Урок физики в 11-м классе по теме "Свет – это поток частиц" (методика "дебаты")

Цели урока:

• Обобщение и систематизация знаний по теме: “Оптика”, расширение представлений о развитии взглядов на природу света;
• Совершенствование умений совместной учебно-познавательной деятельности обучающихся, партнерских отношений обучающихся и обучаемых, диалогического общения между учащимися в процессе добывания знаний, конкурировать, вести полемику, отстаивать свои интересы на основе знания;
• Развитие коммуникативной культуры общения, самостоятельности в добывании разноплановой информации по обозначенной проблеме, мышления, включая умения сопоставлять, сравнивать, анализировать, находить аналогии.

Ход урока

1. Организационный момент (приветствие, д/з) (2 мин.)

2. Вступительное слово учителя (цели урока, тип урока, регламент урока, мотивация, представление таймспикера, экспертов-судей) (5 мин.)

Ответ на вопрос о природе света был получен на основе длинного ряда наблюдений над особенностями световых явлений. При этом научные представления о природе света менялись по мере того, как накапливались новые сведения и данные наблюдений. Мы с вами уже говорили о том, что свет и световые явления люди начали изучать задолго до открытия электромагнитных волн. Изучением света занимались такие известные философы как Пифагор (6 век до н.э.), Евклид (3 век до н.э.), Аристотель (4 век до н.э.). Евклид в своих трактатах изложил два закона геометрической оптики, а Пифагор стоял у истоков корпускулярной теории – он предполагал, что тела излучают мельчайшие частицы, которые попадают в глаза, благодаря чему мы видим окружающий нас мир. А Аристотель, по-видимому, стоял у истоков волновой теории – он выдвигал гипотезу о свете, как о возбуждении среды. Позже, в соответствии с двумя возможными способами передачи действия от источника к приемнику возникли и начали развиваться две совершенно различные теории о том, что такое свет, какова его природа. Причем, возникли они почти одновременно в 17 веке. Одна была связана с именем Х.Гюйгенса и поддерживалась Л.Эйлером, М.Ломоносовым, В.Франклином. А другая – с именем И.Ньютона. Для развития корпускулярной теории света была более благоприятная почва. Действительно, для геометрической оптики представление о том, что свет есть поток частиц, было вполне естественным. Прямолинейное распространение света, законы отражения и преломления хорошо объяснялись с точки зрения этой теории. Общее представление о строении вещества также не вступало в противоречие с корпускулярной теорией света – все тела состоят из атомов, между атомами существует пространство, в котором и распространяется свет в виде потоков световых частиц. Поэтому вполне естественно, что в 17 веке было много физиков, которые придерживались корпускулярной теории света. Но тогда же начинает развиваться и представление о волновой природе света. Родоначальником волновой теории света надо считать Декарта. Конечно, у Декарта нет еще представления о световых волнах. Он представляет свет не как поток частиц, а как распространение движения. Первое открытие, свидетельствующие о волновой природе света, было сделано итальянским ученым Франческо Гримальди в начале 17 века. Он заметил, что если на пути очень узкого пучка света поставить предмет, то на экране не получается резкой тени. Края тени размыты, кроме того, вдоль тени появляются цветные полосы. Открытое явление Гримальди назвал дифракцией, но объяснить его правильно не сумел. Он понимал, что наблюдаемое им явление находится в противоречии с корпускулярной теорией света, однако не решился полностью отказаться от этой теории. Вторым важным открытием было открытие интерференции света, исследованное английским физиком Р.Гуком. Он изучал цвета мыльных пленок и тонких пластинок из слюды и обнаружил, что эти цвета зависят от толщины мыльной пленки и пластинки из слюды. Однако у Гука не было правильного представления о цвете, поэтому он не смог разобрать теорию интерференции. Третьим важным открытием было сделано датским ученым Бартолином в 1669 году. Он открыл явление двойного лучепреломления в кристалле исландского шпата. Бартолин обнаружил, что если смотреть на какой-либо предмет через кристалл, то видно не одно, а два изображения, смещенных относительно друг друга. Это явление затем исследовал Гюйгенс и попытался дать ему объяснение с точки зрения волновой теории света.

Нам с вами в ходе дебатов предстоит выяснить, что же такое свет в современном представлении. Каждая из команд представит нам доказательства той или иной точки зрения. Кто будет убедительнее? Я желаю вам успехов и представляю экспертов-судей и таймспикера, который будет следить за выполнением регламента дебатов. Помните, что за перебор времени начисляются штрафные баллы! Краткость и убедительность – сестра таланта. Итак, мы начинаем дебаты.

3. Выступление первого спикера утверждающей команды “Кванты” и его группы поддержки (15 мин.)

Квантовая природа света. И.Ньютон-английский физик, астроном и математик. Один из основоположников современного естествознания. Член Лондонского королевского общества (1672), его президент (с 1703). Наиболее плодотворный период творческой деятельности Ньютона относится к 1660-80. В это время сложились важнейшие идеи Ньютона, приведшие к блестящим открытиям. Основные его труды были опубликованы позднее (текст выступления сокращен).

4. Вопрос отрицающей команды “Волны” первому спикеру и его группе поддержки утверждающей команды “Кванты” и ответ команды (3 мин.)

Как объяснить ограниченность разрешающей способности оптического микроскопа?

Ответ: При размерах исследуемого предмета менее 0,1 мкм на них начинается дифракция.

5. Выступление первого спикера отрицающей команды “Волны” и его группы поддержки (15 мин.)

Первые представления о природе света возникли у древних греков и египтян. По мере изобретения и совершенствования различных оптических приборов (параболических зеркал, микроскопа, зрительной трубы) эти представления развивались и трансформировались. В конце XVII века возникли две теории света: корпускулярная (И. Ньютон) и волновая (Р. Гук и Х. Гюйгенс).

Волновая теория рассматривала свет как волновой процесс, подобный механическим волнам. В основу волновой теории был положен принцип Гюйгенса (текст выступления сокращен).

6. Вопрос утверждающей команды “Кванты” первому спикеру отрицающей команды “Волны” и его группы поддержки, ответ команды (3 мин.)

Объясните почему при печатании фотографий используют лампы с красными светофильтрами.

Ответ: Длина волны красного цвета самая большая, а поэтому энергия кванта самая маленькая и не вызывает засвечивания пленки.

7. Выступление второго спикера утверждающей команды “Кванты” и его группы поддержки (8 мин.)

В 1873 году Джеймс Максвелл, исходя из представлений об электромагнитной природе света, пришел к выводу – свет должен оказывать давление на препятствие. Для доказательства необходимо было измерить это давление. Многие ученые пытались это сделать, но безуспешно, так как оно было очень мало. Впервые это удалось сделать в 1900 году русскому ученому П.Н. Лебедеву. Петр Николаевич Лебедев (1866-1912) – российский физик-экспериментатор, первым подтвердивший на опыте наличие светового давления, создатель первой русской школы физиков. Профессор Московского университета (1900-11), ушел в отставку в знак протеста против притеснений студенчества. Впервые получил (1895) и исследовал миллиметровые электромагнитные волны. Открыл и измерил давление света на твердые тела (1900) и газы (1908), количественно подтвердив электромагнитную теорию света. Имя Лебедева носит Физический институт РАН (текст выступления сокращен).

8. Вопрос команды “Волны” второму спикеру команды “Кванты” и его ответ (3 мин.)

Объясните образование радужных ореолов вокруг фонарей летом.

Ответ: Можно объяснить дифракционной картиной света фонарей на пылинках в воздухе.

9. Выступление второго спикера отрицающей команды “Волны” и его группы поддержки (8 мин.)

В 17 веке начинает развиваться представление о волновой природе света. Первое открытие, свидетельствующее о волновой природе света, было сделано итальянским учёным Франческо Гримальди. Он заметил, что если на пути очень узкого пучка света поставить предмет, то на экране не получается резкой тени. Края тени размыты, кроме того, вдоль тени появляются цветные полосы. Открытое явление Гримальди назвал дифракцией, но объяснить правильно не сумел. Он понимал, что наблюдаемое им явление находится в противоречии с корпускулярной теорией света, однако не решился полностью отказаться от этой теории.

Правильное объяснение открытого явления связано с теорией цветного зрения, основы которой были заложены замечательным английским учёным Исааком Ньютоном (текст выступления сокращен).

10. Вопрос команды “Кванты” второму спикеру отрицающей команды “Волны” и его группе поддержки, ответ команды на вопрос (3 мин.)

Объясните процесс фотосинтеза в растениях.

Ответ: Это химическое действие света, основанное на взаимодействии световых квантов с клетками растений.

11. Выступление третьего спикера утверждающей команды “Кванты” (5 мин.)

Фотон – элементарная частица, переносчик электромагнитного взаимодействия, квант электромагнитного поля. Фотоны обозначаются буквой , поэтому их часто называют гамма-квантами (особенно фотоны высоких энергий).

Квантовый характер излучения и поглощения энергии электромагнитного поля был постулирован М. Планком в 1900 для объяснения свойств теплового излучения. Термин “фотон” введён химиком Г. Льюисом в 1926.

В современной физике фотон – переносчик электромагнитного взаимодействия (часто называется элементарной частицей), фундаментальная составляющая света и всех других форм электромагнитного излучения (текст выступления сокращен).

12. Резюме учителя и вывод урока

13. Обсуждение игры, выступление экспертов-судей (10 мин.)

14. Заполнение анкеты участника игры (5 мин.)

АНКЕТА

Оцени свое участие в дебатах по пятибалльной системе.

1. Оценка участия в работе команды:

А) подбор материала;
Б) выступления;
В) вопросы;
Г) презентации.

2. Успешность выступления вашей команды.

3. Успешность твоего участия.

А) я умею;
Б) я не знаю;
В) я научился и узнал.

4. Предложи другие темы дебатов.

ПРОТОКОЛ СУДЕЙСКОЙ КОМАНДЫ

АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ:

Почему У?
Почему О?

К уроку прилагаются презентации учащихся в сокращенном варианте.