №1)

Докладчик № 2 “Распространение света. Закон отражения и преломления света”

В однородной прозрачной среде свет распространяются прямолинейно. Доказательством этого закона могут служить резкие тени, отбрасываемые непрозрачными телами. Закон прямолинейного распространения света является одним из основных законов геометрической оптики. Впервые он был сформулирован древнегреческим ученым Евклидом (III в. до н.э), который также сформулировал законы отражения и преломления.

Закон прямолинейного распространения света использовали еще древней египтяне для того, чтобы установить по прямой линии колонны, столбы, стены. Они располагали колонны таким образом, чтобы из-за ближайшей к глазу колонны не были видны все остальные. Наблюдая явление отражения света в металлических зеркалах, древние пришли к пониманию закона отражения света. Его первое доказательство было дано в I в до н.э. Героном Александрийским. (См. презентацию №2)

Докладчик № 3 “Мираж”

Появление миражей обусловлено особым характером распространения света в неоднородных средах. В южных и восточных степях знойное лето рождает марево и нижние слои воздуха, на глаз чистые и прозрачные, отражают и искажают мелкие степные предметы в самых разных образах.

Примером нижнего миража является случай с пеликаном описанный в одном из журналов. Примером верхнего миража является призрачное судно “Летучий голландец”. К сложному миражу относится Фата-моргана. Он возникает, когда одновременно есть условия для нижнего и верхнего миража. (См. презентацию №3)

Докладчик № 4 “Волновые свойства света”

Когда в 19в.в. было установлено, что скорость распространения эл/м волн в вакууме в точности совпадает со скоростью света, это было воспринято как убедительное доказательство того, что свет это тоже волна. Рассмотрим световые явления, которые не могут быть объяснены корпускулярной теорией света. К ним относятся: интерференция, дифракция, дисперсия.

Интерференция – это сложение световых волн, при котором в одних точках пространства происходит усиление интенсивности света, а в других – ослабление. Для того чтобы при наложении световых волн наблюдалась устойчивая интерференционная картина, необходимо, чтобы волны были когерентны, т.е. имели одинаковую длину волны и постоянную разность фаз. Объяснение интерференции света впервые было дано английским ученым Т.Юнгом. Он же ввел термин “Интерференция”. Интерференцию на тонких пленках можно понять, если вспомнить окраску мыльных пузырей, которая образуется при отражении световых волн от обеих поверхностей пленки.

Дифракция света – огибание световыми волнами границы непрозрачных тел. Явление дифракции было открыто в 1665г. Итальянским физиком Ф. Гримальди, который и предложил сам термин “Дифракция”. Дифракция проявляется, когда размеры препятствий соизмеримы с длиной волны. Дифракция света легкодоступна для наблюдения. Вопрос о причине различной окраски тел естественно занимал ум человека. Вплоть до 1666г. В том вопросе была полная неопределенность. Считалось, что есть свойство самого тела. Английский ученый И.Ньютон обратился к исследованию цветов, наблюдаемых при преломлении света, в связи с усовершенствованием телескопа. Ньютон хотел получить линзы хорошего качества и при этом обратил внимание на наличие окрашенных краев. В своих дальнейших исследованиях этого явления Ньютон использовал стеклянную призму. Падая на призму, узкий световой пучок преломлялся и на противоположной стене давай изображение с радужным чередованием цветов. Саму полоску Ньютон назвал спектром, а явление разложения света призмой – дисперсией. (См. презентацию №4)

Докладчик № 5 “Радуга”

Явление дисперсии нас окружает всегда – это радуга. Наверное, нет человека, который бы ею не любовался. Существует старинное английское поверье, согласно которому у подножия радуги можно найти горшок с золотом. Также, по библейскому преданию, радуга была дарована людям после всемирного потопа.

Радуга – это оптическое явление, связанное с преломлением световых лучей на многочисленных капельках дождя. Она может наблюдаться только в стороне, противоположной Солнцу. Радуга возникает, когда Солнце освещает завесу дождя. По мере того, как дождь стихает, а затем прекращается, радуга блекнет и постепенно исчезает. Цвета в ней чередуются в такой же последовательности, как и в спектре. Внутренняя область радуги (обращенная к земле) окрашена в фиолетовый цвет, а внешняя – в красный. Нередко над основной радугой возникает еще одна (вторичная) более широкая и размытая. Цвета в ней чередуются в обратном порядке.

Научное объяснение радуги впервые дал Рене Декарт в 1637 году. Он создал большую каплю и получил радугу. Но она у Декарта была белой, т.к. в то время еще не была открыта дисперсия. Спустя 30 лет И. Ньютон дополнил теорию Декарта, объяснив, как преломляются цветные лучи в каплях дождя. По образному выражению американского ученого А. Фразера “Декарт повесил радугу в нужном месте на небосводе, а Ньютон расцветил ее всеми красками спектра”. Английские поэты в 17 веке упрекали Ньютона в том, что объяснив радугу, он тем самым посягнул на ее красоту. Но это не так.

Слово “радуга” имеет старославянский корень “рад”, что означает “веселый”. Наверное, потому, что дарит людям ощущение радости, многие расшифровывают название этого явления как “райская дуга”. Существуют исторически родственные слова по термину “радуга”. Радушие – душевная готовность делать добро людям. Радеть – заботится, хлопотать.

Аналогично солнечным радугам могут возникнуть лунные радуги. Это явление более редкое, чем солнечные радуги. Для возникновения необходимо сочетание двух условий: полная Луна, не закрытая облаками и выпадение ливневого дождя или полос его падения (не достигающих Земли). Туманная радуга появляется при освещении солнечными лучами слабого тумана. Кроме основной радуги в виде блестящей белой дуги с едва заметным желтоватым краем, наблюдаются иногда дуги слабо окрашенного голубого, зеленого и красного цвета. Искусственные радуги можно увидеть около водопадов, фонтанов. А можно самому создавать завесу капель из ручного пульверизатора и, встав спиной к Солнцу, увидеть радугу, созданную собственными руками. (См. презентацию №5)

Докладчик № 6 “Видимый свет”

Видимый свет – единственный диапазон эл/м волн, воспринимаемый человеческим глазом. Световые волны занимают достаточно узкий диапазон. Излучение, имеющее разную длину волны (частоты) в диапазоне видимого света, оказывает разное физиологическое воздействие на сетчатку глаза, вызывая психологическое ощущение цвета. Наш организм реагирует на свет или его отсутствие – это важнейший фактор окружающей среды. При освещении характер физиологических процессов. Обычно возбуждается нервная система, повышается содержание сахара в крови, усиливается обмен веществ, повышается частота пульса и артериальное давление. Солнечный свет словно включает в организме человека активные жизненные процессы. Видимый свет особым образом влияет на психоэмоциональное состояние человека. Еще В. Бехтерев установил: красные и оранжевые цвета возбуждают и оживляют психические процессы. К примеру, освещенная красным светом рука значительно усиливает силу сжатия. Зеленый и голубой цвет успокаивают нервную систему. Это своего рода светотерапия. Густо-синий, фиолетовый и черный цвета угнетают нервную систему. И не мудрено, что если человек обклеивает стены своей квартиры обоями такого цвета, будет постоянно жаловаться на усталость, нервозность и утомление. (См. презентацию №6)

Докладчик № 7 “Химическое действие света”

Под действием света могут происходить весьма разнообразные химические реакции, которые имеют большое значение в природе, науке и технике. Одним из важнейших фотохимических процессов в природе является усвоение растениями углекислого газа из воздуха под действием света, называемое фотосинтезом.

Свет для зеленых растений служит единственным источником энергии. Ведь с помощью света в растении образуются молекулы органических веществ, необходимые для создания новых клеток. Листья растений с помощью хлорофилла (придающему ему зеленую окраску) под влиянием света поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Эта реакция обеспечивает круговорот углерода и кислорода в природе. Ежегодно 200 млрд. тонн углерода, освобожденного в процессе фотосинтеза, идет на образование сложных органических молекул, обогащающих природу нашей планеты. Явление фотосинтеза было детально изучено великим русским ученым К.А. Тимирязевым. Явление фотосинтеза также способствует использованию солнечной энергии. Также свет влияет на протекание химических реакций в организме человека. Например, голубой свет вызывает диссоциацию (деление) молекул билирубина. Этот процесс увеличивает число молекул в крови, препятствуя развитию желтухи у новорожденных.

Длительное химическое действие света мы наблюдаем при выцветании красок. При этом краски обесцвечиваются только в течение того времени, пока они подвергаются воздействию света. Отбеливание холста, растянутого на солнцепеке, представляет собой фотохимическое выцветание. (См. презентацию №7)

Докладчик №8 “Спектры и спектральные закономерности”

Мы знаем, что слово “спектр” в физику ввел И. Ньютон. В переводе с латыни слово означает “дух”, “приведение”, что довольно точно отражает суть явления – возникновения праздничной радуги при прохождении бесцветного солнечного света через прозрачную призму. Все источники света не дают свет строго определенной длины волны. Распределение излучения по частотам характеризуется спектральной плоскостью интенсивности излучения. Свечение тел тесно связано с процессами, происходящими в атомах и молекулах. Существенные различия в характере свечения устанавливаются при изучении спектров светящихся тел.

Спектры, полученные от самосветящихся тел, называются спектрами испускания. Они бывают трех типов: сплошные, линейные и полосатые. Вид спектров светящихся газов зависит от химической природы газов. Каждый газ или пар дает свой, характерный только для него спектр. Поэтому спектр светящегося газа позволяет сделать заключение о его химическом составе. Прозрачные вещества поглощают часть падающего на них излучения, и в спектре часть цветов исчезает, то есть появляются темные линии или полосы поглощения. Такой спектр называется спектром поглощения. Для наблюдения спектров существуют приборы, хорошо разделяющие волны по длинам и не допускающие перекрытия отдельных участков спектра. Для исследования видимой части спектра служат приборы, называемые спектроскопом. (См. презентацию №8)

Докладчик № 9 “Оптические приборы”

Глаз человека лишь фокусирует свет, проходящий сквозь зрачок, и формирует изображение. Он не может ни фиксировать изображения, ни различать мелкие или очень удаленные предметы. Решать такие задачи помогают оптические приборы.

Микроскоп – оптический прибор для получения сильно увеличенных изображений объектов, невидимых невооруженным глазом. Первые микроскопы были изготовлены в конце 15 в. итальянскими шлифовальщиками стекол для очков.

Фотоаппарат – устройство для получения оптических изображений различных объектов на светочувствительном слое фотопленки. В результате фотохимических реакций на фотопленки образуется “скрытое” изображение, которое можно проявить и затем фиксировать с помощью химической обработки.

Телескоп – оптический прибор, предназначенный для наблюдения небесных светил. Первый телескоп изобрел в 1609 г. итальянский ученый Галилео Галилей. Это был линзовый телескоп. Первый зеркальный телескоп изобрел И. Ньютон в 1671 г. По своей оптической схеме телескопы разделяются на зеркальные, линзовые и зеркально-линзовые. Зеркальные телескопы называются рефлекторами, линзовые – рефракторами. Самый крупный телескоп – рефрактор был изготовлен в 1896 г. в США. Диаметр его объектива составляет 102 см. Крупнейший телескоп-рефлектор находится на Северном Кавказе. Он был установлен в 1976 г. и диаметр его зеркала равен 6 см. Самым большим телескопом, работающем на околоземной орбите, является космический телескоп “Хаббл”, запущенный в 1990 г. (См. презентацию № 9)

Докладчик № 10 “Глаз – как оптическая система”

Зрение – самое важное для человека чувство, т.к. большую часть информации об окружающем мире мы получаем от фоторецепторов, находящихся в сетчатке нашего глаза. Первым кто это понял, был выдающийся немецкий астроном И. Кеплер. Органом зрения человека являются глаза, которые во многих отношениях представляют собой оптическую систему. Глаз – это 90% информации. Он состоит из глазного яблока, соединенного зрительным нервом с головным мозгом, век, слезных органов. Глаз иногда называют живым фотоаппаратом, т.к. оптическая система глаза, дающая изображение, сходное с объективом фотоаппарата, но она значительно сложнее. Оптическую систему глаза образуют: роговица, передняя глазная камера, хрусталик, стекловидное тело.

То, что зрение у человека связано с фокусировкой при помощи линзы, было известно еще в средние века. Тогда же стали использовать искусственные линзы для очков. Применение очков позволяет исправить близорукость и дальнозоркость. Очки – это оптический прибор для коррекции зрения. Изобретены флорентийцем Сальвино Армати в 1299 г. Близорукость и дальнозоркость могут быть исправлены с помощью хирургии по изменению формы роговицы или хрусталика. (См. презентацию №10)

Докладчик № 11 “Биологическая оптика”

Органы зрения разнообразны. Они могут быть парными, множественными и одиночными, подвижными и неподвижными, маленькими и большими. Однако принцип работы самого глаза поразительно единообразен! В любом глазу есть фокусирующий аппарат и аппарат светоизоляции. Совместно они обеспечивают направленность зрения, глаз становится ориентирующим органом.(См. презентацию №11)

Заключительное слово учителя.

Итог урока: Учитель отмечает качество докладов, выставляет оценки.

1. Волков В.А. “Универсальные поурочные разработки по физике” 11 класс, Москва “Вако”, 2006г.
2. Перельман Я.И. “Занимательная физика”, АО “Столетие”, 1994г.
3. Милковская Л.Б “Повторим физику”, “Высшая школа”, Москва, 1970г.
4. Энциклопедия для детей, т. 16. Физика, 2005г.
5. Школьная энциклопедия. Физика, 1999г.
6. Полный школьный курс. Универсальное учебное пособие, 2000г.
7. Школьный атлас. Физика, 1998г.
8. Наглядный словарь. Физика. 1996г.
9. Семке А.И. Уроки физики. Развернутое планирование. Академия развития.
10. Дуков В.М. “Исторические обзоры в курсе физики, 1983г.
11. Дж. Уокер “Физический фейерверк”, 1989г.
12. Эллион Л., Уилконс. У. Физика. “Наука”, 1975г.

Презентации