Тип урока: урок изучения нового материала
Класс: 11
УМК Г. Я. Мякишева
Тема урока: Скорость света. Развитие представлений о природе света.
Цель урока: обеспечение восприятия и осмысления сущности природы света.
Оборудование: мультимедийный проектор, презентация к уроку, раздаточный материал.
Оформление: на доске написана дата и тема урока, столы расставлены для работы в группах (по 5-6 учащихся).
Подготовка к уроку: формируются группы, на столах рабочий материал (архив с необходимой литературой, документами и задание, которое НО должно выполнить). Учитель объясняет цели и задачи урока. В течение отведенного времени группы готовят задание.
Ход урока
I. Вводная часть урока
1. Организационный этап (1 мин)
Класс делится на 5 заранее сформированных учителем групп (научные общества (НО)), в каждой из которых есть руководитель НО, литературный сотрудник, научный сотрудник. Группы получают задание и необходимые для его выполнения источники информации.
2. Актуализация мыслительной деятельности (2 мин)
Учитель. Всем добрый день, садитесь!
Как прекрасен этот мир, наполненный светом! А что для вас свет? Какие ассоциации у вас вызывает слово свет? (на экране листаются слайды презентации с №1-8 с музыкальным сопровождением (при нажатии гиперссылки)).
Варианты ответов учеников: свет ты мой ясный; свет мой Солнышко скажи; лицо осветилось внутренним светом; светится улыбкой; рассвет; восход Солнца; северное сияние и т.д.
Учитель. Свет - это лучистая энергия, воспринимаемая глазом, делающая мир видимым.
В жилище наше свет проник.
Как он родился и возник?
В его природе есть секрет,
И велся спор немало лет.
3. Цель и задачи урока (2 мин)
Тема нашего урока сегодня
На экране слайд №9:
Тема: Скорость света. Развитие представлений о природе света.
На экране слайд №10:
Цель: восприятие и осмысление сущности природы света
Давайте поставим перед собой проблему, которую в конце урока мы должны решить.
На экране слайд №11:
Проблема: выяснить природу света
На экране слайд №12:
Задачи:
Узнать о том вкладе, который внесли ученые разных стран в развитие представлений о природе света (для решения этой задачи мы отправимся в виртуальную научную командировку).
Сделать выводы о природе света на основании полученной информации (эту задачу вы будете решать, выступая в передаче "Очевидное и невероятное" с результатами своей научной командировки).
Создать опорный конспект "Развитие взглядов на природу света". У каждого из вас на столе лежит матрица ОК, который вы должны дополнить (эту задачу вы будете решать в течение всего урока).
Я уже сказала, что сегодня мы не просто поработаем, а будем работать по плану-заданию программы "Очевидное и невероятное". Предлагаю вам отправиться в виртуальную научную командировку в разные страны и разные эпохи для того, чтобы поработать в архивах, изучить литературу, документы и установить, что сделали ученые разных стран, для того чтобы выяснить природу света. А так же вы должны подготовить и презентовать результаты своей работы. В командировку отправляются 5 научных обществ (НО) в страны: Данию, Францию, Англию, Голландию (на экране слайд №13: карта Мира с этими странами, по щелчку названная страна отмечается на карте). У каждого научного общества на столах лежит архив с необходимой литературой, документами и задание, которое НО должно выполнить. На командировку отводится 10 минут. В течение этого времени будет звучать музыка, и как только она закончится, вы должны выступить на передаче с результатами своей работы. Итак, я прошу вас приступить к заданию (звучит музыка после нажатия на слайде №13 гиперссылки "звонка").
II. Основная часть урока
1. Самостоятельная работа учащихся в группах (10 мин, подготовка учащихся к выступлениям НО):
Первое НО:
Страна: Дания, ученый: Олаф Рёмер, 1676 г.- астрономический метод измерения скорости света
Руководитель НО (сообщает, где побывали)
Литературные сотрудники (отбирают материал об ученом)
Научные сотрудники (готовят сообщение по методу измерения скорости света (теорию о природе света))
Примеры ответов НО:
1 ученик. Наше НО побывало в Дании. Мы работали в Академии наук в том отделе, где собраны документы об Олафе Рёмере (1644-1710гг), который измерил скорость света астрономическим методом (на экране слайд №14).
2 ученик. Рёмер Олаф Кристенсен (1644-1710гг), датский физик и астроном. В 1676 году сделал важное открытие: доказал конечность скорости света и измерил ее величину. Однако сообщение ученого на заседании Парижской Академии наук подверглось резкой критике. Несмотря на критику, выводы его были приняты Х.Гюйгенсом, Лейбницем, И. Ньютоном. Окончательная справедливость теории Рёмера была подтверждена в 1725г. после открытия астрономом Бредли явления абберации света. Вернувшись в Данию в 1681г. возглавил кафедру математики Капенгагенского университета и создал обсерваторию. Также принимал участие в политической и общественной жизни Дании. В конце жизни стал главой Государственного совета. Изобрел новые астрономические приборы. Имя Рёмера занесено на карту Луны (на экране слайд №15).
3 ученик. В 1676г., наблюдая затмение спутника Юпитера Ио, Рёмер обнаружил. Что когда земля через полгода переходит на другую сторону от Солнца, более удаленную от Юпитера, то Ио появляется на 22 минуты позже рассчитанного времени. Эта задержка объяснялась увеличением расстояния от Юпитера до Земли. Зная размер земной орбиты и время запаздывания, Рёмер рассчитал скорость распространения света (на экране слайд №15: по щелчку по гиперссылке "схема метода", слайд №16 - схема лабораторного метода во весь экран). C = 300000 км/с (после дополнений учителя по щелчку на слайде №15 появляется вывод)
Второе НО:
Страна: Франция, ученый: Физо Арман Ипполит Луи, 1849г.- лабораторный метод измерения скорости света
1 ученик. Наше НО побывало во Франции. Мы работали в Парижской Академии наук, в том отделе, где собраны документы об Армане Физо, который лабораторным методом измерил скорость распространения света (на экране слайд №17).
2 ученик. Физо (1819-1896гг)-французский физик. В 1863 году стал профессором Политехнической школы в Париже. Первым серьезным достижением Физо в оптике были опыты по интерференции света. В 1849 году поставил классический опыт по определению скорости света. Сконструировал ряд приборов: индукционную катушку. Интерференционный спектроскоп; исследовал кристаллы, занимаясь фотографией. В 1875 году был избран членом Лондонского королевского общества, в 1866 году награжден медалью Румфорда (на экране слайд №18).
3 ученик. По схеме: впервые скорость света лабораторным методом удалось измерить И.Физо в 1849г.
Опыт: свет от источника, пройдя через линзу, падал на полупрозрачную пластину. После отражения от пластины сфокусированный узкий пучок направлялся к быстровращающемуся зубчатому колесу. Пройдя между зубцами, свет достигал зеркала, находящегося на расстоянии нескольких км от колеса. Отразившись от зеркала, свет возвращался опять к зубчатому колесу и должен был пройти опять между зубцами. Когда колесо вращалось медленно, свет, отраженный от зеркала был виден. При увеличении скорости он постепенно исчезал. Почему? Пока свет шел до зеркала и обратно, колесо успевало повернуться так, что на месте прорези вставал зубец, и свет переставал быть видимым. При дальнейшем увеличении скорости вращения колеса свет снова становился видимым. За это время распространения света до зеркала и обратно, колесо успевало повернуться так, чтобы на месте прежней прорези вставала уже новая прорезь. Зная это время и расстояние между колесом и зеркалом можно определить скорость света (c=313 км/с) (после сообщения ученика по щелчку на слайде № 18 на экране (слайд №19) показывается демонстрация опыта из коллекции "Кирилл и Мефодий").
(после дополнений учителя по щелчку на слайде №20 появляется вывод)
Третье НО:
Страна: Англия, ученый: Исаак Ньютон, теория о природе света
1 ученик. Наше НО побывало в Англии. Мы работали в Английской Академии наук в отделе, где собраны документы о И.Ньютоне:(на экране слайд №22)
2 ученик. Ньютон Исаак (1643-1727гг) - английский математик, механик, астроном и физик, создатель классической механики. Член (1672г) и президент (1703г) Лондонского Королевского общества. Фундаментальные труды "Математические начала натуральной философии" (1687г) и "Оптика" (1704г). Открыл дисперсию света, исследовал интерференцию и дифракцию. Развил корпускулярную теорию света. Построил зеркальный телескоп. Сформулировал основные законы классической механики. Открыл закон всемирного тяготения, дал теорию движения небесных тел. Создал основы небесной механики (на экране слайд №23).
3 ученик. Ньютон был сторонником корпускулярной теории света - свет представляет собой поток частиц-корпускул, идущих от источника во все стороны. Эта теория легко объясняла прямолинейное распространение, отражение и преломление света.
Выдающийся ученый Ньютон обладал большим авторитетом среди своих коллег, и поэтому большинство из них поддерживали корпускулярную теорию, считая, что свет распространяется как поток частиц, а не волна (на экране слайд №23- по щелчку появляется вывод, по второму щелчку - рисунок).
Четвертое НО:
Страна: Голландия, ученый: Христиан Гюйгенс, теория о природе света
1 ученик. Мы побывали в Голландии:(на экране слайд № 24)
2 ученик. Х.Гюйгенс (1629-1695гг) - голландский математик, физик, астроном. Изобрел маятниковые часы со спусковым механизмом, установил законы колебаний физического маятника. Создал и опубликовал волновую теорию света. Усовершенствовал телескоп, сконструировал окуляр, открыл кольцо у Сатурна и его спутник Титан. Был избран членом Лондонского Королевского общества. Часть его трудов: результаты исследования об упругом ударе и центробежной силе были напечатаны уже после смерти (на экране слайд №25).
3 ученик. Х.Гюйгенс выступал против корпускулярной теории света. Волновая теория света Гюйгенса объясняла такие оптические явления как интерференция и дифракция, которые не могла объяснить корпускулярная теория. Согласно волновой теории Гюйгенса свет представляет собой волну, распространяющуюся в особой гипотетической (упругой) среде-эфире, которая заполняет все пространство и все тела (на экране слайд №25- по щелчку появляется вывод, по второму щелчку - рисунок).
Пятое НО:
Страна: Англия, ученый: Томас Юнг, развитие волновой теории света
Страна: Франция, ученый: Огюстен Жан Френель, развитие волновой природы света
1 ученик. Мы побывали в Англии:и побывали во Франции (на экране слайд №26)
2 ученик. Юнг Томас (1773-1829гг) - английский физик. В 21 год (1794г) стал членом Королевского общества. Получил степень доктора медицины. Открыл в Лондоне частную практику. Исследования Юнга в области оптики легли в основу его статьи "Механизм глаза" (1800г), в которой он дал объяснение природе аккомодации, астигматизма и цветового зрения. Был назначен профессором Королевского института. Один из создателей волновой теории света. В 1803 году объяснил явление интерференции света. Высказал гипотезу о поперечности световых колебаний. Измерил длины волн света разных цветов. В теории упругости Юнгу принадлежат исследования деформации сдвига (на экране слайд №27 - по первому щелчку появляется фотография).
3 ученик. Т.Юнг впервые ввел понятие "интерференции". Интерференцию Юнг открыл, наблюдая это явление для водяных волн. Результаты своих исследований по оптике Юнг доложил на ученом заседании Лондонского Королевского общества, а также опубликовал их в начале 19 века. Но, не смотря на убедительность работ Юнга, никто не хотел их признавать т.к. это означало отказаться от привычных взглядов и, кроме того, выступить против авторитета Ньютона. На работы Юнга не обратили внимания, а в печати даже появилась статья, содержащая грубые нападки на него.
4 ученик. Френель Огюстен Жан (1788-1827гг), французский физик, один из создателей волновой теории света. Работы Френеля посвящены физической оптике. Стал самостоятельно изучать физику и вскоре начал проводить эксперименты по оптике. В 1815 году переоткрыл принцип интерференции, добавив к опытам Т. Юнга несколько новых. В 1821 году доказал поперечность световых волн, 1823г. установил законы поляризации света. Изобрел ряд интерференционных приборов. В 1823 году Френель был избран членом Парижской Академии наук. В 1825 году стал членом Лондонского Королевского общества. Французский инженер, ставший впоследствии знаменитым физиком О.Френель начал заниматься изучением явлений интерференции и дифракции с 1814года. Он не знал о работах Юнга, но подобно ему увидел в этих явлениях доказательство волновой теории света. Однако постепенно, несмотря на все трудности, стоявшие перед гипотезой о поперечности световых волн волновая теория, света стала побеждать и вытеснять корпускулярную теорию света (на экране слайд №27 - по второму щелчку появляется фотография).
(после дополнений учителя на слайде №27 по щелчку появляется вывод)
2. Презентация результатов работы НО (15-20 мин):
Учитель. Сейчас мы приступаем к презентации результатов работы своей научной командировки. В начале урока, мы, поставили перед собой проблему - выяснить природу света.
В ходе презентаций не забывайте заполнять шаблон ОК (на столах у учащихся листы с шаблоном опорного конспекта).
Первым большим успехом в изучении природы света было измерение скорости света. Оказалось, что скорость распространения света не бесконечно велика. Проблема измерения скорости света впервые была сформулирована Галилеем (16 век), который поставил вопрос о конечности скорости света. Но он не смог ответить на поставленный им вопрос. Скорость света была, в конце концов, измерена (на экране слайд №21).
I НО: (Дания, Рёмер) - выступления учащихся (слайды презентации №14-16).
Дополнения учителя. Сам Рёмер вследствие малой точности измерений и неточного знания радиуса орбиты Земли получил для скорости света значение 215000 км/с.
II НО: (Франция, Физо) - выступления учащихся (слайды презентации № 17-20).
Дополнения учителя. Более точно скорость света начали измерять после 1960г., когда заработал первый лазер. По современным данным скорость света в вакууме равна значению, которое вы видите на экране (слайд №21) с точностью +(-) 0,2 м/с. Приближенно с = 3*108 м/с (необходимо запомнить).
А где вы встречались с этой цифрой? (эта величина, полученная экспериментально, совпадает с величиной предсказанной Максвеллом и экспериментально впервые измеренной Герцем - скоростью электромагнитных волн).
Значение скорости света поможет определить природу света. С давних времен человека интересовала природа света. Были различные легенды, мифы, гипотезы, научные работы.
В 16 веке человек еще не знал природу света. В 17 веке почти одновременно начали свое существование, совершенно различные, теории о том, что такое свет, какова его природа?!
III НО: (Англия, Ньютон) - выступления учащихся (слайды презентации № 22-23).
IV НО: (Голландия, Гюйгенс) - выступления учащихся (слайды презентации №24-25).
Дополнения учителя. Вывод: первая теория утверждала: свет - это поток частиц, идущих от источника по всем направлениям; вторая теория утверждала: свет - это волна, распространяющаяся в особой гипотетической среде - эфире.
V НО: (Англия, Т.Юнг; Франция, О.Френель) - выступления учащихся (слайды презентации №26-27).
Дополнения учителя. Таким образом, поворот был сделан к волновой природе света. Ряд экспериментов проведенных в 19 веке, а также труды Максвелла нашедшие затем подтверждение в опытах Герца, доказали справедливость волновой теории: свет распространяется как электромагнитная волна.
III. Заключительная часть урока
Подведение итогов (5 мин):
Теперь давайте подведем итог:
Какой продукт мы получили? Обратимся к вашим ОК. Обратите внимание, все ли вы выполнили. Давайте сравним ваши опорные конспекты (ОК) с тем, который представлен на экране (слайд презентации №28).
А как же быть с теорией Ньютона? Мысль у него гениальная, что свет можно рассматривать как частицу. Был ли он прав? А он был прав, т.к. в 20 веке представления о природе света начали меняться, когда были открыты квантовые свойства света, ученым пришлось вспомнить о корпускулярной теории.
Какую же природу имеет свет?
Вывод: свет имеет двойственную природу - корпускулярно-волновую (слайд презентации №29, по первому щелчку появляется вывод, по второму щелчку - рисунок).
Свет - это поток частиц; свет - это волна.
"То, что неясно, следует выяснить" (Конфуций). Об этом вы узнаете в дальнейшем (слайды презентации №30-37, звучит музыка после нажатия гиперссылки).
О свет! Ты чудо из чудес
И вызываешь интерес.
Еще не раз умы людей
Займешь теорией своей.
Я хочу всех поблагодарить за хорошую работу. В заключение я прошу вас свое отношение к уроку, как вам было на нем комфортно, легко, солнечно, выразить цветами лучиков солнечного света (на доске прикреплен диск Солнца, вы, пожалуйста, с помощью лучиков (лучики-полоски из самоклеющейся бумаги синего и желтого цветов), которые лежат у вас на столе, определитесь).